Cam Yapımının Tarihçesi, Camın Özellikleri, Cam Nerede Kullanılır

Silis, borik anhidrat, sodyum karbonat, kireçtaşı gibi maddelerden oluşan bir karışımın, yaklaşık 1 300°C’a ısıtılmasıyla elde edilen saydam, amorf madde. Söz konusu maddelerin ısıtılarak eritilmesini, inceltme ve dinlendirme işlemleri izler.

Cam Yapımının Tarihçesi

Daha, İ.Ö. 3000 yıllarında eski Mısır’da, Fenike’de ve Çin’de süsleyici amaçlı renkli boncuklar biçiminde kullanılan camın, tam olarak nerede ortaya çıktığı bilinmemektedir. Ama cam yapımı sanatının yaklaşık olarak İ.Ö. 1500′de, eski Mısır ve Yakındoğu’da kusursuzlaştırıldığı kesindir. Cam üfleme tekniği İ.Ö. 50′ye doğru Fenike’de bulunmuş ve camdan yapılabilecek eşya çeşidini artırmıştır. Ayrıca üretimlerini kolaylaştırmış ve daha saydam camlar yapılmasını sağlamıştır. Cam üfleme sanatı Roma İmparatorluğu’nda hızla yayılmış ve süsleyici amaçla yapılan cam eşyalar nispeten ucuzlamıştır.

XI. yy’dan başlayarak, Batı Avrupa’da birkaç yeni cam yapımı merkezi oluşmuş, Bohemya’da bitkilerden elde edilen potasyum bakımından zengin kül, daha düşük ergime sıcaklıklı cam yapımında hammadde olarak kullanılmıştır. Avrupa’da cam eşya yapımı özellikle yeni kompozisyonların, renklerin, üretim tekniklerinin geliştirildiği Venedik yakınlarında kusursuzlaşmış, Venediklilerin camın arılığını bozan demir katışıklarını yükseltgemek için manganez dioksit biçiminde mangan eklemeleriyle, cam saydamlaşmış ve demirin indirgenmiş aşamasının neden olduğu yeşil ya da kahverengi lekeler yok edilmiştir. Cama kurşun, borik asit ve daha çok soda eklenmesi, camı işlemeye elverişli sıcaklık sınırını artırmış ve daha karmaşık biçimler, daha ince ve daha parlak cam eşyalar üretilmiştir. Ayrıca, özel katkı

maddeleriyle çok çeşitli renklerde camlar üretilmiştir. Venedik’in cam eşya üretimindeki üstünlüğü, XVIII. yy’a kadar sürmüştür.

XVII. yy’ın sonlarında İngiltere’de hammaddelere kurşun eklenmesiyle, nitelikli kristaller üretilmeye başlanmış ve Londra, önemli cam üretim merkezlerinden biri haline gelmiştir.

XIX. yy’da cam yapımı teknikleri hızla gelişmiş, bilim adamlarının geliştirilmiş optik camlara gereksinmelerinin artması, kabarcıklar, küçük oyuklar, kırılma indisi ve renk gibi etmenleri büyük ölçüde denetleyebilen üretim işlemlerinin gelişmesini desteklemiştir. Michael Farady, camı günümüzde de geçerli olan bir bakış açısıyla “güçlü bir kimyasal bileşikten çok, çeşitli maddelerin oluşturduğu bir çözelti” diye tanımlamıştır.

1800 yıllarına kadar cam eritmek için odun ateşi üstünde çömlekler kullanılırken, o tarihten sonra, ısıtmada odun kömürünün yerini maden kömürü ve petrol almıştır. Günümüzde çömlek içinde cam eritme yalnızca laboratuvarlarda, özel bazı optik camların üretiminde kullanılmaktadır.

Pencereler için düz cam üretimi. XX. yy’a kadar pencere camı da cam eşya gibi üflenerek elde edilirken, XX. yy’ın ilk yarısında, cam eriyiğinden doğrudan cam şeridi çekmek için Fourcault ve Colburn işlemleri geliştirilmiştir. Sürekli cam eriten bir ocakla birlikte kullanıldığında bu işlemler, yüksek nitelikli çok miktarda düz cam üretmeye elverişlidir. En yüksek nitelikli düz cam, ocaktan akıtılan cam eriyiğin haddeden geçirilmesiyle elde edilir. Pürüzlü yüzeyli cam daha sonra, geniş otomatik makineler yardımıyla cilalanır.

1950 yıllarında İngiltere’de, Pilkington Cam Şirke-ti’nden Alistair Pilkington, nispeten daha ucuza, yüksek nitelikli düz cam elde etmek için yeni bir yöntem geliştirmiştir. Bu yöntemde, eritme ocağından sürekli akan cam şeridi, kalay banyosu üstünde ve dikkatle denetim altında tutulan bir ısıda yüzdürülür. Metal eriyiğinin düz yüzeyi, soğuma sırasında cama yumuşak bir yüzey kazandırır. Soğuduktan sonra cam sertleşir ve elde edilen yüzey hasar görmeden haddeden geçirilir. Bu yöntemle, kalınlıkları 3-18 mm arasında bütün düz camlar üretilebilir. Öbür amaçlar için cam üretilmesi. Şişe, kavanoz, vb. cam kaplar, sürekli bir makine üstündeki bir kalıp içine sıcak camın üflenmesiyle elde edilir. Elektrik ampulleri de, bir kalıba sıcak cam üflenerek yapılabilir; ama bu durumda tek bir cam parçası yerine bir cam şeridi eritme ocağından beslenir; özel bir körük, camı şeritten, bir kalıba üfler. Bu yüksek hızlı şerit makinesi, her iki saniyede birden çok ampul üretir.

Tabak, bardak,vazo gibi cam eşyalarsa, bir kalıba sıcak cam sıkıştırılarak, ucuza üretilebilir. Bu yöntemde bir parça sıcak cam metal bir kalıba yerleştirilir ve cama istenilen biçimi vermek için kalıba metal bir tulumba silindiriyle basınç uygulanır. Dönel bir yatakta otomatik besleyiciler kullanılmasıyla, sıkıştırılmış cam da sürekli olarak elde edilebilir.

Camın Özellikleri

Cam teknolojisinde, cam, ergime tepkimesinin, kristalleşme olmadan, katı hale soğutulmuş inorganik ürünü olarak tanımlanmıştır. Ama, soğutma işleminden geçirilmeksizin eriyik halinden de cam elde edilebilir. Sözgelimi cam buhardan ya da su içindeki sodyum silikat gibi sıvı bir çözeltiden (su camı) çökeltme yoluyla da elde edilebilir. Ayrıca polimerler gibi organik maddeler, hattâ alkol,cam aşamasına soğutulabilir. Bu yüzden, camı amorf bir katı (burada katı, hafif kuvvetlerin etkisi altında kaldığında akmayan, bükülemez bir madde anlamındadır) olarak tanımlamak daha doğru olabilir.

Cam oluşturabilmek için, bir sıvının, kristalleşmesini önlemeye yeterli bir hızla soğutulması gerekir. Dolayısıyla yavaş kristalleşen ağdalı sıvılar, akışkan sıvalara oranla, cam yapımına daha elverişlidir.

Silikat camlarının atom düzeyinde temel yapısal elementi, üç boyutlu silikon-oksijen bağları ağıdır. Bağlar düzenli olarak,kısa mesafeli (birkaç atom mesafesi) oluşmuştur; ama daha uzak bir mesafede,atomların sıralanışında düzenli bir yapı yoktur.Bu rastgele ağ yapısı, kristallerdeki atomların uzun mesafeli sıralanışındaki düzenle çelişir.

Direnç. Silikat camın ağ yapısı son derece güçlü olduğu halde, camın kendisi çok kolay kırılır. Camın direnci, temperleme denilen bir işlemle artırılabilir. Bu işlem, camın yüzeyinin, içinden daha hızlı soğutulmasıyla gerçekleştirilir. Kimyasal temperleme, yüzeyinde bir basınç gerilmesi yaratarak, camı güçlendirmenin başka bir yoludur. Bu işlemde camdaki küçük sodyum, daha büyük potasyum iyonlarıyla yer değiştirir. Cama büyük bir iyonun yerleştirilmesi, cam yüzeyinde bir basınç gerilmesi oluşturur ve cama potasyum nitrat gibi,yaklaşık 400 °C’ta erimiş potasyum tuzu uygulanarak tamamlanır. Bu işlem, sıradan temperleme işleminden daha pahalıdır; ama daha kolay denetlenebilir ve daha bir biçimli bir gerilmeye yol açar. Günümüzde özellikle gözlük camlarını güçlendirmek için kullanılmaktadır. Elektrik iletkenliği. Camın elektrik iletkenliği, camda bulunan alkali iyonlarının (genellikle sodyum) hareketinden kaynaklanır. Bu iyonlar, cam yapısında en zayıf bağlı olan iyonlar oldukları için, en hareketli iyonlardır. Milyonda birden az alkali iyon konsantrasyonu olan saf silisyum dioksit eriyiği bile, sodyum ve lityum iyonlarının iletimiyle elektriği iletir. Oda sıcaklığında bu iyonlar çok hareketli olmadıklarından, cam aynı zamanda da iyi bir yalıtıcıdır. Bu sıcaklıkta, cam kütlesinin elektrik iletkenliği, yüzeyin iletkenliğinden oluşur. Bu yüzey iletkenliğinin nasıl oluştuğu henüz aydınlatılmamıştır; ama sodyum gibi iyonların cam yüzeyindeki bir tabaka üstünde hareketinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Yüzeyin iletkenliği, ortamın neminden önemli ölçüde etkilenir; kuru havada düşüktür; ama nemli havada sodyum içeren camlarda yüksektir.