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사파이어

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목차

1. 개요

사파이어는 고대부터 알려진 보석으로, "푸른색"을 의미하는 단어에서 유래되었다. 다양한 색상을 띠며, 청색 외에도 노란색, 분홍색 등 여러 종류가 존재한다. 역사적으로는 왕실과 귀족층에서 귀하게 여겨졌으며, 45주년 결혼기념일 선물, 9월의 탄생석으로 사용된다. 사파이어는 다양한 산업 및 과학 분야에서 활용되며, 특히 "사파이어 글래스"는 시계, 스마트폰, 레이저, 방탄복 등에서 널리 사용된다. 유명한 사파이어로는 로건 사파이어, 인도의 별, 아담의 별 등이 있다.

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사파이어
기본 정보
사파이어
사파이어
일반 정보
종류산화 광물
화학식Al₂O₃
결정계삼방정계
모스 굳기9.0
광택유리질
색상파란색
비중3.98 - 4.06
물리적 성질
벽개불완전함
단구조개껍질 모양, 쪼개짐
광학적 성질
복굴절0.008
굴절률nω = 1.768–1.772
nε = 1.760–1.763
광학적 특징단축 (–), 아베 수 72.2
다색성강함

2. 역사와 문화

사파이어는 고대부터 알려진 보석으로, 그 이름은 여러 언어를 거쳐 "푸른색"을 의미하는 단어에서 유래되었다. 영어 단어 "sapphire"는 프랑스어 "saphir프랑스어", 라틴어 "sapphirusla", "sappirus", 그리스어 σαπφειρος (''sappheiros'')를 거쳐, 히브리어 סַפִּירhe ()에서 유래했다.[70][71][72] 이 단어는 원래 청금석을 가리켰을 가능성이 높으며, 사파이어는 로마 시대에야 발견되었다. "표시로 새기다"라는 뜻의 히브리어 어근 סָפַר (''sāp̄ar'')에서 유래한 것으로 여겨지는데, 이는 사파이어의 높은 경도 때문에 돌 표면에 글자를 새기는 데 사용되었기 때문으로 보인다.[70][71][72]

트라야누스 황제 시대에 인도와의 교역을 통해 유럽에 널리 알려졌다.[72] 인도에서는 힌두교도에게 불길한 돌로 여겨졌으나, 불교에서는 존중받았다.[73] 중세 시대 유럽 보석 감정가들은 푸른 강옥 결정을 "사파이어"라고 불렀는데, 이는 푸른색을 뜻하는 라틴어 "sapphirusla"에서 파생된 것이다.[74] 교황 인노켄티우스 3세는 주교 반지에 순금으로 만들고 새겨지지 않은 사파이어를 박아야 한다고 선포했는데, 이는 사파이어가 비밀을 지키는 데 필요한 덕목을 상징한다고 여겼기 때문이다.[78] 마르보두스의 「보석지」에는 사파이어가 반지에 적합한 보석으로 기록되어 있다.

사파이어는 45주년 결혼기념일 선물[75], 9월의 탄생석으로 사용된다. 사파이어 주빌리는 65주년을 기념하는 것으로, 2017년 엘리자베스 2세 여왕이 즉위 65주년 사파이어 주빌리를 기념했다.[4] 이탈리아에서는 사파이어가 눈병과 우울증을 예방하는 부적으로 여겨지기도 했다.[76] 메리 스튜어트 여왕은 아픈 눈을 문지르기 위해 사파이어 펜던트를 착용했다.[77] 1985년 8월부터 퀸즐랜드의 공식적인 주 보석이다.[79] 사파이어의 석어(石言葉)는 "성실", "자애", "덕망"으로 알려져 있다.[84]

2. 1. 한국에서의 역사와 문화

주어진 원본 소스에는 한국에서의 사파이어 역사와 문화에 대한 내용이 없으므로, 섹션 내용을 작성할 수 없다. 따라서 이전 답변과 동일하게 출력한다.

3. 종류 및 특징

사파이어는 강옥의 일종으로, 다양한 색상을 띠는 보석이다. 가장 흔하고 잘 알려진 색은 푸른색이지만, 노란색, 분홍색, 주황색, 녹색, 보라색, 회색, 검정색 등 다양한 색깔을 띠며, 심지어 무색인 경우도 있다.[5] 분홍빛 오렌지색을 띠는 특별한 종류는 파파라차라고 불린다.

몬태나주 헬레나 근처 스포케인 사파이어 광산에서 발견된, 잘라지지 않은 거친 노란 사파이어


주요 사파이어 산지는 오스트레일리아, 아프가니스탄, 캄보디아, 카메룬, 중국(산둥성), 콜롬비아, 에티오피아, 인도 자무와카슈미르(파더, 키슈트와르), 케냐, 라오스, 마다가스카르, 말라위, 모잠비크, 미얀마(버마), 나이지리아, 르완다, 스리랑카, 탄자니아, 태국, 미국(몬태나주), 베트남 등이다.[5] 루비와 사파이어는 종종 같은 지역에서 발견되지만, 생성되는 지질학적 환경은 다르다. 예를 들어, 미얀마 모곡 지역에서는 루비는 대리석에서, 사파이어는 화강암 페그마타이트나 강옥 섬장암에서 형성된다.[5]

천연 사파이어의 가격은 색상, 투명도, 크기, 연마, 전반적인 품질, 지리적 원산지에 따라 달라진다. 특히, 전혀 처리되지 않은 천연 사파이어는 처리된 것보다 훨씬 더 가치가 높다.[6] 푸른색 이외의 색을 가진 사파이어는 "팬시(fancy)" 사파이어라고 불리며,[7] 노란색, 주황색, 녹색, 갈색, 보라색 등 다양한 색조로 발견된다.[8]

외부 광선을 비추면 여섯 줄기의 별 모양 광채(스타 효과)를 나타내는 스타 사파이어는 매우 희귀하고 가치가 높다.

3. 1. 청색 사파이어

물방울 모양의 청색 사파이어


보석의 색깔은 색상, 채도, 명도의 세 가지 요소로 설명할 수 있다. 색상은 일반적으로 보석의 "색깔"로 이해된다. 채도는 색상의 선명도나 밝기를, 명도는 색상의 밝고 어두운 정도를 나타낸다.[5] 청색 사파이어는 주요 색상(청색)과 보조 색상의 다양한 혼합, 다양한 명도 수준(농도), 그리고 다양한 채도 수준(선명도)으로 존재한다.

청색 사파이어는 청색 색상의 순도에 따라 평가된다. 보라색과 녹색은 청색 사파이어에서 가장 흔하게 발견되는 보조 색상이다.[5] 순수한 청색이며 채도가 선명한 보석일수록 가격이 높게 매겨진다. 채도가 낮거나 명도가 너무 어둡거나 너무 밝은 보석은 가치가 낮다. 그러나 색상에 대한 선호도는 개인적인 취향이다.[5]

미국 국립 자연사 박물관(National Museum of Natural History), 워싱턴 D.C.(Washington, D.C.)에 있는 423carat 로건 사파이어(Logan sapphire)는 현존하는 가장 큰 연마된 보석급 청색 사파이어 중 하나이다.
어두운 청색 사파이어(아마도 오스트레일리아산), 연마된 강옥 보석의 전형적인 밝은 표면 광택을 보여준다


강옥 중에서 보석으로서 가치가 있으며, 붉은색(루비: 불순물인 크롬으로 진한 붉은색을 띤다)이 아닌 것을 가리킨다. 일반적으로 (불순물인 철, 티타늄에 의해) 진한 남색 또는 청자색을 띠는 '''청옥'''(蒼玉)을 가리킨다고 생각되지만, 노란색이나 갈색, 연한 분홍색 등을 띠는 것도 포함한다. 푸른색이 특히 진한 것은 미드나이트 블루 사파이어, 잉크 블루 사파이어 등으로 불리며 보석으로서 귀하게 여겨진다.

3. 2. 팬시 컬러 사파이어

푸른색 이외의 색깔을 가진 사파이어는 "팬시(fancy)" 사파이어라고 부른다.[7] 팬시 사파이어는 노란색, 주황색, 녹색, 갈색, 보라색, 자주색 등 사실상 다른 어떤 색조에서도 발견된다.[8]

파파라차 사파이어


파파라차는 섬세하고 연한 중간색조의 분홍빛 오렌지색에서 오렌지빛 분홍색을 띠는 강옥으로, 원래 스리랑카에서 발견되었지만, 베트남과 동아프리카 일부 지역의 매장지에서도 발견된다.[11] 파파라차 사파이어는 희귀하며, 인공 처리의 흔적이 전혀 없는 완전히 자연산이 가장 희귀하다.[12]

이 이름은 산스크리트어 'padma ranga'(padma = 연꽃; ranga = 색깔)에서 유래했으며, 연꽃(''Nelumbo nucifera'')의 색깔과 비슷하다.[13]

다양한 색상(비청색)의 사파이어 중에서 자연산 파파라차가 가장 높은 가격에 거래된다. 2001년 이후 베릴륨의 인공 격자 확산으로 인해 이 색상의 사파이어가 시장에 더 많이 등장했다.[14]

3. 3. 스타 사파이어

별 모양 사파이어는 별광 효과를 보이는 사파이어의 한 종류이다. 붉은색 돌은 "별 루비"로 알려져 있다. 별 모양 사파이어는 단일 상부 광원으로 볼 때 6광선의 별 모양 패턴이 나타나도록 하는 기저 결정 구조를 따르는 가늘고 긴 바늘 모양의 내포물이 교차하여 포함되어 있다. 내포물은 종종 주로 이산화티타늄으로 구성된 광물인 루틸이다.[15]

섬세한 별 모양 사파이어


68캐럿 별 모양 사파이어(둥근 모굴 세공, 남성용 반지, 750 옐로우 골드, 러시아 금세공 장인, 1990년경 수제품)


보통 별의 중심이 돔의 상단 근처에 오도록 ''카보숑 세공''으로 연마된다. 때때로 12광선의 별이 발견되는데, 이는 동일한 돌 내에 두 가지 다른 유형의 내포물이 발견되기 때문이다. 예를 들어 적철광의 작은 판상체와 같은 미세한 루틸 바늘의 조합이 그것이다. 전자는 희끄무레한 별을, 후자는 금색 별을 생성한다. 결정화 과정에서 두 가지 유형의 내포물은 결정 내에서 서로 다른 방향으로 우선적으로 배향되어 두 개의 6광선 별이 서로 겹쳐져 12광선 별을 형성한다.[16] 모양이 불규칙한 별이나 12광선 별은 쌍정의 결과로도 형성될 수 있다.

내포물은 카보숑의 대(girdle)면이 결정의 c축에 수직이 아닌 평행하게 배향될 경우 캣츠 아이 효과를 생성할 수도 있다. 캣츠 아이 효과를 얻으려면 용해된 내포물의 면이 매우 균일하고 조밀하게 채워져야 한다. 돔이 이 두 방향 사이에 배향된 경우 중심에서 벗어난 별이 돔의 가장 높은 지점에서 벗어나 보일 것이다.[5]

1404.49캐럿의 아담의 별은 가장 큰 것으로 알려진 청색 별 모양 사파이어이다. 이 보석은 스리랑카 남부 라트나푸라시에서 채굴되었다.[17] 세계에서 두 번째로 큰 별 모양 사파이어인 퀸즐랜드의 검은 별은 733캐럿이다.[18] 스리랑카에서 채굴되었고 563.4캐럿의 무게를 가진 인도의 별은 세 번째로 큰 별 모양 사파이어로 여겨지며 현재 뉴욕시의 미국 자연사 박물관에 전시되어 있다. 워싱턴 D.C.의 국립 자연사 박물관에 있는 182캐럿의 봄베이의 별은 큰 청색 별 모양 사파이어의 또 다른 예이다.

별 모양 사파이어의 가치는 돌의 무게뿐만 아니라 바탕색, 가시성 및 별광 효과의 강도에도 달려 있다. 돌의 색깔은 별의 가시성보다 가치에 더 큰 영향을 미친다. 더 투명한 돌은 일반적으로 더 나은 색상을 가지므로 가장 비싼 별 모양 돌은 선명한 색상을 가진 반투명 "유리질 바디" 돌이다.[5]

2021년 7월 28일, 510kg의 무게를 가진 세계에서 가장 큰 별 모양 사파이어 덩어리가 스리랑카 라트나푸라에서 발굴되었다. 이 별 모양 사파이어 덩어리는 "세렌디피티 사파이어"로 명명되었다.[19][20]

외부 광선을 비추면 여섯 줄의 광채를 나타내는( 스타 효과) 것은 스타 사파이어라고 불리며 귀하게 여겨진다. 바늘 모양의 내포물( 포함물, 대부분 이산화티탄 광물인 루틸)을 가지고 있으며, 별 모양의 빛을 낸다. 크기(캐럿) 외에 바탕색의 아름다움과 별 모양 빛의 강도에 따라 평가된다.

3. 4. 변색 사파이어

변색 사파이어는 희귀한 천연 사파이어의 한 종류로, 빛에 따라 색깔이 다르게 나타난다. 자연광 아래에서는 파란색을 띠고, 백열등과 같은 실내 조명 아래에서는 보라색을 띤다. 햇빛 아래에서는 녹색 또는 회녹색을, 백열등 아래에서는 분홍색 또는 적자색을 띨 수도 있다. 변색 사파이어는 마다가스카르, 미얀마, 스리랑카, 탄자니아 등 다양한 지역에서 산출된다.

변색 사파이어에는 두 가지 유형이 있다. 첫 번째 유형은 루비의 붉은색을 만드는 크롬 발색단과 사파이어의 파란색을 생성하는 철 + 티타늄 발색단이 결합된 것이다. 미얀마 모곡 지역에서 산출되는 더욱 희귀한 유형은 바나듐 발색단을 포함하는데, 이는 베르누이 합성 변색 사파이어에도 존재하는 것과 동일하다.

사실상 "알렉산드라이트 효과"(변색 또는 '메타메리즘')를 보이는 모든 보석은 가시광선 스펙트럼에서 유사한 흡수/투과 특성을 보인다.[21] 이는 노란색(~590 nm) 영역의 흡수대와 청록색 및 빨간색 영역의 투과 저하가 함께 나타나는 것이다. 따라서 보이는 색깔은 광원의 스펙트럴 구성에 따라 달라진다. 햇빛은 스펙트럴 파워 분포(SPD)가 상대적으로 균형 잡혀 있으며, 인간의 눈이 녹색 빛에 가장 민감하기 때문에 균형이 녹색 쪽으로 기울어진다. 그러나 백열등(촛불 포함)은 스펙트럼의 붉은색 끝으로 크게 기울어져 균형이 붉은색 쪽으로 기울어진다.[21]

Cr + Fe/Ti 발색단에 의해 색이 칠해진 변색 사파이어는 일반적으로 파란색 또는 보라색에서 보라색 또는 자주색으로 변한다. V 발색단에 의해 색이 칠해진 것은 청록색에서 자주색으로 더 두드러진 변화를 보일 수 있다.

특정 합성 변색 사파이어는 천연 보석 알렉산드라이트와 유사한 색 변화를 보이며, 때때로 "알렉산드리움"(alexandrium) 또는 "합성 알렉산드라이트"(synthetic alexandrite)로 판매되기도 한다. 그러나 후자는 잘못된 명칭이다. 기술적으로 합성 변색 사파이어는 합성 알렉산드라이트가 아니라 알렉산드라이트 ''모방석''이다. 진짜 알렉산드라이트는 크리소베릴의 한 종류이기 때문이다. 사파이어가 아니라 강옥과는 완전히 다른 광물이다.[22]

광원의 종류(자연광과 인공광)에 따라 색이 변하는 것은 컬러 체인지 사파이어라고 불리며, 이것 또한 희소가치가 있다.

4. 색상의 원인

사파이어의 색상은 강옥 결정 구조 내의 미량 불순물에 의해 결정된다. 루비가 붉은색을 띠는 것은 강옥 구조에서 알루미늄 이온(Al3+)을 대체하는 미량의 크롬(Cr3+) 때문이며, 철과 포획된 정공 색 중심에 의해 색이 수정될 수 있다.[25]

사파이어의 청색은 간격 원자가 전하 이동, 즉 전도대 또는 원자가대를 통해 한 전이 금속 이온에서 다른 전이 금속 이온으로 전자를 전달하는 현상에서 비롯된다. 철(Fe)은 Fe2+ 또는 Fe3+, 티타늄(Ti)은 Ti4+ 형태를 취하는데, Fe2+ 및 Ti4+ 이온이 Al3+를 대체하면 국소적인 전하 불균형이 생긴다. Fe2+ 및 Ti4+로부터 전자가 전달되면 두 이온의 원자가 상태가 변하고, 이로 인해 전자의 에너지에 변화가 생겨 전자기 에너지가 흡수된다. 흡수되는 에너지의 파장은 황색광에 해당하며, 이 빛이 백색광에서 제거되면 보색인 청색이 나타난다. 원자 간격이 방향에 따라 다를 경우 청록색 이색성이 나타나기도 한다.

보라색 사파이어는 미량의 크롬, 철, 티타늄을 포함하여 다양한 색조를 띤다. 발색단의 함량이 매우 낮은 강옥은 거의 무색에 가까운데, 완전히 무색인 강옥은 자연 상태에서 드물다. 미량의 철만 존재하면 연한 노란색이나 녹색이 나타날 수 있지만, 티타늄과 철 불순물이 모두 존재하고 정확한 원자가 상태에 있으면 청색이 된다.[26]

간격 원자가 전하 이동은 불순물 비율이 낮아도 강한 색을 나타내는 과정이다. 짙은 붉은색 루비는 강옥에 크롬이 최소 1% 이상 있어야 하지만, 사파이어는 티타늄과 철이 0.01%만 있어도 청색을 띨 수 있다.

자연 상태에서 드문 무색 사파이어는 과거 보석에서 다이아몬드 대용으로 사용되었고, 현재는 악센트 스톤으로 사용된다.[8]

강옥의 색깔 원인에 대한 자세한 설명은 "루비 & 사파이어: 보석학자를 위한 안내" 4장에 나와 있다.[5]

5. 채굴 및 산지

사파이어는 충적층이나 지하 광맥에서 채굴된다. 주요 산지로는 아프가니스탄, 오스트레일리아, 미얀마, 캄보디아, 중국, 콜롬비아, 인도, 케냐, 라오스, 마다가스카르, 말라위, 네팔, 나이지리아, 파키스탄, 스리랑카, 타지키스탄, 태국, 미국, 베트남 등이 있다.[27]

마다가스카르산 사파이어


지역에 따라 사파이어의 외관, 화학적 불순물 농도, 미세한 내포물 유형이 다를 수 있다.[27] 이에 따라 사파이어는 고전적 변성암, 비고전적 변성암, 마그마암, 고전적 마그마암의 세 가지 범주로 나뉜다.[27] 특히 열처리를 받지 않은 카슈미르, 버마, 스리랑카산 고전적 변성암 사파이어는 상업적으로 더 매력적일 수 있다.[28][29][30]

로건 사파이어, 인도의 별, 아담의 별, 봄베이의 별은 스리랑카 광산에서 산출되었다. 2007년 기준으로 마다가스카르는 일라카카 마을과 그 주변 매장지를 중심으로 세계 최고의 사파이어 생산량을 기록했다.[31] 1987년에는 오스트레일리아가 가장 많은 사파이어를 생산했다.[32] 1991년 마다가스카르 남부 안드라논담보에서 새로운 사파이어 매장지가 발견되었으나, 기반암 채굴의 어려움으로 1993년 채굴 시작 후 몇 년 만에 중단되었다.[33]

북아메리카에서는 주로 몬태나주에서 사파이어가 채굴되었다. 몬태나주 헬레나 근처 미주리 강변 층리, 몬태나주 디어 로지 근처 드라이 코튼우드 크릭, 몬태나주 필립스버그 근처 록 크릭 등에서 채굴되었다. 고급 청색 요고 사파이어는 몬태나주 루이스타운 서쪽 요고 굴에서 발견된다.[42] 노스캐롤라이나주 프랭클린 지역에서도 몇몇 보석급 사파이어와 루비가 발견되었다.[34]

카슈미르 사파이어 매장지는 보석 산업에서 잘 알려져 있으며, 19세기 말과 20세기 초에 최고 생산량을 기록했다.[5] 이 매장지는 인도 자무와 카슈미르의 자무 지역 파다르 계곡에 위치한다.[35] 카슈미르 사파이어는 선명한 청색과 신비로운 특징을 가지며, 일부 보석 애호가들은 이를 ‘블루 벨벳’으로 묘사한다. 카슈미르산 코런덤은 실크 같은 외관과 탁월한 색조로 쉽게 식별 가능하다.[36][35] 카슈미르산 사파이어의 독특한 청색은 다른 종류의 빛 아래에서도 윤기 있게 보이는 반면, 카슈미르산이 아닌 사파이어는 자주색이나 회색으로 보일 수 있다.[37]

카슈미르산 블루 사파이어는 콘플라워 블루라고 불린다. 미얀마산 짙은 청색 사파이어는 로열 블루라고 불리며, 두 산지 모두 시장에서 높은 평가를 받는다. (하위 섹션 "일본과 해외의 감별서 차이 (로열 블루)" 참조)

5. 1. 일본과 해외의 감별서 차이 (로열 블루)

일본 감별서에서는 미얀마산으로 확정된 후 일정 색상이 아니면 사파이어 색상에 "로열 블루"라고 기재할 수 없지만, 해외 감별서에서는 산지와 관계없이 일정 수준 이상의 짙은 청색이면 "로열 블루"라고 기재한다.[1]

원래 로열 블루 색상 자체가 영국 왕실이 미얀마산 사파이어에 부여한 색상이기에 일본 감정 업계는 그것을 지키고 있다.[1] 해외 감정서에서 "로열 블루 색상"이라고 기재된 경우에도, 산지가 미얀마산 이외인 경우가 많다.[1]

6. 처리 및 합성

사파이어는 투명도와 색상을 향상시키기 위해 여러 가지 방법으로 처리될 수 있다.[5] 열처리는 천연 사파이어의 외관을 개선하기 위해 일반적으로 사용되는 방법이다. 사파이어를 용광로에서 800°C에서 1800°C 사이의 온도로 수 시간 또는 수 주 동안 가열하여 색을 더 푸르게 만들거나 루틸 내포물(실크)을 줄인다. 1400°C 이상의 고온에서는 루틸 실크가 용해되어 현미경으로 보았을 때 투명해지며, 루틸의 티타늄이 고용액으로 들어가 철과 함께 푸른색을 낸다.[39] 천연석의 내포물은 보석용 루페로 쉽게 확인할 수 있으며, 사파이어의 열처리 증거는 로마 시대까지 거슬러 올라간다.[40] 열처리되지 않은 천연석은 드물며, "열처리의 흔적이 없음"을 증명하는 독립적인 보석 감정소의 증명서와 함께 판매되는 경우가 많다.

요고 사파이어는 채굴 시부터 콘플라워 블루 색상을 띠고 내포물이 없어 열처리가 필요 없다.[41] 1980년대 Intergem Limited가 요고 사파이어를 세계 유일의 열처리되지 않은 사파이어로 판매하면서 열처리 여부가 중요한 문제로 부각되었다.[42]

격자(벌크) 확산 처리는 사파이어에 불순물을 추가하여 색상을 향상시키는 방법이다. 유니온 카바이드의 린드 에어 부서에서 개발 및 특허를 받았으며, 초기에는 합성 사파이어에 티타늄을 확산시켜 푸른색을 균일하게 만들었다.[44] 이후 천연 사파이어에도 적용되었으나, 티타늄 확산으로 생성된 색상 층은 얇아(0.5mm 미만) 재연마 시 색이 손실될 수 있다. 크롬 확산은 코런덤에서 크롬의 확산 속도가 느려 중단되었다.

2000년에는 베릴륨 확산 처리된 "패러파드샤" 색상의 사파이어가 시장에 출시되었다. 베릴륨은 사파이어의 녹는점 바로 아래의 고온에서 확산되며, 초기에는 주황색 사파이어를 만드는 데 사용되었으나 현재는 다양한 색상 처리에 사용된다. 베릴륨 이온의 크기가 작아 색상 침투가 티타늄 확산보다 크며, 경우에 따라 전체 돌에 침투할 수 있다. 베릴륨 확산 주황색 사파이어는 감지하기 어려워 보석 감정소의 고급 화학 분석이 필요하다.[6]

미국 연방거래위원회는 보석 가치에 영향을 미치는 모든 향상 방법을 공개하도록 규정하고 있다.[45]

1902년 프랑스 화학자 오귀스트 베르누이는 베르누이법(플레임 융합법)을 통해 합성 루비 결정 생산 방법을 발표했다.[47] 알루미나 분말을 산소-수소 불꽃에 첨가하고 세라믹 받침대 아래로 향하게 하는 방식이다.[48] 1911년 베르누이는 합성 청색 사파이어 생산 공정에 대한 특허를 취득했다.[49][5] 베르누이법의 핵심은 알루미나 분말이 불꽃을 통과하며 녹지 않고 받침대 위에 소결 콘을 형성한다는 점이다. 콘 끝이 불꽃의 가장 뜨거운 부분에 닿으면 녹아 결정 성장이 시작되고, 불꽃에 산소를 더해 온도를 높이면 결정이 옆으로 확장된다. 받침대는 결정 성장 속도와 같은 속도로 내려가며, 알루미나가 침착되어 눈물방울 모양 "벌브"를 만든다. 이후 끌로 쳐서 두 반쪽으로 나눈다.[5]

초크랄스키법은 1916년 폴란드 화학자 얀 치호랄스키가 발명한 방법으로, 작은 사파이어 종자 결정을 이리듐 또는 몰리브덴[52] 도가니에 담근 후 용융 알루미나 속에서 천천히 위로 끌어올려 잉곳을 만든다.[53]

6. 1. 한국에서의 처리 및 합성 기술

한국은 세계적인 수준의 보석 가공 기술을 보유하고 있으며, 사파이어 처리 및 합성 기술 또한 발전해 왔다. 특히 최근에는 친환경적인 처리 기술 개발에 대한 관심이 높아지고 있다.

사파이어는 일반적으로 투명도와 색상을 향상시키기 위해 다양한 방법으로 처리된다.[5] 가열 처리는 천연 사파이어의 외관을 개선하거나 향상시키는 일반적인 방법이다. 사파이어를 800°C에서 1800°C 온도의 용광로에서 몇 시간 또는 몇 주 동안 가열하는 방식으로 이루어지며, 가열하면 돌의 색깔이 더 푸르게 변한다.[39]

요고 사파이어는 채굴 시부터 매력적인 콘플라워 블루 색상을 가지고 있어 열처리가 필요 없다.[41] 1980년대에 Intergem Limited가 요고 사파이어를 세계 유일의 열처리되지 않은 사파이어로 판매하면서 열처리 여부가 중요한 문제로 부각되었다.[42]

격자(벌크) 확산 처리는 사파이어에 불순물을 추가하여 색상을 향상시키는 데 사용된다. 이 공정은 원래 유니온 카바이드의 린드 에어 부서에서 개발 및 특허를 받았으며, 초기에는 합성 사파이어에 티타늄을 확산시켜 푸른색을 균일하게 만드는 데 사용되었다.[44] 이후 천연 사파이어에도 적용되었다.

2000년에는 베릴륨 확산 처리된 "패러파드샤" 색상의 사파이어가 시장에 출시되었다. 베릴륨은 사파이어의 녹는점 바로 아래의 매우 높은 열에서 사파이어에 확산되며, 초기에는 주황색 사파이어를 만드는 데 사용되었으나, 현재는 다양한 색상의 사파이어 처리에 사용된다.[6]

미국 연방거래위원회 지침에 따르면 보석의 가치에 상당한 영향을 미치는 모든 향상 방법을 공개해야 한다.[45]

보석으로 시장에 공급되는 루비·사파이어 등의 강옥은 대부분 인위적인 열처리(약 500°C - 1600°C)에 의해 선명한 색채와 내부적으로 오염이 적은 상태로 변화된 것이다. 비가열 여부나 열처리 여부를 판정하는 방법은 다음과 같다.

  • 보석 광물 표면의 입자를 고주파 플라즈마로 이온화하여 질량을 분석함으로써 생성 환경을 파악.
  • 가늘게 모은 레이저 광선을 스캔하여, 보석 광물 내부의 구조와 결함을 영상으로 포착.
  • 보석 광물 표면에 적외선 레이저를 조사한 후 증발한 기체 입자의 전기적 변화에 따라 방출되는 방사광선의 파장을 조사하여 원소 분석.
  • 라만 효과를 이용하여 물질의 동정이나 분자 구조를 해석.

7. 산업 및 과학적 응용

인공 사파이어는 높은 경도, 내마모성, 넓은 범위의 투명성, 뛰어난 절연성 및 높은 열전도율 등 독특한 특성 덕분에 다양한 산업 분야에서 널리 활용된다.


  • 시계 유리: 사파이어는 긁힘에 매우 강하여 고급 손목시계의 유리로 사용된다. 모스 굳기 척도에서 9로, 다이아몬드와 모이사나이트 다음으로 단단한 물질이다.[36]
  • 스마트폰 카메라 렌즈 보호: 애플은 아이폰의 카메라 렌즈와 지문 인식 장치(Touch ID)를 보호하기 위해 사파이어를 사용한다.[62][85][86] 교세라는 사파이어 스크린을 장착한 스마트폰을 생산하기도 했다.[64]
  • 반도체 기판: 얇은 사파이어 웨이퍼는 실리콘 온 사파이어(SOS) 기술에 사용되어 고성능 집적 회로를 제작하는 데 사용된다. 사파이어는 우수한 전기 절연 특성과 높은 열전도율을 가지고 있어 고출력 무선 주파수(RF) 응용 분야에 적합하다.[68] 또한, 질화갈륨(GaN) 기반 소자 성장용 기판으로도 사용되어 청색 발광 다이오드(LED) 제조에 활용된다.
  • 레이저 부품: 고출력 레이저 튜브의 끝 창에는 사파이어가 사용된다. 이는 사파이어가 넓은 투과율과 높은 열전도율을 가지고 있어 높은 전력 밀도를 견딜 수 있기 때문이다. 티타늄 사파이어 레이저는 적색 및 근적외선 영역에서 다양한 파장으로 조정 가능하여 널리 사용된다.
  • 고압 챔버 창: 사파이어 창은 재료의 뛰어난 경도와 강도로 인해 분광법을 위한 고압 및 진공 챔버에 사용된다.[55]
  • 제논 아크 램프: 제논 아크 램프의 한 종류는 사파이어 결정 출력 창을 사용하여 더 높은 열 부하를 견디고, 더 높은 출력 전력을 제공한다.[65][66]
  • 군사용: F-35 라이트닝 II 전자광학 표적 시스템 창과[67] 장갑차 및 방탄복의 파손 방지 창에도 사파이어가 사용된다.
  • 의료용 인공관절: 단결정 사파이어는 생체 적합성이 높고 마모가 적어 고관절 인공관절에 사용되기도 한다.[69]
  • 기타: 바코드 스캐너 창,[55] 레코드 바늘 등에도 사용된다.


과학 연구 분야에서도 인공 사파이어가 활용된다. 예를 들어, 중력파 망원경 카구라(KAGRA)는 극저온에서 진동이 적어지는 사파이어의 성질을 이용하여 인공 사파이어 거울을 사용한다.[87]

8. 유명한 사파이어

로건 사파이어, 인도의 별, 아담의 별, 봄베이 별, 비스마르크 사파이어, 퀸즐랜드의 검은 별, 아시아의 푸른 아름다움 (Blue Belle of Asia) 등 역사적으로 유명하거나 크기가 큰 사파이어들이 존재한다.[80][18][81][82][83][17]

주목할 만한 사파이어 개요
사파이어원산지크기 (캐럿)세공 방식색상소장처
비스마르크 사파이어[80]미얀마98.56테이블형청색미국 국립 자연사 박물관, 워싱턴 D.C.
퀸즐랜드의 검은 별[18]오스트레일리아, 1938년 발견733스타형검정색개인 소장
아시아의 푸른 아름다움 (Blue Belle of Asia)[81]스리랑카392.52쿠션형청색개인 소장
로건 사파이어[82]스리랑카422.99쿠션형청색미국 국립 자연사 박물관, 워싱턴 D.C.
루마니아 마리 왕비 사파이어[83]스리랑카478.68쿠션형청색개인 소장
아담의 별[17]스리랑카, 2015년 발견1404.49스타형청색개인 소장
봄베이 별스리랑카182스타형청자색미국 국립 자연사 박물관, 워싱턴 D.C.
인도의 별스리랑카563.4스타형청회색아메리칸 자연사 박물관, 뉴욕
스튜어트 사파이어스리랑카104청색런던탑



"루비 & 사파이어: 보석학자를 위한 안내"(Ruby & Sapphire: A Gemologist's Guide) 10장에는 100개가 넘는 중요하고 유명한 루비와 사파이어 목록이 자세히 나와 있다.[5]

참조

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