Üretim Teknikleri ve Teknolojisi Cam Üretim Teknolojileri_Part3 SODA-KİREÇ-SİLİS ŞİŞE CAMI BOROSİLİKAT ISIYA DAYANIKLI CAM KURŞUNLU KRİSTAL CAM Tavlama noktası sıcaklığı 560 C Çalışma aralığı sıcaklıkları 1200-700 C Ergime sıcaklığı 1370 C Tavlama noktası sıcaklığı 570 C Çalışma aralığı sıcaklıkları 1450-790 C Ergime sıcaklığı 1600 C Tavlama noktası sıcaklığı 440 C Çalışma aralığı sıcaklıkları 1200-605 C Ergime sıcaklığı 1430 C Soda-kireç-silis camının çalışmam aralığı 1200 700 C arasında, kurşunlu kristal camın çalışma aralığı 1200-605 C arasındadır. Bu nedenle soda kireç-silis camı daha çabuk sertleşir. Bu tür camların makinede işlenmesi uygundur. Makineler hızlı çalışır ve camın makine hızına uyum sağlayabilmesi, yani çabuk sertleşmesi gerekir. Kurşun kristal cam ise elle çalışmaya uygundur. Bu tür çalışmalarda camın uzun süre işlenebilir durumda kalmazı arzu edilir. CAM KOMPOZİSYONU, KRİSTALLENME SICAKLIĞI VE DEVİTRİFİKASYON Herhangi bir sıvı karışımı soğutulduğunda kristal oluşumunun başladığı sıcaklık kristallenme sıcaklığı olarak adlandırılır. Cam bazen sıvılaşma sıcaklığının tam altında belli bir süre tutulursa, kristallenme meydana gelir ve bu durum devtirifikasyon olarak bilinir. Genel olarak bir cam komposizyonu içine yeni bir madde ilave edilirse cam söz konusu sıcaklıkta daha viskoz olacağından kristallenme sıcaklığı düşer ve kristalerin oluşum eğilimi azalır 2 Hammaddeler ? Oksitler ve cam kompozisyonu ? Can renklendirici oksitler ? Yabacı ve istenmeyen maddeler ? Cam kırığı ? Hesaplamalar ? Bütün ticari camlar oksit karışımlarından elde edilir. Bu oksitlerin bir kısmı oksit formunda harmana ilave edilir. Bir diğer kısmı ise harmana karbonat, sülfat veya nitrat bileşikleri halinde eklenir. ? Aşağıdaki tabloda üç ana cam türünde bulunan temel oksitlerin listesi yer almakatadır. OKSİT Bilinen diğer adı Formülü Silisyum dioksit Silika SiO 2 Sodyum oksit Soda Na 2 O Potasyum oksit Potasyum oksit K 2 O Kalsiyum oksit Kireç CaO Magnezyum oksit Magnezya MgO Alüminyum oksit Alümina Al 2 O 3 Bor oksit Bor oksit B 2 O 3 Kurşun oksit Litarj PbO SİLİKA Silika en yaygın olarak kullanılan cam yapıcı oksittir. Cama mukavemet ve kimyasal dayanıklılık kazandırır. 1700 C nin üzerinde ergir. Bu ergime derecesini düşürmek için diğer oksitlerin ilavesi camın mukavemet ve kimyasal dayanımının azalmasına neden olur. Ayrıca camın ısıl genleşme katsayısını düşürür. SODA Ergime derecesini düşürmek amacıyla en sık kullanılan ay yapı düzenleyici oksittir. Sahip olduğu akışkanlık kazandırma özelliği özel bir terim olarak “flask oluşturucu” olarak adlandırılır. Bu nedenle soda bir “flask” maddesi olarak anılır. Ergime derecesini düşürmesi yanında soda, camın kimyasal dayanımını azaltır, ısıl genleşme katsayısını artırır. POTASYUM OKSİT Sodaya benzer biçimde ağ yapıyı düzenleyici bir oksittir. Soda kadar olmasa da flask oluşturucu bir oksittir ve genellikle kristal cam yapımında kullanılır. Camın viskozitesi ve ısıl genleşmesi üzerinde etkisi sodanınki kadar belirgin değildir. Camın kırılma indisini ve elektriksel direncini artırır. Na 2 O ile birlikte kullanılmasıyla oluşturulan karışık alkali etkisi camların kimyasal dayanıklılığı ve elektriksel dirençlerini oldukça yükseltir. KİREÇ TAŞI Ağ yapı düzenleyici bir oksittir. Ergimeye yardımcı olur, çalışma aralığını daraltır, kimyasal dayanıklılığı artırır. Fakat genellikle camın devitrifikasyon eğilimini yükseltir. MAGNEZYUM OKSİT Kalsiyum oksite benzer özellikler gösterir. Ancak devitrifikasyon eğilimi daha azdır. Camın havaya karşı mukavemetini artırır. ALÜMİNA Alümina pek çok camda küçük miktarlarda kullanılır. Camın ergime sıcaklığını yükseltir, çalışma aralığını genişletir, kimyasal dayanıklılığınıartırır, devitrifikasyon olayını engeller. KURŞUN OKSİT Kurşun oksit camın kırılma indisini yükseltir. Bu kristal camının parlak ve ışıltılı olasının bir nedenidir. Aynı zamanda camın elle şekillendirilmesini daha kolay hale getirir. Kesme ve parlatma işlemleri için daha yumuşak bir cam oluşturur. Ara oksitlerden biridir. BOR OKSİT Bor oksit ısıl genleşme katsayısının daha düşük olması istene camlarda kullanılır. Bu durum fırın kapaklarında ve diğer pek çok özel cam türünde istenen bir özelliktir. B 2 O 3 ikinci en önemli cam yapıcı oksittir. Camın ergime işlemini kolaylaştırır, kimyasal dayanımını artırır. OKSİTLERİN HAMMADDELERDEN ELDE EDİLMESİ Cam üretiminde kullanılan ham maddelerin hepsi oksit formunda değildir. En çok bilinen formlar Karbonatlar, Nitratlar ve Sülfatlardır Bazı hammaddelerin içinde birden fazla oksit bulunabilir. KARBONATLAR a) Sodyum Karbonat Na 2 CO 3 Na 2 O + CO 2 b) Potasyum Karbonat K 2 CO 3 K 2 O + CO 2 c) Kalsiyum Karbonat CaCO 3 CaO + CO 2 Karbondioksit bir gazdır ve ergimiş camı yüzeye yükselen habbeler şeklinde terk eder. NİTRATLAR VE SÜLFATLAR Sodyum Nitrat ve Kalsiyum sülfat gibi maddeler benzer biçimde dekompoze olur ve cama sodyum ve kalsiyum oksit verirler. BİRDEN FAZLA OKSİDİ İÇİNDE BARINDIRAN HAMMADDELER Sodyum borat- boraks anhidrit (Na 2 B 4 O 7 ) cama sodyum oksit ve bor oksit verir. Dolomit; kalsiyum karbonat ve magnezyum karbonat içeren bir hammaddedir. CaCO 3 .MgCO 3 şeklinde yazılır. Cama kalsiyum oksit ve magnzeyum oksit verir. Özetlenecek olursa cam hammaddelerinin doğrudan oksit formunda olanlar, karbonat veya sülfatlar gibi başka bir kimyasal formda olanlar ve içinde birden çok oksidi barındıranlar olarak 3 grupta toplanması mümkündür. SİLİKA Silika yer kabuğunda en çok bulunan hammaddelerden biridir. Kum veya kum taşı, cam yapımında en yaygın kullanılan silika kaynağıdır. Diğer bazı hammaddeler de (feldspat, yüksek fırın cürufu) silika kaynağı olarak kullanılır. Ancak bu maddeler özellikle alümina gibi düşük miktarlarda ihtiyaç duyulan maddelerin temininde kullanılır. Cama silika katkısında bulunmaları sadece ikincil kullanım sebepleridir. KALSİYUM OKSİT Cama kalsiyum oksit vermek için kullanılan temel bileşen kireç taşıdır. Aynı zamanda kalsiyum karbonat ve magnezyum karbonat içeren dolamitten de sağlanır. Ancak dolamit esas itibariyle magnezyum oksit kaynağıdır. Kalsiyum oksit kaynağı olarak kullanılan kalsiyum sülfat cama hem oksidasyon hem de afinasyon maddesi olarak katkıda bulunur. 2 CaSO 4 2 CaO + 2SO 2 + O 2 SODYUM OKSİT Sodyum oksiti sağlayan temel hammadde sodyum karbonattır. Sodyum sülfat, kalsiyum sülfatta olduğu gibi küçük miktarlarda oksidasyon ve afinasyon amaçlı kullanılır. Cama bor oksit vermesi amacıyla kullanılan sodyum borat aynı zamanda bir miktar sodyum oksit verir. Sodyum hidroksit (kostik soda) küçük miktarlarda harmanın tozumasını engellemek için kullanılır ve cama sodyum oksit kazandırır. 2 NaOH Na 2 O + H 2 O Sodyum nitrat yine oksidasyon maddesi olarak küçük miktarlarda kullanılır ve cama sodyum oksit verir. POTASYUM OKSİT Potasyum oksit, sodyum oksitte olduğu gibi karbonat halinde harmana girer. Camda oksidasyon maddesi olarak kullanılan potasyum bikarbonat (KHCO 3 ) ve potasyum nitrat (KNO 3 ) şeklinde de harmana girer. MAGNEZYUM OKSİT Magnezyum oksit harmana genel olarak dolomit olarak verilir. Dolomit cama MgO verirken aynı zamanda CaO da sağlar. BOR OKSİT Bor oksit elde etmek için kullanılan iki hammadde anhidrit boraks ve borik asittir (H 3 BO 3 ). Borik asit sadece boroksit miktarının değiştirilmek istendiğin durumlarda kullanılır. Sodyum borat; boraks anhidrit (Na 2 B 4 O 7 ) ve borax (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O) formlarında bulunur. Kolemanit (Ca 3 B 6 O 11 .5H 2 O) gibi mineraller cam elyaf üretiminde kullanılır. KURŞUN OKSİT Genellikler kırmızı kurşun (Pb 3 O 4 ) formunda temin edilir. Kırmızı kurşun toz halinde bir maddedir. Kurşun oksit aynı zamanda kurşun mono silikat olarak ön üretimi yapılmış olarak temin edilebilir. Tipik kompozisyonu %85 PbO ve % 15 SiO 2 içerir. Litarj (PbO) da aynı zamanda bir kuşun kaynağı olarak kullanılmaktadır. ALUMİNYUM OKSİT Ticari camların pek çoğunda alüminanın yüksek oranda bulunması gerekmez. Sözü edilen üç cam kompozisyonunda kullanılan en yüksek alümina miktarı %4 civarındadır. Alümina tabi halde bulunan kum , kalker, dolomit, sodyum sülfat gibi hammaddelerde genellikle eser miktarda bulunur. Harmana alümine ilave etmek için Feldspat (K 2 O.Al 2 O 3 .6H 2 O veya Na 2 O.Al 2 O 3 .6H 2 O), Nefelin Syenit Na 2 O.Al 2 O 3 .2SiO 2 veya yüksek fırın cürufu eklenebilir. CAM RENKLENDİRİCİ OKİSTLER Bunlar isimin den de anlaşılacağı gibi cama renk vermek amacıyla harmana ilave edilen ham maddelerdir. Temel renklendirici oksitler, bir sıvıda çözündüğünde kendi karakteristik rengini veren belli bir grup metalin bileşikleridir. Bu maddeler soda-kireç,silis camı ile karıştırıldıklarında cama aşağıda belirtilen renkleri verirler. Bu maddeler başka bir cam türüne farklı renk verebilir. METAL VERDİĞİ RENK Demir (Fe +2 ) Mavimsi yeşil Demir (Fe +3 ) Sarımsı yeşil Bakır Yeşilimsi mavi Nikel Dumanlı gri Krom Yeşil Manganez Mor Kobalt Mavi / menekşe Renk aynı zamanda camın oksidasyon seviyesinden, ergitme sıcaklığından ve ergitme süresinden de etkilenir. Renklendiricilerin bir diğer önemli özelliği de yaratılan rengin yoğunluğudur. Açıkça anlaşılabileceği gibi renklendirici miktarı camda veya çözücü sıvıda artırıldığında renk de o kadar yoğunlaşır. Yeşil cam genellikle şarap ve alkollü içeceklerin şişelerinde kullanılır. Camda yeşil renk demir, krom ve kobaltın bir kombinasyonudur. Krom ve kobalt bileşik halinde harmana ilave edilir. Demir pek çok hammadde içinde az miktarda bulunur. Ancak renk ayarlaması amacıyla harmana ayrıca ilave edilebilir. Siyah cam; 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. Opal 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. Bu amaçla harmanın içine kalsiyum fosfat Ca 3 (PO 4 ) 2 ilave edilir. Benzeri şekilde cam içinde diğer bir cam çok küçük kristaller halinde dağıtılarak opal camlar elde edilebilir. Bu amaçla Florspar (CaF 2 ) veya kriyolit (Na 3 AlF 6 ) kullanılabilir. 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. Bu renkler çıplak gözle görülmeyen ve camın soğutulması sırasında kristallenen küçük partiküller neticesinde meydana gelir. Bu tip camlar genelde sinyal camlarında ve dekoratif amaçlı camlarda kullanılır. Bal renkli camlar en popüler ticari camlardan biridir. Bira, şarap, alkollü içecekler ev 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. YABANCI VE İSTENMEYEN MADDELER Hammaddelerin çoğu istenmeyen maddeler içerir. Örneğin kumda, cama küçük miktarda alümina dışında başka maddeleri de veren kil bulunur. İstenmeyen maddeler belirli limitler içinde kalmak koşulu ile kabul edilebilir. Eğer bu maddelerin miktarı kabul limitlerinin dışına çıkmışsa bu maddeler istenmeyen madde olarak nitelendirilir. İstenmeyen maddelerin bir kaçı daha önce renklendirici oksit olarak belirtilen demir ve krom oksittir. Renksiz cam yapılırken en küçük miktardaki renklendirici oksit dahi istenmeyen madde olarak kabul edilir. RENKSİZLEŞTİRME Saf hammaddeler kullanmak çok pahalı bir olabilir. Çünkü bu, geniş çapta jeolojik araştırmalar, karmaşık metodlarla maden işletmeciliği veya istenmeyen maddelerin uzaklaştırmak için genellikle pahalı saflaştırma işlemlerini uygulama anlamına gelir. Cama istenmeyen renkleri veren bu maddelerin, cam hammadelerinden çok küçük veya eser miktarda bulunmaları durumda genellikle renksizleştirme maddeleri denen ancak kendileri de renklendirici olan maddeler kullanılır. İlave edilen renklendirici maddenin rengi, hammaddelerden gelen istenmeyen rengi maskeleyerek camın göze renksiz görünmesini sağlar. Beyaz ışık gerçekte beyaz değil, kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mor gibi renklerin karışımıdır.Bu renkler görünen spektrum olarak bilinir ve gökkuşağında gördüğümüz renklerdir. Eğer yukarıda adı geçen renklerin baş harfleri x eksenine ve geçirilen ışığın miktarı % cinsinde y eksenine konulacak olursa bir sonraki slayttaki gibi bir grafik elde edilir.