▶ 합성코런덤이란 무엇인가?

Synthetic Corundum에 대해서

* 합성 커런덤
대부분의 합성 커런덤은 화염법에 의해서 육성되고 있다.
육성 기술이나 장치라는 점에서 말하면 합성 커런덤은 화염법뿐만 아니라 플럭스법, 열수법 및 결정인상법, 또는 플로팅-존법등에 의해서도 육성할 수가 있는데 제조 원가, 품질의 표준화, 다양성등을 고려하면 화염법이 가장 우수하다고 말할 수 있다.
그러나 외관이나 색상 또는 내포물등이 천연 커런덤에 흡사하다고 하는 점에서 화염법을 제외한 다른 육성법으로는 주로 루비가 육성되고 있고, 채텀에 의해서 겨우 플럭스법에 의한 청색 사파이어가 제조되고 있다.
또 결정인상법이라고 추정되고 있는 교세라제의 합성 커런덤 중에는 적색감의 오렌지색을 한 소위 파파라차고 하는 사파이어가 루비와 함께 육성되고 있다.
열수법 및 플로팅·존법에 의해 육성된 상업적인 합성 커런덤은 보석시장에서는 거의 볼 수가 없으나, 때로 열수 성장 루비로 추정되는 합성 루비가 관찰되기도 한다.

(1) 화염법 합성 커런덤
합성 커런덤의 육성에는 암모늄백반을 1000℃에서 연소시킨 산화알루미늄의 원료분말을 베르누이의 도립로내에 떨어트리고, 고온의 산수소염으로 용융시켜 내화봉(세라믹·로드)의 위에 축적시켜서, 이것을 냉각 고화시키면서 커런덤의 결정으로서 성장시킨다.
베르누이의 도립로 내에서 성장한 합성 커런덤의 부울(Boule)은 대략 100-300캐럿가 되고, 때로는 수백 캐럿의 중량으로 성장하는 경우도 있다.
이 결정의 부울(Boule)은 항상 존재하고 있는 내부의 장력에 의한 비틀림때문에 양초모양의 내화봉에서 떼어낼 때, 함마로 가볍게 두드려주면 장축에 의해서 두쪽으로 분리된다. 이 분리의 순간에 부울(Boule)은 결정내의 비틀림에서 해방되는 것이다. 다만 부울내의 변화는 결정 부울을 담금질 처리함으로서도 변화를 제거할 수가 있다.
합성 커런덤은 육성에 있어서 산화알루미늄의 성분이 순수하다면 완성된 결정은 거의 무색이며, 원료 분말에 소량의 금속산화물을 도프해 주면 다양한 색을 가진 합성 커런덤을 만들 수 있다.
이와같은 합성 커런덤은 크롬(Cr), 티탄(Ti), 니켈(Ni), 바나듐(V)등의 산화물을 도프한 것인데, 철(Fe)의 산화물도 색상에 변화를 줄 목적으로 때때로 도프되는 경우가 있다.
합성 커런덤의 다양한 색상은 적색 및 핑크색, 청색, 자색, 녹색, 황색, 오렌지색등의 천연 커런덤에서 볼 수 있는 색상뿐만 아니라, 변색 타입이나 밝은 황녹색등의 천연 커런덤에서는 보기 어려운 색도 제조되고 있다.
이러한 합성 커런덤의 다양한 색을 천연 커런덤의 색과 같게하기 위해서 도프하는 착색 금속산화물을 조금더 많이 가하고 있지만, 이 착색제의 많은 도프로 인해 완성된 결정의 물리적인 성질에는 큰 변화를 나타내는 일은 거의 없다.
베르누이는 1904년에 처음으로 합성 루비를 육성하였고, 1907년에는 청색 사파이어를 산화알루미늄에 코발트의 산화물을 도프해서 만들었다.
그러나 육성된 청색 부울은 색얼룩과 반점이 많아 청색 사파이어라고 부르기에는 어려운 것이었기 때문에, 당시의 연구자들은 이 부울의 반점을 없애기 위해서 융제로서 산화 마그네슘을 첨가해서 아름답고 균일한 색상을 가진 부울을 완성하였다.
그러나 그 색상은 천연의 청색 사파이어의 색상은 아니였기 때문에 "호프 사파이어"로 불리우게 되었고, 이 호프 사파이어의 부울은 많은 연구자에 의해서 조사된 결과 사파이어가 아니라 스피넬로 판명되어 그 때부터 약 20년이 지난 후 본격적으로 합성 스피넬의 결정이 육성되는 계기를 만든 것이다.
그 후 많은 실패도 있었으나 3년후인 1910년에는 천연 사파이어의 청색의 원인이 철과 티탄의 산화물이라는 것이 판명되었기 때문에 이 종류의 착색제의 도프가 실험되어서 합성 청색 사파이어의 육성에 이용하게 되었던 것이다.
합성 스타 커런덤은 1947년에 처음으로 미국의 린데사에 의해서 합성되어 "린데 스타"라는별명을 가지고 있으며, 일본의 신광사에서도 우수한 품질이 제조되고 있으며, 서독의 카바이드공장에서도 제조하고 있는 것으로 알려지고 있다.
그러나 린데사는 유니온 카바이드사에 흡수되어 이미 합성 스타 커런덤의 제조를 중지하고 있으며, 유니온 카바이드사는 현재 결정인상법에 의한 제조 특허를 획득하고 있다.
린데사의 스타 커런덤은 0.1-0.3%의 산화티탄을 산화알루미늄의 원료에 첨가해서 화염법에 의해 부울을 육성하고, 이 부울을 1100-1500℃사이에서 가열 처리함으로서 합성 스타 커런덤을 제조한 것으로 전해지는데, 스타 커런덤의 가열 처리방법은 1500℃에서 약 2시간, 다음에 1100℃로 72시간정도 가열을 하면 부울에 함유되어 있는 산화티탄이 용해되어 커런덤의 육방정계의 원자격자가 정상(頂上)인 프리즘에 평행으로 3방향에 침전하여 미세한 견(絹)모양의 루틸의 결정으로서 정출(晶出)한다. 이 경우도 0.3%이상의 산화티탄을 원료분말에 첨가하면 부울의 성장이 어렵다고 전해진다.
산화티탄을 부울속에 완전히 침전시키기 위해서는 최초의 고온 가열에 의해서 용리(溶離)시킨 산화티탄을 광축에 직각으로 조정한 후, 재가열함으로서 산화티탄의 결정인 루틸(Rutile:金紅石)을 고밀도로 정출시키는 것이다.
신광사의 발표에 의하면 합성 스타 루비의 육성에는 산화알루미늄의 원료 분말에 산화크롬(Cr2O3) 1%, 산화티탄(Ti2O3) 0.1%를 도프한 것이 이상적이라고 하며, 스타 사파이어는 산화알루미늄의 원료 분말에 산화철(Fe2O3) 0.2%를 도프한 것이 가장 이상적이라고 한다.
또 결정 부울의 성장축과 결정의 광학축과의 사이의 각도를 0도, 또는 90도로 하기 위해서 광학축의 방향을 규제한 종결정을 사용한 합성법이 행해지고 있다.
합성 스타 커런덤에서 볼 수 있는 침상의 루틸은 매우 미세한 성질을 갖고 있어, 적어도 50배율로 확대하지 않으면 보이지 않으며, 합성의 스타 스톤에는 침상에 의한 조직이 밀집되어 있기때문에 투명도는 불투명하지만, 스타 효과가 뛰어나므로 확산된 광원화에서도 스타 효과를 확인할 수 있다.

(2) 플럭스법 합성 커런덤
미국의 아돈사(Ardon Associated Inc.)에서는 1969년 3월에 "카샨 루비(Kashan Ruby)"의 제조를 시작했다고 발표하였다. 카샨 합성 루비는 그보다 이전인 1963년에 트루하트 브라운(Truehart Brown)에 의해서 개발된 플럭스법에 의한 합성 루비라고 전하고 있다.
카산의 합성 루비는 착색제로 산화크롬을 사용하고 있는데, 극히 미량의 산화철이나 산화티탄 및 산화망간등을 도프해서 천연 루비와 가까운 색이 되도록 하였다.
카산의 결정은 초기와 현재의 것이 약간 색감은 다르나, 10캐럿이 넘는 대형 결정이 육성되기 때문에 보석시장에서는 카샨의 합성 루비가 가장 많은 것 같다.
합성 에메랄드로 유명한 미국의 채텀도 1959년경에 합성 루비를 플럭스법으로 육성하기 시작해서, 1966년에는 합성 루비의 제조에 성공하였고, 그 후 합성 루비의 단결정을 육성하는데에도 성공하여 1970년대가 되어 20캐럿에 가까운 연마석까지 육성하였다.
채텀에 의해 개발된 합성 루비의 육성법에 대해서, 미국의 미시간주에 있는 산화지르코늄의 공급원인 ICT사도 특허료를 지불하고 합성 루비의 육성에 진출했는데, 완성된 결정은 채텀의 합성 루비와 본질적으로는 동질의 것이었다.
채텀은 그후 1974년에 합성 청색 사파이어도 플럭스법으로 제조는 하였으나, 착색제로 사용되는 철과 티탄의 산화물이 강한 색층의 원인이 되어 보석용의 가치를 가진 결정을 합성하는 데는 실패하였다.
채텀은 그 강력한 색층의 출현에 대한 대응책으로 결정의 성장 속도와 방향을 조정하는 방법을 취하였으나, 결정은 오히려 많은 내포물을 함유하게 되어 보석의 투명도가 극단적으로 저하하였다.
따라서 1970년대 후반까지 채텀에 의해서 육성된 플럭스법의 청색 사파이어는 포도송이 형태나 작은 단결정이었기 때문에 0.3-2캐럿크기로 연마되어 보석시장에서 거래되었다.
그후 1981년에 이르러 채텀은 오렌지색의 합성 사파이어를 플럭스법으로 육성하는 것에 성공했는데, 이 결정도 작은 단결정으로 청색 사파이어에서 볼 수 있었던 것과 똑같이 강한 색층이 확실하기 때문에 보석용으로서는 만족스러운 것이 아니었으며, 단지 오렌지색에서 적색감의 오렌지색을 하고 있다고 하는 외관상의 특징에서 이 결정을 육성한 목적이 파파라차 사파이어의 합성품을 만드는 것이었다고 추측할 수 있다.
채텀에 의해 육성된 플럭스 성장의 청색 및 오렌지색 사파이어는 내포물을 제외하고는 다른 물리적 성질이 천연의 사파이어와 거의 일치하고 있으며, 채텀의 보석에 한정되지 않고 플럭스법이나 열수법으로 합성한 모든 결정이 직선의 색대(컬러 밴드)나 결정학적인 각도를 가진 색대를 보인다고 하는 것은 주목하여야 할 일이다.
상업적으로 육성되는 플럭스법 루비중 또 하나는 일본전파공업사에 의해 제조되고 있는 사라만도르 루비로서, 이 합성 루비는 최초에는 열수법에 의해 육성되고 있다고 전해졌으나, 조사결과 플럭스법에 의한 내포물이 포함된 것으로 밝혀졌다.
일본전파공업사는 열수법에 의해서 합성 수정을 제조하고 있는 회사이지만, 열수법에 의한 합성 루비의 육성이 성장 속도가 훨씬 늦고 연마가능한 대형 결정의 육성이 어렵기때문에 플럭스법을 선택한 것 같다.


(3) 열수법 합성 커런덤
합성 수정이나 합성 에메랄드의 육성법으로는 열수법이 자주 사용되고 있으나, 커런덤의 합성에는 열수법은 거의 사용되고 있지 않다.
열수법은 결정의 육성법이 천연 광물의 결정의 성장과정과 가장 가깝기때문에, 이 방법에 의해서 육성된 결정은 천연과 가장 유사하다.
천연보석 특히 커런덤이나 에메랄드, 수정등의 결정내에는 다양한 광물의 결정이나 암장수(岩漿水)의 잔액등이 함유되어 있는데, 이와같은 내포물의 존재는 천연 보석의 대부분이 용액중에서 장시간 걸려서 천천히 성장해온 것을 암시하고 있다.
이러한 천연의 광물 결정의 성장 환경이야말로 앞에서 언급한 바와같이 "열수적 성장"의 증거로 되는 것이다.
열수법에 의한 합성의 결정이 천연의 결정과 성질이 일치한다고 하는 좋은 예는 수정의 결정에서 찾아낼 수 있으며, 이것은 이미 합성 자수정이나 황수정의 감별이 대단히 한정되어 있다고 하는 사실에 의해 명백하다.
그런데 열수법이 다른 합성법에 비해서 가장 천연과 유사한 결정의 육성이 가능하다고 하는 사실에도 불구하고, 열수법이 합성 수정을 제외하고 다른 보석등의 합성에 사용되지 않는 이유는 무엇일까? 아마도 그 최대의 이유는 성장속도가 훨씬 늦기때문일 것이다.
합성 커런덤의 열수법에 관한 특허는 미국의 벨 전화회사의 연구소가 최초로 획득했는데, 벨연구소에 의하면 열수법에 의한 커런덤의 성장속도는 1일당 0.15m/m의 비율정도로, 이 속도는 합성 수정의 약 1/10로서, 합성 수정은 적어도 1일당 1-1.5m/m는 성장한다.
또 현시점에서 실용적으로 열수법을 루비나 에메랄드의 육성에 적용하는 데에는 육성후의 결정에 크기에 문제가 있다고 말하고 있다.
현재의 열수법의 기술로는 이 종류의 결정에서 성장층의 두께는 수m/m정도가 한계이기때문에 큰 사이즈로 연마할 수가 없다. 또 만약 큰 사이즈로 보석을 연마했다고 하더라도 종결정의 판이 보석의 내부에 반드시 남는 것이다.
결국 현재로서는 열수법에 의한 커런덤의 육성은 성장 속도와 육성된 합성 결정의 크기에 문제가 있어 기업적 채산이 맞지않는다고 하는 것이다.
합성 커런덤의 열수법에 관한 벨 연구소의 특허는 이미 특허 기한이 소실해 있는데 연구용이나 실험적인 수준의 결정의 육성을 제외하고 보석용의 결정이 열수법에 의해서 육성되어 보석시장에 유통하고 있다고 하는 정확한 정보는 현재로는 알려져 있지 않다.
지금까지 열수법에 의해서 합성 루비를 육성했다고 하는 보고는 앞서의 특허와 관련해서 벨 연구소를 들 수 있는데, 채텀과 제너럴 일렉트릭사의 양자가 열수법 합성 루비의 결정을 실험적으로 육성시킨 것을 발표하고 있다.
보석시장에서는 때때로 천연 루비내에 열수법 합성 루비라고 하는 정체 불명의 합성 루비가 발견되는 일이 있다. 그러나 이 종류의 합성 루비의 대부분은 잘 조사해보면 실은 플럭스법에 의한 것이고 그 성인(成因)을 표시하는 페더상 및 금속편상의 함유물을 함유하고 있는 것이다.

(4) 기타 합성법에 의한 합성 커런덤
결정인상법에 의한 합성 커런덤은 보석용의 결정에서는 그다지 알려져 있지 않다.
미국의 유니온 카바이드사는 인상법에 의한 합성 스타 커런덤의 육성법에 관한 특허를 획득하고 있는데, 실제로는 이 방법에 의해 합성되었다고 하는 확실한 정보는 없다.
일본 교세라의 합성 루비나 적색감의 오렌지 사파이어에 관해서도 잘 알려져 있지 않다.
교세라의 결정은 최초에는 플럭스법에 의한 것이라고 전해졌으나, 이 결정은 많은 감정사들의 분석 결과 결정인상법에 의한 육성의 가능성이 강력해지고 있다.
교세라의 합성 커런덤의 연마석은 대단히 깨끗하고 보석의 내부에는 거의 내포물을 볼 수 없으나, 성장시킨 결정을 조사해보면 멜트(Melt)에서 성장된 결정의 특징을 확실하게 관찰할 수 있는데, 가장 현저한 특징의 하나는 기포의 존재이다.
이 기포는 결정의 장축의 중심에는 거의 볼 수 없으나 중심에서 멀어진 위치에서는 상당히 밀집해서 볼 수 있다. 이러한 결정내의 기포의 분포는 아마도 결정의 인상시에 멜트를 중심으로 도가니 양측에서 대류(對流)시키고 있는 것에 기인하고 있는 것일 것이다.
또 대단히 흥미깊은 것은 결정의 구조상의 결함이라고 생각되는 광학적인 왜곡이 교세라 합성석에서는 특히 강력하여, 교차된 니콜프리즘하에서 독특한 패턴을 나타낸다.
교세라에서는 결정을 보석으로 연마시, 기포가 밀집한 부분을 절단후 연마하기 때문에 연마석에서는 기포를 거의 찾아볼 수 없을 것이다.
그러나 교차한 니콜사이에서 볼 수 있는 왜곡에 의한 독특한 패턴은 교세라의 합성 커런덤의 특징이라고 말할 수 있다.
또 교세라의 합성 루비는 직선의 컬러밴드를 보이는데, 이 컬러밴드는 역시 교세라의 합성 알렉산드라이트에 비해서 간격이 상당히 넓게 나타난다.

또 다른 합성 커런덤의 육성방법은 플로팅-존법이다.
플로팅·존법은 결정을 성장시킬 때 도가니를 사용하지 않고 멜트에서 결정이 성장시킨다고 하는 점에서 화염법과 유사하나, 결정의 성장속도는 화염법보다 훨씬 늦고, 굵은 결정을 육성하는 것이 어려운 것이 보석용의 결정 육성법으로서 큰 결점이다.
플로팅·존법으로 육성한 합성 커런덤의 결정을 조사해보면, 멜트성장 결정의 특징인 기포와 불용해된 알루미나로 된 미소한 검은 고상(固狀)의 띠(밴드)가 함유되어 있다.
한편 1981년에 구벨린이 오스트리아의 크니쉬카(P. Otto Knischka)가 육성한 합성 루비에 대해 발표하였는데, 크니쉬카 합성 루비는 멜트에서의 온도차법에 의한 육성 기술이 적용된 것으로 판단되며, 성장조건을 바꾸는 것에 의해서 여러가지 결정형태를 볼 수 있었고, 지금까지 알려져있는 합성 루비에 비해서 천연 루비와 매우 유사한 성질을 갖고 있다.
그러나 내포물의 패턴이 천연과 상이한 점과 X-선하에서 인광을 나타내는 특징에 의해서 감별가능하다.

(5) 천연 및 합성 커런덤의 주요 감별 포인트
합성 커런덤의 육성법이 어떠한 방법이더라도 굴절율이나 비중등의 물리적 성질은 천연 커런덤과 동일하고 몇가지의 한정된 테스트 외에는 보석의 감별에 전혀 도움이 되지 않는다. 때로는 이색성이나 형광 또는 흡수 스펙트럼등의 테스트 방법이 제한된 상태에서 커런덤의 감별에 이용될 수 있으며, 이 테스트는 때로 주요한 테스트법인 동시에 보조 테스트의 하나로 역할을 한다.
그러나 커런덤의 천연과 합성에서는 내포물을 제외하고 큰 차이가 없기때문에 내포물의 분석을 가장 중요시하는 것이다.
(1) 합성 커런덤의 내포물 - 합성 커런덤의 내포물의 특징은 다음과 같다.

(가) 구상 기포(球狀 氣泡)
화염법 합성 커런덤은 흔히 구상(球狀)및 부정형(不定形)의 기포를 함유하고 있으며, 이 기포는 일반적으로 점적인 크기로서, 암시야 조명하에서는 빛나는 광점으로 관찰된다.
이러한 기포는 내부에 1개나 또는 수개가 산재해 있는 경우도 있으며, 보석 전체에 밀집된 형태로 나타날 수도 있고, 또 한부분에 집중되는 경우도 있다.
또한 기포는 많은 경우에 결정부울의 성장에 관련하여 곡선상의 성장선에 따라서 커브모양으로 배열해서 눈에 띄는데, 때로는 미소한 기포를 수반하여 1개 혹은 여러개의 큰 기포도 볼 수 있다.
화염법 합성 커런덤내에서 간혹 나타나는 기이한 기포의 패턴에는 부울의 냉각중에 일어나는 점성(粘性)을 가진 멜트의 장력(張力)에 의해서 길게 늘어져, 지렁이나 구더기(?), 번데기 형태를 한 크고 작은 여러가지의 기포도 있다.
구상의 기포의 존재는 천연보석의 내부에서는 볼 수 없는 것이므로 다른 불명확한 내 포물이 존재하고 있더라도, 그 보석의 성인(成因)을 확실하게 결정할 수 있다.
린데의 합성 스타 커런덤에는 대부분 기포가 다량으로 함유되어 있는데, 일본제의 스 타 커런덤에는 기포가 적은 편이며, 최근의 화염법 합성의 스타 커런덤에는 기포를 볼 수 없는 것이 많아지고 있다.

(나) 곡선상의 컬러 밴드(색대)
화염법 합성 커런덤내의 내포물의 제2의 특징은 곡선상의 성장선이 존재하는 것이다.
성장선은 다른 결정에서도 볼 수 있는데, 합성 커런덤에서의 결정 부울은 원료 분말이 불연속적으로 공급되므로, 용해된 알루미늄이 낙하해서 부울위에 축적할 때, 단시간이라고는 하나 시간 경과가 필요한 것은 말할 필요도 없다.
그 때 커런덤의 부울은 기존층과 새로운 층사이에 착색물질로 인한 농도차(濃度差)를 만드는 것이 충분히 있을 수 있으므로 농담의 색을 가진 성장무늬가 나타난다.
이와같은 농담의 색을 갖는 성장선은 부울의 반원형의 머리부분에서 표면장력(表面張力)에 의해 곡선진 형태로 되어 곡선상의 색무늬를 만드는 것이다.
천연의 광물결정이나 용액상에서의 결정성장은 자유로운 공간에서 성장되는데 비하여, 화염법에 의한 결정 부울의 성장은 부울의 머리부분에 국한되어 있기때문에, 성장선이 곡선상의 패턴으로 되는 것은 당연한 일이다.
화염법 합성의 커런덤에서 볼 수 있는 곡선상의 컬러 밴드는 최초의 결정 부울의 장축에 대해서 수직인 방향에서 볼 수 있다.
베르누이 합성의 커런덤에 볼 수 있는 곡선상의 컬러 밴드는 밴드의 간격이 극히 좁은 레코드의 홈을 연상시키는 외관을 보이는데, 합성 사파이어에서는 컬러 밴드로 훨씬 폭이 퍼져 있는 것을 볼 수 있다.
한편 합성 오렌지 사파이어나 황색 및 녹색 사파이어에서는 거의 볼 수 없는데 때로는 예외적으로 보이는 경우도 있다. 또한 무색의 합성 사파이어에서는 성장선을 좀처럼 관찰할 수 없다.
베르누이 합성 커런덤의 성장선은 경험있는 감정사라 하더라도 모든 보석에서 쉽게 관찰할 수 있는 것은 아니다. 특히 초심자로는 합성 루비나 청색 사파이어에서도 검출이 뜻대로 되지 않는 경우가 많다.
이러한 성장선이 잘 보이지 않는 경우에 가장 좋은 방법은 보석을 굴절율이 높은 액체에 침액하는 방법으로, 이때 이용하는 침액제는 다음 것이 효과적이다.
만약 보석이 짙은 색이면 굴절율이 높은 옥화메틸렌(1.745), 모노옥화나프탈린(1.705), 모노취화(臭化)나프탈린(1.66)등이 좋고, 엷은 색의 보석이면 모노옥화벤젠(1.62), 톨루엔(1.49), 브로모포름(1.59)등이다.
침액제를 사용해서 합성 커런덤의 성장선을 관찰하는 경우, 유리제의 침액접시 속에 보석을 넣고, 보석현미경의 암시야광선을 조리개로 점으로 좁히고서 접시와 광원사이에 얇은 백지를 한 장 놓고서 관찰하면 성장선이 잘 보인다.
성장선의 관찰에 있어서 빛을 점으로 좁힌다고 하는 방법은 보석을 침액한다 안한다에 관계없이 성장선의 관찰에 있어서 적당한 크기의 검은 종이에 조그만 구멍을 뚫은 것을 이용하면 같은 효과를 얻을 수 있다.
어느 쪽이든지 간에 곡선상의 컬러 밴드가 커런덤내에서 관찰되면, 화염법이나 플로팅-존법에 의해서 육성된 합성 커런덤의 틀림없는 증거로 되는 것이고, 천연 커런덤내에는 곡선상의 성장선은 존재하지 않는다.

(다) 플럭스 페더
플럭스 성장의 합성 루비는 카샨, 채텀, 사라만도르의 3종의 루비가 상업적으로는 알려져 있으며, 이들의 플럭스 성장의 합성 루비의 공통적인 내포물은 플럭스 페더라고 부르고 있는 플럭스가 충전된 수적(水滴)상의 작은 캐비티(cavity)가 밀집된 것이다.
초기의 카샨석에서는 플럭스 성장의 합성 에메랄드를 연상시키는 베일상 또는 곱슬머리 형태의 페더가 함유되어 있었으나, 최근의 카샨석에서 볼 수 있는 플럭스 페더는 개개의 보석에 따라서는 다소 상이한 패턴을 볼 수 있는데, 본질적으로는 플럭스법의 특징을 명확하게 나타내고 있다. 최근에는 캬산석에서 볼 수 있는 크게 확대된 얇은 망목상의 패턴은 적어지고, 비교적 작은 수적(水滴)이 집합한 페더를 나타내는 것이 많아지고 있다.
채텀에 의한 합성 커런덤은 대부분 플럭스 페더를 나타내는데 캬산의 보석에 비해서 보석 내부에 점유하고 있는 페더의 확대는 조금 작은 것 같다. 채텀의 플럭스 성장 루비의 특징은 불투명의 판상 또는 괴상 및 결정상을 한 내포물로서, 이러한 내포물에 관해서는 차후에 설명될 것이다. 또한 채텀 합성 루비의 플럭스 페더는 청색 및 오렌지색의 합성 사파이어에서도 눈에 띈다.
일본전파공업사가 제조한 사라만도르 루비에도 플럭스법 성장 루비 특유의 베일상의 플럭스 페더가 함유되어 있으며, 또한 플럭스를 충전한 굵고 긴 실(絲狀)형상의 내포물이 평행하게 배열된 형태로 존재하고 있다. 또 플럭스 페더는 베일상의 패턴을 취하지 않고 짧게 끊어진 굵은 실(破線狀) 형태로 되어 있는 경우도 있다.
이러한 파선상(破線狀) 및 굵고 긴 실(絲狀)의 플럭스를 충전한 캐비티는 카샨석에서도 종종 나타나는 내포물의 패턴이기도 하다.
커런덤내의 페더상 함유물의 존재는 이전에 베르누이 합성 커런덤만이 보석시장에 유통하고 있던 당시에는 그것이 천연 커런덤의 증거로 커런덤의 감별에 이용되어 왔다. 그러나 현재에는 플럭스 성장의 합성 커런덤내에도 페더상 함유물은 대부분의 결정에서 관찰되는데, 그 분포 패턴이 천연의 것에 유사할 뿐만 아니라 이상(二相)구조의 캐비티를 보이는 것등이 성질면에서도 상당히 잘 닮아 있다.
이와같은 플럭스법 커런덤내의 페더내포물은 천연석이 액체 또는 액체와 개스로 구성되어 있는데 비하여, 결정의 육성에 사용되는 플럭스를 충전하고 있는 것이 많다.

(라) 직선의 컬러 밴드
화염법 합성 커런덤은 결정의 성장이 부울의 둥근 머리부분에 국한되어 있고, 그 성장의 장소는 끊임없이 상부에서 불연속적으로 용해된 원료가 공급되며, 점성인 멜트의 포면장력이 작용해서 커브한 성장구조에 따라서 결정이 성장한다.
그러나 천연석과 용액에서의 결정성장에서는 자유로운 공간에서 대칭(對秤)의 패턴을 갖고 결정이 성장되기 때문에, 성장선은 직선적이고 결코 곡선적인 패턴으로는 되지 않는다.
예전에는 직선적 컬러밴드의 존재는 천연 커런덤의 증거가 되었으나, 최근에는 직선의 컬러밴드는 플럭스성장의 커런덤이나 인상법에 의한 합성 커런덤에서도 보통으로 관찰되고 카샨이나 채텀등의 보석에서 종종 조우하게 된다.
또 교세라사제의 합성 루비에서 볼 수 있는 컬러밴드도 직선의 패턴을 보이고 있다.

(마) 고상 내포물
플럭스법 합성 커런덤에서 볼 수 있는 내포물의 특징은 베일상의 플럭스 페더로서 이것은 카산의 루비를 비롯하여 채텀의 루비, 청색·오렌지색의 사파이어 및 사라만도르의 합성에서 흔히 나타나는 내포물이다.
이와같은 페더상의 내포물뿐만 아니라, 합성시 사용되고 있는 백금 도가니에 기인하고 있다고 판단되는 금속성 내포물이 나타날 수 있다.
이러한 금속성의 내포물은 합성하는 과정에서 그 유무을 조절할 수 있다고 전해지며, 보석에 따라서는 거의 내포되어 있지 않는 경우도 있다. 또 카산의 루비에서는 초기의 결정을 제외하고 함유량은 극히 근소하다.
가장 다량의 금속 내포물을 함유하고 있는 것은 채텀의 합성 커런덤으로서, 루비와 사파이어 전부 불규칙적인 판상이나 이그러진 육각형 및 삼각형 또는 대칭적인 육각형이나 사각형의 얇은 판상의 것도 있다. 또 긴바늘을 연상시키는 금속광택을 가진 백금의 침상 결정이나 못머리 형태의 정상(釘狀)의 결정도 볼 수 있다.
이러한 백금 도가니에 관계있는 금속내포물은 주로 결정의 거들부위에 의해 나타나는데, 이들은 결정에서 보석이 연마될 때 제거된다. 백금이 본질인 이 금속 내포물은 흑색 또는 강한 광택을 갖고 있고, 금속적인 외관은 관찰자의 눈으로 보통 확인할 수 있으며, 관찰방향이나 각도에 따라서는 검게 보이기도 하고 빛나서 보이기도 할 것이다.
채텀의 합성 커런덤에서 볼 수 있는 또 한가지의 내포물의 패턴은 미소한 입자상의 내포물이 밀집한 것으로, 흰먼지의 집합을 연상시키는 구름이 산재하고 있는 일이 있다.
이러한 구름은 확대율을 높임으로서 발견할 수 있는데, 카샨의 루비에서도 때때로 눈에 띄며, 플럭스 성장인 합성 커런덤내에 있는 금속내포물의 특이한 외관이나 성질은 천연 커런덤에서 나타나지 않으므로 이들의 내포물은 베일상의 플럭스 페더와 함께 천연 커런덤과 합성 커런덤을 구별하는 결정적인 포인트이다.

(2) 천연 커런덤의 내포물 - 합성 커런덤의 내포물과 달리 천연 커런덤에는 그 성인을 증명하는 확실한 내포물을 다양하게 함유하고 있다. 천연과 합성 커런덤을 감별하기 위해서는 이들의 내포물을 분석해서 그 차이를 명확하게 함으로서 확실하게 할 수가 있다.

(가) 고상 내포물
천연의 커런덤에는 미세한 산화티탄의 결정인 루틸의 내포물이 함유되어 있는데, 이러한 루틸은 굵고 짧은 형에서 가늘고 긴 것 또는 긴 네거티브 크리스털로 되어있는 것도 있다. 루틸의 실크상의 결정은 커런덤의 광축방향에 직각인 수평결정축의 세방향으로 존재하고 있으므로 120도와 60도의 각도로 교차해서 배열하고 있는데, 이것은 천연 커런덤의 결정적인 증거가 된다.
합성 커런덤의 속에도 실크를 함유한 스타 커런덤이 있지만, 이들은 최소 50배이상의 배율에서 겨우 보일 정도로 미세한 것이며, 천연 커런덤의 것과는 결정적으로 차이가 있다.
천연 커런덤의 특징이 되는 고상 내포물은 이외에도 여러종류의 것이 있다. 그 첫번째는 높은 릴리프의 부조상(浮彫狀)으로 보이는 지르콘의 작은 결정으로, 이런 지르콘은 균열(Fracture)에 둘러쌓인 "헤일로(halo)를 수반한 형태로 관찰된다.
지르콘의 내포물외에도 천연 커런덤의 결정적인 증거가 되는 고상 내포물은 다음과 같다.
① 낮은 콘트라스트(contrast)의 팔면체 스피넬의 결정
② 강한 복굴절의 능면체 방해석 결정 및 벽개면
③ 판상의 바이오타이트 및 플로고바이트
④ 강한 콘트라스트의 스펜의 결정
⑤ 금속광택을 한 파이로타이트 및 니오바이트의 결정
⑥ 낮은 콘트라스트의 주상 아파타이트의 결정
⑦ 거치른 루틸의 결정
⑧ 식융(蝕融)되어서 둥그렇게 된 여러 가지 광물의 결정
⑨ 메시상의 액체 페더를 수반한 불투명 또는 투명 육각 판상 내포물

(나) 액상내포물
액체 또는 가스로 충만된 액체 페더나 액막상의 내포물이 천연 커런덤내에는 흔히 존재하는데, 이러한 액상내포물은 플럭스법 합성 커런덤에도 유사한 패턴의 내포물이 있다.
그러나 주의깊게 관찰하면 천연과 합성석과는 분포의 패턴이 다르며, 천연의 페더는 액체 또는 액체와 가스를 포함한 미소한 캐비티의 집합으로 구성되어 있는데, 합성의 페더는 플럭스를 포함하고 있거나 플럭스와 가스로 구성되는 이상(二相)구조를 하고 있으므로, 고배율의 확대등에 의해서 정확하게 감별할 수 있다.

(다) 직선 또는 각도를 가진 컬러 밴드
천연 커런덤은 결정의 성장면에 평행인 직선의 성장선을 보인다.
이 성장선은 색의 농담에 의한 컬러 밴드로서 나타나거나 때로는 각도를 가지고 교차되어 보이는 경우가 있으며, 또 천연은 반복쌍정에 의한 평행인 직선의 밴드를 관찰할 수 있다.
그러나 플러스 성장의 커런덤에서도 직선이나 각도가 있는 컬러 밴드가 출현하므로 최근에는 직선의 컬러 밴드가 천연 커런덤의 결정적인 성인이라고는 말할 수 없게 되었다.
천연 커런덤의 컬러밴드는 합성 커런덤의 그것보다는 확실해서 관찰하기 쉬운데 합성 커런덤의 컬러밴드의 검출에 관해서 설명한 바와같이 보석을 모든 방향에서 관찰하는 것이 필요하고 때로는 침액법에 의한 검출방법이 필요한 경우도 있다.

(3) 흡수 스펙트럼
커런덤의 감별에 흡수 스펙트럼도 한정된 범위에서 도움이 된다.
천연의 청색, 황색의 사파이어는 철을 많이 함유하고 있어서, 보통 청색 스펙트럼의 4500, 4600Å부근에 흡수밴드를 나타내고, 4700Å에도 밴드를 보이는 경우가 있으며, 녹색의 사파이어도 상술한 흡수의 패턴을 보이는 경우가 많은데, 청색이나 황색은 산지에 따라서 흡수밴드가 상이해서 오스트레일리아산, 몬타나산, 태국산의 보석은 4500,4600,4700Å를 보이는 것이 많으나, 보석에 따라서는 4500Å부근에 1개의 밴드만이 보이는 것도 있다.
스리랑카산의 황색 보석은 철에 의한 청색 스펙트럼의 흡수밴드는 나타내지 않으나, 이 보석은 자외선에서 형광을 나타낸다. 그러나 합성의 황색 사파이어는 자외선에는 대부분 불활성이다.
청색 스펙트럼에서 볼 수 있는 천연의 청색, 녹색, 황색의 보석의 흡수 스펙트럼(4500 4600, 4700Å 부근 또는 4500, 4600Å 및 4500Å만의 경우도 많다)은 철에 의한 것인데, 이 밴드는 결국은 합성의 청색, 녹색, 황색의 사파이어에서는 볼 수 없기 때문에, 천연과 합성 커런덤의 감별에 있어서 결정적인 증거가 된다.

(4) 형광 반응
커런덤의 천연, 합성의 자외선에 의한 형광 반응에도 약간의 차이를 볼 수 있는데 이것은 충분히 조정된 환경하에서 테스트를 함으로써 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있다. 자외선의 테스트는 암실이나 암상자속에서 형광성이 없는 검은 천이나 종이를 준비하고, 그 위에 이미 알고있는 샘플스톤을 병용(倂用)해서 하여야 한다.
미얀마산 및 스리랑카산의 천연 루비와 베르누이 합성 및 교세라사제, 채텀 합성 루비는 장단파 자외선하에서 강한 형광을 보인다. 단파 자외선에서는 천연 루비에 비교해서 베르누이 합성 루비, 교세라제 합성 루비, 채텀 합성 루비의 순으로 형광의 강도가 변화하지 않으나 천연 루비는 형광 반응이 눈에 띄게 약해진다.
카산의 합성 루비도 자외선의 장파와 단파에 의해서 형광의 강도가 변하지 않으며, 단파 자외선하에서는 표면이 백탁한 형광으로 변화해서 보인다.
사라만도르의 합성 루비도 자외선의 단파로 형광의 강도는 변화하는 일이 없다.
태국산 루비는 자외선하에서는 형광은 어둡고 이것은 보석의 색이 어두어짐에 따라서 불활성인 성질로 되며 때때로 어두운 합성 루비에 조우하는 경우가 있다. 이러한 암색의 루비의 형광은 장파 자외선하에서는 천연도 합성도 어두운 적색의 형광을 나타내는데 단파에서는 형광색이 더욱 어두워진다. 그러나 합성 커런덤은 검은 태국산의 보석에 비하면 단파에서 강한 형광을 나타낸다.
청색의 천연 사파이어는 자외선의 장, 단파에는 불활성인데, 합성 청색 사파이어는 단파 자외선하에서 황색의 오점상(汚点狀)을 한 표면의 형광을 보이거나 밝은 합성 청색석은 선명한 청색감이 있는 형광을 보인다. 최근의 열처리의 스리랑카산 천연 사파이어는 단파 자외선하에서 약한 청색의 형광을 보이는 것으로 주목되고 있다.
이러한 보석의 형광은 천연, 합성의 구별없이 하나의 그룹에 있어서도 자외선의 형광반응의 정도가 광범위하게 변화하는 것은 알아두어야 할 것이다.
합성 황색의 사파이어는 장, 단파자외선에는 불활성이다. 이것은 천연 황색 사파이어도 같은 성질인데, 예로서는 스리랑카산의 천연 황색 사파이어는 밝은 오렌지-황색의 형광을 보인다. 합성인 오렌지색 사파이어중에는 도프한 크롬에 의한 적색감의 형광을 장파자외선에서 나타내며, 때로는 단파 자외선하에서도 보이는 일이 있다.
무색의 합성 사파이어는 때때로 단파 자외선하에서 약한 청색의 형광을 볼 수 있는 경우도 있는데 보석에 따라서는 불활성인 경우도 있다. 채텀이 육성한 플럭스 합성 청색 사파이어는 거의 표면에 백탁한 녹색감의 황색의 형광을 단파 자외선하에서 보이는데 예외적으로 불활성인 보석도 있다. 오렌지색의 사파이어는 백탁(白濁)한 황색의 형광색을 장, 단파자외선에서 보인다. 또 강한 오렌지색의 보석은 오렌지색감의 적색의 형광을 보이는 경우가 있다. 천연 루비도 합성 루비도 X-선하에서는 적색의 형광을 보이는데, 천연은 인광(燐光)을 보이지 않는데 비해서 합성 루비는 인광을 나타낸다. 또 황색, 오렌지색의 합성 사파이어는 X-선하에서 합성 루비와 마찬가지로 강한 형광을 나타낸다. 이와같은 X-선에서의 인광은 보석에 감별에 있어서 중요한 성질이라고 말할 수 있다.
보석에서 볼 수 있는 자외선 및 X-선의 형광반응은 동종의 보석에서도 상이한 패턴을 나타낼 수 있으므로 이용할 수 없으나, 이 항에서 설명된 범위에서 형광의 성질은 이미 잘 알려져 있어서 실험적으로도 실제의 감별에 있어서 명확하게 되어 있는 것이기 때문에 감별 테스트로서도 충분히 이용할 수 있다.
자외선의 형광 테스트에 관련해서 자외선의 투과 테스트법이 천연과 합성 루비의 감별 테스트법으로 크게 활용되어야 할 것이다. 천연 루비는 단파 자외선을 흡수하는데 합성 루비는 단파 자외선을 투과시키는 성질이 있다. 이 성질을 이용해서 암실내에서 자외선의 투과 테스트를 하면 천연과 합성 루비의 자외선에 대한 투과와 흡수의 패턴이 다르기 때문에 양자의 감별에 가치있는 정보가 얻어진다.

(5) 플라토법
기포도 곡선상의 성장선도 발견할 수 없는 베르누이 합성 커런덤을 감별하는 방법으로서 독일의 플라토(W.Plato)에 의해서 개발된 감별 방법이 있다. 이 방법은 교차한 니콜과 옥화메틸렌을 사용해서 보석을 광축방향에서 확대해서 조사하면 커런덤에서 볼 수 있는 반복쌍정선과 유사한 플라토 라인이라고 하는 60도로 교차하는 2조의 조선(條線)이 나타나서 합성 커런덤의 성인을 명확하게 할 수가 있다.

(6) 형광 X-선에 의한 미량 원소 분석
X-선과같은 특종의 전자파를 사용하는 것은 일반의 보석감별의 분야에서는 극히 드문 일이다. 그러나 최근에는 지금까지에 잘 알려진 보석학적인 감별 기법만으로는 감별이 어려운 보석이 때때로 출현하는 경우도 있어서 일부의 감정사들이 형광 X-선 현상을 이용한 미량 원소의 분석을 이용하려는 움직임이 있다.
형광 X-선 현상이라고 하는 것은 X-선에 닿은 물질이 그 일차 X-선의 자극에 의해서 새로운 X-선을 발생하는 현상으로, 2차 X-선이라고도 한다.
이와같은 2차 X-선은 최초에 물질에 조사된 X-선과는 다르고 물질을 구성하고 있는 원소자체의 특성 X-선이므로 형광 X-선을 검출하는 것에 의해서 원소 자체의 종류를 분석할 수가 있는 것이다.
형광 X-선 원소 분석법은 장치자체가 복잡하고 고가라고 하는 점에서 상업적인 감별에 사용하는 데에는 감별 코스트라는 점에서 한계가 있으나, 비파괴 테스트가 가능하다고 하는 점에서는 보석의 감별 테스트에 적합하다.
형광 X-선 원소분석법에 의해서 지금까지 합성 커런덤이나 합성 에메랄드, 합성 알렉산드라이트와 이들에 대응하는 천연석을 조사한 결과가 몇 사람에 의해서 발표되었으나, 분석결과의 여하에 불구하고 이러한 방법을 천연과 합성석을 감별하는 주된 테스트로서 이용하는 데에는 적지않은 의문이 없는 것은 아니다.
천연 루비는 철성분이 검출되고 있는데, 합성 루비에서는 사라만도르 합성석을 제외하고는 철이 전혀 검출이 되지 않고 있다. 그러나 최근의 결정에서는 철이나 갈륨의 검출이 보고되고도 있다.
천연의 태국산, 탄자니아산, 호주산의 루비에서는 반대로 철이 다량으로 검출되고, 이들의 산지에서는 천연 루비의 단파자외선 반응에서 볼 수 있는 마스크 효과(masking effect)를 증명하는 단서를 나타낸다.
갈륨이나 아연의 검출도 천연 루비속에서는 있을 수 있다. 특히 아연은 카샨의 합성석에서는 자주 검출되나 천연석에서도 때때로 검출을 볼 수 있기 때문에 크게 도움이 되지 않는다. 갈륨은 알루미늄에 대치하는 원소의 하나로서 스리랑카나 미얀마의 보석에는 볼 수 있어도 태국의 보석에서는 볼 수가 없다.
전술한 철성분도 미얀마의 보석에서는 비검출되는 경우도 있고, 반대로 사라만도르 합성석에서는 검출되고 있다.
이렇게 보면 형광X-선에 의한 미량 원소의 검출 테스트는 천연, 합성 루비의 감별에 있어서 전적으로 신뢰할 수 있는 수단이라고는 말하기 어려기 때문에, 천연과 합성석의 감별에 있어서의 하나의 보조적인 테스트로 생각해야 한다.
이것은 합성 루비의 제조자가 합성 결정의 육성 기술을 개량해서 철이나 갈륨등을 능숙하게 합성 결정에 도프하는 가능성을 고려할 때 더한층 현실적으로 되는 것이다.
더욱이 미량원소의 검출에 있어서 EPMA(전자선 마이크로 프로브 분석)이나 XPMA(X-선 마이크로 프로브 분석)등의 방법이 일부의 전문분야에서 이용되고 있는데, 이러한 미량원소분석에 의하면 천연 루비에는 염소(Cl)나, 인(P), 유황(S)등이 함유되어 있는데, 특히 인성분은 현재 천연 루비에서만 검출되는 미량의 원소라고 말하고 있다.

(6) 천연 및 합성 커런덤의 성인을 암시하는 몇 가지의 특징
지금까지에 설명된 천연 커런덤과 합성 커런덤의 감별 테스트의 결정적인 포인트와 비교해서 결정적이라고는 말하기 어렵지만, 감별에 있어서 주된 테스트법으로서 예기할 수 있는 많은 감별상의 포인트가 있었다.
이들 감별상의 포인트는 이것만으로는 결정적인 증거로 신뢰하기에 만족할 것이라고는 말할 수 없으나, 커런덤의 감별상 천연과 합성의 성인을 지시하는 중요한 특징을 갖는 것이다. 다만 이들의 특징은 (5)번을 제외하고 모든 베르누이 합성 커런덤에서 볼 수 있는 것이라는 것에 주의가 필요하다.

(1) 연마흔과 패싯 에지(Facet Edge)에 인한 다수의 크랙(Crack)
합성 커런덤을 연마하는 경우 합성석의 저렴한 가격에 상당한 낮은 원가에 의해서 연마가 된다. 이 저원가에 의한 연마는 작업 능률의 점에서 최초에 거칠은 연마제가 사용되기 때문에 그 후의 완성에 있어서도 거치른 연마 흔적이 패싯면상에 남겨지게 된다.
또 합성석의 연마에는 거의 주의를 기울이지 않을뿐만 아니라, 저렴한 연마 코스트때문에 거치른 입자의 연마제로 급속하게 행해진다. 이때 다수의 균열(크랙)를 발생시킨다.
이와같은 연마 흔적과 능선에 의한 균열은 천연 커런덤에서는 매우 드물게 발견되는 것이기때문에 합성석의 성인을 나타내는 것이다. 그러나 천연의 아주 작은 보석에서는 연마 흔적이나 균열이 육안으로 보이는 경우도 있으므로 주의해야 한다.

(2) 이색성
합성 커런덤의 결정 부울은 내부의 스트레인에 의해서 2개로 분할되기 때문에, 이 부울에서 가장 효율적으로 연마하는 방법은 보석의 테이블면을 부울의 장축에 평행하게 연마하는 것이다.
이 연마위치에서는 결정의 광축은 조금 경사져 있다고는 하나 거의 테이블에 평행인 방향에 있다. 따라서 합성 커런덤에서는 테이블을 통해서 이색성을 관찰할 수 있다.
그러나 천연 커런덤에서는 테이블이 광축에 직각으로 위치하도록 연마했을 때 결정내의 상광선에 의한 매력적인 색을 볼 수 있을 뿐만아니라 원석의 낭비가 없는 것도 기대할 수 있다.
따라서 커런덤을 회전시키면서 관찰할 때 보석의 측면에서, 루비는 황색을 청색 사파이어는 녹색을 볼 수 있을 때에는 그 보석이 천연이라는 것을 암시한다.

(3)연마 형태
대부분의 합성 커런덤에서 볼 수 있는 연마 형태는 소위 신세틱 커트의 형태이다.
합성 커런덤에서도 천연과 똑같은 연마 형태로 되어 있는 것이 많으나, 연마 비용의 절약이라는 의미에서 많은 보석은 표준화된 연마 형태로 하게 된다.
합성석에서 볼 수 있는 연마 형태는 "시저스(가위) 커트"라고 하는 외형이 직사각형인 변형 스텝 커트로, 메인 패싯이 X자형을 하고 있는 것은 대부분 합성석이다.

(4) 스타 커런덤
천연의 스타 커런덤은 어떠한 보석도 본질적으로는 투명하고 보석의 이면은 천연적인 면을 하고 있다. 반대로 합성 스타 커런덤은 거의 불투명하고 스타 효과가 뛰어나므로 확산된 광원하에서도 스타가 나타난다.
또 대부분의 합성석은 아랫면이 평면으로 되어 있는 싱글 카보숑의 형태이다 .