Özel cam türleri ve kullanım alanları.

Özel fiziksel ve kimyasal nitelikler gerektiğinde, çok değişik ve genellikle oldukça pahalı bileşimlerde cam türleri üretilir. Örneğin optik camlarda, istenen kırma indisi değerlerini ve ışığı renklerine ayırma özelliklerini elde etmek için, çok değişik bileşimlerden yararlanılır. Öptik camların başlıca iki türünden biri olan crown camı bir soda camıdır; ilk kez 17. yüzyılda İngiltere’de geliştirilen flint camı ise kurşunlu camdır (kristal) ve kırma indisi daha yüksektir.

Bu iki tür camdan yapılan mercekler birbirine yapıştırılarak, tek bir merceğin renkser sapınç ve benzeri optik kusurlarını taşımayan mercek sistemleri elde edilir. Merceklerde kullanılan bu iki temel türe, 1930’lardan bu yana geliştirilen yeni türler eklenmiştir. Bunlar arasında borosilikatlı crown camlan, baryumlu crown camları, baryumlu flint camları ile borat ve fosfat camları sayılabilir. Aynca azrak toprak elementleri ve flüor içeren optik camlar da üretilmektedir. Günümüzde kırma indisi 1,4 ile 2 arasında değişen ve ışığı ayırma özellikleri birbirinden çok farklı olan optik camlar elde edilebilmektedir.

Adi cam ani sıcaklık değişimlerinde çatlar. Bunun nedeni, sıcaklık birdenbire düştüğünde camın dış yüzeyinin hemen soğuyup büzülmesi, buna karşılık iç bölümlerin daha yavaş soğuması ve böylece cam içinde çekme gerilmelerinin oluşmasıdır. Bu nedenle, hızlı sıcaklık değişimlerine dayanıklı cam eşya, ısıl genleşme katsayısı düşük olan camlardan yapılır. Borosilikat camlarının genleşme katsayısı adi camın üçte biri kadardır; ayrıca bu tür camların kimyasal etkilere dayanıklılık, yüksek erime sıcaklığı ve yüksek elektrik yalıtkanlığı gibi bazı üstünlükleri de vardır.

Pyrex olarak da bilinen borosilikat camları ısıya dayanıklı mutfak eşyalarının ve yansımalı teleskoplardaki aynaların yapımında yaygın olarak kullanılır. Teleskop aynalarında bu camların yeğlenmesinin başlıca nedeni, sıcaklık değişimlerinin ayna boyutlarını, dolayısıyla görüntüyü etkilemesidir.

Otomobil ön camlarının ve cam kapılarının yapımında, insanların can güvenliği açısından, kırıldığı zaman parçalanmayacak camlar kullanılır. Bu amaçla, güvenlik camı denen iki cam türü geliştirilmiştir. Sertleştirilmiş (su verilmiş) güvenlik camı, düz camı yumuşama sıcaklığına yakın bir sıcaklığa kadar ısıttıktan sonra üstüne soğuk hava ya da gaz püskürtüp birdenbire soğutarak elde edilir. Böylece bükülmeye ve darbelere karşı büyük bir dayanıklılık kazanan cam, kırıldığında küçük küp biçiminde, kenarlan içbükey olduğu için çok kesici olmayan parçalara ayrılır.

Bazı ülkelerde, örneğin Ingiltere’de, otomobil ön camı olarak kullanılan sertleştirilmiş camın en büyük sakıncası, darbeye karşı adi çamdan 5-6 kat daha dayanıklı olmasıdır. İnsanın kafatası kemiğinden daha dayanıklı olan bu camlar, çarpma anında sürücü ve yolcuların yaralanmasına yol açabilir. Bu nedenle, daha dayanıksız olan, ama kırıkları çok kesici olmayan yaprak cam (katmanlı cam), otomobil ön camı olarak kullanılmaya daha uygundur. Bu tür camlarda, aralarına ince bir plastik (genellikle polivinil bütiral) katmanı yerleştirilen iki cam levha, sıcaklık ve basınç altında birbirine yapıştırılır. Aradaki plastik katman, çok ince olmasına karşın çok dayanıklıdır ve şiddetli bir darbede cam kırılsa bile bu katman sağlam kalır; cam kırıkları da plastik katmana yapışık kaldığı için etrafa saçılmaz. Daha kaim ya da birden fazla plastik katman kullanarak kurşun geçirmez camlar elde edilir. Yüksek gerilimli enerji iletim hatlarında yararlanılan cam izolatörlerde de sertleştirilmiş cam kullanılır.

Cam elyafından hem ısı ve elektrik yalıtkanı olarak, hem de deniz teknelerinin ve otomobil karoserlerinin yapımında kullanılan hafif sentetik reçinelere (plastikler) dayanıklılık vermek için yararlanılır. Cam elyafı çok ince (çapı mm’nin binde biri kadar) cam ipliklerinden oluşur. Erimiş camın çok ince deliklerden, dakikada birkaç km’ye varan hızlarda geçirilmesiyle üretilen bu ince ipliklerin yüzlercesi bir arada çekilerek cam ipi yapılır. Erimiş camın, yüzlerce küçük deliği bulunan ve hızla dönen bir tabladan merkezkaç kuvvetle çekilmesiyle elde edilen cam iplikleri, üstüne bağlayıcı bir sıvı püskürtüldükten sonra basınçlı hava etkisiyle düzensiz ve dağınık biçimde bir araya getirilir ve böylece cam yünü elde edilir.

Cam tozu ile karbon karışımının ısıtılmasıyla elde edilen ve köpük cam çok ince çeperli kabarcıklardan oluşan, çok hafif ve ısı yalıtkanlığı yüksek bir malzemedir. Kolayca kesilebilir ve kesildiğinde niteliklerini yitirmez. Isı yalıtkanı ve yüzdürücü olarak (örn. cankurtaran simitlerinde) kullanılır.

Cam tuğlalar ise, çelik konstrüksiyonlu yapıların duvarlarında, geleneksel toprak tuğla gibi harçla örülerek kullanılır. İki yarım parçanın birbirine eklenmesiyle oluşturulan cam tuğlanın içi boştur ve bu boşluktaki havanın ekleme işleminden sonra soğurken büzülmesiyle oluşan kısmi hava boşluğu, tuğlaya ses yalıtımı özelliği de kazandırır, iki cam levhanın, arada boşluk kalacak biçimde birbirine eklenmesiyle oluşturulan çift katlı pencere camları da ses ve özellikle ısı yalıtımı açısından önemli üstünlüğe sahiptir.

Cama gümüşün klorür, bromür, iyodür tuzlan katıştırılarak, morötesi ışınımın ve görünen ışığın etkisiyle ışık geçirgenliği değişen fotokromik camlar elde edilir. Bu tür camlarda ışık geçirgenliği, ışığın fotoğraf filminde oluşturduğu etki, benzeri bir süreç aracılığıyla değişir. Ama gümüş tuzu kristallerinin boyutlarının çok küçük olması nedeniyle, camdaki değişim tersinir niteliktedir. Fotokromik camlar genellikle gözlüklerde kullanılır.

Işık, saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken kırılır. Camın içinden cam-hava yüzeyine gelen bir ışık ışını, eğer geliş açısı kritik açıdan küçükse, büyük ölçüde kırılarak havaya geçer; kritik açıdan daha büyük bir açı altında yüzeye gelen ışık ışınları ise camdan çıkamaz ve içte tam yansımaya uğrayarak yüzeyden geri döner. Prizmalı dürbünlerde, bazı fotoğraf makinelerinde ve telemetrelerde bu olgudan yararlanılır; aynı olgunun önemli bir uygulama alanı da elyaf optiğidir.

Optik lif aslında çok ince bir cam çubuktur. Bu çubuğa bir ucundan gönderilen ışık ışınları, içte sürekli tam yansımaya uğrayarak çubuk boyunca ilerler, çubuğun kıvrıldığı ve dirsek yaptığı yerlerde de çubuk içinde kalarak öteki uca ulaşır. Cam çubuk yerine çok ince liflerden oluşan bir lif demeti kullanıldığında, ışığın daha keskin kıvrımları ve köşeleri de dönebildiği gözlenmiştir. Uçlan taşlanıp perdahlanmış bir lif demetinin bir ucunun önüne konan bir cismin görüntüsü öteki uçta belirir.

Böyle bir lif demeti tıpta ve sanayide, doğrudan ulaşılamayan yerlerin gözlenip incelenmesi amacıyla kullanılabilir (optik sonda, endoskop). Liflerin kesiti küçüldükçe ayırma (ince aynntıları seçilebilir duruma getirme) gücü büyüdüğünden, çaplan 0,005-0,1 mm arasında değişen çok ince liflerden oluşmuş birkaç bin liflik demetler kullanılır. İletişim alanında optik liflerin çok önemli bir yeri vardır. Liflerin bir ucundan verilen ve sesle (konuşma, müzik vb) modüle edilen ışık, bu bilgiyi öbür uçtaki alıcıya iletir; ışığın frekansı çok yüksek olduğundan, bir tek ışık ışınma yüz binlerce bağımsız ses kanalı bindirilebilir.

Kimyasal maddelerden etkilenmeyen camlar da özel camlar arasında önemli bir yer tutar. Bileşim olarak soda-kireç-silis camı ile borosilikat camı arasında yer alan ve “nötr” cam (ampul camı) olarak adlandırılan özel camlar, ilaç ampullerinin yapımında kullanılır. Sodyum ya da cıva buharı içinde bir elektrik boşalımı oluşturarak çalışan sokak aydınlatma lambaları için de özel camlar gerekir, çünkü sodyum ve cıva buharı camların çoğunu etkiler. Bütün adi camlan hızla çözen hidroflüorik aside dayanıklı özel bir fosfat camı üretilmiştir.

Bir başka tür fosfat camı da, saydam (dia) göstericilerinde yaygın olarak kullanılan ısı soğurucu camdır. Alkalilerin cam yüzeyini zamanla etkilemesini engellemek amacıyla cam yüzeyine sülfatlama işlemi uygulanır. Genellikle şişelerin iç yüzüne uygulanan bu işlemde, şişelere kükürt dioksit ya da kükürt trioksit gazlan doldurularak bir süre bekletilir. Böylece elde edilen sülfatlı camların kimyaşal dayanıklılığı adi cama oranla 100 kat daha fazladır. Sürekli doldurularak uzun süre kullanıma sunulan meşrubat şişelerinin dış yüzeyleri ise, mekanik etkilere dayanıklılığını artırmak amacıyla, çok ince bir titan oksit katmanıyla kaplanır (titanlama ).