Cam bir katı değildir. İçine, genellikle kireç taşı ve sodyum karbonat eklenerek eritilmiş ve oda sıcaklığında ağdalı ve sert bir hal alıncaya kadar soğutulmuş bir kum sıvısıdır; ama katı maddelerin tüm özelliklerini taşır. Bu duruma aşırı soğutma adı verilir.
Sıvıların çoğu, donarken billurlaşır: BİLLUR büyüklüğü soğuma hızına bağlıdır. Ancak, camın kendine özgü özellikleri de vardır.
Eski pencere camlarına bakıldığında, aşağı doğru sarkma eğiliminde camın sıvı özelliği görülebilir. Taşların altından çıkarılan, Romalılardan kalma eski cam kapların, bazen, kırılacakları yerde, ezilerek yassılaştıklarına tanık olunmuştur.
Cam, yalnızca, billurlu silis ya da kuvars olan kumdan da yapılabilir. Ancak, kumun erime noktası yüksektir (1.700°C) ve sonuç gene de yapısal olarak billurludur. Bu maddeye SERAMİK cam adı verilir. Yüksek erime noktası ve billurlu yapısı nedeniyle seramik cam (kristal cam), normal cam levha yapımı için uygun değildir. Kuma yaklaşık % 10 kireç (kalsiyum karbonat) ve %15 soda (sodyum karbonat) eklenmesi, erime noktasını 850°C’a düşürür; aynı zamanda, billurlaşma ( devitrifikasyon) eğilimi büyük ölçüde azalır. Miktarları istenen cam tipine göre değişen başka bileşenler de vardır.
Tarihçe
İlk cam, kum taneciklerinin yüzeyi soda (sodyum karbonat) ya da potasla (potasyum karbonat) birlikte eritilerek elde edilen fayans’tı. Bu tür cam, çok eskiden boncuk ve süs eşyalarının yapımında kullanılırdı. İ.Ö. 2000 yıllarında ilk gerçek CAM KAPLAR ortaya çıktı. Romalılar, pencere camı yapmayı başarmışlardı, ama bu cam, pek saydam değildi ve yalnızca bina içlerini, ışığın içeri girmesini sağlayarak kötü hava koşullarından korumak için kullanılırdı. Cam; düz bir levha halinde dökülür ve henüz sıcakken, incelmesi için merdanelenirdi. Kiliselere cam pencerelerin takılması, VII. yüzyılın başları gibi eski bir tarihe dayanır; ama büyük levhalar halinde saydam cam yapımı, ancak XVII. yüzyılda yaygınlaşmıştır.
Cam yapımında kullanılan ilk yöntemler, ya bir cam levhasını dökmek, sonra merdanelemek ve cilalamak ya da camdan bir küre üflemek ve bu düzgün küreyi bir disk haline gelene kadar yassılaşması için, bir çubuğun ucunda döndürmekti. Crown ya da Normandiya camının kullanıldığı doğramaların, küçük çerçeveler halinde yapılması gerekiyordu. Bu camların bazılarının ortasında çubuk izi gözlenebilirdi. Geniş cam üretiminde ise, küre çevrilerek 1,5 m uzunluğunda ve 45 cm çapında bir silindir haline gelmesi için yaydırılırdı. Sonra uçları kesilip atılır, uzunlamasına yarılarak açılır ve bir ocakta yassılaştırılırdı.
Bu yöntem ve bunun geliştirilmiş mekanik bir biçimi, Fourcault ( 1904) ve Pittsburgh ( 1926) işlemlerinin geliştirildiği dönem olan XX. yüzyılın başlarına kadar kullanıldı. Fourcault ve Pittsburgh yöntemlerinde, camdan bir şerit, soğur soğumaz onu kavrayan toz asbestten yapılmış silindirler aracılığıyla, cam fırınından birkaç metre yukarıda olan tavlama kulesine dikey olarak çekilir. Tavlama fırını, camın istenen hızda soğumasını sağlar. Bu, yüzey soğumasının çok hızlı olması nedeniyle ortaya çıkan gerilmelerin giderilmesi için gereklidir. Sonuçta cam saydam, alevle cilalanmış yüzeyi ise serttir. Ama bu yöntemden dolayı bir dalgalılık göze çarpar.
Yüzdürme İşlemi:
1959’da İngiliz şirketi Pilkington tarafından ilk kez gerçekleştirilmesinden bu yana, yüzdürme işlemi, yassı cam yapımında bütün dünyada ana yöntem olmuştur. Daha önceleri, herhangi bir yassı camın dökülmesi, merdanelenmesi ve dalgalılıkların ortadan kaldırılması için, parlatılması gerekiyordu.
Yassı cam yapımında, daha önceki gelişmelerin tersine, yüzdürme işlemi, eski yöntemlerden yararlanılarak ortaya çıkarılmadı. Yöntem, tümüyle yeni bir teknolojiden kaynaklanıyordu.
Cilalanmış levha yapmak için fırından alınan eritilmiş cam, ilk zamanlar sonsuz bir şerit halinde merdaneleniyordu. Ne var ki, bu durumda merdane, cam yüzeyinde izler oluşturuyor, ürüne optik yetkinlik veren paralel yüzeyleri elde edebilmek için, izlerin kazınıp parlatılması gerekiyordu. Taşlama ve parlatma işlemleri %20’ye varan bir cam savurganlığı yaratıyor, büyük sermaye gerektiriyor ve işletme masraflarını yükseltiyordu.
Yüzdürme işleminde, 3,3 m’ye varan genişlikteki sonsuz cam şerit eritme fırınından çıkarılarak, eritilmiş kalay banyosunun yüzeyi boyunca yüzdürülür.
Yüzey kusurlarının eriyip yok edilmesi ve her iki yüzeyin düz ve paralel olmasını sağlama amacıyla şerit belirli bir süre kimyasal olarak denetlenen yüksek sıcaklıkta bir atmosferde tutulur. Eritilmiş kalay yüzeyinde hiçbir pürüz bulunmadığı için, cam da düzgün olur.
Isıtma işlemi tamamlanmış olan cam şerit, eritilmiş kalay üzerinden alınmadan soğutularak sertleştirilir. Böylece, tavlama fırınından geçerken, merdanelerin camın alt yüzünde iz bırakması önlenir. Elde edilen camın her yanı aynı kalınlıktadır ve taşlama ya da parlatma gereksinimi olmayan düzgün bir yüzeyi vardır.
Yüzdürme yöntemiyle, yedi yıllık bir çalışmadan ve ayda 250.000 dolara varan harcamadan sonra, yaklaşık 6 mm kalınlığında cam levha elde edildi. Kaliteli cam levha piyasasının %50’sinde bu kalınlık gerektiğinden, yüzdürme banyosu içinde rol oynayan doğal kuvvetlerin cam kalınlığının 6 mm olmasını sağlaması iyi bir sonuçtu.
Ne var ki, yüzdürme yönteminin gerçekten yararlı olması için, istenen kalınlıkta şerit yapımının olanaklı kılınması gerekiyordu. Yüzdürme yöntemi açıklandıktan yalnızca iki yıl sonra, Pilkington, ilk yüzdürmeden elde edilen kalınlığın yarısı kadar kalınlıkta bir ürün oluşturmayı başardı. Bu incelik, temelde camın gerilmesi ilkesine dayanıyordu ancak, levha cam işleminde görülen bozuklukların ortaya çıkmaması için germe işlemi, denetim altında özenle gerçekleştiriliyordu.
İnce cam yapımını izleyen üç yıl içinde çalışmalar kalınlığın artırılması üstüne yoğunlaştırıldı. Bunun için, erimiş camın kalay üstünde yayılmasını önlemek yeterli oluyordu. İnşaat sektörü için 4 mm’den 25 mm’ye kadar, otomotiv sektörü için ise 2,5 mm’ye kadar incelikte cam yapılabilmektedir.
Öteki cam türleri
Kabartmalı cam, fırından çıkan camın, üzerinde şekiller bulunan merdaneler arasından geçirilmesiyle yapılır. İçinde tel ızgara bulunan telli cam, istenilenin yarısı kadar kalınlıkta bir şeridin merdanelenip, telle kaplanması ve üstüne ikinci bir şerit yerleştirilip birbirine kaynatılmasıyla elde edilir.
Camın saydamlaşması için, taşlanması ve parlatılması gerekir. Telli cam, çarpma ya da ısı etkisiyle kırıldığında dağılmaz.
Optik cam
Optik cam ve gözlük camı yapımı, büyük ölçüde öteki camların yapımına benzer. Ancak önemli bir ayrıcalığı vardır; camın hiçbir şekil, renk ya da akım çizgisi değiştirmesi göstermeden sürekli olarak homojen kalması gerekir. Kimyasal içerik ya da ısıl işlemdeki küçük farklılıklar, optik özelliklerde büyük değişikliklere yol açar. Adi camda rengi gidermek için, genellikle, demir oksit bulunur. Optik camın yapımında kullanılan kum daha saftır ve karışım kalsiyum, sodyum, potasyum, baryum ya da magnezyumun çeşitli oksitlerinin eklenmesiyle uygun biçimde düzenlenir.
Karışım önce eritilir, sonra cam sıcaklığının artırılmasıyla yeniden ateşlenir. Soğutularak ve bir dişi karıştırıcıdan geçirilerek homojen olması sağlanır.
Camın optik özellikleri kritik erime, arıtma ve karıştırma sıcaklıklarıyla korunur: ama kırılma injisinin (ışığı saptırma gücünün) belirlenmesinde önemli bir rol oynadığı için, soğuma hızı daha da önemlidir.
Soğumakta olan cam, besleme ağzından aşağı doğru ağır ağır akar ve daha sonraki işlemler için küreciklere bölünür ya da levha ve dilim biçimine sokulur. Kürecikler mercek kalıplarında kalıplanır ve tavlama fırınına yollanır.
Emniyet camı
Kolayca kırılmayan camın, birçok kullanım alanı vardır. Örnek olarak, yoldan sıçrayan çakılların çarpmasına dayanıklı olması gereken otomobil ön camı verilebilir. Bunlar, yapımından sonra sertleştirme ve katmerleme gibi işlemlerden geçen tavlanmış camdan yapılır. Sertleştirilmiş ya da temperlenmiş cam yapımında sıcaklık, cam plastik hale gelmeye başlayıncaya kadar düzenli olarak artırılır.
Sonra hemen fırından çıkarılır, uygun aletlerle gerekli yerlerden kıvrılır ve üstüne kuvvetle üflenen soğuk havayla düzgün olarak soğutulur. Böylece, yüzeyi normalden çok daha kuvvetli olur ve hem kırıcı kuvvetlere karşı daha fazla direnç kazanır, hem de kırılırsa dağılmaz.
Katmerli cam, saydam ya da renkli polivinil bütiral tabakasının, iki tavlanmış yüzdürme camının arasına doldurulmasıyla yapılır. Daha sonra, aradaki havanın boşaltılması için vakum altında bir OTOKLAV’da, bağlanma sıcaklığına kadar ısıtılır. Daha da kuvvetli cam gerekirse, tabaka sayısı artırılır.
Isıya dayanıklı cam (Isıcam)
Adi cam eşyaya kaynar su dökülürse, iç yüzeydeki tabaka ısınarak hızla genleşir. Cam iyi bir ısıl yalıtkandır; bu yüzden daha dıştaki tabakalar oda sıcaklığında kalacaktır.
Ortaya çıkan biçim değiştirme, camın kolaylıkla parçalanmasına neden olabilir. Ocak sıcaklıklarına dayanabilecek cam eşya yapımında belli bir miktarda bor oksit “BP3” ve alüminyum oksit eklenir. Bu, camın genleşme katsayısını üç kat düşürür. Eritilmiş arı silis ise, genleşmeye özellikle dirençlidir; bu yüzden yüksek nitelikli optik cam yapımında kullanılır.