Cam

Cam, aşırı soğutulmuşalkali ve toprak alkali metal oksit leriyle, diğer bazı metal oksitlerin çözülmesinden oluşan bir sıvı olup ana maddesi (SiO₂) silisyumdur. Cam, akışkan bir maddedir. Amorf yapısını koruyarak katılaşan inorganik cisimler olarak tanımlanabilir. Üretim sırasında hızlı soğuma nedeniyle kristal yapı yerine amorf yapı oluşur. Bu yapı cama sağlamlık ve saydamlık özelliğini kazandırır.

Camın hali

Cam kolye süsü. Cam işlemeciliği İtalya'nın Murano adasında yaygındır. Burada camdan yüzük ve diğer takılar yapılmaktadır.

Cam pratik olarak katı bir madde olarak görünse de, davranış olarak sıvı halde bir madde gibidir. Sıvı maddelerin genel özelliklerinden olan viskozite, camda da bulunan bir özeliktir. Diğer bir deyişle cam akışkan bir maddedir ancak akış süresi o kadar uzundur ki bu akışı bir insan gözlemleyemez, yaşam süresi yetmez. Bu yüzden bizler camı katı bir madde olarak nitelendirebiliriz. Bundan başka camlar, katılar kadar belirgin erime sıcaklığı olmayan, sıvı davranışı gösteren katı bir faz olarak da nitelendirilebilir. ^[1]

Camı oluşturan ana maddeler

Adi camın bileşimine giren üç grup madde vardır. Bunlar cam haline gelebilen oksitler, eriticiler ve stabilizatörler denilen maddelerdir. Camın bileşimine giren bu maddeler kum-soda-kireç olarak da adlandırılabilirler. Adi camın bileşimine giren maddelerin dışında cama önemli özellikler kazandıran ve üretimde bazı yararlar sağlayan yardımcı bileşenler vardır.

Camlaşma özelliği olan bu maddeler genelde ağ oluşturan bazı oksitlerdir. Kuvars kumu bunların başında gelir. Ağ oluşturan oksitlerin en önemlileri ise SiO₂, B₂O₃ ve P₂O₅ (fosfor) dir.

Eriticiler

Ağ oluşturan ve cam haline gelebilen oksitlerin erimelerini kolaylaştırmak amacıyla cam bileşimine katılan maddelere eriticiler denir. Bu maddeler camlaşıcıların erime sıcaklığını düşürerek onların erimelerini kolaylaştırır. Özellikle 1713˚C'deki silisyumun erime derecesi 1500˚C'ye düşer. Eriticiler ağ içine girerek onu değiştirdiği için eriticilere modifikatör de denmektedir. Eriticilerin başlıcaları Na₂O, K₂O, Li₂O dur.

Stabilizatörler (Sabitleştiriciler)

Stabilizatörler, camın kimyasal dayanımı, kırılma indisi, dielektrik özellikleri üzerinde etki yaparlar. Formülüne stabilizatör ilave edilmemiş bir cam su karşısında stabil özellik göstermez. Bu camlara su camı denilir. Stabilazatör olarak kullanılan maddelerin başlıcaları CaO, BaO, PbO, MgO ve ZnO dur.CaO kireç taşının (CaCO₃), MgO ise dolamitin (MgCO₃) cam formülüne katılması ile sağlanmış olur. Bu iki maddenin ısıtılması ile bünyelerindeki CO₂ çıkar ve geriye oksitler kalır. CaCO₃ = CaO+ CO₂ gibi.

Yardımcı Bileşenler (İkincil Bileşenler)

Bu bileşenler genelde adi camın formülüne girmezler, ancak değişik cam türlerinde değişik etkiler sağlamak üzere kullanılan oksitlerdir. Örneğin,

• Mangan dioksit (MnO₂) camın rengini açar,
• Arsenik (As₂O₃) renk verir, saflaştırır,
• Sülfür (Na₂SO₄) redükleyicidir,
• Potasyum nitrat (KNO₃) camın saydamlığını giderir.

Biçimlendirme

Ana maddelerin hazırlanması ve eritme evrelerinden sonra sıra dinlendirilmiş cam hamurunun biçimlendirilmesine gelir. Cam malzeme, sekiz yöntemle biçimlendirilir:

a) Üfleme (Şişirme) Yöntemi

Camcılıkta "pipo" denilen uzun içi boş olan çubuğun ucuna alınan maden, bir miktar şişirilerek fıska denilen minik bir top şekline getirilir ve soğuktan çok fazla etkilenip çatlamayacak kadar soğutulur. Daha sonra yapılacak cam ürününün ağırlık ve boyutları dikkate alınarak fıskanın ucuna tekrar maden alınır. Alınan maden, kalıp kullanılacaksa kalıptan bir miktar küçük boyutta şişirilip kalıba sokulur. Kalıp içerisinde üflemeye devam edildiğinde kalıbın şekil boy ve desenlerine göre cam elde edilir. Kalıp kullanılmayacaksa sallama, uzatma gibi yöntemlerle cama şekil verilir. Bu durumda çeşitli araç gereç kullanılarak cam soğuyup sertleşene kadar istenilen şekillere sokulabilir.

b) Dökme-Silindirleme Yöntemi

c) Çekme Yöntemi

d) Yüzdürme Yöntemi

Günlük hayatın büyük bir kısmında yer eden ev camlarının üretiminde bu yöntem kullanılmaktadır. Büyük boyutlarda ve her iki yüzeyi düz olan ev-ofis camları ısıcamların üretiminde kullanılan yüzdürme yöntemi, camın hammeddeleri oluşturan madenlerle, bu madenlerden daha ağır ve erime derecesi daha düşük olan bir madenle karıştırılıp aynı fırında eritilir. Ağır olan maden altta kalacağından diğer karışım ısının etkisiyle, üst yüzeyde camı oluşturur. Soğutulan maden fırından alındığında altta bulunan ağır maden hala sıcak olduğu için camdan kolaylıkla ayrılabilir.

e) Presleme Yöntemi

Pres tezgahlarında manuel olarak madenci tarafından "fonga" denilen ucu top şeklindeki uzun bir çubuk ile bırakılan maden, otomatik ve el preslerine bağlanan küçük boyutlardaki kalıplara bırakılır. Uygulanan basınçla sıkışan, iç ve dış kalıbın içerisinde soğutularak cam elde edilir. büyük boyutlarda pres yönteminin kullanılmasında çeşitli sakıncalar bulunur. Maksimum 2,5 kg'a kadar pres yöntemi ile üretim yapılabilir.

f) Lif Haline Getirme Yöntemi

g) Köpük Haline Getirme Yöntemi

h) Savurma Yöntemi

Bu yöntemde 500-900 devir arasında moment verilmeye müsait tezgahlara bağlı kalıplar içerisine farklı tarzlarda bırakılan akıcı biçimdeki maden, dönüş esnasında santrifüj kuvvetin etkisiyle dışa doğru açılma eğilimi gösterirler. Taban, bazı bardak çeşitleri, avizeler, meyvelikler ve bu tarzdaki cam çeşitleri bu yöntemle elde edilirler.

ı) Diğer biçimlendirme yöntemleri

İşleme

Biçimlendirme sonrasında üretilen cam, kullanılacak niteliklere sahip olmayabilir. Aşağıda belirtilen yöntemler ve uygulanan işlemlerle camı kullanılacak alana uygun hale getirilmektedir.

Kesim işlemi

Üretim ardından istenilen boyutlara ulaşmayan camlar istenilen ebat veya şekil düzeltme amacıyla kesim işlemi yapılmaktadır. Elmas kesimi, CNC kesimi, pürmüz ısıl kesim kesim türlerinden bazılarıdır. Üfleme yöntemiyle üretilen bardakların uç kısımları düz ve keskin olduklarından dolayı pürmüz ısıl kesimle düz bir şekle getirilir ve kesici alet kullanılmadığından dudak kısımları kesici olmamaktadır.

Temperleme

Isı ve darbeye dayanıklı hale gelmesi istendiğinde cam temperleme denilen bir prosesten geçirilir. Temperleme prosesi cam panoların özel fırınlarda erime noktasına yakın derecelerde ısıtıldıktan sonra hızla soğutulması esasına dayanır. Fırında cam 700°C’ye kadar ısıtılır ve hava üflenerek soğutulur. Sıcaklığın azalması ile yüzey büzüşür ve sertleşir. Ancak iç kısım sıcak kalır ve yüzeydeki büzülmeye kendini uydurur. İç kısmın da soğumasıyla camın her iki yüzünde basınç, iç kısımda ise çekme gerilmeleri oluşur. Ani soğutma uygulanarak temperlenme işlemlerinden geçen cam 300°C’lik bir ısıl şoka dayanıklı hale gelmekteyken temperlenmemiş camda 30-50°C’lik bir ısıl şok camın kırılmasına neden olmaktadır. Temperlenmiş camlar sertleştiği için bant rodaj, delme, kesme, lamine vb uygulamalarla tekrar biçimlendirme yapılamamaktadır.

Rodajlama

Kesilen camların kenar kısımlarının keskinliğini giderme işlemidir. Balıksırtı rodaj, düz rodaj, üç köşe rodaj, dört köşe rodaj, bant rodaj, açılı rodaj vb.

Lamine

Kırılmaz cam olarak bilinsede aslında kırılan fakat dağılmayan camdır.Plaka haline getirilmiş iki plaka camın iki tarafıda yapışkanlı bir folyo ile birleştirilmesi ile oluşur.Böylece camın mukavemeti arttığı gibi kırılsa dahi dağılmayıp biarada kaldığı için hırsızlık vb gibi durumlara karşı önemli tercih sebebi.

Renklendirme

Şeffaf camlar camın uygulama alanına göre dekoratif bir görüntü oluşturmayacağı için kullanım alanına göre renklendirilebilirler. Baskı ve püskürtmeli olarak boyanan camlar gerektiği durumlarda temperlenir ya da tansiyonsal ısıl işlem uygulanarak boya ile camın iyice tutunması sağlanır. tansiyonsal ısıl işlemde, giriş sıcaklığı 550°C’lik fırına gönderilir ve 1,5 saatlik silindirli bant sistemiyle, diğer taraftan 55°C olarak çıkar.

Folyolama

Asit ve kumlama

Asit ve kumlama işlemi, cam yüzeyinde aşındırma meydana getirerek dekoratif görüntü verme işlemleridir.Bu görünümün oluşması için cam yüzeyi kağıt ya da pvc folyo ile kaplanır. Bu folyolar elle ya da özel kesim makinelerinde kesimi yapılarak yapıştırılabilir.Bu folyoların üzerindeki deseni ortaya çıkaracak şekilde, kumlama yapılmak istenen bölgedekilerin cam yüzeyinden kaldırılması ile ve daha sonra da basınçlı boya tabancalarının nozulları degiştirilerek cam yüzeyine tazyikli hava püskürtmek suretiyle yapılan işleme kumlama diyoruz.

Asit işleminde ise cam a etki eden tek asit olan HFL kullanılır. Bunda da yukarıda anlatıldığı gibi açıkta kalan bölgeye asit dökerek cam yüzeyi ile reaksiyona girmesi ve o bölgede bir aşınma oluşturulması bir yöntemdir. Diger bir yöntem ise asit kopartma adı verilen işlemdir. Bu işlemde, önce kumlama yapılarak tüm yüzeyi aşındırılan cam üzerine kaynatılarak zamk haline getirilmiş ve bu arada içine bir miktar HFL ilave edilmiş boncuk tutkalının ince bir tabaka halinde sıvanması ve kurumaya bırakılması ile yapılır. Kurudukça yüzet gerilimi sebebiyle cam üstünde zar gibi kalkmalar başlar ve kopartma adı verilen işlem meydana gelmiş olur.

Bombeli Temper

Bu işlemde temperleme anında ısıl şok uygulanan cam soğutulmadan, belirli redius (çap) oranında bükülür. Temper makinesindeki soğutma bükülme anında uygulanmaktadır. Bir kenarı 230mm'den küçük olan camlar silindirler arasında tutunamayacağından dolayı temperleme ve bombeleme yapılamaz.

Diğer İşlemler

Cam türleri

Soda kalsik Camı

Dünyada üretilen camların %90’ı soda kalsik camıdır. Kolayca eritilebilir, ucuzdur fakat ısıl şoklara mukavemet ve kimyasal kararlılık gibi haller dışında her yerde kullanılabilir. Normal elektrik ampulü, fluoresan ampulleri, pencere camları v.b. malzemelerin üretiminde kullanılırlar. Yapısında %5 oranında CaO vardır.

Kurşun Camı (Kristal Cam)

Soda kalsik camında kirecin yerini PbO aldığında kurşun camı elde edilmiş olur. Yapısında %80 oranında bazı hallerde daha fazla kurşun oksit bulundurur. Kurşun oksit, camın erime noktasını düşürerek yumuşama noktasını CaO'li camlarınkinin de altına düşürür. Ayrıca cama kolay işlenebilme, ışığı yansıtma ve yayma özelliği kazandırır. Kurşun oksit miktarının %80'i geçtiği cam türü gamma ve X ışınlarından korunmak amacıyla kullanılır. Oldukça pahalı bir cam olduğu için baryum oksitli camlar kullanılır.

Borosilikat Camı

Borosilikat camlarının yüksek yumuşama noktası vardır. Buna rağmen, ısıl şoklara karşı büyük bir mukavemet sağlayan büyük bir genleşme katsayısı, su ve asitlere karşı çok iyi mukavemet göstermesi ve üstün elektriksel özellikleri vardır. Bu nedenlerden dolayı labuvatuar (teknik) cam olarak kullanılmaktadır. Mutfak eşyası, büyük boyutlu astronomik aynalar yapılmaktadır.

Alüminosilikat Camı

 %20 den fazla alümin, az miktarda bor, bir miktar kireç ile çok az alkali içerirler. Ancak alkali bulunmadığı zaman camın eritilmesi ve işlenmesi zorlaşır. Yumuşama noktasının yüksek ve dilatasyon katsayısının küçük olması termometre, yanma tüpleri, alevle doğrudan temas edecek her türlü parçanın yapımında kullanılır.

Silisyum Camı (%96 SiO₂)

 %96 oranında silisyum içeren bu cam, presleme ve üfleme yöntemleri ile şekillendirme bu camlara uygulanır. Dilatasyon katsayısı küçüktür. Bu cam türü, çok saydam oluşu nedeniyle UV ışınlarını çok iyi geçirirler. Bu nedenle UV lambaları ile mikrop öldürücü özel lambaların yapımında kullanılır.

Silisyum Camı (%99 SiO₂)

Çok saf kuvars kumunun eritici madde olmadan eritilmesiyle elde edilir. Bu camın üretimi ve şekillendirilmesi çok yüksek sıcaklıkta (1750˚C'de) olur. Bu nedenle üretilecek malzemelerin şekil ve boyutları sınırlı olmak zorundadır. Genleşme katsayısının küçük, yumuşama noktasının çok yüksek olması ve UV ışınlarını çok iyi geçirmesi gibi olumlu özellikleri vardır. Dielektrik özellikleri de iyidir. Ancak maliyetin yüksek oluşu nedeniyle eletroteknikteki uygulamaları sınırlıdır. Isıl şoklara karşı mukavemeti en yüksek camdır.

 İlk cam yapımı ve buna bağlı olarak Gözlük ve optik alanındaki ilerlemeler kumlu ve sıcak olan Arabistan ülkelerinde , Mısırda görülmüştür .

bilgi için teşekkür ederim.