Dokuz Eylül Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Bölümü
Alternatif Yapı
Malzemeleri
5. Yapılarda cam kullanımı
5.1. Camların tarihçesi
1
5.1. Camların tarihçesi
 Cam: Inorganik, amorf yapılı silikat sistemidir.
 Katı halde de sıvı özellikleri göstermesi işlenme camı özel kılıyor.
 Cam çok eski tarihlerden beri bilinmesine rağmen, büyük plaka
şeklinde üretilememesi nedeniyle, ancak XX. yüzyıl başlarından
itibaren yapıda bugünkü şekliyle kullanılmaya başlamıştır.
2
5.1. Camların tarihçesi
 Doğada silis atomunun en çok bulunan 8 atoma (O, Si, Al, Fe, Ca, K,
Na, Mg) oranı %31’dir. Dünya yüzeyinde silis ve oksijen içeren
minerallerin %78’ini oluşturur.
 Camsı silis ve kristalin silis içeren mineraller: agat, ametist, kuvars..
3
5.1. Camların tarihçesi
 İnsanoğlu volkanik cam veya obsidyen diye anılan doğal camı çok eski
zamanlarda keşfetmiş ve bu doğal madeni işleyerek, bıçak, ok ucu,
silah, süsleme aracı ve mücevher olarak kullanmıştır.
4
5.1. Camların tarihçesi
 Mısıra komşu olan Babil'de de cam sanatı
oldukça ileriydi.
 Babilde bulunan bir kil tablanın üzerine bilinen
ilk cam reçetesi kazınmıştır: 60 ölçü kum, 180
ölçü alg ve deniz yosunu külü, 5 ölçü güherçile
(potasyum nitrat) ve 3 ölçü tebeşir (kireçtaşı).
5
5.1. Camların tarihçesi
 Suni camın ilk olarak nasıl üretildiğine dair hiçbir kanıt olmamasına
rağmen, Romalı bir tarihçi olan Pliny, camı ilk olarak Finikeli
denizcilerin bulduğuna işaret eder. Hikayeye göre 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.
6
5.1. Camların tarihçesi
 Camın ilk olarak Mısırlılar ve Finikeliler tarafından İ.Ö. 2. yüzyılda
üretildiği söylense de, Mezopotamya'da bulunan ilk cam
örneklerinin tarihi, İ.Ö. 3. yüzyıla dayanmaktadır.
Erken dönemlerde, cam sanatı daha
çok
Mısır
ve
Mezopotamya'da
gelişmiştir
7
5.1. Camların tarihçesi
 M.Ö. 300 ve M.Ö 20 yıllarına gelindiğinde, bugün "Cam Üfleme Tekniği"
dediğimiz teknik, Suriyeli cam ustaları tarafından kullanılmaya
başlanıyor.
Lübnan: üfleme tekniği ile üretilmiş cam sürahi
Vid.slayt 8
8
5.1. Camların tarihçesi
 Cam boncuk süs eşyası üretim ocağı (temsili)
* Sarı cam kurşun ile mavi cam ise kobalt oksit kullanarak renklendirmektedirler.
9
5.1. Camların tarihçesi
Mısırda halen yaygın turistik
 7. yüzyıldan itibaren Mısır'ın İskenderiye şehri cam yapım merkezi
haline geliyor.
10
5.1. Camların tarihçesi
Döküm yöntemiyle cam üretimi
 Düz yüzeye dökülerek üretilmiştir. Pompei kalıntılarda bu yöntemle
üretilmiş yeşil-mavi renkli cam ürünlere rastlanmıştır. Romada önemli
binalarda kullanılmış, buradan dünyaya yayılmıştır.
 Ancak optik özellikleri kötüdür.
 Kıbrısta bulunan 3. yüzyıldan kalma (Roma
döküm) cam eşyalar
11
5.1. Camların tarihçesi
 Bronz
çağı
Akdenizde cam
ticareti
sonlarında
üretimi ve
 4. Yüzyılda Avrupa’da üretilen cam
kadehler (Corning, Cam Müzesi)
12
5.1. Camların tarihçesi
 Avrupa’da ilk cam işleme çalışmaları Roma
İmparatorluğu
dönemine
kadar
uzanır.
İmparatorluğun
çöküşünden
sonraki
yüzyıllarda İtalya’dan
Almanya ve Batı
Avrupa’ya yayılmıştır.
 Yandaki resimde Diderot’un ansiklopedisinden
alınan bir cam fırını örneği görülmektedir.
 Bu fırın bacaları olan bir başka bina içinde
bulunmakta böylece işçilerin ısıdan ve
dumandan korunması sağlanmaktadır.
13
5.1. Camların tarihçesi
 Camın Endüstriyel anlamda kullanım amacıyla üretiminde öncüler
Fransız, İngiliz ve göçmen Amerikan Kolonileridir.
 Virjinya’ya yerleşen Amerikan göçmenleri burada Amerikanın ilk
fabrikasını kurarlar (1609). Cam, kolonilerin ilk ihraç ürünlerindendir.
 Manhattan adasında 1645-1767 yılları arasında pek çok cam fabrikası
kurulmuştur.
14
5.1. Camların tarihçesi
 Sanayi devrimi öncesinde Avrupa'da kullanılan 2 geleneksel düz cam
üretim yöntemi:
1. Taç yöntemi (Crown glass, Normans) ortaçağ
2. Üfleme ve sonrasında işleme yöntemi (Muff, cylinder or broad glass)
15
5.1. Camların tarihçesi
 Yüzyıllarca yüksek kaliteli pencere camlarının üretiminde taç (crown)
yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemde içi boş bir borunun ucuna ergimiş
cam takılır. Yumak içine hava üflenerek şişeye benzer şekilde şişirilir. Fırın
içinde sert bir yüzeye itilerek plaka haline getirilir.
16
5.1. Camların tarihçesi
merkez kısım (bull’s eye)
a bubble of glass was spun to form a disc
17
5.1. Camların tarihçesi
Vid.slayt 18
18
5.1. Camların tarihçesi
16. yy Crown yöntemi ile üretilip
kesilmiş
cam
plakalardaki
kusurlar
19
5.1. Camların tarihçesi
Üfleme ve sonrasında işleme yöntemi
(Muff, cylinder, sheet or broad glass)
 Daha düşük kaliteli ancak daha büyük pencere camlarının üretiminde
kullanılan yöntemde silindir formuna üfleme ile getirilen cam henüz
sıcakken çeşitli yöntemlerle döndürülerek inceltilmektedir. Daha sonra
kesilerek istenen boyuta getirilir.
 Crown yöntemi daha büyük
boyutlu camlara duyulan
ihtiyaç nedeniyle 1850’lerde
tamamen terkedilmiştir. Bu
yüzyılın
ikinci
yarısında
daha çok silindir yöntemi
kullanılmıştır.
20
5.1. Camların tarihçesi
 Büyük bir cam silindir genişletildikten sonra (45 cm çap, 2 metre
uzunluk) kesilip ikiye ayrılmaktadır. Bu ayırma ile elde edilen parça
veya parçalar bir başka fırında ısıtılıp düzleştirilerek plaka haline
getirilmiştir. 1870’lerden sonra özel taşıma yöntemleri ile destekli
üfleme boruları yardımı belli limite kadar daha büyük boyutlu camlar
üretilebilmiştir.
21
Making broad/cylinder glass in the 18th century (Diderot).
5.1. Camların tarihçesi
22
5.1. Camların tarihçesi
Plakların fırında
tavlanması ve
düzleştirilmesi
Sıcak cam balonun
üfleme ile şişirilmesi
Uçlarından kesilen
silindirin ikiye ayrılması
Glashutte Lamberts (Almanya)
23
Kesime hazır plaka
5.1. Camların tarihçesi
24
5.1. Camların tarihçesi
İç çerçeveli pencereler: Büyük cam plakaların mevcut yöntemlerle
üretilememesi çoklu çerçeveli modelleri ön plana çıkarmıştır. Bunlar cam
odacıklarına göre 8x8, 6x6, 4x4’lük üretilmiştir.
1500-1800’lerde İngiltere mimarisinde küçük camların kullanımı
Nonsuch Palace, Surrey,
built by Henry VIII, c. 1540
Hardwick Hall,
Derbyshire, designed by
Robert Smythson c. 1590.
Kirby Muxloe,
Leicestershire.25
The
15th-century house.
5.1. Camların tarihçesi
1500-1800’lerde İngiltere mimarisinde küçük camların kullanımı
Medieval
16th-century
farmhouse at
farmhouse at Tinkers
Christow, Devon.
Green, Essex.
16th-17th-century
farmhouse at
Roughlee,
Lancashire.
Stainborough
Hall, Yorkshire:
early 18thcentury house
 18. Yüzyılda silindir yöntemi ile
üretilmiş pencere camlarında görülen
kusurlar (Washington)
26
5.1. Camların tarihçesi
 1920’lerde döner merdaneler üzerinde çekilen ve tavlanan camlarda
sıkça rastlanan lokal kusurlar (normal gözle dikkat çekmeyen bu
27
kusurlar optik büyütmeli fotoğraf makineleri ile gösterilmiştir.)
5.1. Camların tarihçesi
Fırın türlerinin gelişimi
 Yüksek konik yapılı kömür yakıtlı fırınlar 17. yüzyılda yoğun olarak cam
üretiminde kullanılmıştır. Odun yakıtlı fırınlara kıyasla daha geniş hava
alma ağızları bulunmaktadır.
 Konik cam fırını
 Catcliffe glass cone,
28
Yorkshire, c. 1740.
5.1. Camların tarihçesi
 1850’lerden itibaren geleneksel üfleme ve işleme yöntemlerinin yerini
mekanizasyonun gelişmesi ile modern üretim yöntemleri almıştır.
 Fabrikalarda plaka formunda üretimin sağlanması ile bu yöntemler
tamamen terkedilmiştir.
 Ancak tarihi yapıların restorasyonunda kullanılacak cam plakaların
üretimi sınırlı da olsa yapılmaktadır.
29
5.1. Camların tarihçesi
 1851 yılında Londra’da “Crystal Palace” açılıyor. (The Great Exhibition)
Tavan
döşemesinde
bu
boyutta
cam
kullanımının
ilk
uygulamalardandır.
30
5.1. Camların tarihçesi
 Londra, Crystal Palace, 1851, 71.540 m2 cam yüzey
31
5.1. Camların tarihçesi
 Günümüzde “Natural History Museum” girişi, Londra
32
5.1. Camların tarihçesi
 Cam üretimi Amerika'da bilimsel çalışmalarda da önemli etkiler
yapmıştır.
Ben Franklin, Elektrostatik,
elektriğin temelleri
Cam
armonika
33
5.1. Camların tarihçesi
 1879 Edison’un ampulü icadı
Joseph Swan (İngiltere) 1878 (soldaki) Thomas
Edison (ABD) 1879 (sağdaki)
34
5.1. Camların tarihçesi
 Cam üretimi Amerika’da bilimsel çalışmalarda da önemli etkiler
yapmıştır.
1904 Yüksek sıcaklığa dayanıklı cam (Pyrex, borosilikat camı)
1926 Güvenlik camları
35
5.1. Camların tarihçesi
Corning cam müzesi
36
5.1. Camların tarihçesi
Türkiye'de Cam
Çeşm-i Bülbül
 Selçuklu ve Osmanlı dönemleri
 Selçuklu ve Artuklular döneminin
koleksiyonlarında yer almaktadır.
bazı
parçaları
bugün
müze
 I. Mahmut döneminde Fransa'dan cam ustaları getirtilmiş, III. Selim
döneminde cam yapım tekniklerini öğrenmek üzere İtalya'ya ustalar
gönderilmiştir.
37
5.1. Camların tarihçesi
Türkiye'de Cam
 Cumhuriyet'in kuruluşu ile Türk cam endüstrisi yepyeni bir yön
kazanmış ve 17 Şubat 1934'te diğer cam atölyelerine çok yakın bir
yerde, Paşbahçe'de, meclis onayıyla ilk ulusal fabrika kurulmuştur.
 Türkiye İş Bankası tarafından "Türkiye Şişe ve Cam Fabrikaları A. Ş"
adı ile kurulan bu fabrikayı çeşitli tarzlarda cam üretimi yapan birçok
başka şirket takip etmiştir.
Otocam tesisleri
38
5.1. Camların tarihçesi
Türkiye'de Cam
39
Dokuz Eylül Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Bölümü
Alternatif Yapı
Malzemeleri
5. Yapılarda cam kullanımı
5.2. Cam yapısı, hammaddeleri, türleri ve üretimi
5.2.1. Cam yapısı
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
5.2.3. Cam üretimi
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
1
5.2.1. Cam yapısı
kristal yapı
camsı yapı
Farklılık tetrahedral birim kafeslerin birbiri ile
bağlantısından kaynaklanmaktadır
2
5.2.1. Cam yapısı
Camsı SiO2 birbirini düzenli şekilde tekrar
etmeyen tetrahedralardan oluşur. Köşelerdeki
oksijen atomları iki komşu tetrahedrayı
bağlamaktadır.
3
5.2.1. Cam yapısı
Tanım-1
- Cam dokunulduğunda sert ve katı bir malzemedir.
- Kırılgan bir yapısı vardır, sert bir yüzeyle aniden karşılaştığında kırılmaya meyillidir.
- Buna rağmen kimya terminolojisinde sıvı olarak tanımlanmaktadır. Yani sıvıları taşımak
için tasarlanmış vazolar aslında sıvı davranışı gösteren katılardır.
Tanım-2
- Camsı yapıda periyodik bir düzene rastlanmazken, kısa mesafede kafes düzeni
korunur.
W.H. Zachariasen, 1932, Fizikçi
4
5.2.1. Cam yapısı
Tanım-3
- Ergimiş ya da sıvı halde cam yüksek bir viskoziteye sahiptir. 1000ºC‟de sıvı
haldeki camın viskozitesi en koyu yağdan daha yüksektir.
- Böyle bir cam soğutulduğunda, moleküller sıvı halin moleküler yapı
düzeninden, katı halin düzgün kristal yapısına geçemez.
- Çünkü yüksek viskozite ve ağır molekül hareketleri nedeniyle yeni bir
moleküler yapı oluşturabilecek süreleri yoktur. Bunun sonucunda sıvı haldeki
cam molekülleri, sıvı maddelerin moleküler yapı düzeni içinde sabit hale
geçerler.
- Cam ısıtıldığında viskozite kademeli olarak düşer, soğutulduğunda ise
kademeli olarak yükselir. Bu durum metallerle kıyaslanacak olursa, metallerin
sıvı hale dönüşümü anidir.
- Camın soğutulması ile viskozitesindeki kademeli artış cama arzu edilen ürün
şeklinin verilmesine fırsat yaratarak metallere kıyasla daha geniş bir çalışma
aralığı kazandırır.
5
5.2.1. Cam yapısı
Endüstriyel cam üretiminin aşamaları:
a- ana hammaddelerin hazırlanması ve stoklanması,
b- karıştırma ve öğütme,
c- eritme,
d- şekillendirme,
e- soğutma ve tavlama.
6
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
Endüstriyel cam üretiminde kullanılan hammaddeler
Camın türüne ve kullanıldığı yere göre bileşimi değişmekle birlikte, cam
üretiminde kullanılan ana maddeler cama kazandırdıkları özellikler
bakımından:
1- camlaştırıcı,
2- ergitici,
3- camlık özelliğini sabitleştirici ve
4- ara (arıtıcı ve renklendirici) maddeler
olmak üzere 4 grupta toplanabilir.
7
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
1- Camlaştırıcı maddeler
- En önemli camlaştırıcı madde SiO2’dir.
- SiO2 çok kararlı bir oksit olduğundan çok yüksek sıcaklıklara ve kimyasal
işlemlerin çoğuna dayanıklıdır.
- SiO2 bileşikleri genellikle amorf yapılı olurlar ancak doğada yedi değişik
allotropik kristal yapıda da bulunabilirler.
- Diğer önemli hammadde olan B2O3 ise, camın kimyasal etkilere dayanımını
arttırıp, ışığı kırma özelliği kazandırmaktadır.
Camlaştırıcı madde olarak genellikle bol kuvarslı beyaz kum (%80-99 SiO2)
kullanılır.
8
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
1- Camlaştırıcı maddeler
Kuvars kumu
9
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
1- Camlaştırıcı maddeler
Kuvars kumu
10
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri

Saf silikat camları : Saf silikat kumlarından yapılan bu
tür camlar camlaşmış SiO2’lerdir (%99.5 SiO2).

Silisyum camları çok farklı ve ani ısı değişikliklerine çok
iyi dayanırlar. Ancak yüksek erime sıcaklığından dolayı
üretimi çok zordur.

Termal genleşmesi çok düşüktür. Teleskop aynalarının
üretiminde kullanılır.
11
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
2- Eritici maddeler
Saf SiO2 ateşe dayanıklı bir madde olduğundan yüksek bir ergime
sıcaklığına sahiptir. Camın ergime sıcaklığını düşürmek amacıyla
bileşimine bazı oksitler katılır.
Bunların başlıcaları, adi camlarda kullanılan Na2O ve berraklık verdiği
için kristal camların bünyesinde yer alan K2O’dir. Bunlar bileşime
Na2CO3 (soda) ve K2CO3 halinde katılır.
Ayrıca CaO ve MgO gibi toprak alkali oksitler de camın viskozitesini
düşürmek ve işlenebilmeyi arttırmak, şekillendirilebilmesini sağlamak
amacıyla kullanılır.
12
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
2- Eritici maddeler
Na+ bağlı olmayan oksijen atomu konsantrasyonunu
(boştaki) arttırır ve böylece viskoziteyi azaltır.
Ergime sıcaklığını
düşürmek (Na+)
Suya karşı direnç
sağlamak (Ca+2)
Soda-kireç-silikat camının moleküler ağ yapısı
13
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
Soda-kireç-silikat (Na2O - CaO - 6SiO2) camları
Cam ürünlerinin % 90’ını oluşturan ve en çok üretilen cam soda-kireç camıdır.
Bu camın bileşimi % 71-73 SiO2, % 12-14 Na2O ve % 10-12 CaO’dir.
14
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
Tarih boyunca cam kompozisyonları
15
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
- Sadece SiO2 ve alkali içeren camlar özellikle bileşimdeki alkali miktarı
fazla ise su içinde zamanla çözünebilir. Dayanıklı değiller (su camı).
Bunların camlık durumlarını sabitleştirmek amacıyla CaO, MgO, BaO,
PbO ve Al2O3 gibi metal oksitleri karıştırılır.
Bu metal oksitleri de ayrıca cama değişik özellikler de kazandırır.
Su camı
(sadece soda ve silikat)
16
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
- Magnezyum oksit (MgO) ilavesi ile camların mekanik
işlemlerle şekillendirilmesi kolaylaşır.
17
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
Kurşun alkali silikatlı camlar
- Camın yoğunluğunu ve ışığı kırma kabiliyetini arttırdığından baryum
oksit (BaO) ve kurşunlu oksitler (PbO, Pb3O4) kristal cam üretiminde
kullanılır. Bu tip camlarda CaO yerine PbO vardır. PbO oranı %12-28
arasında değişebilir. Genelde potasyum - silikat hammaddesi kullanılır.
- Ağır metal olan kurşunun camın kırılma indisini 1.5’ten 1.7’ye kadar
yükseltmesi nedeniyle parlak güzel görüntü elde edilir. Kurşun atomlarının
amorf yapıdaki yerleşimi saydamlığı etkilemeden parlaklık kazandırır.
18
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
Kurşun alkali silikatlı camlar
- Normal camlardan daha iyi olan elektrik ve radyasyon kırıcı özellikleri
nedeniyle endüstriyel optik sistemlerde kullanılır.
- Yüksek kurşunlu camlar, yüksek enerji ışınımından korunmak için,
akışlı lamba (floresan) kılıflarında, televizyon tüplerinde, bilgisayar
monitörlerinde kullanılır.
Standart bir katot ışını tüpünde yüksek enerjili
elektronlar tüp içindeki fosfora gönderilirler. Bu
esnada oluşan X-ışınları monitörden dışarı
çıkarken kurşun camı tarafından filtrelenir.
Hem radyasyon koruması hem de daha iyi
parlaklık sağlar.
Kurşun briketler çok iyi bir
radyasyon kalkanıdır.
19
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
Kurşun alkali silikatlı camlar
Normal cam ile kurşun camlar
birlikte kullanılarak kompozit
camlar üretilebilir.
X-Ray Shielding Lead Glass
20
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
Kurşun alkali silikatlı camlar
Çeşitli oranlarda PbO ilavesi ile radyasyondan (X ve gama ışınları)
koruyucu camların yoğunluğu 3-5 g/cm3 arasında değiştirilebilir.
 Uçak camları, güneş gözlükleri, X-ışını kullanılan medikal
birimler, malzeme laboratuvarları, nükleer santraller…
21
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
 Basınca ve ısıya dayanıklı camlarda bor oksit (B2O3) veya
alüminyum oksit (Al2O3) kullanılır.
a) Borosilikat camları
b) Alüminosilikat camları
22
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
a) Borosilikat camları
 Silika cam ağında alkali oksitlerin
bor oksitle yer değiştirmesiyle elde
edilir.
%70 silika, %10 bor oksit, %8
sodyum oksit, %8 potasyum
oksit ve %1 kalsiyum oksit
 Geleneksel cama kıyasla üretim teknolojisi daha güçtür. Ancak bor
ilavesi camın yumuşama sıcaklığını düşürdüğü için ekonomik olarak
üretilir.
23
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
a) Borosilikat camları
Düşük termal genleşme katsayısı aynı
zamanda cam bünyesinde oluşacak termal
gerilmelerin şiddetini azaltacağından termal
şok nedeniyle çatlama riskini azaltır.
Laboratuvar aletleri (Pyrex), mutfak gereçleri,
borular, projektörler, otomobil farlarında
kullanılır.
Borosilikatlı camlar yüksek sıcaklığa dayanıklıdır.
24
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
a) Borosilikat camları
 Normal cama kıyasla düşük genleşme katsayıları:
- Pyrex 7740 modelinin termal genleşme katsayısı
32.5×10–7/°C
- Soda kireç silikat camı için termal genleşme katsayısı
8.36×10−5/°C
 Yaklaşık 100 kat daha düşük
25
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
a) Borosilikat camları
Yangın Camları
E Sınıfı Camlamalar: Yangın alevi ve yangın sırasında ortaya çıkan gaz ve
dumanın geçişini kırıldıktan sonra dağılmayarak belli bir süre ertelerler. (telli
buzlu, telli polisajlı camlar, borosilikat camlar).
E1 Sınıfı Camlamalar: yangın alevi ve dumanına ek olarak yangın ısısının
geçişini geciktirirler. Özel dolgulu çok katmanlı olan bu camların yaklaşık 120°C
sıcaklığa kadar saydam kalan aradolguları, yangın ısısı karsısında köpürerek
genleşir ve opaklaşır
26
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler
b) Alüminosilikat camları
Yaklaşık % 20 oranında Al2O3 içerirler,
yüksek sıcaklıklara daha dayanıklıdırlar.
Basınçlı sistemlerde, laboratuvar ve mutfak
gereçlerinde kullanılırlar.
The iPhone 4′s front
screen and back plate,
which are composed of
a
new,
ultra-hard
Aluminosilicate glass,
are very prone to
cracking.
27
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
3- Sabitleştirici maddeler

Cam-seramikler: Yeni nesil yüksek sıcaklığa
dayanıklı mazlemelerdir. İndüksiyon ocaklarda son
yıllarda sıkça kullanılmaktadır.

1000oCye dayanıklı kompozitlerdir.

Kontrollü kristalizasyon yöntemleri ile yarı amorf yarı kristalin yapıda camsı
seramikler üretilmektedir. Yeniden ısıtma soğutma uygulanırken aynı zamanda
çekirdeklendirici ajanlar (zirkonyum(IV)-oksit, titanyum (IV)-oksit) ilave edilerek
kristalinite %30-90 arasında değiştirilebilmektedir. Bu malzemelere örnek:

Li2O x Al2O3 x nSiO2 (LAS-sistem),
MgO x Al2O3 x nSiO2 (MAS-sistem),
ZnO x Al2O3 x nSiO2 (ZAS-sistem),


28
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
Özel cam türü: Pyroceram

Cam olarak sınıflandırılmasına rağmen
aslında şeffaf seramiktir. Kontrollü
kristalizasyon
tekniği
kullanılarak
üretilir.

Termal genleşmesi sıfıra yakındır.

Corning Glass Inc. Firması 1950’lerde
geliştirmiştir.
(Stanley
Donald
Stookey)

Işığa hassas camların geliştirilmesinde
öncüdür.
Corningware Pyroceram®
Kullanım alanları:
 Kimyasal üretim yapan tesislerde
izleme pencereleri
 Yüksek
sıcaklıkta üretim yapan
tesislerde izleme pencereleri, fırın,
davlumbaz, şömineler
 Dış mekan ışıklandırması, elektronik
29
 UV bloke edici
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
 Yukarıda sözü edilen üç grup madde (camlaştırıcı, eritici,
sabitleştirici) değişik cam türleri elde etmek için yeterlidir.
 Ancak arıtmayı kolaylaştırmak, cama renk vermek, yarı saydam hale
dönüştürmek amacıyla çeşitli ara maddeler de kullanılabilir.
30
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
 Arıtma maddeleri olarak, erimiş cam hamuruna
girebilen hava ve gaz kabarcıklarını gidermek
için As2O4, KNO3, NaNO3, Na2SO4 kullanılır.
31
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
CAM RENKLENDİRİCİ OKSİTLER
 Renklendirici oksitler, bir sıvıda çözündüğünde kendi karakteristik rengini
sıvıya veren belli bir grup metalin bileşikleridir.
 Özellikle güneş kontrolünde kullanılan
camlara çeşitli renkler kazandırmak için
kullanılır.
 Renk yoğunluğu aynı zamanda camın
oksidasyon seviyesinden, ergitme
sıcaklığından ve ergitme süresinden
de etkilenir.
32
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Opak cam (şeffaflık)
* Opak cam süt görünümlü camlara verilen isimdir. Süt görüntüsünü sıvı
içinde asılı duran çok küçük yağ damlacıklarına borçludur. Bu damlacıklar
ışığı dağıtır veya yansıtır, bunun sonucunda süt beyazı bir renk oluşur.
Süt yağ moleküllerinin suda
yüzdüğü bir kolloiddir.
33
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Opak cam
* Cama renk vererek şeffaflığını gidermek için SnO (kalay oksit) ve Na3AlF6
(sodyum alüminafluorat, kriyolit) gibi maddeler eklenir.
Yayınma olayı yüzeyinde değil, kitlesi
içinde olan, yayıcılığı fazla, süt beyaz ya da
buzlu yüzey görünüşlü bir tür cam
34
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Opak cam
- Dağlama yöntemleri de cama matlık kazandırmak için kullanılabilir.
- Asidik, bazik dağlama kimyasallarının yanında yüzeysel aşındırma ile de mikropürüz
elde edilebilir.
- Cam dağlamasında florit bileşikleri (sodyum florit ve çok tehlikeli olan hidrojen florit)
kullanılır.
- Camın floritlenmesi ile yüzeyde pürüzlü opak görünümlü sağlayacak SiO2 tabakası
oluşur.
35
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Opak cam
- Bu amaçla cam yüzeylere mat dağlanmış görüntüşü verilen vinil kaplamalar
kullanılabilir. (tek yüzü yapıştırıcılı)
36
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Opak cam uygulaması: Cam mozaik
 Cam hamuruna antimonoksit ya da
kriyolit (Na3AlF6) ilavesi yapıldığında
cam opak hale gelir. Bu durumda
cam, ışığı çok az geçirdiği ve arkasını
göstermediği için kaplama malzemesi
olarak kullanılabilir.
 Cam mozaikler 13 mm, 20-40 mm ve
30-60 mm ebatlarında üretilebilir.
 Mozaikler
uygulama
için
arka
yüzlerinden plastik bir dokumaya ve
ön yüzlerinden kağıda yapıştırılır.
Cam mozik uygulanmadan önce kaba
ve ince sıva yapılmış olması gerekir.
İnce sıva da hazırlanırken pürüzlü
perdahlanmalıdır.
37
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Opak cam uygulaması: Cam mozaik
38
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Rubi camı (Ruby, Cranberry)
- Rubi camları renklendirici oksitlerin çeşitli kombinasyonlarda kullanılması
ile elde edilebilir. Rubi camlarının rengi selenyum ve kadmiyum sülfür,
bakır oksit ve altın klorür kombinasyonu ile oluşturulabilir.
CdS
kadmiyum sülfür
Selenyumun allotropları
39
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Rubi camı (Ruby, Cranberry)
- Rubi camının rengi çıplak gözle görülmeyen ve camın soğutulması sırasında
kristallenen küçük altın partikülleri neticesinde meydana gelir.
AuCl3
40
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
Rubi camı (Ruby, Cranberry)
- Bu tip camlar genelde sinyal camlarında ve dekoratif amaçlı camlarda
kullanılır.
41
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
- Yeşil
cam genellikle şişe üretiminde kullanılır.
- Camda yeşil renk demir, krom ve kobaltın bir kombinasyonu kullanılarak elde edilir.
Krom ve kobalt bileşik halinde harmana ilave edilir (Cr2O3). Demir pek çok hammadde
içinde az miktarda bulunur.
42
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
- Siyah renk krom, manganez, kobalt gibi yoğun renk veren oksitlerin ışığın çok az
miktarda geçmesine müsaade edecek şekilde yoğun konsantrasyonlarda cam harmanına
ilave edilmesi ile elde edilir.
43
5.2.2. Cam hammaddeleri ve türleri
4- Ara maddeler
- Sarı ve kahverengi için FeS ve AgO
(pahalı). Bal renkli camlar en popüler ticari
camlardan biridir. Bira, şarap, alkollü
içecekler, ev ve ecza şişelerinin yapımında
kullanılır. Bu renk, cam indirgenmiş bir
durumda iken demir polisülfidlerin oluşumu
ile elde edilir. Bu amaçla harmana karbon,
kükürt ve demir katılır.
- Mavi renk için CuO, mor renk
için NiO karışıma ilave edilir.
44
5.2.3. Cam üretimi
Karıştırma ve öğütme
Camın bileşimine girecek ana maddeler yabancı maddelerden arındırılıp öğütülürler.
Öğütülen ana bileşenler üretilecek camın türüne göre belirli miktarlarda (camın
bileşimine göre) alınıp karıştırıldıktan sonra eritilmek üzere fırına sevk edilir.
Bu aşamada türüne göre atık cam ilavesi ile cam üretiminde önemli enerji
tasarrufu yapılabilir. %50 enerji tasarrufu söz konusudur.
Atık cam beton üretiminde de kullanılır (alkali direnci!)
45
5.2.3. Cam üretimi
Eritme ve Arıtma
Günümüzde ise eritme işlemi, kapasitesi maksimum 2 ton
olan krozelerden kapasitesi 1000 ton olan havuz fırınlara
kadar değişebilen farklı yöntem ve olanaklarla
yapılmaktadır.
Elde edilen karışım döner fırınlarda
ve büyük potalarda yaklaşık 1500C
civarında ısıtılır.
Fırınların yapımında kullanılan ateşe
dayanıklı refrakter malzemeler silis,
alümina, zirkon, mullit gibi yüksek
nitelikli malzemelerdir
46
5.2.3. Cam üretimi
Eritme ve Arıtma
Fırın Tipleri
 Cam fabrikaları genelde ya tek tür cam ya da değişik türlerde
cam malzeme üretimi yaparlar. tek tür cam üretimi yapan bir
fabrikada ürün miktarı önem kazanacağından kapasitesi yüksek
bir fırına gereksinme olacaktır.
 Değişik türlerde cam üretmesi gereken bir fabrikada ise, cam
türleri önem kazanacağından ve her türlü camın da bileşimi farklı
olabileceğinden çok sayıda potaya gereksinme olacaktır. Bu
nedenle cam fabrikalarında Havuz fırın veya Potalı fırın olmak
üzere iki ayrı fırın kullanılması gerekmektedir.
47
5.2.3. Cam üretimi
1. Havuz Fırın
 Çok miktarda cam üretilmesi gereken tesislerde kullanılan
fırın tipidir. Biçimi yönünden adeta bir yüzme havuzuna
benzediği için havuz fırın adı verilir.
 Sürekli üretimde kullanılan fırınlar 6-12 metre genişliğe ve 30 metre uzunluğa
ulaşabilir. 1000 ton cam yüklenebilen fırınlarda günlük 50-500 ton cam ürün elde
edilebilmektedir. Normal cam üretiminde fırın sıcaklığı 1500oC'dir.
 Fırın yüksek miktardaki erimiş camın yapacağı mekanik, korozif ve ısıl etkilere göre
tasarlanmış olmalıdır. Fırının tabanı, çeperleri ve tavanı bu etkilere dayanıklı ateş
48
tuğlalarından (Silis, alümina, zirkon) oluşturulur.
5.2.3. Cam üretimi
2. Potalı Fırın
 Cam türlerinin fazla olduğu, ancak cam
miktarlarının az olduğu tesislerde havuz tipi
fırınların kullanılması uygun değildir. Bu
nedenle ayrı ayrı cam türlerine ait maddelerin
eritildiği farklı fırınlara gereksinim doğar. Potalı
fırınlarda ana bileşen miktarı en fazla 2000 kg
civarındadır.
49
5.2.3. Cam üretimi
Eritme ve Arıtma
Yakıt
 Son yıllarda doğal gaz ve elektrik kullanımı diğer yakıt
alternatiflerinin yerini almıştır.
50
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme
 Erimiş cam hamurunun biçimlendirilme açısından en önemli özelliği
viskozitesidir. Camın erimiş halinden camın katı haline kadar viskozitesi
değişiklikler gösterir.
 Normal cam ile yapılacak ürünlerin biçimlendirilebilmesi için sıcaklığın erime
sıcaklığının altına düşürülmesi (≈1100oC) gerekir.
51
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
 Çekme, üfleme, kalıplama şeklindeki eski yöntemler günümüzde geliştirilerek
mekanik, otomatik olarak fabrikasyon hale dönüştürülmüştür. Kullanılacak yöntem,
üretilecek malzemenin cinsine göre değişir.
1. Üfleme (Şişirme) Yöntemi
2. Dökme-Silindirleme Yöntemi
3. Çekme Yöntemi
- Fourcault Yöntemi
- Libbey-Owens Yöntemi
- Pittsburg Yöntemi
4. Float (Yüzdürme) Yöntemi
5. Presleme Yöntemi
52
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
1. Üfleme (Şişirme) Yöntemi
2. Dökme-Silindirleme Yöntemi
 Cam hamur düz bir yüzeye dökülür
ve cam hamuru üzerinden silindir
geçirilerek levha haline getirilir.
 Camın kalınlığı masa uçlarına
yerleştirilen çıtalarla kontrol edilir.
53
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
2. Dökme-Silindirleme Yöntemi
 Bu yöntemle cam yüzeylerinin birisi
veya ikisi birden düz veya desenli
üretilebilir (rolled or figured glass).
 Yüzey desenleri ve kalınlık artışı ile
camın ışık geçirimliliği isteğe bağlı olarak
%50-80 oranında azaltılabilir.
 Dekoratif amaçlarla, banyo duşakabinleri,
ışıklık ve oda bölme elemanlarında
kullanılır.
 Çok derin motifler kullanılamaz çünkü bu
tür yüzer geometrisinde tavlamanın sağlıklı
yapılması mümkün değildir. Bu camlar
yüzeyi dalgalı olduğu için temperlenemez.
 Bu yöntemle aynı zamanda bir tür güvenlik camı olan telli cam (wired glass)
üretilebilir. Kaynakla bağlanmış çelik tel kafesler ergimiş cam yüzeye silindirler arasına
54
girmeden yerleştirilir. Cam yüzeyi yine motiflendirilebilir.
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
3. Çekme Yöntemi
 Düz levha cam elde etmek için erimiş cam
hamuru üzerine yatay durumda bir lama atılır.
Lamaya yapışan cam hamuru kohezyon
kuvveti ile bir perde gibi yukarı çekilir. Çekme
Yönteminin üç farklı türü vardır.
1. Fourcault Yöntemi
2. Libbey-Owens Yöntemi
3. Pittsburg Yöntemi
55
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
3. Çekme Yöntemi
Asbest merdaneler
1. Fourcault Yöntemi (1905)
 Çekilen cam erimiş cam hamuru
üzerinde yüzen ateşe dayanıklı (refrakter)
malzemelerden yapılmış “debitöz” denilen
ortası yarık bir debi ayarlayıcı yardımıyla
beslenir. Isınan merdaneler içinden su
geçirilerek soğutulur. Cam levha yukarı
çekilirken aynı zamanda soğur ve katılaşır.
(Düşey yönde 10 metre?) Daha sonra
kesicilerde boyutlandırılır.
Émile Fourcault, Belgium
56
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
3. Çekme Yöntemi
2. Libbey-Owens Yöntemi
-Bu yöntemde debitöz yerine yukarı
çekilen cam levhanın kenarlarına birbirine
ters doğrultuda dönen ikişer merdane
konulmuştur. Bir diğer değişiklik de 1.5
metre yüksekliğe kadar düşey çekimden
sonra bir merdane ilavesi ile 90oC
döndürme (yataylaştırma) işlemidir.
-Merdane sıcaklığının düşmesi durumunda
cam kalınlığında sorunlar çıkmakta, plaka
kopabilmektedir.
57
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
3. Çekme Yöntemi
3. Pittsburg Yöntemi
- Bu yöntemde diğerlerinden küçük farklılıklar vardır: debitöz kaldırılmış ve yatay
döndürme bulunmamaktadır.
- Tüm yöntemlerde yüzeyde
kıvrılma, şekil bozuklukları ve
pürüz problemleri oluşmaktadır.
İlave yüzey işleme yöntemleri
gerekmiştir. Yüksek maliyetli
yöntemlerdir.
58
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
4. Yüzdürme (Float) Yöntemi
 Yüzey düzgünlüğü, paralelliği ve kusur oranı açısından en kaliteli düz camlar
yüzdürme yöntemi ile üretilmektedir.
 Günümüzde pencere ve kapılarda kullanılan geniş alanlı camların üretiminde
yüzdürme tekniği kullanılmaktadır.
59
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
4. Yüzdürme (Float) Yöntemi
 Yüzdürme tekniği İkinci Dünya Savaşından sonra İngiltere’de 1953-1957
yılları arasında Alastair Pilkington ve Kenneth Bickerstaff tarafından
geliştirilmiştir.
 Fabrikasyon üretime başlanılan 1959 yılından beri sürekli geliştirilen
yöntemle 0.3 mm–25 mm kalınlıkları arasında yüzdürme cam üretilmektedir.
60
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
4. Yüzdürme (Float) Yöntemi
Yüzdürme tekniği ile cam plaka üretimi
(erimiş kalayda yüzdürülerek pürüzsüz yüzey elde edilir.)
61
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
4. Yüzdürme (Float) Yöntemi
 Sürekli olan üretim yönteminde soda – kireç – silikat camı fırından
kalay banyosuna aktarılırken sıcaklığı yaklaşık 1000-1200oC’dir ve
viskozitesi de düşüktür.
 Ergimiş kalay üzerine serilen cam bu sıvı üzerinde yayılarak
yüzdürülmektedir. Kalayın oksitlenmemesi için yüzdürme basınçlı
nitrojen atmosferinde yapılır.
62
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
4. Yüzdürme (Float) Yöntemi
 Kalay banyosunda (erime sıcaklığı 232oC) soğuyan cam neredeyse
katılaşmış durumda tabaka haline gelir. Bu durumda viskozitesi
yükselmiştir. Banyo çıkışında merdanelerle kalınlık kontrolü yapılır.
 Yüzdürme sırasında düşük viskoziteli cam yayılarak incelir. Çeşitli
aparatlarla sıkıştırılarak veya gerdirilerek kalınlığı amaca göre ayarlanır.
63
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
4. Yüzdürme (Float) Yöntemi
 Yüzdürme çıkışı tavlama işlemi ile iç gerilmeler dengelenir (600oC’den
tekrar ısıtma ve yavaş soğutma).
 Tavlama sonrasında kesim işlemi cam fazla soğumadan yapılır (60oC).
Elmas uçlu aparatlarla inceltilen kesit hafifçe zorlanarak kırılır.
1000oC
600oC
60oC
64
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
4. Yüzdürme (Float) Yöntemi
Vid.05-2
slayt 65
 Float (Yüzdürme) yöntemiyle “jumbo boyutlu” cam plakalar
üretilebilmektedir. (6.00*3.25 m) Rakosy Glass Ltd. Ancak güvenlik
nedeniyle elmas uçlu bıçaklarla kesilerek kullanılmaktadırlar.
65
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
4. Yüzdürme (Float) Yöntemi
Any form of bent glass starts with flat glass and is typically produced in a horizontal mould by
slowly heating the glass to approximately 600°C. The heat makes the glass soften sufficiently,
transforming flat glass into various shapes of the mould. The glass gradually takes the shape
of the mould and is afterwards slowly air cooled to avoid any internal stress. Bent or curved
glass is a great alternative to the conservative rectangular design of buildings as it is available
in a wide range of sizes, allowing the creation of unique and unconventional shapes.
66
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
5. Presleme Yöntemi
 Genelde iki parçalı bir kalıp içine erimiş
cam hamuru konulur ve preslenerek
hamur kalıp şeklini alır. Cam döşeme ve
tuğlaları, şişe ve bazı mutfak eşyaları
bu yöntemle biçimlendirilir.
 Camın yüksek basınç dayanımı nedeniyle tuğla olarak kullanımı
mümkündür. Mimari olarak ışığa ihtiyaç duyulan mekanlarda kullanılır.
1900’lerin başında endüstriyel fabrikalarda ışıktan yararlanmak için
67
kullanılmıştır.
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
5. Presleme Yöntemi
 1920-30’lu yıllarda ABD’de ekonomik durgunluğu azaltmak için
halka çok ucuza (hatta bedava) işlenmiş cam üretimi kalıp içine
motifler yapılarak gerçekleştirilmiştir “depression glass”
Günümüzde kıymetli antika
68
5.2.3. Cam üretimi
Şekillendirme yöntemleri
5. Presleme Yöntemi
Cam tuğla
 İspanya, Madrid Metro Saldırısı anıtı
 Glass brick (Millenium park, Chicago)
69
5.2.3. Cam üretimi
Soğutma ve Tavlama
 Fırından çıkan cam normal sıcaklıkta soğutmaya terk edilirse bir
süre sonra çatlar.
 Tavlama işlemi, soğuma sonucu ortaya çıkabilecek bu problemi
ortadan kaldırmak amacıyla uygulanır.
Vid.05-2
slayt 70
70
5.2.3. Cam üretimi
Soğutma ve Tavlama
 Pratikte camı tavlama sıcaklığının 5oC üstünde 10-15 dakika
bekletip oda sıcaklığına kadar özel fırınlarda (Lehr) çok yavaş
soğutursak iç gerilmeler büyük ölçüde azalacaktır.
 Tavlama sıcaklığından daha düşük sıcaklıklarda gevşeme için
gerekli bekleme süresi çok artar.
71
5.2.3. Cam üretimi
Soğutma ve Tavlama
 Cam üretimi sırasında camın farklı bölgeleri farklı zamanlarda camsı
dönüşüm sıcaklığına ulaşır. Bu nedenle cam bünyesinde lokal
olarak farklı iç gerilmeler meydana gelir.
 Söz konusu iç gerilmelerin azaltılması için tavlama denilen bir
yöntem uygulanır.
 İç gerilmeler tavlama ile azaltılmazsa camda kusurlu bölgelerde
zamanla çatlak ilerleyebilir.
72
5.2.3. Cam üretimi
Soğutma ve Tavlama
 Cam tavlama sıcaklığında belli bir süre bekletilirse atom yapısında
bir gevşeme meydana gelir ve süre yeterli ise iç gerilmeleri
azaltacak gevşeme meydana gelir.
 Bu süre camın kompozisyonuna, termal genleşme katsayısına ve
kalınlığına bağlıdır.
Camda gevşeme için
Dewvalter’in Modeli
Geleneksel plaka camlarda
tavlama süresi 16 saati bulur.
α malzeme sabiti, b ve tn ise üretim koşulları ile ilgili değerler.
73
5.2.3. Cam üretimi
Soğutma ve Tavlama
 İyi bir tavlama işlemi
uygulanan camda, iç
gerilmelerin değeri çok
düşük mertebelere iner.
 Fotoelastik yöntemlerle
camdaki iç gerilmelerin
varlığı gözlenebilir.
Fotoelastik yöntemlerle camda gerilme analizi
74
5.2.3. Cam üretimi
Foto elastisite
Deneysel gerilme analizi
(cam ve polimerlerde, sıvılarda)
75
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
 Kimi güçlendirme yöntemi cam kesitindeki iç gerilme farklılıklarını azaltırken
(tavlama), kimisi de cam kesitine yeni gerilmeler yükler (temperleme).
 Diğer yandan cam plakalar arasına telli taşıyıcılar veya film kaplamalar
eklenerek plakalı kompozitler oluşturularak güçlendirme yapılabilir.
Camlarda güçlendirme teknikleri
- Tavlanmış camlar (annealed) incelendi
Güvenlik camları (safety glass)
a- Telli camlar (wired)
b- Temperlenmiş (toughened, tempered)
c- Tabakalı (laminated)
76
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
a- Telli camlar (wired)
 En eski güçlendirme yöntemi telli yöntemdir. Günümüzde sık kullanılmayan
telli camlar Macaristan’da çok yaygındır. Metro ve zırhlı araç pencerelerinde
77
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
a- Telli camlar (wired)
Aynı zamanda lamine
78
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
Vid.05-2
slayt 79
Temperleme yönteminin doğuşu ve tarihsel gelişimi
 17. yüzyılda İngiltere’de Kral I.James’in büyük oğlu prens
Rupert (1619-1682) bir şaka olarak “Prens Rupert’in damlası”
adında ilginç bir demonstrasyonu krala sunmuştur.
 Su dolu kova içine damlatılan ergimiş cam bir ucu damla ve diğer ucu kuyruk
şeklinde aniden soğumakta ve resimdeki parçalar elde edilmektedir. Bu
parçaların baş tarafı son derece sert iken, kuyruk kısımlarından çatlatılmaları
durumunda tuz buz olarak parçaları etrafa saçılmaktadır.
79
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
Temperleme yönteminin doğuşu ve tarihsel gelişimi

Camın dış kısmı hızla soğurken iç kısmı daha
sıcak kalmakta ve geç soğumaktadır. Bu
nedenle iç kısımla (çekme) dış kısım (basınç)
arasında gerilme farkı oluşur. İnce kuyruk
kısmında oluşan herhangi bir çatlak, iç
gerilmenin boşalmasına ve tüm parçanın
ufalanmasına yol açar. Toza dönüşen cam
zararsızdır.

Temperleme
konusunda
1874’de
patent
alınmasına (de la Bastie) ve camın soğuma
sırasında
sıcaklık
gradyanları
1929’da
tanımlanmasına (Littleton, Preston) rağmen
temperlenmiş cam endüstriyel olarak 1950’lerde
kullanılmaya başlanmıştır.

Polarize filtrelerle şeffaf cam damlalarındaki
gerilme dağılımı gözlenebilir. Kuyrukta oluşacak
hasar iç yapıdaki tüm potansiyel enerjinin (iç
gerilme
kaynaklı)
salınmasına
neden
olmaktadır. Toz parçacıklarının hızla dağılması
bu nedenledir.
80
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
Cam temperleme yöntemleri iki gruba ayrılır:


Termal temperleme
Kimyasal temperleme
Öngerilmeli cam
Yüzeyde oluşturulan basınç
gerilmesi çatlak açılmasını
engeller. Ancak, çatlak bu
tabakayı aşarsa…
81
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
 Termal temperleme: Cam belli bir sıcaklıktan (650oC) hava jetleri ile
hızla soğutulur. Dış çeperler daha hızlı büzülür. Ancak zaman içinde
daha yavaş soğuyan çekirdek kısmı da büzülmeye devam eder. Tüm
cam kesiti oda sıcaklığına ulaştığında iç kısımda çekme, dış kısımda ise
basınç gerilmesi oluşur.
Termal temperleme sonrası cam plaka kesiti
Temperlemeden sonra cam üzerine işlem yapılamaz.
Geleneksel cam ise işlenebilir. Kesilebilir, delinebilir.
tempered glass drilling demo
Vid.05-2 slayt 82
82
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar

Yüzeydeki basınç gerilmesinin olduğu bölge camın dayanımını arttırır.
Normalde yüzey kusurlarından ilerleyebilecek çatlaklar bu bölge sayesinde
ilerleyemez.

Ancak basınç bölgesini aşacak derecede çatlak oluşturacak bir darbe veya
çatlak ilerlemesi camın ufak parçalara ayrılarak dağılmasına neden olur.
Çünkü çekme gerilmesinin mevcut olduğu çekirdeğe ulaşan çatlak anında
tüm kesite dağılır.

Parçaların zar şeklinde kübik yapılı ve kesici olmaması nedeniyle kırılma
yaralanmaya yol açmaz. Banyo duşakabin kapılarında, alışveriş
merkezlerinde kullanılan büyük boyutlu camlarda temperleme yapılır.
83
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
 Temperleme ile camın dış çeperlerinde basınç, iç çeperlerinde çekme gerilmesi
oluşturulur. Normal cama kıyasla dayanımı 4-5 kat artar. Kırılırken tehlikeli
şekilde keskin kenarlı uzun parça kalmaz.
84
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
85
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
Kimyasal güçlendirme
Na+2 Na+2 Na+2 Na+2
İyon çapı
küçük
İyon yerdeğiştirmesi
Erimiş
potasyum (K)
İyon çapı
havuzu
büyük
K+ K+ K+ K +
Yüzeyde daha yoğun
bir cam tabakası
Bir uygulamada 80-500
mikron. >0.1 mm'nin
üzerine çıkılmalıdır.
 İnca camlara uygundur. Uzun süre gerekir (2-24 saat). Bu işlem 5-7 kat dayanım
artışı sağlanır. Üretimden sonra kesilirse yeni açığa çıkan yüzeyler zayıflık
86
yaratacağından üretimden sonra kesme önerilmez.
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
Kimyasal güçlendirme
İyon yerdeğiştirmesi
 Özel işlemler gerektirmesi nedeniyle pahalıdır. Daha çok oftalmik camlarda,
uçak ve uzay aracı pencerelerinde kullanılır.
87
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
b- Temperlenmiş camlar
 Temperlenmiş cam güçlendirilmiştir ama güvenlik
(security) camı değildir. Kırılmadan sonra kesici parça
kalmadığı için sadece yaralanmalara karşı koruyucudur
(safety).
 Temperlenmiş cam plakalar
film kaplanırsa ufalanan cam
parçacıkları etrafa saçılmaz.
88
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
c- Tabakalı camlar
Laminasyon (tabakalanma) yöntemi
(toughening by lamination)
 Camda laminasyon kazayla keşfedilmiştir.
Benedictus nitroselüloz çözeltisi ısıtırken
yanlışlıkla cam plakaya dökmüştür (1910).
 Üzerine sıcak çözelti dökülen plakanın
soğuduktan sonra kırıldığında parçalara
ayrılmadığını belirlemiştir. Aynı yıl patenti
alınan lamine camlar 1912’den itibaren
İngiltere’de
üretilmeye
başlanmıştır
(Triplex).
89
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
c- Tabakalı camlar
 Günümüzde lamine (tabakalı) cam, 2 ya da daha fazla tabakanın aralarında
plastik film tabakaları yerleştirilerek elde edilir. Uçak pencerelerinde, yüksek
basınca maruz camlarda ve taşıyıcı olarak tasarlanan camlarda 3 tabaka cam
arasına 2 tabaka folyo uygulanır. Her bir cam tabakası 3-6 mm kalınlıktadır.
Otomobillerde kullanılan toplam lamine cam kalınlıkları uçaktakinin 1/3'ü
kadardır.
 Uçak pencerelerinde ayrıca kuş çarpmalarına karşı ilave
güçlendirme yöntemleri (iyon değişimi ile kimyasal
temperleme) ile cam tabakaları güçlendirilir.
90
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
c- Tabakalı camlar
 Fabrikasyon üretimde, plastik folyolarla yapıştırma
işlemi otoklavlarda basınçlı şekilde gerçekleştirilir.
Cam laminasyonunda en sık kullanılan arayüzey
türleri:
- polivinilbütiral (PVB),
- poliüretan,
- etilen terpolimerler ve
- politetrafloroetan (ticari adı teflon) folyolarıdır.
 Farklı tabakalar arasındaki bağın zarar görmemesi
için yapışma sonrası soğutma hızı son derece yavaş
olmalıdır.
 Sahada laminasyon yapılacaksa cam plakalar
arasına sıvı reçine sürülüp UV ışını ya da katalizörler
kullanılarak polimerizasyon tamamlanır.
91
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
c- Tabakalı camlar
92
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
c- Tabakalı camlar
Tabakalı cam kullanılarak yenilenen Le Grand Palais, Paris, sen nehri
93
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
c- Tabakalı camlar
 Tavlanmış iki cam plaka arasına
temperlenmiş çatlatılmış cam
tabakalanmıştır.
 Laminasyonun
cam
plakalara
kazandırdığı en önemli avantaj
göçme şeklinin daha düktil olmasıdır.
Standart cam aniden kırılarak
parçalanırken, lamine cam tabakaları
ve ara bağlantı çatlama anında
hemen
göçmemekte,
mekanik
enerjiyi sönümleyebilmektedir.
Vid.05-2
slayt 94
 Bu nedenle cam taşıyıcı eleman
tasarımında laminasyonlu çok tabakalı
camlar kullanılmıştır. Yapısal güvenlik
için tabakalı cam kullanılmalıdır.
94
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
Yüzey işlemleri
 Bazı ihtiyaçlara yönelik olarak cam yüzeyine çeşitli kaplamalar
yapılabilir:
- Kimyasal dayanıklılık için kaplamalar
- Tokluk, darbe dayanıklılığı
- Kurşun geçirmezlik, patlamaya direnç
- optik yalıtım, filtreleme, anti-refleksiyon
95
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
Yüzey işlemleri
Parlatma ve sırlama
 Silikat camlarının en etkili dağlayan kimyasal %6-30’luk hidroflorik asit
ve az miktarda sülfürik asit çözeltisidir. Yüzeyde pürüz oluşturan bu
yöntem taşıyıcı camlarda pek önerilmez.
Yüzey sırlama ile güçlendirme
 Cam plaka ürün nihai halini aldığında yüzeyine ince bir tabaka daha
düşük termal genleşme katsayısına sahip cam serilip eritilir.
Soğuma ile dış çeperdeki düşük termal genleşme katsayılı tabakada
basınç gerilmesi oluşur.
96
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
Kurşun geçirmez (bullet-proof) cam üretimi
Yöntem-I

2-3'lü laminasyon yöntemi kullanılır. Bir veya birkaç
tabaka sert (temperlenmiş) ve bir tabaka da
yumuşak olur. Kurşun teması ile sert tabaka çatlar,
yumuşak tabaka elastik olup esneyerek enerji yutar.

Cam işlevini görmesi için tabakaların kırılma indisleri
eşit olmalıdır.

Bazı durumlarda 20-25 mm kalınlığında tek tabaka
ölü tavlanmış (dead annealed) cam kullanılır. Bu
camlar çok uzun sürede tavlandığı için çekirdek
kısmında çekme gerilmesi kalmamıştır.
97
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
Laminasyonun dezavantajı: çok kalın
Vid.05-2
slayt 98
98
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri

Kurşun geçirmez (bullet-proof) cam üretimi
Yöntem-II
Normal camların arasına film tabakası (polikarbonat) presleme ile
üretilirler. Polikarbonat plakaya da bir elastomerik bir de sert kaplama
uygulanır.

Ticari ürünler Armormax, Makroclear, Cyrolon, Lexan ve Tuffak…
99
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
kırılgan esnek
esnek kırılgan

One-way bulletproof glass is usually made up of two layers, a brittle layer on the outside and a
flexible one on the inside. A bullet fired from the outside hits the brittle layer first, shattering an
area of it. This absorbs some of the bullet's kinetic energy, and spreads it on a larger area.
When the slowed bullet hits the flexible layer, it is stopped.

However, when a bullet is fired from the inside, it hits the flexible layer first. The bullet
penetrates the flexible layer because its energy is focused on a smaller area; the brittle layer
then shatters outward due to the flexing of the inner layer and does not significantly hinder the
bullet's progress.

One-way bullet-resistant glass is far from being perfected; there is evidence that suggests it can
be achieved, but in most cases when shooting from the "safe" side, the intended target
100would
have to be very close for the bullet to cause lethal wounds.
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
Vid.05-2
slayt 101
101
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
Camda çatlak ilerlemesi
 Penetration by a pointed object, such as a bullet, often produces what
is known as a Hertzian cone fracture, in which an expanding cone of
glass is ejected from the side of glass opposite to the impact.
ASTM C1256 - 93(2008) Standard Practice for
Interpreting Glass Fracture Surface Features
Fractography of glass
102
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
Polimer kütlede
kurşunun hareketi
Tek veya birkaç akrilik veya
polikarbonat tabakadan oluşan
kurşun geçirmez kompozitler de
mevcuttur.
Sadece akrilik ve polikarbonat
tabakadan oluşan plaka testleri
103
5.2.4. Cam güçlendirme teknikleri
Alüminyum
(ALON)

oksinitrit
kompozitler
ABD ordusu için geliştirilen yeni bir
şeffaf seramik zırhtır. Araçların
hedef
tespit
pencerelerinde
kullanılmaktadır. Kurşun geçirmez
camlara alternatif bir kompozit
malzemedir.
104
Download

Slayt 1 - Dokuz Eylül Üniversitesi