TÜBİTAK MAM Kimyasal Temperleme ile İnce Camların Mukavemetlendirilmesi Alanında Cam Teknolojisinin Geleceğini Şekillendiriyor
TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü Nanoteknolojik ve Fonksiyonel Malzemeler Grubu, “Kimyasal Temperleme ile İnce Camların Mukavemetlendirilmesi” kapsamında geliştirdiği yeni cam teknolojileriyle alanında öncü adımlar atıyor.
TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü ince camın yerli üretim teknolojisinin geliştirilmesi ile ince camların mukavemetlendirilmesine yönelik attığı adımlarla adından söz ettiriyor. Sahip olduğu bilgi birikim, üretim ve karakterizasyon altyapısı sayesinde, ülkemiz için kritik öneme sahip farklı stratejik alanlar ve uygulamalara yönelik cam, cam seramik ve piezoelektrik seramik malzemeler geliştirebilmek amacıyla, yoğun mühendislik, araştırma ve prototip/pilot üretim çalışmalarını sürdürüyor. TÜBİTAK MAM tarafından 215M127 numaralı TÜBİTAK tarafından desteklenen “Üçüncü Nesil Cam Güçlendirme: Geniş Alan Uygulamalarda Yüksek Mekanik Mukavemetli Cam Eldesi için Yüksek Verimli Yüzey-Seçici İyon-Yer Değiştirme”, Projesine ilişkin yapılan açıklama şöyle:
“2mm altı kalınlığa sahip camlar ince cam olarak tanımlanmakta olup, Dünyada 100 µm kalınlık seviyelerine kadar cam üretimleri mevcuttur. Nakliye, kurulum ve hammadde maliyetini düşürmesi ve kullanıldığı bölgenin ölü ağırlığını azaltması gibi avantajları, ince camlara olan talebi artırmaktadır. Diğer taraftan cam kalınlığındaki düşüş, camın mekanik mukavemetini önemli ölçüde azaltmaktadır. Geleneksel cam güçlendirme yöntemi olan ısıl temperleme, ince camlarda yeterli mukavemetlendirme sağlayamamakta ve üretim sonrası cam üzerinde herhangi bir yüzey işlemine (kesme, delme, şekillendirme gibi) izin vermemektedir. Son yıllarda özellikle büyük mimari yapılar için geniş yüzey alanına sahip hafifletilmiş ve güçlendirilmiş düzcam üretimine gereksinimin artması ve özellikle ekran teknolojilerinde ince mukavemetli camlara olan ihtiyaç, dünyada olduğu gibi ülkemizde de Cam Teknolojileri konusunda çalışan bilim insanlarını ince cam üretimi ve bu camların mukavemetlendirilmesi konusuna yöneltmiştir.
İnce camlarda ısıl temperlemenin uygulanamaması, alternatif mukavemetlendirme yöntemlerine olan ilgiyi artırmış ve alkali içeren camlar için kimyasal temperleme (iyon yer değiştirme) yöntemi ön plana çıkmıştır. Kimyasal temperleme, cam yüzeyi bileşiminin değiştirilmesi esasına dayanan modifikasyon yöntemidir. Eriyik tuz banyosuna daldırma, tuz buharına maruz bırakma, tuz çözeltisini cam yüzeyine püskürtme veya tuz çözeltisini macun kıvamına getirerek cam yüzeyini kaplama gibi birçok farklı uygulamaları bulunmaktadır. Bu uygulamalarla, tuz çözeltisindeki daha büyük çaplı iyon ile cam matristeki alkali iyonun yer değiştirmesi ve cam yüzeyinde basma gerilmesi (iç bölgede çekme gerilmesi ile dengeli olarak) oluşturulması amaçlanmaktadır (Resim-1). Kimyasal temperleme; cam geçiş sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta gerçekleştirilmektedir. Difüzyona dayalı bir proses olan kimyasal temperleme yöntemiyle cam yüzeyinde mekanik, optik, elektrik ve kimyasal özellikleri modifiye etmek mümkün olabilirken, son yıllardaki en yaygın araştırmalar; genellikle camın mukavemetlendirilmesi, optik dalga kılavuzlarının üretilmesi ve cam yüzeyinin renklendirilmesi konularında yoğunlaşmıştır. (Resim-1)
TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü tarafından, ergimiş tuz banyosu kullanılarak kimyasal temperleme yöntemiyle cam yüzeyi modifiye edilerek, 1,1mm kalınlığındaki ince camın mukavemetinde işlem görmemiş referans cama göre 3,5 katlık artış sağlanmıştır. Eş zamanlı veya ardından gerçekleştirilen ikincil bir prosesle de camın yapısında nano boyutlu taneler oluşturulmuştur. Böylelikle, mukavemet artışının yanı sıra, 1,1mm kalınlığındaki camlara güneş kontrol özelliği, antibakteriyellik ve dalga boyu seçici özellikler kazandırılmıştır (Resim -2).
Geliştirilen bu mekanik, optik ve kimyasal özellikleri arttırılmış camların kullanılabileceği teknolojik alanlar:
- Mikro elektronik sistemler
- Dalga kılavuzları
- Astronomi
- Uzay
- Haberleşme
- Enerji (fotovoltaik paneller, yüksek güç bataryaları)
- Medikal (mikroskop lam/lamelleri, lensler)
- Biyoteknoloji (biyosensör, antibakteriyel camlar)
- Güvenlik (yüksek balistik dayanımlı hafif camlar)
- Ulaşım (kokpit camları, hızlı tren ön camları, yat camları)”
