Camı Oluşturan Maddeler Nelerdir?

Cam

Cam insanın ürettiği geniş kullanım alanı olan kırılgan bir maddedir. Genel olarak silisyum maddesinin çok fazla bulunduğu kumdan yapılır. Gerektiğinde kurşun geçirmeyecek kadar sağlam yada çok kolay kıılabilir. Yani kullanıldığı alana bağlı olarak değişik özelliklerde imal edilebilir. Konuyla ilgili derlenmiş yazımızı okumanız faydalı olacaktır.

Sert ve kırılgan olan, genellikle saydam veya yarı saydam olarak bulunan cam, inorganik sıvı malzemedir. Daha çok sıvıları muhafaza etmek için kullanılır. Tarihte ilk olarak antik çağlardan itibaren hem süs eşyası hemde inşaat malzemesi olarak sıklıkla kullanılmaya başlanmıştır. Bulunan ilk cam örnekleri ise M.S 1500’lü yıllara ait Afrika’da bulunan boncuklardır.

Cam kullanılmaya başladığından beri kullanım alanları genişliyor. Çok yaygın bir kullanımı olan cam, teknolojiden, bilime, bilimden uzay teknolojilerine kadar bir çok alanda kullanılır.

Camın ana maddesi akışkan bir malzeme olan silisyumdur (SiO₂). Camın üretim sırasında hızlı olarak soğutulması nedeniyle amorf bir yapı ortaya çıkar ve kristal yapı oluşmaz. Bu sayede cam hem saydam olur hemde daha sağlam olur.

İnsanların kullandıkları yapay camlardır. Doğal olarak bulunan camlar ise obsidyen olarak bilinir. Obsidyenin bir diğer adı ise volkanik camdır. Bu doğal cam eski tarihlerde keşfedilip işlenmeye başlanmıştır. Mücevher, ok ucu, bıçak ve silah süsleme aracı olarak kullanılmıştır.

Camı oluşturan ve cam yapımında kullanılan hammaddeler kum, soda ve kireçtir. Bu maddeler doğru oranlarda karıştırıldığında cam elde edilir. Bu üç malzeme bir araya getirilerek 15000 derece sıcaklıklardaki fırınlarda eritilir. Camın esas maddesi kumdur. Düşük sıcaklıklarda akıcı bir hal almasını sağlayan ise sodadır. Kimyasal etkilere karşı dayanıklı olmasını sağlayan ise kireçtir.

Yapay camın ilk nasıl üretildiği konusunda net bir bilgi yoktur. Ancak Romalı tarihçi Pliny, camın ilk olarak Finikeli denizciler tarafından bulunduğunu söyler. Anlatılan hikayeye göre, Finikeli denizciler, Suriye’nin Prolemais bölgesindeki sahilde bir kamp kurarlar ve ateş yakarak kaplarını, aynı zamanda yükleri olan soda blokları üzerine koyarlar. Ertesi gün uyandıklarında, ateşin sıcaklığından dolayı kum ve sodanın camı oluşturduğunu görürler.

Cam Malzemeleri ve Üretimi

Cam üretmek için dört farklı üretim aşaması gerekir. Bunlar;

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

Ana Maddelerin Hazırlanması

Camın oluşturan ana maddelerin yabancı maddelerden arındırılarak öğütülmesi gerekir. Öğütülen maddeler, tek tip cam üreten fabrikalarda silolarda depolanır ve siloların alt tarafındaki kapakları açılmak suretiyle istenen miktarda malzeme, terazili bir arabaya alınır.

Eritme

Eritme işlemi potalı fırınlarda ve havuz fırınlarda yapılır. Düşük kapasiteli işletmelerde potalı fırınlar kullanılır ve kapasitesi 2 tondur. Yüksek miktarlarda cam üreten işletmelerde ise havuz fırınlar kullanılır ve bu fırınların kapasitesi ise 1000 tondur. Ateşe dayanıklı olan fırınların ise, silisyum, alüminyum, zirkon gibi malzemelerden yapılır. Camı oluşturacak ana maddeler, özel bir itici mekanizma ile havuz fırınının ağız kısmından içeri itilir ve eritme işi başlar. Potalı fırınİçerisinde ayrı ayrı cam türlerine ait ana maddelerin eritildiği birden fazla fırın vardır.

Biçimlendirme

Biçimlendirme işlemi 8 yöntemle yapılır. Bunlar;

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

Tavlama

Cam soğurken oluşan iç gerilmeleri yok etmek için tavlama işlemi uygulanır. Tepeden ısıtılan sürekli bir kanal içinde camı yeniden ısıtarak iç gerilmelerin giderilmesi sağlanıncaya kadar bekletmek ve daha sonra yavaş yavaş soğutularak uygulanır.

Cam Çeşitleri ve Türleri

Soda kalsik Camı: Elektrik ampulü, fluoresan ampulleri, pencere camları v.b.
Kurşun Camı (Kristal Cam) Gamma ve X ışınlarından korunmak amacıyla kullanılır.
Borosilikat Labuvatuar (teknik) cam olarak kullanılmaktadır. Mutfak eşyası, büyük boyutlu astronomik aynalar yapılmaktadır.
Alüminosilikat Camı Termometre, yanma tüpleri, alevle doğrudan temas edecek her türlü parçanın yapımında kullanılır.
Silisyum Camı UV lambaları ile mikrop öldürücü özel lambaların yapımında kullanılır.

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.

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.

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 silisyumun erime derecesi 1550°C’ye düşer. Eriticiler ağ içine girerek onu değiştirdiği için eriticilere modifikatör de denmektedir.

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 başlıcaları 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.

Yardımcı Bileşenler (İkincil Bileşenler)

Bu bileşenler genelde adi camın formülüne girmezler, ancak değişik cam türlerinde değişik etkiler sağlamak üzere kullanılan oksitlerdir. Örneğin,

* Mangan dioksit (MnO2) camın rengini açar,
* Arsenik (As2O3) renk verir, saflaştırır,
* Sülfür (Na2SO4) redükleyicidir,
* Potasyum nitrat (KNO3) camın saydamlığını giderir.

Camın Hammaddeleri

1) Kum:

•  Hemen hemen saf kuartz (SiO2) şeklinde olmalıdır,
•  Cam fabrikaları çoğunlukla cam kumu yataklarının yakınına kurulur,
•  Kumun Fe miktarı ev eşyaları için %0.045, optik camlar için %0.015’i geçmemelidir,
•  Çünkü Fe birçok camın rengini ters yönde etkiler

2) Soda:

•  Na2O, prensip olarak yoğun sodadan (Na2CO3) üretilir,
•  Diğer kaynaklar NaHCO3, Na2SO4 ve NaNO3 dür.
•  NaNO3’den Fe’yi yükseltgeme ve erimeyi çabuklaştırma için yararlanılır.

3) Kireç:

Ø CaO için önemli kaynaklar kireç taşı (CaCO3) ve dolamitten [(CaMg(CO3)2]

yakılarak elde edilen yanmış kireç (CaO) dur.
Ø MgCO3 ayrıca cam eritme fırınına MgO da sağlar.

4) Dolamit:

•  Bileşimi CaMg(CO3)2 olan ve bir çift karbon bileşiği olan dolamit, kalsitten ayrı özellikte bir mineraldir.
•  Dolamit, kireç taşlarından CaO’in yerini kısmen veya tamamen MgO’un alması ile oluşur,
•  Bu yüzden bileşimi açısından kireç taşları ile ilişkili olup, yanalda ve düşey de daime kireç taşları ile geçişlidir.
•  Türkiye’de dolamit oldukça geniş bir dağılım gösterir,
•  Mevcut yataklar ülke ihtiyacını yüzyıllarca karşılayacak durumdadır.

5) Feldispat:

•  M2O.Al2O3.6SiO2 (M = K veya Na) formülündedir,
•  Camı oluşturan tüm maddeleri içerir,
•  Alumina miktarı camın erime noktasının düşürülmesinde ve camsı durumun geç bozulmasında önemli rol oynar.

6) Boraks (B2O3):

•  cama BaO ve borik asit (H3BO3) sağlar,
•  Camın kırılma indisini artırır,
•  Camın dayanıklılığını artırır

7) Na2SO4 (Tuz Keki):

Üretim esnasında tank fırını denilen fırında oluşan ve istenmeyen cürufu uzaklaştırmak için sürükleyici olarak kullanılır

8) Cam Kırıkları:

•  Kaynağı bozuk ve kırık camlardır,
•  Üretim sırasında erimeyi kolaylaştırmak için %10-%80 oranında karışıma katılır.