Yapı Malzemeleri: Cam

CAMCANSU ÖZDEMİR

SAFA NUR SANCAK

EZGİ ÖZKOÇ

Çoğunlukla saydam veya yarı saydam olan genellikle sert, kırılgan ve sıvıların muhafazasına imkan veren amorf katılara cam denir.

CAM NEDİR?

Antik çağlardan beri gerek inşaat, gerekse süs eşyasıolarak camdan yararlanılmaktadır. Günümüzde halen enbasit araç gereçlerden iletişime ve uzay teknolojilerinekadar çok yaygın bir kullanım alanı vardır.

Cam ani soğutulmuş alkali ve toprak alkali metal oksitleriyle, diğer bazı metal oksitlerin çözülmesinden oluşan akışkan birmalzeme olup ana maddesi (SiO2) silisyumdur. Cam amorfyapısını koruyarak katılaşır. Üretim sırasında hızlı soğumanedeniyle kristal yapı yerine amorf yapı oluşur. Bu yapı camasağlamlık ve saydamlık özelliğini kazandırır. Katılarda görülenkristallenme özelliklerini göstermediği için bazen sıvı olarakadlandırılır. Bu adlandırma esasen amorf(kristalize olmayan, düzensiz) yapısından dolayıdır. Diğer bir deyişle cam akışkan birmaddedir ancak akış süresi o kadar uzundur ki bu akışı bir insangözlemleyemez, yaşam süresi yetmez. Bu yüzden bizler camısıvı bir madde olarak nitelendirebiliriz. Bundan başka camlar, katılar kadar belirgin erime sıcaklığı olmayan, sıvı davranışıgösteren katı bir faz olarak da nitelendirilebilir

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

Camın tarihi antik çağlara uzanır. İlk olarak ne zaman üretildiği net olarak bilinmese de mevcut en eski cam eşyalar yaklaşık olarak MÖ 2500 yılına ait Antik Mısırboncuklarıdır. Daha geç dönem Mısır bulgularında isetüye benzer renkli zikzak paternleri olan cam kaplararastlanır. Modern anlamda camdan mozaik yapımına isePtolemaic dönemde İskenderiye'de ve Antik Roma medeniyetlerinde rastlanır.

CAMIN ÖZELLIKLERI

Camın erime noktası yoktur.

Isıtıldığında yumuşar ve arzu edilen şekil verilebilir. Sıcak şekillendirme 800-1300°C arasında yapılabilir. Cam yaklaşık olarak 500°C’nin üzerinde yumuşamaya başlar.

Silis camların genişleme katsayısı çok düşük olduğu için, ani sıcaklık değişmelerine dayanıklıdır. Fakat diğer camlar genişleme katsayısı büyük olduğu için, ani sıcaklık değişmelerine dayanıklı değildir. Herhangi bir cam istenildiği gibi ısıtılamaz. Eğer bir cam bir metal ile birleştirilip kaynak yapılacaksa, metal ile camın genişleme katsayısı aynı olmalıdır.

Camların kopma yükü 4-10 kg/cm2, baskıya karşı direnci 60-120 kg/mm2 dir. Camlarda elektrik iletkenliği ise çok düşüktür.

Elektrik iletkenliği sıcaklıkla artar.

Adi camlar mor ötesi ışınları geçirmezler. Mangan içeren renkli camlar yalnız kızıl ötesi ışınları geçirir.

Camların, bulundukları ortama karşı dayanmaları silis ve alüminyum oranıyla artar. Fakat alkali oranıyla düşer.

Camlar sudan pek etkilenmezler, fakat basınç altındaki su buharı hızla aşındırabilir. Florür asidi (HF) hâricinde hiçbir asitten etkilenmez.

Cam, geniş kullanım alanı ile stratejik açıdan önemli bir maddedir.

Keşfedilişinden günümüze kadar, bir taraftan çeşitleri artarken, diğer taraftan da kullanıldığı yerler her geçen gün daha da genişlemiş, zamanla vazgeçilmez bir tüketim maddesi olmuştur.

Bilindiği üzere kullandığımız camlar, yapay camlardır; bununla birlikte, cam, yeryüzünde doğal olarak da bulunmaktadır. Doğal cam, ‘obsidien’ olarak bilinmektedir. Doğadaki camın varlığı insanlara yol göstermiş, camdan yaygın bir biçimde faydalanabilmek mümkün olmuştur.

Silis (kum) atomları, araya giren kalsiyum, potasyum, magnezyum ve sodyum atomları ile birlikte düzensiz bir tarzda birleşir. Bu “düzensizlik” sonucunda saydam, bozulmaz ve oldukça dayanıklı (çatlama hariç) bir madde ortaya çıkar. Paslanmadığı, su geçirmediği ve saydam olduğu için de akla gelebilecek hemen her alanda kullanılır.

Cam, temasta bulunduğu gaz, sıvı ve katı haldeki maddelerin etkilerine karşı büyük direnç gösterebilir. Bu direnç, kimyasal dayanıklılık olarak tanımlanır. Camın kimyasal dayanıklılığı ayarlanabilir özelliktedir: Camdaki alkali oranının yüksekliği, camın kimyasal dayanıklılığını zayıflatırken; boroksit, alüminyum oksit, çinko oksit ve zirkonyum oksit, camın kimyasal dayanıklılığının artmasını sağlamaktadır.

Bu özelliği sayesinde, en sağlam bildiğimiz maddelerde bile saklayamadığımız çözücü, parçalayıcı birçok kimyasalı cam kaplarda tutabiliriz.

Günlük hayatta kullanılan bazı camların dayanıklılık uygulaması, 65-130 kg/cm2’dir. Bununla birlikte, tasarımlarda; sertleştirilmiş bir ürün için, bu oran 10 katına çıkarak 1300 kg/cm2’ye kadar ulaşabilmektedir. Böyle camlar oldukça dayanıklı olur; tekme ya da çekiç darbeleriyle dağılmaz. Buna ek olarak, iki cam tabakasını, arasına başka bir kimyasal ekleyerek de dayanıklı hale getirmek mümkündür. Bu yöntemin, otomobil çağının başladığı yıllarda keşfedilmiş olması da oldukça dikkat çekicidir.

* Camın kullanışlılığını sağlayan özellikleri bu kadarla da sınırlı değildir. Yeni ya da kimyasal olarak temizlenmiş cam yüzeyler için, statik sürtünme katsayısı 1’e çok yakındır. Bu sayede, camları kolayca temizlemek mümkün olmaktadır.

* Camın elektriksel özellikleri, genel kullanımı yanında, elektrik üreten ve elektrikle çalışan cihazların yapımında geniş çapta kullanılmasından dolayı da çok önemlidir. Cam, genellikle elektrik akımına yüksek direnç gösteren bir madde olarak tanınmaktadır. ‘Yüzey direnci’ ve ‘hacim direnci’ olarak ikiye ayırabileceğimiz bu dirençlerden ilki, camın bulunduğu ortamdaki nem oranının artması ile azalmaktadır. Hacim direnci ise çoğunlukla, camdaki alkali oranı ile ve üretimi sırasında camın maruz kaldığı sıcaklıklarla oynanarak ayarlanabilir. Camın hacim direnci, sıcaklığın yükselmesi ile azalır. Camın üretimi sırasında yavaşça soğutulması, camın hacim direncini artırmaktadır.

* Camın optik özelliği, günlük hayatımızın vazgeçilmezleri arasına girmesini sağlamıştır. Cama optik özelliğini veren, kırılma indisindeki özel ayardır. Cam, ışığı geçirebildiği gibi iyi bir yansıtıcı da olabilmektedir.

* Yansıtma özelliği, cam yüzeyinin durumu ile yüzeye düşen ışığın dalga boyu ve yönüne bağlıdır. Silikat camları için ortalama yansıtma yüzdesi %4’tür ve tamamen saydam bir cam, gelen ışığın %92’sini geçirmektedir. Yansıtma kayıpları, cam yüzeyine konulacak özel kaplama malzemeleri ile azaltılabilmektedir.

* Camın ışık geçirgenliği, yansıtma ve emme özelliklerini azaltmaktadır. Geçirgenlik miktarı, dalga boyu uzunluğuna göre de büyük farklılıklar göstermektedir. Değişik renkler, camın geçirgenliğini etkilediği gibi, camın kimyasal bileşimi de, özellikle kısa dalga boylarındaki ışınların geçmesinde etkili olmaktadır.

CAM ÜRETIMI

KULLANIM ALANLARI VE ÇEŞİTLERİ

Cam, inşaattan gıdaya, otomotivden eczacılığa, denizcilikten mobilyaya kadar çok farklı sektörlerde kullanılan önemli bir malzemedir. Şüphesiz, camın bu kadar geniş kullanılmasının nedeni, üstün niteliklere sahip olmasıdır.

Cam Türleri ve Kullanım Alanları

Beş farklı cam türü vardır ve bu cam türlerini teker teker açıklayıp kullanım alanlarını sizlere açıklayacağız.

Soda Kalsik Camı

Kurşun Camı (Kristal Cam)

Borosilikat Camı

Alüminosilikat Camı

Silisyum Camı (%96 SiO2)

Soda Kalsik Camı ve Kullanım Alanları

Dünyada üretilen camların %90’ı soda kalsikcamıdır. Kolayca eritilebilir, ucuzdur fakat ısıl şoklara mukavemet gibi haller dışında her yerde kullanılabilir.

Kullanım alanları: Normal elektrik ampulü, fluoresan ampulleri ve pencere camları gibi malzemelerin üretiminde kullanılırlar.

Kurşun Camı (Kristal Cam) ve Kullanım Alanları

Soda kalsik camında kirecin yerini PbO aldığında kurşun camı elde edilmiş olur.. Kurşun oksit, camın erime noktasını düşürerek yumuşama noktasını CaO’licamlarınkinin de altına düşürür. Ayrıca cama kolay işlenebilme, ışığı yansıtma ve yayma özelliği kazandırır.

Kullanım alanları: 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 ve Kullanım Alanları

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.

Kullanım alanları: Bu nedenlerden dolayı labuvatuar (teknik) cam olarak kullanılmaktadır. Mutfak eşyası, büyük boyutlu astronomik aynalar yapılmaktadır.

Alüminosilikat Camı ve Kullanım Alanları

%20 den fazla alümin, az miktarda bor, bir miktar kireç ile çok az alkali içerirler. Ancak alkali bulunmadığı zaman camın eritilmesi ve işlenmesi zorlaşır.

Kullanım alanları: Yanma tüpleri, alevle doğrudan temas edecek her türlü parçanın yapımında kullanılır.

Silisyum Camı ve Kullanım Alanları

%96 oranında silisyum içeren bu cam, presleme ve üfleme yöntemleri ile şekillendirme bu camlara uygulanır. Bu cam türü, çok saydam oluşu nedeniyle UV ışınlarını çok iyi geçirirler. Bu nedenle UV lambaları ile mikrop öldürücü özel lambaların yapımında kullanılır. Bu camın üretimi ve şekillendirilmesi çok yüksek sıcaklıkta 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. Isıl şoklara karşı mukavemeti en yüksek camdır.

Kullanım alanları: Bu cam türü, çok saydam oluşu nedeniyle UV ışınlarını çok iyi geçirirler. Bu nedenle UV lambaları ile mikrop öldürücü özel lambaların yapımında kullanılır.

Cam Çeşitleri

Cam yapımı için kullanılan ham maddeler şunlardır: Silis, alkali (soda veya potas), kireç, kurşun oksidi, kalsiyum karbonat, asit borik vs. Bu maddeler muayyen nispetlerde karıştırılıp öğütüldükten sonra 1300-1500° de ergitilir. Elde edilen cam hamuru 800° ye kadar soğutulur. Bundan sonra işlenir, istenilen biçimde cam haline getirilir

Cam Çeşitleri: Kullanıldıkları yerlere göre cam çeşitleri şunlardır.

Renkli camlar

Buzlu camlar

Pencere camı

Emniyet camları

Billur (kristal) cam

İçeriyi göstermeyen cam

Optik cam

Cam inşaat blokları

Renkli camlar: — Bileşim bakımından soda – kireç silis camlarındandır. Harmanına bazı metal veya metal oksitleri katarak istenilen renk elde edilebilir.

Buzlu camlar: — Fiziki veya kimyevi usullerle yapılabilen bu camlar genel olarak pencere ve abajur camı olarak kullanılır. Fiziki usulde, gayet ince kum, basınçla camın yüzeyine püskürtülür, böylece yüzey donuklaştırılır. Kimyevi usulde ise cam bileşimine flüorürler, fosfatlar vs. katılarak «opal» denilen cam elde edilir.

Emniyet camı: — İki levha cam arasına saydam olan plastik bir madde yerleştirilir, bütünü yüksek basınca tâbi tutularak bir tek parça haline getirilir.

Pencere camı: — Silis-soda-kireç kullanmak suretiyle elde edilen ‘ normal camdır. Pencere camı,, bardak, şişe, kavanoz, ayrışgibi şeyler yapılır.

Billûr (kristal cam): — İçinde kurşun bulunur. Bilhassa sofra eşyalarında, merceklerde, optik aletlerde kullanılır. Bu tıp camlar kapalı potalarda ergitilerek elde edilir. Renksiz ve tam saydamdır.

Optik camlar : İçinde kurşun bulunan bu camların en büyük özelliği ışının sapmaması için mümkün mertebe saf olmalarıdır. Mikroskop ve mercek camlar olarak kullanılan bu tip camlar potalarda ergitilir.

İçeriyi göstermeyen cam: — Daha ziyade çocuk bakımevi ve hastanelerde kullanılan bu camlarda, içeriden dışarısı görülür; dışarıdan içerisi görülmez. Bu camlar, yüzeyleri çok ince bir gümüş tabakayla kaplanarak hazırlanır.

Cam inşaat blokları: — Yarı saydam olan bu bloklar iki ayrı parça olarak baskı usulüyle yapılır. Sonra, iki parça yüksek sıcaklığın tesiriyle birleştirilir. Bu şekilde yapılan blokun içinde kısmen bir hava boşluğu husule geldiği için bu çeşit cam aynı zamanda iyi bir yalıtkan madde vazifesini de görür.

RENKLİ CAM

BUZLU CAM

MİMARLIKTA CAM