Cam Nelerden Oluşur ve Nasıl Yapılır ?

Sıvı halden soğumaya başlarken herhangi bir sıcaklıkta kristalizasyon veya birden fazla faza ayrışma gibi bir süreksizliğe uğramayan ve aynı zamanda soğuma ile birlikte viskozitesinde sürekli bir artış olan amorf katı haline denilir.

Cam, silikanın basit oksitlerle ergitilmesi sonucu elde edilen amorf bir katıdır. Genelde belirli bir bileşimdeki ergimiş viskoz bir malzemenin, düzenli kristal yapıyı oluşturmasına zaman bırakmayacak bir şekilde çok hızlı olarak cam geçiş sıcaklığının altına soğutulması ile yapılır.

Kristalleşme olmaksızın rijit koşullara soğutulmuş amorf yapılı bir malzeme olan cam, kristalin malzemelerde görülen ve periyodik olarak tekrarlanan düzenli kristal yapılarda değildir.
Organik esaslı camlar polimerlerden meydana gelir ve bunlara örnek olarak Pyrex Camı gösterilebilir.

İnorganik esaslı camlar ise; camlaşma ve cam yapma özelliği yüksek olan SiO2, GeO2, B2O3, P2O5 gibi oksitlerden; As2S3, Sb2S3 gibi sülfitlerden; BeF2, AlF2, ZnCl2 gibi tuzlardan; KNO3-Ca(NO3) gibi nitratlardan; K2CO3-MgCO3 gibi karbonatlardan; Au4Si, Pb4Si gibi metalik bileşiklerden oluşabilirler.

Mühendislikte ve genel olarak mühendislik dışı uygulamalarda kullanılan camlar oksit esaslı olan camlardır. Cam yapma özelliği çok yüksek olan silis oksit, camlarda en çok kullanılan bileşendir. Bu nedenle oksit esaslı camlar genellikle silikat camları olarak adlandırılırlar. Kristalin malzemelerden farklı olarak camlar kesin bir ergime sıcaklığına sahip değildirler. Camlaşma özelliği gösteren bir malzemenin kristalin, amorf ve sıvı durumda hacim-sıcaklık ilişkisini aşağıda verilmiştir.

Ergime sıcaklığının üzerine çıkarılmış bir sıvının A noktasından itibaren soğutulması sırasında AB hattı boyunca hacminde sürekli bir azalma görülür. Şayet ortamda çekirdekler mevcutsa ve soğuma hızı yavaş ise Tf ile temsil edilen katılaşma noktasında kristalleşme başlar. Kristalleşmeyle birlikte yukarıda BC ile gösterilen aralıkla birlikte ∆V hacimsel küçülmesi meydana gelir ve bununla birlikte yoğunluk da artar. Şayet malzeme yeterli derecede hızlı bir şekilde soğutulabilirse; Tf sıcaklığında kristalleşme meydana gelmez ve BE aralığında “aşırı soğutulmuş sıvı” oluşur. Yukarıda Tg ile gösterilen kritik bir sıcaklık, V-T eğrisinin eğiminde önemli bir değişim meydana gelen bir noktadadır ve cam geçiş sıcaklığı olarak bilinir. Camsı özellik sadece Tg cam geçiş sıcaklığı altında görülür.

Geçiş sıcaklığının üzerinde aynı amorf yapılı polimerlerde de olduğu gibi visko elastik davranış gözlenir. Geçiş sıcaklığına tekabül eden E noktası soğuma hızına bağlı olduğu için; sabit bir nokta olarak değil, bir aralık olarak tanımlanır. Cam geçiş sıcaklığında viskozite çok yüksektir ve yaklaşık olarak 1013 Poise’dır.Cam sözcüğü Latince buz anlamına gelen glacies kelimesinden gelir. Almanca Glas ve eski Anglo Saxon dilinde ise Glaes’dir. Romalılar ve Almanlar reçineleşmiş fosillerden oluşan ve makro moleküllerin polimerizasyonu sonucu oluşan kehribarı tarif etmek için glaes sözcüğünü kullanmışlardır.