Cam olmaksızın günlük
hayatımızı düşünmek zordur. Büyük bir çeşitlilik gösteren cam ürünlerinin hemen
bütün sanayi alanlarında, ev ve sanat faaliyetlerinde yeri vardır.
Cam nasıl terif edilebilir?
Donmuş sıvı veya düzensiz katı mıdır? İncelenmesi güç bir yapıya sahip olan cam
bilim adamları tarafından uzun süre ihmal edildi; bilim adamları hiç kuşkusuz
obsidiyen gibi doğal camların özelliklerini biliyorlardı, ama 5.000 yıldır
kullanılan ticari camı önemsemiyorlardı. Oysa 60 yıldır cam sanayi önemli
teknik gelişmeler kaydetmiştir ve artık araştırmacıların ilgisi kristal olmayan
katılar ile bunların elektronikle veya biyolojide kullanımları üzerinde
yoğunlaşmaktadır. Güncel eğilim, camların büyük bir kısmının özellikle
geleneksel mineral camlarının, temelde metal olmayan ve genellikle kırılgan
inorganik maddelerden meydana gelmiş seramik grubunun bir bölümünü oluşturduğu
yönündedir.
Hemen hemen bütün sanayi
camları, doğal hammeddelerden oluşmuş camlaştırabilir bir karışımın, yüksek
sıcaklıkta eritilmesi ve bu aşırı erimiş sıvının dondurulması sonucunda elde
edilir. Özel camların hazırlanması için, buhar fazında çökeltme veya sol-jel
(çözelti-jel) yöntemleri gibi, diğer metotlar uygulanır. Halen kullanılmakta
olan camların niteliklerini yükseltmek, yeni camlar geliştirmek veya var olan
camların bilinmeyen özelliklerini ortaya çıkarmak ve böylece yeni kullanım
alanları yaratmak üzere sürdürülen çalışmalar, camın gelecekte önemli bir
malzeme haline gelmesini sağlayacaktır.
Camın yapısı ve tanımı :
Soğutulan sıvıların büyük
bir çoğunluğu katılaşma sıcaklığına (T) ulaştığında kristalleşir. Oysa erimiş
kuvars (saf silis) için aynı şey geçerli değildir. Çabucak soğuyan kuvars, T= 1
730 C olan katılaşma sıcaklığına kristalleşmeden ulaşır ve daha sonra sıcaklık
düştüğünde bile, kararsız bir dengeyi sıvı durumundayken de korur. Bu sırada
dönüşüm hızı o kadar azalmıştır ki aşırı erimiş yarıkararlı bir sıvı biçiminde
kalmaya devam eder. Sıcaklık azalınca sıvının akışmazlığı da sürekli olarak ve
önemli ölçüde azalır ve sonunda, T = 1 180 C
olan camsı geçiş sıcaklığına erişince kristalleşmeden donar. Böylece
aşırı erimiş sıvı sadece tek bir bileşen içeren, camların en basiti olan silis
camına dönüşür.
Tuhaf bir biçimde doğal
olarak kristalleşmiş kuvars ile silis camı, merlkezinde bir silisyum iyonu ve
dört köşesinde oksijen iyonları bulunan dörtyüzlü SiO’ten oluşmuş, aynı temel
motife sahiptir. Ama kendi aralarında ortak köşelerle bağlı olan bu
dörtyüzlükler, kristal durumunda çok büyük boyutlu bir düzenli yapı
oluştururken, cam durumunda yapıları düzensiz ve oldukça önemli boşluklar
içerir. Bu camsı hal esas olarak -kimyasal bileşiminden ve soğuma hızından
başka - atomların düzenli olarak yapılaşmasını engelleyerek akışmazlık
durumundan kaynaklanır. Sıvı halde özgü düzensizlik durumu T sıcaklığından
geçiş sırasında korunur. “Amorf” diye tanımlanan maddelerle arasındaki fark
nedeniyle cam, camsı geçiş olayını gösteren kristal olmayan bir katı olarak
tanımlanır. Oksitlerden oluşmuş (SiO+Na+CaO) karma bileşimler olan mineral
camlarıysa metallerin ve alaşımlarının, organik polimerlerin ve iki veya daha
çok maddenin bileşimlerinden oluşan karma maddelerin oluşturduğu başka
gruplarla birlikte, seramikler arasında sınıflandırılır.
Camın bileşenleri ve üretimi :
Cam silis (SiO) gibi yalnız
başına kullanılan oluşturucu oksitlerden üretebilir, ama erime sıcaklığını
düşürmek için, bunlara alkali oksitler (mesela NaO) gibi eriticiler eklemek
uygundur. Bir oluşturucu ve bir eriticiden oluşan ikili camlar, genellikle yeterli
kimyasal dayanıklılığa sahip değildir. Kararlaştırıcı toprakakali oksitler
(mesela CaO) camın kimyasal etkenlere karşı dayanıklılığını arttırmak için
karışımı eklenir. Böylece gerektiğinde renk gibi özellikleri veren başka
değiştiricelerin katıldığı, silisyum-sodyum-kalsiyum camları oluşturulur.
Kum sodyum ve kalsiyum
karbonatları gibi hammaddelerden oluşan camlaşabilen karışım cam fabrikasının
fırınına konur. Erime inceltme (gazdan arıtma) ve kimyasal homojenleştirmeden
sonra, fırının içeriği dondurma denen hızlı bir soğutmaya tabi tutulur. Bu işlemden
aşırı erimiş bir sıvı olan cam elde edilir. Erimiş metal alaşımların çok daha
hızlı bir şekilde soğutulması (sıvıların aşırı su vermesi) ilginç kimyasal ve
mekanik özellikere sahip metal camlarını oluşturur. Başka bir yöntem bir çözücü
dağılmış ince parçacıklardan oluşan (çapları 0,1 ila 0,001 um arasında olan)
kolloidal bir çözeltinin asitlenmesiyle veya hidrolizlenmesiyle elde edilen bir
jeli esas alır. Daha sonra sinterlenen bu jel, özel camların hazırlanması için
tabakalar halinde yayılabilir (sol-jel yöntemi). Nihayet bir gaz fazının
düzensiz karekteri mesela optik lifleri oluşturmak için kullanılır.
Cam ürünleri :
Fırında hazırlanan cam yavaş
yavaş soğutulur, böylece camın akışmazlığını, elde edilmek istenen ürünü
şekillendirmeye yetecek kadar uzatmak mümkün olur. Kullanılan birçok değişik
şekillendirme yöntemi vardır: dökme kalıplama, çekme, haddeleme, şişirme
kalıplama, presleme, merkezkaçlama bunlardan birkaçıdır. Bunlar tek veya
birlikte kullanılır. Şekillendirmeden sonra, tavlama adı verilen camın
kontrollü olarak soğutulması işelmi, iç gerilimleri serbest bırakır ve
parçaların zarar görmesine engel olur.
Cam ürünleri dört büyük
sanayi sektörüne girer. Temel olarak vitrinlerde kullanılan düz cam, birkaç yıl
öncesine kadar, dikey çekme veya iki silindir arasında sıcakta haddelemeyle
üretilmekteydi. Bugün yüzdürme cam (float-glass) tamamen düz bir erimiş kalay
banyosunun yüzeyinde yüzdürülen erimiş camın yatay çekmesiyle üretilir. Sıvılar
için mükemmel ambalaj olan şişe camı, üretilen camın en büyük tonajını teşkil
eder. Temel bileşimlerine göre, cam elyafı ısıl yalıtma, cam-polimer bileşimi
maddelere güçlendirici olarak katılır veya işaretlerin iletilmesine (optik
lifler) yarar. Daha az üretilen özel camlar, katma değerleriyle ayırt edilir:
mesela sanat camcılığı için kristal veya optik için teknik camlar eklenir.
Silis camı, pyrex türü borosikatlar, ışımıyla renkleri değişen fotokrom camlar,
veya mutfak aletlerinde gitgide daha fazla kullanılan camseramikler pişirme
medikal protezler bunların başlıcalarıdır.
Camın özellikleri ve işlevleri :
Camın kimyasal bileşimi büyük çeşitlilik gösterir, çünkü stokiyometri
kurallarıyla sınırlanmamıştır. Bir elementinin oranı sürekli olarak belirli
sınırlar içinde değiştirilerek çok sayıda işlevi yerine getiren yavaş yavaş
değişen niteliklere sahip tam bir cam dizisi üretmek mümkündür. Bu nitelikler
arasında mekanik veya kimyasal dayanıklılık su geçirmezlik estetik ve optik
işlevleri sayılabilir.
Optik camın ayrıcalıklı
kullanım alanıdır. Saydamlığı sayesinde iç ve dış kısımları arasındaki görsel
teması sağlar. Tayf özellikleri camın bir filtreye veya işaretlerin iletimi
için bir dalga yönlendiricisi olarak kullanılabilmesi mümkün kılar. Yükseltilebilen
kırılma indisiyse camın optik sistemlerde ve kristal gibi değerli ürünlerde
kullanılamsına imkan verir.
Camın mekanik dayanıklılığı,
su verme yoluyla yüzeyleri sıkıştıralarak güçlendirilebilir. Bükülmeye,
darbelere veya ısıl zorlamalara dayanıklılık gibi ek nitelikeri, camın bina ve
taşıtlarda aranan bir malzeme olmasını sağlar. Bundan başka, plastik filimlerle
yaprak halinde üetildiğinde insanların ve kıymetli eşyanın güvenğini sağlar.
Kimyasal maddelere
karşı dayanıklı olan
cam, hemen hiç tepkimeye girmez
ve yapısı değiştirilemez. Bu nitelik, eczacılıkta kullanılan nötr camlar
için daha da
güçlendirilmiştir. Bu camlar
genel olarak, kan plazmasının veya ilaç çözeltilerinin gereğince
hazırlanmasına yarayan alüminoborosilikatlardan meydana gelmektedir. Bu kapların iç yüzeyleri sterilize etme
işlemine dayanıklı olmalıdır.
Su ve hava sızdırmazlık
niteliği sayesinde, sıvı ve gaz ortamlarını biribirnden ayıran cam, bir
yalıtkan’dır. Muhtemelen metal veya oksit katmanlarla tamamlanmış veya
genişletirilmiş, cam köpüğü halinde iki cam yaprağı arasında hapsedilmiş ince
hava tabakası ısıl yalıtkanı oluşturur. Ses yalıtımı kalın veya çift camla
sağlanır.
Camın estetik işlevi yekpare
renkli camlarda veya çoklu katmanlı camlarda, hatta duvarları süsleyen
yansıtıcı camlarda görülür. Sanat camcıları opal camlarıyla, cam hamuruyla veya
kristali yontarak şahaserler verirler.
Geleceğin malzemesi cam :
Bol bulunan doğal
hammaddelerden hazırlanan cam, çevre kirletici bir madde değildir. Üstelik cam
üretiminin önemli bir miktarı, hammaddelerden ve enerjiden tasarruf etmek
üzere, geri çevrimle yeniden kullanılır. Cam sanayiinde, hafifletilmiş,
dayanıklı, yüksek verimle üretilen ve çoğunlukla başka malzemelere göre daha
ucuza mal edilen eşyaların pazara sürülmesinde, şekillendirme ve yüzeylerin
işlenme tekniklerindeki ilerlemelerden ve bilgisayar destekli tasarım ve
kontrol makinelerinin kullanımından yararlanılmaktadır. Diğer taraftan
tüketicilerin tercihleri, sağlıklı, doğal ve temizlenmesi kolay sayılan cama yönelmiştir.
Biyolojik malzemeler
türünden günce ihtiyaçlara daha iyi uyum sağlayan yeni camların sürekli
araştırılmasında başka, bugünkü teknikler üç ana doğrultuda gelilşmektedir.
Bunlardan biri, camı iletken veya yarı iletken tabakalar (ısınan camlar,
fotovoltaik gözler, afişleme), ışığın (fotokromlar), elektrik alanının
(elektronlar) veya ısının (termokromlar) etkisi ile rengi değişen tabakalar,
kızılaltını yansıtarak binaların ısıl konforuna katıkıda bulunan az yayın
özelliğine sahip tabakalar ve özel ve isteğe göre değiştirilebilen niteliklere
sahip ince tabakalara destek olarak kullanma tekniğidir. İkincisi, kızılaltında
iletim özellikleri gitgide optik liflerle iletişimde kendini gösteren flüorlu
camlar gibi yeni camların üetimidir. Üçüncü konuysa, karma malzemelerin
üretimidir. Cam, gelecek vaat eden bu sektörde gittikçe büyüyen bir yer
tutmaktadır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder