Cam

Cam Nedir?
Soda veya potas katılmış silisli kumun ateşte eritilmesiyle yapılan sert, saydam ve çabuk kırılır cisim.

Cam, çoğunlukla saydam veya yarısaydam halde kullanılan ve genellikle sert, kırılgan ve sıvıların muhafazasına imkan veren inorganik katı malzeme. Antik çağlardan beri gerek inşaat, gerekse süs eşyası olarak camdan yararlanılmaktadır. Günümüzde halen en basit araç gereçlerden iletişime ve uzay teknolojilerine kadar çok yaygın bir kullanım alanı vardır. Cam aşırı soğutulmuş alkali ve toprak alkali metal oksitleriyle, diğer bazı metal oksitlerin çözülmesinden oluşan akışkan bir malzeme olup ana maddesi (SiO2) silisyumdur. Cam amorf yapısını koruyarak katılaşır. Üretim sırasında hızlı soğuma nedeniyle kristal yapı yerine amorf yapı oluşur. Bu yapı cama sağlamlık ve saydamlık özelliğini kazandırır.

Camın Tanımı :
Cam aşırı soğutulmuş alkali ve toprak alkali metal oksitleriyle,diğer bazı metal oksitlerin çözülmesinden oluşan bir sıvı olup ana maddesi (SİO2) silistir. Camlar erimiş haldeki 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 Tarihi :
Şimdiye değin arkeolojik kazılarda bulunan en eski cam ürün MÖ. 5500 yıllarına ait olup, Mısır'da bulunmuştur. Daha sonraki asır ve yüzyıllara ait bulgular ise bir hayli fazladır. Örneğin Mısır'da Firavun Amenotop'un cam gözü.(M.Ö.4000)Ancak daha sonralarına özellikle MÖ.1500 yıllarına ait Mısır'daki bulgular bir hayli fazladır; bu dönemde cam sanatı Mısır'da muhtemelen en parlak devrini yaşamıştır. Daha o devirlerde Mısır'da dekorla makta kullanılan kesme taşı, perdah taşı ve cama cam iplik sarma tekniği bilinmekteydi. Bu teknik daha sonraları Venedik'te yeniden keşfedilmiş ve en parlak dönemini yaşamıştır.Mısır'a komşu olan Babil'de de cam sanatı oldukça ileriydi. Bulunan Babil'e ait bir kil tablanın üzerine bilinen ilk cam reçetesi kazınmıştır: 60 ölçü kum,180 ölçü alg ve deniz yosunu külü, 5 ölçü güherçile ve 3 ölçü tebeşir (kireçtaşı).Yapılan kazılardan camı ilk keşfedenlerin Asurlular olabilecekleri görülmektedir. New York'taki Corning cam müzesi araştırmacılarınca yapılan kimyasal ve röntgen optik bilimsel araştırmalar camın gerçek anlamda bir fayans olmayan "Mısır fayansı"nın geliştirilmesiyle ortaya çıkmış olabileceğini göstermektedir. Bu fayansın o devrin cam ürünleriyle benzerliği o denli fazladır ki o devrin ilkel araç, gereçleri; fırınları ve olanakları göz önüne alındığında bu "fayans" hamurunun çok uzun pişirilmesi, çok fazla sıcaklıklara getirilmesi veya fazla sodyum içermesi sonunda camın ortaya çıktığı kabul edilir. Ancak bilimsel köken araştırmaları yanında tarihi efsanelerde de bu konuya rastlanmaktadır. Pilinius ve flavius'un ta kayalarından almak zorunda kalmışlardır. Ateşle birlikte bu soda kayacıkları akkor haline geçmiş ve nehir yatağının temiz kumuyla birleşerek sıcakken akışkan, donduktan sonra şeffaf ve katı bir maddeye, cama dönüşmüşlerdir. Hangi açıklamaya inanılırsa inanılsın camın kökeninin Önasya'da olduğu gerçektir.Yapılan kazılar ve araştırmalar sonucunda günün birinde camın kökeniyle ilgili gerçeklerin tamamen ortaya çıkacağı kesindir.

MÖ 3000 Cam boncuklar kolyeler
MÖ 1700 Camın yapımına ait bir metin(Mezopotamya)
MÖ 1500 Bir kum çekirdeğinin etrafında kalıplamayla yapılan oyma camdan eşyalar,
MÖ 1 yy Boruyla ağızdan üflemenin keşfi
MS 1 yy Vitrinlerde kullanılan ilk düz camlar
MS 10 yy Vitrayın geliştirilmesi
MS 16 yy Venedik'te camcılığın gelişmesi
MS 17 yy İngiltere'de kurşunlu kristalin keşfi
MS 20 yy Dikey çekmeyle pencere camının üretimi, Şişelerin otomatik üretimi.

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.

1. Camlaşıcılar : 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.

2. 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 silisin erime derecesi 1500 ˚C ye düşer. Eriticiler ağ içine girerek onu değiştirdiği için eriticilere “Modifikatör” de denmektedir. Eriticilerin başlıcaları Na2O, K2O, Li2O dur.

3. 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 başlıcalar 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.

4. Yardımcı Bileşenler ( İkincil Bileşenler ): Bu bileşenler genelde adi camın formülüne girmezler, ancak değişik cam türlerinde değişik etkiler sağlamak üzere kullanılan oksitlerdir. Örneğin;

• MnO2 Camın rengini açar
• Arsenik As2O3 renk verici, saflaştırıcı
• Sülfür Na2SO4 redükleyici
• Potasyum nitrat KNO3 camın saydamlığını giderir.

Cam Malzemelerin Üretimi : Cam malzeme üretimi, ardışık dört devreden (iki kademede- Bunlar Ergimiş camın elde edilmesi ile Cama biçim verilmesi, parlatılması ve kesilmesidir) oluşmaktadır.

1.Ana Maddelerin Hazırlanması
2.Eritme
3.Biçimlendirme
4.Tavlama

1. Ana Maddelerin Hazırlanması : Camın bileşimine girecek ana maddelerin her şeyden önce yabancı maddelerden arındırılıp iyi bir şekilde öğütülmesi gerekir. Tek tip cam üreten tesislerde öğütülmüş ana maddeler, silolarda depolanır ve siloların alt tarafındaki kapakları açılmak suretiyle istenen miktarda malzeme, terazili bir arabaya alınır.

2. Eritme : Günümüzde eritme işlemi, kapasitesi max. 2 ton olan krözelerde (Potalı fırınlarda) veya kapasitesi 1000 ton dolayındaki havuz fırınlarda yapılmaktadır. Fırınların yapımında ateşe dayanıklı, silis, alümin, zirkon gibi yüksek nitelikli refrakter malzemeler kullanılır.

a) Havuz Fırın : Biçim yönünden yüzme havuzuna benzediği için havuz fırın denmiştir. Çok miktarda cam üretilmesi gereken üretim süreçlerinde kullanılır. Bu fırında yaklaşık 800-1000 ton dolayında erimiş cam bulunur. Camı oluşturacak ana maddeler, özel bir itici mekanizma ile havuz fırınının ağız kısmından içeri itilir ve eritme işi başlar.

b) Potalı Fırın : İçerisinde ayrı ayrı cam türlerine ait ana maddelerin eritildiği birden fazla fırın vardır. Cam türlerinin fazla olduğu ancak cam miktarının az olduğu üretim süreçlerinde havuz fırınının kullanılması uygun değildir. Bu yüzden potalı fırın kullanılır. Potalı fırında ana madde miktarı en fazla 2000kg dolayındadır.

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

a) Üfleme (Şişirme) Yöntemi
b) Dökme-Silindirleme Yöntemi
c) Çekme Yöntemi
d) Yüzdürme Yöntemi
e) Presleme Yöntemi
f) Lif Haline Getirme Yöntemi
g) Köpük Haline Getirme Yöntemi
h) Diğer biçimlendirme yöntemleri

4. Tavlama : Bu evrenin amacı; fabrikasyon üretiminde cam soğurken oluşan iç gerilmeleri yok etmektir. Tepeden ısıtılan sürekli bir kanal içinde camı yeniden ısıtarak iç gerilmelerin giderilmesi sağlanıncaya kadar bekletmek ve daha sonra yavaş yavaş soğutularak uygulanır.

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, flüoresan 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.

Cam Çeşitleri :
Uygulama yerlerine göre cam çeşitleri şunlardır.
a) Renkli camlar
b) Buzlu camlar
c) Pencere camı
d) Emniyet camları
e) Fiber glas (cam elyafı)
f) Telli cam
g) Optik cam
h) Silis camları gibi.

Cam Malzemelerin Mekanik Özellikleri

• Basınç Mukavemeti : 4-12 N/cm2
• Çekme Mukavemeti : 0.2-0.9 N/cm2
• Elastisite Modülü : 6-10 N/cm2
• Poisson Oranı : 0.22’dir ve d ile gösterilir

Cam Malzemelerin Fiziksel Özellikleri

• Birim Hacim Ağırlığı(Yoğunluk) : Binalarda kullanılan normal camların yoğunlukları 2.5-2.7gr/cm3’tür.
• Sertlik : Sertlik derecesi 6-7 arasındadır. Bu düzeydeki sertlik cama iyi bir aşınma direnci kazandırır.
• Lineer Dilatasyon Katsayısı : Camın lineer dilatasyon katsayısı 8.7x10 ‘dır.Bu değer, camın birlikte kullanıldığı pencere doğraması malzemesi ile ilişkisi yönünden önemlidir.
• Isınma ısısı :795 J/kg/ºC dir.
• Isı Geçirgenlik Katsayısı :1.16W/m/ºC dir.
• Kırılma İndisi : Adi camda 1.52 olan kırılma indisi, kristal camda 1.60 tır.
• Yumuşama Sıcaklığı : 500-600ºC arasındadır.