귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 85. 가열 처리
85. 가열 처리
| 가열(열처리 : heat treatment) - 고온에 노출시켜 보석의 외관을 변화시키는 처리 수화상태(水和狀態) - 수용액 속에서 용해된 용질 분자나 이온을 물 분자가 둘 러싸고 상호작용하면서 마치 하나의 분자처럼 움직이는 현상 산화수(酸化數) - 화합물을 구성하는 각 원자에 전체 전자를 일정한 방법으로 배분하였을 때, 그 원자가 가진 전하의 수 메타믹트(metamict) - 본래는 결정질 상태였던 것이, 나중에 방사성 원소의 영향 으로 원자들의 결합구조가 파괴되고, 그 결과 비정질 상태로 변한 것을 말한다. 산화분위기 - 산화 작용이 일어날 수 있는 조건으로 산소와 결합하거나 수소를 잃어 산화수가 증가(전자의 수가 줄어듦)되는 경우 환원분위기 - 환원 작용이 일어날 수 있는 조건으로 산소와 분리되거나 수소와 결합하여 산화수가 감소(전자의 수가 늘어남)되는 경우 |
(1) 가열
1) 가열 처리
가열 처리(加熱處理, heat treatment)는 전통적이며 오래된 처리 방법이지만, 오늘
날에도 가장 광범위하게 이용되고 있으며, 열처리라고도 한다. 대부분의 커런덤과 실제
거의 모든 탄자나이트가 가열 되고 있다. 이러한 가열의 결과는 일반적으로 안정적이
며, 주로 지르콘, 토파즈, 아콰마린, 호박과 같은 보석에 행해진다.
가열을 통해 보석의 색을 밝고 진하게 하거나, 전혀 다른 색으로 변화시킬 수 있다.
예를 들면, 색이 옅거나 탁한 블루 사파이어를 가열하여 밝고 진한 블루 컬러로 변화시
킬 수 있으며, 자색이 포함된 탁한 루비를 더욱 붉고 투명하게 변화시킬 수도 있다.
가열이 이루어질 보석의 화학성분과 결정구조, 그리고 가열 과정 중 보석 주변의 환
경과 온도, 압력, 가열, 냉각 속도와 시간 등의 조건을 조절하여 다양한 결과를 얻을 수
있다. 예를 들어 어두운 블루 사파이어는 산화분위기에서 색이 더 옅어지며, 옅은 블루
사파이어는 환원분위기에서 색이 더 진해지는 경향이 있다. 그리고 가열을 통해 원자
격자의 구조적 결함인 컬러 센터에 변화를 주어 갈색의 토파즈를 무색으로, 자수정을
더 밝은 자색 또는 황색이나 녹색의 수정으로 변화시킬 수 있다.
일부 보석은 가열 과정을 통해 내포물을 제거하거나 변화를 줄 수 있으며, 내포물의
외관을 변화시키는 경우가 있다. 루비와 사파이어의 경우 가열을 통해 보석 내부의 실
크가 부분적으로 용해되어 보이지 않으므로 투명도가 향상될 수 있다[그림 6-4].
그리고 스타가 없는 커런덤에 스타 효과를 형성해 주는 실크를 만들 수도 있다. 스타
효과가 만들어지는 과정은 합성 커런덤을 가열한 후에 천천히 냉각시키면, 티타늄이 산
소와 결합하여 루틸의 결정화를 통해 만들어 진다. 그러나 천연 커런덤은 실크를 형성
하는데 필요한 티타늄을 충분히 가지고 있는 경우가 드물기 때문에, 천연 커런덤에서는
가열을 통해 스타 효과가 쉽게 만들어지지 않는다.
2) 가열된 보석의 감별
가열된 보석의 내포물은 손상되거나 용해될 수 있으며, 가열에 의해서 변화된 내포물
은 확대검사에서 명백한 흔적으로 남아있는 경우가 있다.
가열에 의해 보석의 내포물이 팽창되어 기존의 내포물에 변화를 주고, 내포물 주변에 크랙이 생기는 경우가 있으며, 루틸 실크를 부분적으로 용해시켜 작은 점처럼 보이게
만들 수 있다[그림 6-5]. 또한 열에 의해서 패싯 표면이 녹아 연마 상태가 좋지 않을 경
우는 재연마가 필요하다. 재연마 후에도 패싯 표면에 녹은 부분의 일부분이 남아 있을
수 있으며, 이러한 특징은 가열의 증거로 유추할 수 있다.
가열 과정 중에 발생되는 열에 의한 충격으로부터 보석을 보호하기 위해 첨가되는 보
락스(borax)와 같은 첨가제 등이 용해되어 보석의 표면에 닿아 있는 프랙처 안으로 흘
려들어가 프랙처를 치유하게 되는데, 이렇게 형성된 내포물은 천연 루비에서 볼 수 있
는 지문상 내포물과 비슷한 내포물을 보이며 식별이 어려운 경우도 있다
가열 중 보석에서 일어나는 변화의 원인과 예
| 변화 | 원인 | 예 |
| 변색 | 컬러 센터의 파괴 | 청색 또는 갈색 토파즈가 무색 또는 핑크로 변함 자수정은 황수정 또는 녹수정으로, 연수정은 녹황색 또는 무색으로 변함 |
| 수화 상태 변화 | 청색 사파이어가 황색 또는 주황색으로 변함 | |
| 산화수 변화 | 녹색 아콰마린이 청색으로, 자수정이 황수정으로 변함 갈색 또는 적자색 루비가 적색으로 변함 청색 사파이어의 색이 옅어지거나 짙어짐 |
|
| 결정 구조의 변화 | 메타믹트 상태의 결정구조가 결정질화 |
저온 지르콘에서 고온 지르콘으로 변함 |
| 균열 발생 | 급속한 온도 변화에 따른 팽창 | 수정 내의 인위적인 균열 발생 |
| 화학 성분 이동 | 미량 원소의 용해 또는 결정화 | 커런덤 내의 실크가 사라지거나 새로 형성됨 |
| 암색 | 그을림 또는 산화 작용 | 호박이나 상아가 오래된 것으로 보이게 함 |
3) 루비의 열처리 과정
① 먼저 커런덤을 선별한 후 고열에 의한 충격으로부터 커런덤을 보호하기 위해 사용
되는 플럭스를 처리할 커런덤에 도포한 후 도가니에 옮겨 담는다.
② 도가니속의 루비를 컨트롤러(controller : 노의 온도 및 기타 작동상태를 조절해
주는 장치)와 연결된 챔버(chamber : 가열할 보석을 넣은 장치)에 넣고, 컨트롤러
장치의 최고 온도를 약 1,700℃까지 가열한다.
③ 일정시간 동안 가열한 루비는 챔버에서 일정한 냉각시간을 가진 후 루비가 들어
있는 도가니를 꺼낸다. 그리고 도가니에서 루비를 분리하게 되면 열처리 과정은 끝
나게 된다