ダイヤモンド強化

ダイヤモンドのエンハンスメントとは、天然ダイヤモンド（通常はカットされ、研磨されて宝石にされたもの）に施される特別な処理で、ダイヤモンドの視覚的な宝石学的特性を 1 つ以上の方法で改善することを目的としています。これには、レーザードリリングによる黒色炭素含有物の除去、小さな内部亀裂を目立たなくする亀裂充填、色照射およびアニーリング処理による黄色や茶色のダイヤモンドを鮮やかな黄色、青、ピンクなどの鮮やかなファンシー カラーにするなどのクラリティ処理が含まれます。

CIBJOおよび米国連邦取引委員会などの政府機関は、販売時にすべてのダイヤモンド処理の開示を明確に義務付けています。一部の処理、特に透明度に適用される処理は、業界内で依然として大きな議論を呼んでいます。これは、ダイヤモンドは宝石の中でも独特または「神聖な」地位を占めており、消費者の信頼を損なう恐れがあるという理由だけでも、あまり過激な処理をすべきではないという伝統的な考え方から生じています。

透明度と色彩が強化されたダイヤモンドは、同様の未処理のダイヤモンドに比べて低価格で販売されています。これは、強化されたダイヤモンドは、強化される前から品質が低いため、標準以下の価格で販売されているためです。強化されたダイヤモンドは、視覚的には強化されていないダイヤモンドと同等の品質に見える場合があります。

ダイヤモンドのクラリティ、つまり純度は、ダイヤモンドの内部の含有物を指し、ダイヤモンドの価値を決定する 4C の 1 つです。ダイヤモンドの内部によく見られる含有物は、黒い炭素の斑点や小さな亀裂で、上からまたは横から見ると羽毛のような白っぽい外観をしているため、一般にフラクチャーまたは「フェザー」と呼ばれます。ダイヤモンドには、気泡や鉄やガーネットなどの鉱床などの他の含有物も含まれる場合があります。含有物の大きさ、色、位置は、ダイヤモンドの価値を決定する要因であり、特に他の宝石学的特性がより高い基準である場合に重要です。

レーザー掘削技術の発達により、顕微鏡レベルで黒色炭素含有物を選択的に狙い、除去し、可視性を大幅に低減する能力が向上しました。ヘマタイト含有物を含むダイヤモンドは1960年代後半からレーザー掘削されてきました。この技術はルイス・パールマンが発明したもので、1962年にゼネラル・エレクトリックが工業用ダイヤモンドで同様の技術を開発した1年後に成功したテストでした^。[1]

レーザードリリング工程では、赤外線レーザー（波長約 1064 nmの外科用グレード）を使用してダイヤモンドに非常に微細な穴（直径約 0.02 ミリメートル）をあけ、ブラック カーボン結晶の含有物へのアクセス経路を作成します。ダイヤモンドはレーザー ビームの波長に対して透明であるため、アモルファスカーボンまたはその他のエネルギー吸収物質のコーティングをダイヤモンドの表面に塗布してドリリング工程を開始します。次に、レーザーが含有物への細い管またはチャネルを焼き付けます。ドリル チャネルが含有するブラック カーボン結晶の位置に到達すると、ダイヤモンドは硫酸に浸されます。硫酸に浸した後、ブラック カーボン結晶は溶解して透明（無色）になり、わずかに白っぽい不透明になることもあります。顕微鏡検査では、微細なドリル穴またはボア穴が見えます。しかし、邪魔にならず、ダイヤモンドのきらめきや輝きに影響しません。溝は通常、表面の入り口から一直線に伸びていますが、一部の掘削技術では、石の内部に自然に発生する亀裂を利用して、有機的な「羽」を模倣した方法で内包物に到達します。（この方法は、ヘブライ語で特別な掘削を意味するKM掘削と呼ばれることもあります。）^[2]溝は微細であるため、汚れや破片が溝を通り抜けることはありません。表面に達する穴は、宝石商の10倍拡大鏡やルーペなどの顕微鏡でダイヤモンドの表面から光を反射することによってのみ見ることができ、肉眼では見えません。

宝石の美しさを高める方法としての亀裂充填は、2,500年以上前の宝石で発見されていますが、^[3]ダイヤモンドの独特の屈折率には、単純なワックスやオイル処理よりも高度な充填剤が必要でした。この技術は、レーザー掘削技術が開発されてから約20年後に利用可能になりました。簡単に言えば、「亀裂充填」は、ダイヤモンド内部の小さな自然の亀裂を肉眼や拡大鏡でも見えにくくします。

ダイヤモンド内部の亀裂は非常に一般的で、地殻内でダイヤモンドが生成されるときに生じます。原石ダイヤモンドが地殻から火山のパイプを通って上昇するにつれて、極度のストレスと圧力にさらされ、この移動中にダイヤモンド内部に小さな亀裂が生じることがあります。これらの亀裂が目に見えてダイヤモンドの美しさを損なう場合、需要が大幅に低下し、宝石商や一般大衆に販売されにくくなるため、亀裂充填の対象となり、ダイヤモンドの外観を視覚的に改善します。

ダイヤモンドの亀裂充填は、レーザードリリングと酸エッチングによる内包物の除去に続く、ダイヤモンド強化プロセスの最後のステップであることが多いが、亀裂が表面に達している場合はドリリングが不要な場合もある。このプロセスでは、ダイヤモンドに近い屈折率を持つ特別に配合された充填剤を使用する。これはイスラエルのラマトガンのズヴィ・イェフダ氏によって開発され、現在イェフダは、この方法で処理されたダイヤモンドに付けられるブランド名として使用されている。別のイスラエル企業であるコス＆シェクター社は、1990年代にハロゲンベースのガラスを使用してイェフダ氏のプロセスを修正しようとしたが、これは失敗した。イェフダプロセスの詳細は秘密にされているが、使用される充填剤は、融点がかなり低いオキシ塩化鉛ガラスであると報告されている。ニューヨークに拠点を置くディアレース社も、鉛ビスマスオキシ塩化物ガラスを使用すると考えられているイェフダベースのプロセスでダイヤモンドを処理していますが、より優れた、より耐久性があり、追跡がより困難な充填剤を作成する研究がまだ行われており、亀裂充填プロセス用のシリコンベースの充填剤がさらに作成されています。

フラクチャー充填ダイヤモンドに含まれる充填剤は、通常、訓練を受けた宝石鑑定士が顕微鏡で検出できます。ダイヤモンドはそれぞれ、その固有の形状、状態、フラクチャーの状態に合った処理が施されていますが、ドリルで穴を開けたダイヤモンドに関連する表面に達する穴やフラクチャー、ガラス内の気泡やフローラインの痕跡が残っている場合があります。これらは、未処理のダイヤモンドでは決して見られない特徴です。

さらに劇的なのは、いわゆる「フラッシュ効果」で、これは、フラクチャー充填ダイヤモンドを回転させたときに見られる明るい色のフラッシュを指します。これらのフラッシュの色は、照明条件（それぞれ明視野と暗視野）に応じて、鮮やかな青または紫からオレンジまたは黄色までの範囲です。フラッシュは、視野が充填されたフラクチャーの平面とほぼ平行である場合に最もよく見えます（ただし、未処理のダイヤモンドの特定のフラクチャーは、同様の「フラッシュ効果」を引き起こす可能性があります）。^[3]色の濃いダイヤモンドでは、石のボディカラーがフラッシュカラーの1つ以上を隠すため、検査が不十分な場合はフラッシュ効果を見逃す可能性があります。たとえば、茶色がかった「シャンパン」ダイヤモンドでは、オレンジイエローのフラッシュは隠され、青紫のフラッシュのみが見えます。

最後になりますが、フラクチャー充填ダイヤモンドの重要な特徴は、充填剤自体の色です。充填剤は黄色がかった色から茶色がかった色になることがあり、透過光で見えるだけでなく、ダイヤモンドの全体的な色に影響を及ぼし、フラクチャー充填後にダイヤモンドの色グレードが 1 つ下がってしまいます。このため、フラクチャー充填は通常、処理を正当化するのに十分な大きさの石にのみ適用されますが、0.02カラット(4 mg) ほどの小さな石にもフラクチャー充填が施されています。

ダイヤモンドの亀裂充填は業界内で議論を呼ぶ処理であり^[要出典]、一般の人々の間でも議論が高まっています。これは、一部の企業がこれらの石を販売する際にこの処理を公開していないためです。亀裂充填は耐久性のある処理ですが、充填剤によっては損傷し、特定の温度 (1,400  °Cまたは 1,670  K ) で溶ける場合もあり、宝石商のトーチの熱でダイヤモンドが充填剤を「汗ばませる」原因となることに留意することが重要です。そのため、特に宝石商がこの処理について知らない場合、日常的な宝石の修理により亀裂充填に使用された充填剤が失われ、透明度が低下する可能性があります。

エンハンスド ダイヤモンドの認証に関する立場は二極化しています。一方では、影響力のある米国宝石学協会を含む一部の宝石学研究所が、フラクチャー フィリング ダイヤモンドの証明書の発行を拒否しています。一方、欧州宝石学研究所 (EGL) やグローバル ジェム ラボ (GGL) を含む他の研究所は、そのようなダイヤモンドのクラリティ レベルを認証するとともに、証明書にダイヤモンドのクラリティがエンハンスド ダイヤモンドであることを記載しています。

3 つ目のタイプのラボでは、これらのダイヤモンドを元のクラリティ レベルに認定する場合があります。この方法では、見かけのクラリティを無視し、元の処理前のクラリティを反映したグレードをダイヤモンドに割り当てることで、処理の利点が無意味になります。これにより、フラクチャー フィリング ダイヤモンドが従来のダイヤモンド認定の領域から外れ、「ほぼ天然」ダイヤモンドとしての正当性が損なわれるため、かなりの騒動が巻き起こりました。クラリティ強化ダイヤモンド グレーディングの需要により、新しいラボが設立されたり、既存のラボ手順が更新されたりして、クラリティ強化手順 (掘削、フラクチャー フィリング) に関するコメントが定期レポートに含まれ、この取引の正当性が高まりました。^{[説明が必要]}

一般的に、ダイヤモンドの色を人工的に変える方法は主に3つあります。高エネルギーの亜原子粒子の照射、薄膜またはコーティングの適用、高圧高温処理（ HPHT ）の組み合わせです。しかし、最近では、亀裂充填は透明度を向上させるためだけでなく、色をより望ましい色に変えるためだけに使用できるという証拠があります。^[4]

最初の 2 つの方法は、色を変えることしかできません。通常は、色の悪いケープ シリーズの石 (ダイヤモンドの材質特性: 組成と色を参照) を、より望ましいファンシー カラーの石に変えます。一部の照射方法では、色の薄い「皮」しか生成されないため、すでにカットされ研磨されたダイヤモンドに適用されます。逆に、HPHT 処理は、原石またはカットされたダイヤモンドの色を変えたり除去したりするために使用されますが、この方法で処理できるダイヤモンドは限られています。照射と HPHT 処理は、ジュエリーの通常の使用条件下では元に戻らないため、通常は永久的ですが、薄膜は一時的です。

宝石愛好家であり、化学者、物理学者でもあったウィリアム・クルックス卿は 、1904年にラジウム塩を使った一連の実験を行い、放射線がダイヤモンドの色に与える影響を初めて発見しました。ラジウム塩に包まれたダイヤモンドはゆっくりと濃い緑色に変わりました。この色は斑点状に局在していることがわかりましたが、石の表面を越えて浸透することはありませんでした。これはラジウムによるアルファ粒子の放出が原因でした。残念ながら、ラジウム処理によりダイヤモンドは強い放射能を帯び、着用できないほどになりました。^{[5]このように処理されたダイヤモンドの八面体は、1914年にクルックスによって}大英博物館に寄贈され、現在も同博物館に保管されています。色も放射能も失われていません。

現在、ダイヤモンドは4つの方法で安全に照射されています。サイクロトロンによる陽子と重陽子の照射、コバルト60への曝露によるガンマ線照射、原子炉の炉心による中性子照射、およびファンデグラフ発電機による電子照射です。これらの高エネルギー粒子はダイヤモンドの結晶格子を物理的に変化させ、炭素原子を所定の位置から外して色の中心を生成します。照射されたダイヤモンドは処理後、すべて緑、黒、または青の色合いになっていますが、ほとんどはアニール処理されてさらに色が変わり、黄色、オレンジ、茶色、またはピンク色の明るい色合いになります。アニール処理により個々の炭素原子の移動度が高まり、照射中に生成された格子欠陥の一部を修正できます。最終的な色はダイヤモンドの組成、およびアニールの温度と長さによって決まります。

サイクロトロン処理されたダイヤモンドは、表面層にのみ緑から青緑色が見られます。その後、800 °C で焼きなまし処理され、黄色またはオレンジ色になります。処理後、放射能を帯びるのはわずか数時間で、処理の方向性と石のカットにより、色は個別の領域に付与されます。石がパビリオン (背面) からサイクロトロン処理された場合、石のクラウン (上部) を通して濃い色の特徴的な「傘」が見えます。石がクラウンからサイクロトロン処理された場合、ガードル (縁) の周りに暗いリングが見られます。側面から処理された石は、片方の半分がもう片方よりも濃い色になります。サイクロトロン処理は現在では一般的ではありません。

ガンマ線処理も一般的ではありません。最も安全で安価な照射方法ではありますが、処理が成功するには数か月かかることがあるためです。生成される色は青から青緑色で、石全体に浸透します。このようなダイヤモンドは焼きなまし処理されていません。青色は天然のタイプ IIb ダイヤモンドの色に近づくこともありますが、後者の半導体特性によって両者は区別されます。ほとんどの照射ダイヤモンドと同様に、ガンマ線処理されたダイヤモンドのほとんどは元々黄色に着色されています。青色は通常この色調によって変化し、結果として緑がかった色合いになります。

最も一般的な 2 つの照射方法は、中性子照射と電子照射です。前者の処理では、石全体に浸透する緑から黒の色が生成されますが、後者の処理では、約 1 mm の深さにのみ浸透する青、青緑、または緑色が生成されます。これらの石を焼きなますと (中性子照射石の場合は 500 ～ 900 °C、電子照射石の場合は 500 ～ 1200 °C)、オレンジ、黄色、茶色、またはピンクが生成されます。焼きなましされていない青から青緑の石は、ガンマ線処理石と同じ方法で天然石から分離されます。

アニーリング前、ほぼすべての照射済みダイヤモンドは、741 nm の遠赤色の細い線からなる特徴的な吸収スペクトルを持っています。これは GR1 線として知られ、通常、処理の強い兆候と見なされます。その後のアニーリングでは通常、この線は破壊されますが、いくつかの新しい線が生成されます。これらのうち最も持続的なのは 595 nm の線です。

照射されたダイヤモンドの中には完全に天然のものもあります。有名な例としてはドレスデン グリーン ダイヤモンドがあります。これらの天然石では、ラジウム処理されたダイヤモンドの場合のように、通常は皮膚の深さだけの小さな斑点の形で「放射線焼け」によって色が付けられます。天然に照射されたダイヤモンドにも GR1 ラインがあります。知られている最大の照射ダイヤモンドはディープデンです。^[6]

ジョージ王朝時代とビクトリア朝時代には、宝石のパビリオン（裏面）に色付きのアルミホイルを貼るのが一般的でした。これは、カットと研磨以外では、ダイヤモンドに施された最初の処理でした。アルミホイルを貼ったダイヤモンドは、クローズドバックのジュエリーセッティングにセットされるため、検出が困難になる場合があります。拡大すると、アルミホイルが剥がれたり剥がれたりした部分がよく見られます。また、石とアルミホイルの間に水分が入り込むと、劣化や色ムラの原因になります。アンティーク品であるため、古いジュエリーにアルミホイルを貼ったダイヤモンドが含まれていても、その価値が損なわれることはありません。

現代では、より洗練された表面コーティングが開発されており、これには青紫色の染料や、カメラのレンズのフッ化マグネシウムコーティングに似た真空スパッタリングフィルムが含まれます。これらのコーティングは、黄色がかったダイヤモンドの見た目の色を効果的に白くします。これは、2 つの色が補色であり、お互いを打ち消すように働くためです。通常、ダイヤモンドのパビリオンまたはガードル領域にのみ適用されるこれらのコーティングは、検出するのが最も難しい処理の 1 つです。染料は熱湯またはアルコールで簡単に除去できますが、真空スパッタリングフィルムは硫酸に浸して除去する必要があります。高倍率で見ると、気泡が閉じ込められた隆起した領域や、コーティングが削られて摩耗した領域によって、フィルムを検出できます。これらの処理は、開示されない限り、不正とみなされます。

別のコーティング処理では、ダイヤモンド類似品の表面に合成ダイヤモンドの薄膜を塗布します。これにより、模造ダイヤモンドは、摩耗や傷に対する高い耐性、高い熱伝導率、低い電気伝導率など、本物のダイヤモンドと同等の特性を得られます。摩耗に対する耐性はこの技術の正当な目的ですが、従来の方法でダイヤモンド類似品を検出しにくくするためにこの技術を使用する人もいます。模造ダイヤモンドを本物として見せようとしている場合は、詐欺になる可能性があります。

茶色のボディカラーを持つ、宝石品質の石のごく一部は、HPHT 処理によってその色を大幅に明るくしたり、完全に除去したり、ダイヤモンドの種類によっては、既存の色をより望ましい彩度に改善したりすることができます。このプロセスは、1999 年にゼネラル エレクトリックによって導入されました。無色になるように処理されたダイヤモンドはすべてタイプ IIa であり、その傷んだ色は、茶色のほとんどのダイヤモンドの場合のように格子間窒素不純物によるものではなく、塑性変形と呼ばれる結晶成長中に生じた構造欠陥によるものです。HPHT 処理により、これらの変形が修復され、石が白くなると考えられています (これはおそらく誤った結論であり、研究者の 1 人によると、白化は安定した空孔クラスターの破壊によるものです)。通常はボディカラーに影響を与えないクラスター内に存在する窒素不純物を持つタイプ Ia ダイヤモンドも、HPHT によって色が変わることがあります。合成ダイヤモンドの中には、光学特性を変えて天然ダイヤモンドとの区別を難しくするために HPHT 処理が施されているものもあります。 HPHT 処理では、最大 70,000気圧の圧力と最大 2,000 °C (3,632 °F) の 温度が使用されます。

また 1999 年、ダイヤモンド合成の進歩で知られるユタ州プロボの工業用ダイヤモンド製造会社 Novatek が、ダイヤモンドの色を HPHT 処理で変えられることを偶然発見しました。同社はこの処理を販売するために NovaDiamond, Inc. を設立しました。天然石に熱と圧力を加えることで、NovaDiamond は茶色のタイプ I ダイヤモンドを淡黄色、緑がかった黄色、または黄緑に変えることができ、タイプ IIa ダイヤモンドの色を数段階向上させて白色にすることさえできました。黄色のタイプ I ダイヤモンドの色を濃くし、青みがかった灰色のタイプ I およびタイプ IIb の一部を無色にできました (ただし、青は非常に人気のある色であるため、天然の青みがかった灰色のダイヤモンドはそのままのほうが価値が高い場合もあります)。しかし 2001 年、NovaDiamond は、同社のリーダーである David Hall がディーラーの不正行為と評した行為により、HPHT 宝石ビジネスから撤退しました。どうやら、ディーラーはノバダイヤモンドの強化宝石を天然色のものとして販売していたようで、同社はこの詐欺行為に加担することを拒否した。

HPHT処理された石の決定的な識別は、設備の整った宝石学研究所に委ねられています。そこでは、フーリエ変換赤外分光法(FTIR) とラマン分光法を使用して、疑わしいダイヤモンドの可視および赤外吸収を分析し、高温にさらされたことを示すような特徴的な吸収線を検出します。顕微鏡で見られる特徴には、内部のグレイニング (タイプ IIa)、部分的に修復された羽毛、曇った外観、内包物を囲む黒い亀裂、ビーズ状またはつや消しのガードルなどがあります。ゼネラル エレクトリックによって色を消す処理が施されたダイヤモンドには、ガードルにレーザー刻印が施されます。この刻印には「GE POL」と書かれており、「POL」は提携会社である Pegasus Overseas Ltd の略です。この刻印は研磨で消すことができるため、刻印がないことは天然色の信頼できる証拠にはなりません。刻印は永久的ですが、販売時に購入者に HPHT 処理について開示する必要があります。

• オドノヒュー、マイケル、ジョイナー、ルイーズ（2003）。宝石の識別、pp. 28-35。バターワース・ハイネマン、イギリス。ISBN 0-7506-5512-7 
• リード、ピーター G. (1999)。宝石学(第 2 版)、pp. 167–170。バターワース-ハイネマン、イギリス。ISBN 0-7506-4411-7 
• ウェブスター、ロバート、リード、ピーター G. (編) (2000)。宝石: その起源、説明、識別(第 5版)、pp. 683–684、692–696。バターワース-ハイネマン、イギリス。ISBN 0-7506-1674-1 
• Collins AT、Connor A.、Ly C.-H.、Shareef A.、Spear PM (2005)。タイプ I ダイヤモンドの光学中心の高温アニーリング。J. Appl. Phys. 97 083517 (2005) doi :10.1063/1.1866501。