APLIKASI KACA CERAMIC DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

A.   PENGERTIAN KACAKaca merupakan produk anorganik yang dihasilkan melalui proses pencairan bahan yang

didinginkan dengan cepat sehingga tidak terbentuk kristal. Kaca terbentuk melalui proses pendinginan dari keadaan cair tanpa mengalami sebarang sifat yang tidak selanjar pada suatu keadaan dengan viskositasnya semakin bertambah. Kaca merupakan suatu bahan yang selalu menunjukkan puncak pendek jika dikenai sinar X (amorphous). Kaca memiliki viskositas 1012 sampai 1014poise.kaca bersifat transparan dan meleleh pada suhu tertentu.

 Kaca memiliki beberapa keunikan, yaitu tidak mempunyai sifat kimia yang aktif, sukar bereaksi dengan bahan lain, tidak karat atau lentur sehingga sesuai untuk tempat bahan kimia seperti asam ataupun alkali. Selain itu, kaca dapat didaur ulangan sehingga tidak menjadi pencemar alam. Bersifat transparan, dapat menerima penyinaran dari berbagai panjang gelombang. Kaca mudah dibentuk melalui melting atau tiup kaca, bersifat kedap udara dan kelembaban, dapat diwarnai, dilabeli dan sebagainya. Selain itu secara makroskopis kaca berwujud padat, sedangkan secara mikroskopis ia memiliki ciri sama seperti dengan fase cair. Namun, sifatnya berbeda dengan zat cair dan dalam beberapa hal berbeda pula dengan zat padat. Pembentukannya agak rumit sehingga memerlukan kontrol suhu yang baik. Selain itu juga memerlukan kontrol perubahan termodinamik yang teliti akibatnya hanya bahan tertentu saja yang dapat membentuk kaca.

B.     SEJARAH PERKEMBANGAN KACAFabrikasi kaca yaitu teknologi pencairan komposisi kaca dan pembentukan model

produk. Fabrikasi kaca mulai dipercaya mulai tahun 3000 SM di Mesopotamia (Iraq dan Siria). Namun, dokumen tertulis baru pada tahun 650 SM. Teknologi kaca didokumentasikan oleh Ravenscoft (1673-1676). Penerbitan buku “Optics” oleh Newton (1706) salah satu isinya tentang sifat kaca.

Masalah saat itu adalah tidak adanya cara atau metode analisis komposisi kimia kaca, sehingga komposisi campuran bahan kimia kaca hanya dikira-kira. Pada tahun 1816 Robert Stirling menggunakan funance besar untuk produksi yang kemudian diikuti Siemens Germany. Pada tahun 1787-1826 Joseph Froundhoffer berhasil membuat kaca optik. Pada tahun1847-1860 diadakan riset untuk menciptakan mesin pencetak prodek kaca berongga seperti botol dengan teknik tekan dan tiup. Pada tahun 1871 Stokes berhasil menciptakan kaca titanat, borat, dan

fosfat. Tapi komposisinya tidak dijelaskan. Setelah itu pada tahun1881 Abbe dan Schort memulai riset komposisi kaca dengan hasil lensa untuk aplikasi fotografi. Pada tahun 1886 Ashley dari Inggris menciptakan mesin peniup kaca untuk produksi besar-besaran. Pada tahun 1915 University of Sheffeield  membuka jurusan teknologi kaca. Lalu pada tahun 1920 Griffith mengemukakan teori kekuatan dan kerapuhan kaca. Selanjutnya pada tahun 1932, Zachariasen mengemukakan teori rangkain rawak untuk pembentukan kaca oksida. General Electric Company (GEC) memfokuskan riset bidang kaca dan seramik (ceramic).

C.     KLASIFIKASI KACAKaca dapat diklasifikasikan meanjadi beberapa jenis, yaitu

a.         Kaca Oksida

Contoh dari kaca jenis ini adalah LiO2–Si2O, Na2O-Si2O, K2O-Si2O, dan lain lain.

b.      Kaca Alkogenida: (S, Se, Te) + (As, Sb, Ge, dan lain-lain)

Kaca jenis ini mempunyai sifat listrik dan optik yang baik. Namun kaca ini memiliki kelemahan pada kemurnian bahannya, yaitu impuritasnya susah dipisahkan.

c.       Kaca  Halida : Logam Halida (ZrF4, ZnCl2, BeF2, dan lain-lain.

Kaca jenis ini memeiliki sifat optik yang baik, dapat ditembus cahaya sampai panjang gelombang infrared, aplikasinya untuk fiber optik.

d.      Kaca Magnetik : Campuran bahan magnetik (Fe2O3, Cr2O3)

Kaca jenis ini mudah terpengaruh medan magnet, aplikasinya digunakan untuk menyimpan data.

e.       Kaca Logam : Campuran bahan alloy (Au-Si, Pd-Si, CO-P, Fe-B, dan lain-lain).

Aplikasi kaca ini digunakan sebagai bahan kemagnetan.

f.       Kaca Semikonduktor: Campuran dengan bahan yang bersifat semikonduktor (GeO2, TeO2, dan lain-lain.)

Kaca ini akan stabil jika ditambah bahan pembentuk kaca yang lain seperti SiO2.

                        Selain pengklasifikasian jenis kaca diatas kaca juga dapat diklasifiasikan lagi sebagai kaca komersial, yaitu:

a.       Silika lebur

Silika lebur atau silika vitreo dibuat melalui pirolisis silikon tetraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni. Kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass). Kaca ini mempunyai ciri-ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan tinggi. Karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal lebih tinggi daripada kaca lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet. Kaca jenis inilah yang sering digunakan sebagai kuvet untuk spektrometer UV-Visible yang harganya sekitar dua jutaan per kuvet.

b.       Alkali silikat

Alkali silikat adalah satu-satunya kaca yang mengandung dua komponen yang di publikasikan secara komersial. Pada proses pembuatannya pasir dan soda dilebur bersama-sama, dan hasilnya disebut Natrium silikat. Larutan silikat soda juga dikenal sebagai kaca larut air (water soluble glass) dan banyak dipakai sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak karton gelombang yang memiliki sifat tahan api.

c.        Kaca soda gamping

Kaca soda gamping (soda-lime glass) merupakan 95 persen dari semua kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang pecah belah.

d.       Kaca timbal

Dengan menggunakan oksida timbal sebagai pengganti kalsium dalam campuran kaca cair, didapatlah kaca timbal (lead glass). Kaca ini sangat penting dalam bidang optik, karena mempunyai indeks refraksi dan dispersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai 82% (densitas 8,0, indeks bias 2,2). Kandungan timbal inilah yang memberikan kecemerlangan pada “kaca potong” (cut glass). Kaca ini juga digunakan dalam jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame neon, radiotron, terutama karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance) listrik tinggi. Kaca ini juga cocok dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.

e.       Kaca borosilikat

Kaca borosilikat biasanya mengandung 10 sampai 20% B2O3, 80% sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na2O. Kaca jenis ini mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap kejutan dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik tinggi. Kaca borosilikat juga digunakan sebagai isolator tegangan tinggi, dan digunakan juga untuk lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt. Palomer (AS).

f.         Kaca khusus

Kaca berwarna , bersalut, opal, translusen, kaca keselamatan, fitokrom, kaca optik dan kaca keramik semuanya termasuk kaca khusus. Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir yang diinginkan.

g.       Serat kaca (fiber glass)

Serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus, yang tahan terhadap kondisi cuaca. Kaca ini biasanya mempunyai kandungan silika sekitar 55%, dan alkali lebih rendah.

D.    KACA CERAMIC

Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani yaitu keramikos yang artinya  suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran.  Kamus dan Ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencangkup semua bahan bukan logaru dan anorganik yang berbentuk padat. engineering ceramic, techical ceramic adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO, dll).

Penggunaan keramik modern ini dapat sebagai elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis. Keramik modern mempunyai keunikan atau sifat yang menonjol yang tahan terhadap temperatur tinggi, sifat mekanis yang sangat baik, sifat elektrik yang istimewa, dan tahan terhadap bahan kimiawi.

Sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam. Sifat lainya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari clay, flint dan feldfar tahan sampai dengan suhu 1200 C, keramik engineering seperti keramik oksida mampu tahan sampai dengan suhu 2000 C. kekuatan tekan tinggi, sifat ini merupakan salah satu faktor yang membuat penelitian tentang keramik terus berkembang.

Berbagai jenis keramik salah satunya adalah keramik baru (New ceramic) yaitu keramik yang secara teknis, diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material keramik jenis ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknis lainnya.

E.     APLIKASI KACA CERAMIC DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARIPesatnya perkembangan teknologi material semikonduktor keramik, menghasilkan

berbagai penemuan baru khususnya dalam bidang elektronika. Salah satu teknologi yang berkembang saat ini yaitu pembuatan sensor dari bahan semikonduktor keramik. Aplikasi teknologi semikonduktor keramik dalam kehidupan sehari-hari sangat banyak, contohnya sensor kelembaban, sensor suhu, sensor gas, dan aplikasi lainnya. Pada saat ini di Indonesia alat semacam itu terutama sensor gas didatangkan dari laur negeri oleh karena itu, harganya relatif mahal dan berarti Indonesia kehilangan devisa setiap kali mengimpor produk tersebut.

 Sensor merupakan suatu piranti yang sering digunakan untuk mengukur besaran tertentu. Sensor gas merupakan piranti elektronik yang digunakan untuk mendeteksi gas tertentu. Salah satu prinsip kerjanya yaitu perubahan antara resistansi awal (Ro) dan resistansi gas (Rgas), dimana nilai Rgas dapat lebih kecil atau lebih besar nilainya tergantung dari reaksi yang terjadi antara sensor dengan gas yang ada disekitar sensor.

Pada awalnya sensor gas dikembangkan dari bahan germanium, kemudian seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan mulai sekitar tahun1962 mulai dikembangkan sensor gas dengan menggunakan bahan oksida logam (metal-oxide). Hingga sekarang banyak penelitian-penelitian yang dilakukan untuk membuat sensor gas ini dengan memanfaatkan bahan mineral yang banyak terkandung dialam terlebih di Indonesia.

Dalam hal ini dilakukan studi pembuatan keramik untuk sensor gas dengan menggunakan bahan campuran CuO dan Fe2O3 yang membentuk CuFe2O4. Selain itu bahan tersebut sangat melimpah di Indonesia diantaranya mineral yarosit (Fe2O3) yang berasal dari Garut yang telah berhasil diolah menjadi oksida logam yang memiliki kemurnian 91,8%. Bahan semikonduktor keramik ini pun berpotensi untuk dijadikan sensor gas berdasarkan sifat semikonduktifnya.

Untuk aplikasi sensor gas, saat ini material semikonduktor keramik pada umumnya diproduksi dalam bentuk film tebal (thick film)dan film tipis (thin film). Salah satu metode yang digunakan dalam pembuatan film tebal ini yaitu metode screen printing. Pembuatan film tebal dengan metode screen printing sangat mudah dilakukan dan efektif serta memungkinkan miniaturisasi. Pembuatan sensor gas dalam bentuk film tipis dapat dilakukan, namun pembuatan sensor gas dalam bentuk film tipis membutuhkan biaya yang relatif mahal dan tidak mungkin dilakukan miniaturisasi. Selain itu, karena sensor gas ini merupakan sensor yang berkaitan dengan reaksi permukaan, besar permukaan yang hasilkan akan bebih besar sensor yang dibuat dalam bentuk film tebal, maka jika sensor tersebut dibuat dalam bentuk film tebal, maka diharap sensor yang dihasilkan memiliki kualitas yang lebih baik.

Sensor gas yang diteliti ini dicoba untuk mendeteksi gas etanol (C2H5OH). Pada dasarnya etanol merupakan senyawa yang tidak begitu berbahaya bahkan dalam konsentrasi yang kecil dapat dikomsumsi dalam bentuk minuman beralkohol, tidak beracun namun dari segi sifat fisis senyawa ini mudah sekali terbakar dan bersifat reaktif.

Kebutuhan akan sensor gas etanol sangatlah diperlukan dalam berbagai industri, baik industri medis, industri otomotif, bahkan industri makanan. Contohnya industri pengepakan makanan, industri medis untuk pembuatan bahan obat yang menggunakan gas etanol, bahkan saat ini beberapa perusahaan otomotif memasang dataktor gas etanol pada kkendaraan yang dibuat untuk alasan keselamatan. Oleh karena itu penelitian ini merupakan studi awal ke arah pembuatan sensor gas etanol yang murah secara swasembada.

F.      DAFTAR PUSTAKAhttp://naidra.student.fkip.uns.ac.id/klasifikasi-material-teknik-baru/ diakses pada 14 Oktober 2012catatan kuliah sains kaca

Jenis Kaca Dan AplikasinyaOPINI | 14 January 2011 | 17:49  Dibaca: 3362     Komentar: 0     Nihil

Kaca merupakan materi bening dan transparan (tembus pandang) yang biasanya di hasilkan dari campuran silikon atau bahan silikon dioksida(SiO2), yang secara kimia sama dengan kuarsa (bahasa Inggris: kwarts). Biasanya dibuat dari pasir. Suhu lelehnya adalah 2000 Derajat Celcius.

Jenis kaca yang paling umum di kenal dan yang telah digunakan sejak berabad-abad silam sebagai jendela dan gelas minum adalah kaca soda kapur, yang terbuat dari 75% silica (SiO2) ditambah Na2O, CaO, dan sedikit aditif lain.

Di dalam ilmu pengetahuan, istilah kaca didefinisikan dalam arti yang luas, kaca dapat dibuat dari paduan bahan yang berbeda: paduan logam, ion-ion yang di cairkan, molekul cair, dan polimer. Untuk banyak aplikasi seperti; botol, kaca mata, gelas dll.

Kaca memainkan peran penting dalam ilmu pengetahuan dan industri. Karena struktur kimianya, fisik, dan khususnya sifat optik kaca cocok untuk aplikasi optik dan bahan Optoelektronik, peralatan laboratorium, isolator termal, bahan penguat, dan seni kaca (seni, kaca studio).

Kaca adalah salah satu produk industri kimia yang paling akrab dengan kehidupan kita sehari-hari. Tetapi seberapa banyakkah yang kita ketahui tentang senyawa unik ini? Inilah beberapa fakta tentang kaca.

Dipandang dari segi fisika kaca merupakan zat cair yang sangat dingin. Disebut demikian karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat cepat, sehingga partikel-partikel silika tidak “sempat” menyusun diri secara teratur. Dari segi kimia,

kaca adalah gabungan dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap , yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya. Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibanding dengan golongan keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO2) dan proses pembentukannya.

Beberapa sifat-sifat kaca secara umum adalah:

Padatan amorf (short range order). Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair. Tidak memiliki titik lebur yang pasti (ada range tertentu) Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 1012 Pa.s) Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida.

Karena itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium. Efektif sebagai isolator. Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.

Reaksi yang terjadi dalam pembuatan kaca secara ringkas adalah sebagai berikut:Na2CO3 + aSiO2 ? Na2O.aSiO2 + CO2

CaCO3 + bSiO2 ? CaO.bSiO2 + CO2

Na2SO4 + cSiO2 + C ? Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO

Walaupun saat ini terdapat ribuan macam formulasi kaca yang dikembangkan dalam 30 tahun terakhir ini namun gamping, silika dan soda masih merupakan bahan baku dari 90 persen kaca yang diproduksi di dunia.Secara umum, kaca komersial dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan:

1. Silika lebur.

Silika lebur atau silika vitreo dibuat melalui pirolisis silikon tetraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni. Kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass). Kaca ini mempunyai ciri-ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan tinggi. Karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal lebih tinggi daripada kaca lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet. Kaca jenis inilah yang sering digunakan sebagai kuvet untuk spektrometer UV-Visible yang harganya sekitar dua jutaan per kuvet.

2. Alkali silikat

Alkali silikat adalah satu-satunya kaca yang mengandung dua komponen yang di publikasikan secara komersial. Pada proses pembuatannya pasir dan soda dilebur bersama-sama, dan hasilnya disebut Natrium silikat. Larutan silikat soda juga dikenal sebagai kaca larut air (water soluble glass) dan banyak dipakai sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak karton gelombang yang memiliki sifat tahan api.

3. Kaca soda gamping

Kaca soda gamping (soda-lime glass) merupakan 95 persen dari semua kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang pecah belah.

4. Kaca timbal

Dengan menggunakan oksida timbal sebagai pengganti kalsium dalam campuran kaca cair, didapatlah kaca timbal (lead glass). Kaca ini sangat penting dalam bidang optik, karena mempunyai indeks refraksi dan dispersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai 82% (densitas 8,0, indeks bias 2,2). Kandungan timbal inilah yang memberikan kecemerlangan pada “kaca potong” (cut glass). Kaca ini juga digunakan dalam jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame neon, radiotron, terutama karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance) listrik tinggi. Kaca ini juga cocok dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.

5. Kaca borosilikat

Kaca borosilikat biasanya mengandung 10 sampai 20% B2O3, 80% sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na2O. Kaca jenis ini mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap kejutan dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik tinggi. Kaca borosilikat juga digunakan sebagai isolator tegangan tinggi, dan digunakan juga untuk lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt. Palomer (AS).

6. Kaca khusus

Kaca berwarna , bersalut, opal, translusen, kaca keselamatan, fitokrom, kaca optik dan kaca keramik semuanya termasuk kaca khusus. Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir yang diinginkan.

7. Serat kaca (fiber glass)

Serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus, yang tahan terhadap kondisi cuaca. Kaca ini biasanya mempunyai kandungan silika sekitar 55%, dan alkali lebih rendah. http://www.mercubuana.ac.id/

Ref:

http://id.wikipedia.org

http://wapedia.mobi/ms/Kaca

http://en.wikipedia.org/wiki/Glass

http://www.scribd.com/doc/38153019/Gelas-Dan-Kuarsa

http://www.wisegeek.com/what-is-glass.htm