2017年5月No.38

リサーチ室　北脇  裕士

『合成ダイヤモンドvs.天然ダイヤモンド』

去る2017年1月25日（水）、東京ビッグサイトにおける第28回国際宝飾展（IJT 2017）の開催期間に合わせてHRD Antwerpと株式会社APの主催によるダイヤモンドセミナー『合成ダイヤモンドVS.天然ダイヤモンド』が行われました。昨年に引き続いてのセミナー開催ですが、メレサイズの合成ダイヤモンドは業界内での最大の懸案事項であり、定員100名の会場が満員となる盛況ぶりでした。

このセミナーでは合成ダイヤモンドの製造技術に関する解説、HPHT合成法とCVD合成法のそれぞれの特徴、天然と合成ダイヤモンドの識別における最新のテクノロジーに関するプレゼンテーションが行われました。そして、メレサイズの合成ダイヤモンドのスクリーニング（粗選別）用にHRDで開発され、新たにバージョンアップされたM–SCREEN＋が日本国内で初めて紹介されました。
以下にプレゼンテーションの内容を詳しくご紹介いたします。

HRD Antwerp

HRD（Hoge Raad voor Diamant）は、ベルギー・アントワープに本部を置く世界最大のダイヤモンド研究機関で、AWDC（アントワープ・ワールド・ダイヤモンド・センター）によって運営されています。世界で最も高い水準と信頼性をもつ鑑定機関の一つとして知られており、ダイヤモンド鑑別の分野において最先端の技術を有しています。また、世界ダイヤモンド取引所連盟（WFDB）および国際ダイヤモンド製造者協会（IDMA）の２大機関によって承認され、国際ダイヤモンド審議会（IDC）の基準に準拠している国際的研究機関でもあります。さらにHRDはダイヤモンドのグレーディングのみならず、教育、器材、研究の各部門を有しています。
今回の講師はHRDアントワープのチーフエデュケーションオフィサーのKatrien De Corte博士です。彼女はベルギーのGhent大学で宝石学の客員教授もされている第一線の宝石学者でもあります。国際宝石学会(IGC)などでも研究発表をされており、世界各国の業界関係者にダイヤモンドに関する講演を数多く提供されています。今回の講演でも非常にわかりやすくプレゼンテーションを行っていただきました。

後援・協力

本セミナーは駐日ベルギー大使館が後援していました。そしてAntwerp World Diamond Centre(AWDC)、時計美術宝飾新聞社および弊社が協力させていただきました。ベルギー大使館からは一等書記官のBent Van Tassel氏が会場に来られ、セミナー開始前に挨拶をされました。同氏のスピーチとCorte博士の講演は英語で話されるため、その通訳をGem–Aに留学経験があり、宝石学に造詣の深い徳山薫氏が勤めてくださいました。

１． ホットトピック

2003年に発行されたWIREDという雑誌ではダイヤモンドのジュエリーを身にまとった女性モデルの写真が表紙を飾っています。これらのダイヤモンドはすべて合成ダイヤモンドであり、しかも非常に安価であるということで世の中に衝撃を与えました。
合成ダイヤモンドの需要は年々増加しています。例えば、米国では2015年から2016年までの１年間で合成ダイヤモンドの販売は230%増加しています。

２． 合成ダイヤモンドとは・・・

HRDではIDCの用語使用に準拠しており、合成ダイヤモンドに対してLaboratory Grown Diamondという用語を使用しています。英語では他にSynthetic Diamond, Laboratory–Created,  Lab–grownなどと表記されますが、すべて同じ意味です。
合成ダイヤモンドは、化学組成および結晶構造が天然ダイヤモンドとまったく同じであり、光学特性および物理特性にも違いは見られません。合成ダイヤモンドはキュービックジルコニアやモアッサナイトのように単に見かけが似ているだけの類似石とは異なります。
天然ダイヤモンドも合成ダイヤモンドも炭素（C）だけでできており、熱伝導性はきわめて高く、屈折率は2.417、ファイアの源となる分散度は0.044でこれらの特性値すべてが同じです。いっぽう、類似石の代表であるキュービックジルコニアは、化学組成がZrO₂です。熱伝導性は低く、屈折率は2.16、分散度は0.060でダイヤモンドとは異なります。モアッサナイトは、化学組成がSiCで、熱伝導性は高いですがその他の諸特性はダイヤモンドと完全に異なります。
天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドには違いもあります。天然ダイヤモンドは地下の高温高圧下で何億年という長い年月をかけて成長し、複雑な環境の変化をこうむります。いっぽう、合成ダイヤモンドはラボという閉鎖された一様な環境下で短い時間で育成されます。その結果、天然ダイヤモンドには多くの窒素不純物を含みますが、合成ではその量はごくわずかです。
宝石品質の合成ダイヤモンドを製造する方法は主に２種類あります。HPHT合成法とCVD合成法です。そして合成ダイヤモンドには製造したままのものと、成長後に処理をしたものがあります。それではそれぞれの合成方法について説明します。

３． 合成方法

３–１　HPHT合成
HPHT（高温高圧）法は、地球深部で天然ダイヤモンドができる環境を人工的に再現したものです。非常に高い温度と圧力を与えて原料となる炭素をダイヤモンドの結晶へと成長させます。グラファイト等の炭素物質を鉄（Fe）、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）等の金属溶媒を用いて溶解し、温度差を利用してダイヤモンドを結晶化させます。

３–２　CVD合成
CVD合成法は、Chemical Vapor Depositionの略です。化学気相成長法（化学蒸着法）と呼ばれるものです。高温低圧下でメタンガスなどの炭素を主成分とするガスからダイヤモンドを作ります。種結晶となるスライスしたダイヤモンドの結晶の上に炭素原子を降らせて沈積させていきます。

３–３　合成ダイヤモンドの生産量
宝飾用合成ダイヤモンドの生産量についての公式な発表はありません。しかし、１年間でHPHT合成ダイヤモンドは130–300万ct、CVD法合成ダイヤモンドは100–120万ct生産されていると推定されており、天然ダイヤモンドの生産量の２–３%程度と見積もられています。

４． 合成ダイヤモンドの原石

HPHT合成ダイヤモンドもCVD合成ダイヤモンドも原石の状態であればすぐに識別することができます。それは結晶原石の形態が天然とは異なるからです。HPHT合成法では種結晶を用いて金属溶媒中で成長させるため、六–八面体を主体とした集形となります。この形状は天然では極めて稀です。ただ、生産量は非常に少ないものの台湾の会社で天然と同様の八面体の形状のものも製造しているようです。
また、CVD合成法では種結晶の上に炭素原子を沈積させて一方向に層成長させるため、特徴的な板状の形態となります。

５． 研磨された合成ダイヤモンド

現在、HPHT合成法では最大で10.02ct、 E、VS1のものができています。CVD合成法でも３ct 以上のものが確認されています。いずれの製法においても多くの製造者が存在し、その品質は高品質から低品質まで多岐に渡ります。
これらの合成ダイヤモンドが宝飾用にカット・研磨された後では見た目では判らないため、常に天然か合成かの疑問を持つことが必要となります。今後は天然ダイヤモンドの上に薄くCVD合成ダイヤモンドをコーティングしたようなものも出現する可能性がありますからさらに注意が必要です。

６． 研磨された合成ダイヤモンドの鑑別

カット・研磨された合成ダイヤモンドの鑑別は容易ではありません。ルーペや顕微鏡などの標準的な鑑別器材では識別が困難で、高度な分析器機や洗練されたラボの技術が必要となります。鑑別には時間もかかります。ラボで受け付けて即日でお返しするというわけには行きません。
ラボで使用する代表的な分析器機として、紫外－可視分光光度計、FTIR、フォトルミネッセンス（PL）を測定するラマン分光装置、紫外線ルミネッセンス像で結晶成長を観察するDiamondView™などがあります。これらの分析装置を有効に活用するためには多くの蓄積されたデータベースとそれらを解析する能力が必要となります。ただ、分析機器がたくさん揃っていれば良いというわけではありません。
一例をあげます。2015年９月、3.09ctのラウンドブリリアントカットが施されたダイヤモンドがHRDに供せられました。色はほぼ無色（ Iカラー）でクラリティはVS2でした。紫外線蛍光は無く、FTIR分析ではⅡ型と分類されました。交差偏光下では天然のⅡ型ダイヤモンドに一般的なタタミパターンに類似する歪複屈折が見られました。しかし、フォトルミネッセンス分析では736.6nmと736.9nmの明瞭なダブレット（SiV⁻）が確認され、DiamondView™の観察ではオレンジ色の蛍光色とCVD合成特有の層状の成長構造が確認されました。
別の例はM–Screen で見つけた0.005ctの非常に小粒のダイヤモンドです。これはFTIRでわずかなボロンを含むⅡｂ型であることが判りましたが、DiamondView™では特別なパターンは見られませんでした。PL分析ではわずかなSiV⁻の欠陥が見られました。さらに電子顕微鏡を用いたカソードルミネッセンス（CL）分析で特徴的な六–八面体の成長構造がみられ、HPHT合成と結論付けられました。

７． グレーディングレポート

HRDではIDCの規則に従い、天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドのグレーディングレポートが一目でわかるように色分けしています。合成ダイヤモンドは黄色カバーのレポート、天然ダイヤモンドには青色カバーのレポートを用いています。また、合成と判断されたダイヤモンドにはガードルに“Laboratory Grown”とシリアルNo.をレーザー刻印しています。

８． スクリーニング（粗選別）と鑑別

メレサイズのダイヤモンドの鑑別には時間とコストがかかるため、スクリーニング（粗選別）が重要となります。粗選別とは100%天然といえるダイヤモンドと更なる詳細検査が必要なものとを分別することです。そのためにある際立った特性に着目した限られた技術を用いています。そのため粗選別＝鑑別ではありません。厳密には粗選別≠鑑別です。

９． ダイヤモンドのタイプ

多くの粗選別機器はダイヤモンドのタイプ分類を基本原理としています。良く知られているように、ダイヤモンドは窒素を不純物として含有するⅠ型と含まないⅡ型に分類されます。そして、天然のダイヤモンドのほとんど（98%以上）はⅠ型に分類され、無色の合成ダイヤモンドはすべてⅡ型に分類されます。そのためダイヤモンドのタイプ分類がダイヤモンドの鑑別の重要な第一ステップになります。窒素を含有するⅠ型は窒素の存在の仕方によってⅠa型とⅠb型に細分されます。前者は窒素が凝集した形態で、後者は孤立した単原子の状態です。さらにⅠa型はⅠaA型とⅠaB型に細分されます。ⅠaB型は合成ダイヤモンドにはないので、起源は天然と考えることができますが、色の改善のためのHPHT処理が施される可能性があるため更なる詳細検査が必要となります。

１０． HRDの粗選別機器

HRDが開発した粗選別機器にはD–ScreenとAlpha Diamond Analyzerがあります。
D–Screenは2005年に販売が開始された最初のHRD製粗選別機器です。紫外線の透過性を基本原理としています。検査可能なダイヤモンドはルースのみで、サイズは0.2ct〜10ct、カラーはD〜Jまでです。測定した結果、緑色のランプが点灯すれば天然ダイヤモンドでHPHT処理の可能性もないものです。黄色のランプが点灯すれば、HPHT処理が施された天然ダイヤモンドもしくは合成ダイヤモンドの可能性があります。しかし、未処理の天然ダイヤモンドの可能性もあることから更なる詳細検査が必要となります。
Alpha Diamond Analyzerは2012年に発売されたFTIR（赤外分光光度計）です。ルースと一部のセット石でも測定が可能です。分析結果を独自のソフトで診断し、IRのスペクトルを確認することができます。
しかし、これらの粗選別機器は一石ずつのマニュアル操作になるため、多数のダイヤモンドを検査するためには時間と労力がかかります。そのため、多数個のメレダイヤモンドの検査は非常にコストが高くなります。業界からも自動的にメレダイヤモンドを粗選別する装置が要望されるようになりました。そこで、HRDでは自動メレ粗選別装置M–Screenを開発しました。

１１． M–SCREEN

M–ScreenはHRDアントワープとWTOCD（Wetenschappelijk en Technisch Onderzoeks Centrum voor Diamant’ アントワープのダイヤモンドリサーチセンター）の共同で開発したメレサイズダイヤモンドの全自動スクリーニング（粗選別）システムです。
卓上設置が可能なデスクトップサイズで、超高速（最小でも毎秒3個）でメレサイズのダイヤモンドを粗選別します。対象は0.01ct〜0.20ctのD〜Jカラーのラウンドブリリアントカットされたダイヤモンドです。選別を行う基本原理は波長の短い紫外線による特性と未公開の特許技術が使用されています。選別結果は、「天然ダイヤモンド」と100%確信できるもの、さらに検査が必要な「合成あるいはHPHT処理の可能性がある天然ダイヤモンド」、そして「類似石」に分別されます。
そして2017年１月からは新しくバージョンアップしたM–Screen＋を提供しています。この装置はより小さなダイヤモンド（0.005–0.10）にも対応し、さらに早い（１秒間で５石以上）測定が可能となっております。

１２． 合成ダイヤモンドの未来

合成ダイヤモンドは将来的に市場でどうなっていくのかという疑問があります。ここに2016年５月にある調査会社が行った結果があります。Googleで1番検索された宝飾ブランドはカルティエ、２位はティファニー、そして３位はスワロフスキーでした。１番検索されたカルティエは天然ダイヤモンドしか扱いませんし、サプライヤーにも天然であることを保障するように厳しく要求しています。いっぽう３位のスワロフスキーは天然ダイヤモンドではなく、キュービックジルコニアなどのイミテーションを使用しています。現在、合成ダイヤモンドは積極的にプロモートされるようになって来ています。人権の配慮や環境への優しさをうたい、有名な俳優が宣伝に出演しています。今後、合成ダイヤモンドは天然とイミテーションの中間に位置するようになるかもしれません。
ここで非常に大切になるのが情報開示です。消費者にとって合成ダイヤモンドであることがわかっている場合は問題ありません。天然ダイヤモンドであると信じていたものが合成であることが問題です。信頼・信用が大切になるのです。

１３． 結論

非常に高品質な宝石品質合成ダイヤモンドが市場供給されており、合成ダイヤモンドは原石であれば識別は容易ですが、カットされてしまうと鑑別が困難となります。
HRDアントワープでは、大量のメレサイズのダイヤモンドの中から合成ダイヤモンドを分別する粗選別する装置を開発しており、粗選別のサービスと各種レポートの発行を行っております。◆