Cam

Cam ya da sırça, saydam veya yarı saydam, genellikle sert, kırılgan olan ve sıvıların muhafazasına imkan veren, inorganik amorf yapıda katı bir malzeme. Antik çağlardan beri gerek inşaat malzemesi, gerekse süs eşyası olarak camdan faydalanılmaktadır. Günümüzde halen basit araç gereçlerden iletişime ve uzay teknolojilerine kadar çok yaygın bir kullanım alanı vardır. Örneğin pencere camları, cam ambalaj, ayna, lamba, sofra takımı ve optiklerde yaygın pratik, teknolojik ve dekoratif kullanıma sahiptir.
En bilinen ve tarihsel olarak en eski üretilen cam türleri, kumun birincil bileşeni olan kimyasal bileşik silika (silisyum dioksit veya kuvars) bazlı "silikat camlardır". Yaklaşık %70 silika içeren soda kireç camı, üretilen camın yaklaşık %90'ını oluşturur. İçme bardakları ve gözlükler gibi bazı nesneler o kadar yaygın olarak silikat bazlı camdan yapılır ki, basitçe malzemenin adıyla anılırlar.
Cam ani soğutulmuş alkali ve toprak alkali metal oksitleriyle, diğer kimi 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. Katılarda görülen kristallenme özelliklerini göstermediği için kimileyin sıvı olarak adlandırılır. Bu adlandırma esasen amorf yapısından dolayıdır.
Cam, metal tuzları eklenerek renklendirilebilir, emaye cam olarak boyanabilir ve basılabilir. Camın kırılma, yansıma ve iletme özellikleri, camı mercek, prizmalar ve optoelektronik malzemelerin üretimi için uygun hale getirir. Ekstrüde cam elyafı, iletişim ağlarında optik fiberler, cam yünü veya cam elyafı ile güçlendirilmiş (cam fiber) termal yalıtım malzemesi olarak kullanılır.
Tarihçe
Camın tarihi antik çağlara uzanır. İlk olarak ne zaman üretildiği net olarak bilinmese de, elde mevcut en eski cam eşyalar yaklaşık olarak MÖ 2500 yıllarına ait Antik Mısır boncuklarıdır. Daha geç dönem Mısır bulgularında ise tüye benzer renkli zikzak paternleri olan cam kaplara rastlanır. Camdan, modern anlamda mozaik yapımına ise Ptolemaic devirde İskenderiye'de ve Antik Roma medeniyetlerinde rastlanır.
Faz
Cam bir amorf katıdır. Bu haliyle de yer yer davranış olarak sıvı halde bir maddeye benzer. Sıvı maddelerin genel özelliklerinden olan viskozite, camda da bulunan bir niteliktir. Diğer bir deyişle cam akışkan bir maddedir ancak akış süresi o kadar uzundur ki bu akışı bir insan gözleyemez, yaşam süresi yetmez. Bu yüzden bizler camı sıvı bir madde olarak nitelendirebiliriz. Bundan başka camlar, katılar kadar belirgin erime sıcaklığı olmayan, sıvı davranışı gösteren katı bir faz olarak da nitelendirilebilir.
Sıcak cam çalışma tekniği, geleneksel olarak alev sanatı olarak da adlandırılır.
Malzemeler
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 kimi yararlar sağlayan yardımcı bileşenler vardır.
Camlaşma niteliği olan bu maddeler genelde ağ oluşturan kimi 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 cam hammadesinin erime sıcaklığını düşürerek onların erimelerini kolaylaştırır. Özellikle 1713 ̊C'deki silisyumun erime derecesi 1550 ̊C'ye düşer. Eriticiler ağ içine girerek onu değiştirdiği için eriticilere modifikatör de denmektedir. Cam üretiminde kullanılan en önemli eritici madde, sodyum karbonat (Na2CO3) ya da yaygın kullanılan ismi ile Soda'dır. Soda, birim fiyat olarak, cam üretiminde kullanılan en pahalı hammaddelerden birisidir.
Stabilizatörler (Sabitleştiriciler)
Stabilizatörler, camın kimyasal dayanımı, kırılma indisi, dielektrik nitelikleri üzerinde etki yaparlar. Formülüne stabilizatör ilave edilmemiş bir cam su karşısında stabil nitelik göstermez. Bu camlara su camı denilir. Stabilizatör olarak kullanılan maddelerin başlıcaları CaO, BaO, PbO, MgO ve ZnO'dur. CaO kireç taşının (CaCO3), MgO ise dolomitin (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. Mesela:
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 denir. 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 ısı yalıtımlı camların üretiminde kullanılan yüzdürme yöntemi, ergimiş camın yoğunluğu camın yoğunluğundan daha ağır ve erime derecesi daha düşük olan sıvı kalayın üstüne kontrollü bir şekilde dökülüp yüzdürülmesiyle şekillendirme yöntemidir
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, kimi 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 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
Temperleme işlemi; yatay hat üzerinde camın dış yüzeylerine daha fazla basınç gerilimi, cam ortasına ise dolaylı bir çekme gerilimi kazandırmak için, ölçüsüne göre kesilmiş ve kenarları düzeltilmiş camın, ergime noktasına kadar (625-645 C) kontrollü ısıtılıp, hızla soğutularak camın yüzeylerine 6000 Pa basınç ön gerilimi kazandırma aşamalarını içerir. Temperleme işlemi uygulanmış cam; işlem görmemiş normal camlara göre kırılmaya ve ısıya karşı yaklaşık 4-5 kat daha fazla dayanıklı olduğundan ve kırıldığı zaman zar büyüklüğünde çok küçük, daha az keskin parçalara ayrılarak yaralanma riskini azalttığından dolayı güvenlik camı özelliğine sahiptir.
Temperleme işlemi yapılmış camlara kumlama, koparma, boyama haricinde herhangi bir başka işlem; kesim, delik delme, havşa açma, kenar ve yüzey taşlama işlemleri yapıldığı durumlarda cam patlamaktadır. Bu nedenle temperleme işlemine girecek camın; ölçülendirme, rodajlama, delme vb. ihtiyaç olacak işlemlerin temperleme işleminden önce yapılması gereklidir.
Temperleme işlemi uygulanacak camların kenarlarına mutlaka rodaj veya zımpara işlemi uygulanmalı, camın kenarında veya delik kenarında yer alan çapaklar havşa işlemi yapılarak temizlenmelidir, yoksa cam temperleme işlemi sırasında fırında patlar. Temperleme işlemi uygulanacak camda yer alan deliklerin çapı en az cam kalınlığı kadar olmalıdır. Delik çapının cam kalınlığından küçük olduğu durumda cam temperleme işlemi sırasında fırında patlar. Ayrıca cam üzerinde yer alan delikler cam kenarına çok yakın olmamalı ve belli bir bölgede birbirine yakın konumda yoğunlaşmamalıdır.
Temperli camlar; diğer normal camlara oranla çok daha fazla güvenlik içerdiklerinden ve daha sağlam olduklarından özellikle motorlu araçlarda, binaların cephe camlarında, bahçelerin camla kapatılarak kış bahçesi oluşturmada, balkon kapatmada, işyerlerini camla bölmede, merdiven basamağı yapımında, asansör camlarında, duş kabinlerinde, bombeli endüstriyel buzdolaplarında, bazı beyaz eşyalarda, kafeterya, pastane gibi işletmelerde camlama ve balkon ihtiyaçları için kullanılırlar.
Rodajlama
Camın keskin uçlarına elmas taş ile profil kazandırma işlemidir.
Lamine
Kırılmaz cam olarak bilinse de aslında kırılan fakat dağılmayan camdır. Plaka haline getirilmiş iki plaka camın iki tarafında yapışkanlı bir folyo (p. v. b.) ile birleştirilmesi ile oluşur. Böylece camın mukavemeti arttığı gibi kırılsa dahi dağılmayıp bir arada kaldığı için hırsızlık gibi durumlara karşı camın güvenlikli olarak kullanıldığı yerlerde tercih sebebi. Otomobillerde kaza anında camın dağılmasını ve muhtemel yaralanmaları engellemek için de lamine cam tercih edilir. Kaza anında muhtemel darbede daha az sertlik için ön cam laminedir. Ayrıca bu camlar tempersiz normal bombeli camlardır, çatlama ve kırılma durumunda görüş durumunun bozulmamasını sağlar. Her türlü düz ve bombeli camın projeli olarak lamine edilmesi çok katlı ve istenilen kalınlığın elde edilmesi otoklav prosesi ve vakumlama ile sağlanabilir.
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 Clik fırına gönderilir ve 1,5 saatlik silindirli bant sistemiyle, diğer taraftan 55 C olarak çıkar.
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 değiştirilerek cam yüzeyine tazyikli hava püskürtmek suretiyle yapılan işleme kumlama denir.
Asit işleminde ise cama etki eden tek asit olan HF (hidroflorik asit) kullanılır. Bunda da yukarıda anlatıldığı gibi açıkta kalan bölgeye asit dökerek cam yüzeyi ile reaksiyona girmesi ve o bölgede bir aşınma oluşturulması bir yöntemdir. Diğer 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 HF (hidroflorik asit) ilave edilmiş boncuk tutkalının ince bir tabaka halinde sıvanması ve kurumaya bırakılması ile yapılır. Kurudukça yüzey 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 radius (yarıçap) oranında bükülür. Temper makinesindeki soğutma bükülme anında uygulanmaktadır. Bir kenarı 230 mm'den küçük olan camlar silindirler arasında tutunamayacağından dolayı temperleme ve bombeleme yapılamaz.
Etimoloji
Farsça ve Orta Farsça (Pehlevice veya Partça) cām "bardak, kadeh, sürahi" sözcüğünden alıntıdır. Farsça sözcük Avesta (Zend) dilinde aynı anlama gelen yāme- sözcüğü ile eş kökenlidir.
Cam türleri