BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangKeramik-gelas ditemukan entah bagaimana dengan tidak sengaja pada tahun 1953. Sejak saat itu, banyak terbit makalah dan paten yang terkait dengan keramik-gleas dari berbagi insititut riset, universitas dan perusahaan dari seluruh dunia.Keramik-gelas (juga dikenal sebagai citrocerams, pyrocerams, vitroceramicos, vitroceramiques dan sittal) diproduksi dengan kristalisasi terkontrol dari beberapa jenis gelas yang umumnya terbentuk karena adanya tambahan nukleasi.Ini bertolak belakang dengan kristalisasi permukaan spontan, yang normalnya tidak diinginkan dalam produksi gelas.Mereka selalu mengandung residu fase gelas dan satu atau lebih fase kristalin yang tertanam di dalamnya. Kristanilitas bervariasi antara 0,5 dan 99,5 %, sebagian besar diantar 30 dan 70%. Keramisasi yang terkontrol emberikan hasil susunan material dengan kombinasi sifat yang menarik dan kadang2 tidak biasa.Tidak seperti keramik sintered, keramik gelas bebas dari porositas. Namun, dalam beberapa kasus gelembng atau pori terbentuk dari tahap terakhir kritalisasi.Keramik-gelas mempunyai, pada prinsipnya, beberapa keuntungan-Dapat diproduksi massal dengan berbagai teknik pembentukan gelas-Memungkinkan untuk mendesain nanostruktur atau mikrostrukturnya untuk aplikasi yang diinginkan-Porositas yang sangat rendah atau bahkan tidak ada sama sekali-Dimungkinkan untuk dikombinasikan dengan berbagai sifat yang diinginkanSatu contoh dari keuntungan keempat adalah mengkombinasikan koefisiesn ekspansi termal yang sangat rendah dengan transparansi dalam rentang panjang gelombang visible untuk peralatan masak.Lainnya adalah mengkombinasikan kekuatan sangat tinggi dan ketangguhan dengan kemampuan tembus cahaya, boikompatibilitas, keawetan kimia dan kekerasan yang rendah untuk aplikasi dental.(Zanotto, Edgar Dutra. 2010)1.2 Tujuan dan ManfaatMakalah ini bertujuan untuk menjelaskan mengenai apa itu keramik-gelas dan sejarahnya, bagaimana cara memproduksinya dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari. Diharapkan dengan disusunnya makalah ini dapat memberikan penjelasan mengenai keramik-gelas bagi para mahasiswa, khususnya mahasiswa Teknik Kimia.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Pengertian dan Sejarah Keramik-Gelas

keramik-gelas adalah material polikristalin halus yang terbentuk ketika gelas (kaca) dari komposisi yang sesuai diolah dengan panas dan mengalami controlled crystallization ke energi yang lebih rendah, kondisi kristalin (crystalline state). Sangat penting untuk mengembangkan poin-poin dari pernyataan ini pada keramik-gelas. Pertama-tama, hanya komposisi gelas yang specific yang merupakan (precursors) yang cocok untuk keramik-gelas: beberapa gelas terlalu stabil dan sulit dikristalkan, seperti jendela kaca biasa, sementara jenis gelas yang lain mempunyai perilaku yang tidak dapat dikontrol yang menyebabkan hasil mikrostruktur yang tidak diinginkan. Kedua, perlakuan pemanasan sangat penting untuk (attainment) dari produk yang bisa diterima dan diproduksi uang.Biasanya, keramikgelas tidak seluruhnya kristalin; biasanya mikrostrukturnya adalah 50 volume % sampai 95volume% kristalin sedang sisanya adalah residu gelas. Satu atau lebih fase kristalin mungkin terbentuk selama heat treatment dan komposisi mereka biasanya berbeda dari (precursor) (induk/inang) gelas, ia mengikuti komposisi dari residu gelas yang juga berbeda dari parent glass. Sifat mekanis dari keramik-gelas adalah superior dari parent glass-nya. Sebagai tambahan, keramik-gelas mungkin menunjukkan sifat lain yang berguna untuk aplikasi yang khusus, seperti yang diberikan oleh koefisien ekspansi termal yang sangat kecil sekali dari beberapa komposisi dalam Li2O-Al2O3-SiO2 yang cocok untuk aplikasi yang tahan terhadap kejutan panas.(Boccaccini, tanpa tahun)2.2 Struktur Keramik-Gelas

Kaca-keramik adalah bahan keramik yang dibentuk melalui pembentukan inti yang dikontrol dan kristalisasi dari kaca. Kaca meleleh, direkayasa untuk bentuk, dan panasnya dikonversi ke keramik agar didominasi oleh kristal. Dasar dari penngontrololan internal kristalisasi terletak pada pembentukan inti yang efisien, yang memungkinkan pengembangan biji-bijian yang halus, secara acak berorientasi umumnya tanpa void, microcracks, atau porositas lainnya. Oleh karena itu proses kaca-keramik pada dasarnya adalah proses termal yang sederhana, seperti digambarkan dalam gambar berikut ini :Dari kaca menjadi kaca keramik : (a)Inti Formasi (b)Kristal Pertumbuhan pada Inti (c)Kaca-Keramik Microstructure

http://wiley-vch.e-bookshelf.de/products/reading-epub/product-id/629509/title/Glass%2BCeramic%2BTechnology.htmlBerikut ini adalah gambar microstructure gelas-keramik

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/jm/b914924d#!divAbstract

2.3 Sifat Fisis dan Kimia Keramik-GelasBerikut ini beberapa jenis gelas-keramik berdasarkan sifat fisis dan kimianya:1. ZerodurZerodur adalah keramik kaca yang diproduksi oleh Schott menggunakan proses yang dikenal sebagai kristalisasi volume dikendalikan. Struktur berisi 7-78% dari tinggi kuarsa mikro-crystallites 30-50 nm dalam ukuran. Hal ini menyebabkan produksi bahan yang sangat seragam, isotropis dan homogen bahkan di blok besar. Ekspansi termal bahan keramik kaca ini lebih rendah daripada ULE , merekam nilai 0 0.10 x 10-6/K. Sifat fisik dan kimia lain diringkas dalam tabel 2 di bawah ini :Property*Value

Mechanical

Density2.53 gm/cc

Hardness620 Knoop

Modulus of Elasticity13 x 106psi

Poisson's Ratio0.243

Electrical

Dielectric Constant7.4 (@ 1 MHz)

Volume Resistivity2x1013ohm-cm

Thermal

Coefficient of Thermal Expansion0.00 +/- 0.1 x 10-6/C

Thermal Conductivity1.43 W/mK

Specific Heat0.80 cal/g C

Maximum Working Temperature600 C

Optical

Index of Refraction1.54

Transmission Band0.3 - 2.5 Wavelength (microns)

2. MacorMACOR adalah Machinable kaca keramik putih, tidak berbau, bahan porselen-seperti (dalam penampilan) terdiri dari sekitar 55% fluorophlogopite Mika dan 45% borosilicate glas. Manfaat utama disediakan Macor adalah bahwa struktur bahan meskipun iscomposed keramik kaca piring interlocking seperti Mika kristal dalam matriks kaca (Lihat gambar 2 di bawah ini) yang, tidak seperti keramik kaca lainnya dapat menjadi mesin dengan menggunakan alat-alat kerja logam yang konvensional. Bahan yang dihasilkan selama proses adalah serbuk halus kaca dan kristal. Sifat fisik dan kimia lain diringkas dalam tabel 3 di bawah ini :Property*Value

Mechanical

Density2.52 gm/cc

Hardness250 Knoop

Modulus of Elasticity9.7 x 106psi

Flexural Strength15 kpsi

Compressive Strength50 kpsi

Fracture Toughness1.53 MPa m1/2

Electrical

Dielectric Strength785 ac V/mil

Dielectric Constant6.03 (@ 1 MHz)

Volume Resistivity> 1014ohm-cm

Thermal

Coefficient of Thermal Expansion9.4 x 10-6/C

Thermal Conductivity1.46 W/mK

Specific Heat0.19 cal/g C

Maximum Working Temperature1000 C

http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=5911

2.4 Proses Produksi Keramik-Gelas

Kaca-keramik sebagian besar diproduksi dalam dua langkah: Pertama, gelas dibentuk oleh proses manufaktur kaca. Gelas didinginkan dan kemudian dipanaskan pada langkah kedua. Dalam perlakuan panas ini kaca sebagian mengkristal. Dalam kebanyakan kasus agen nukleasi ditambahkan ke komposisi dasar kaca-keramik. Agen nukleasi ini membantu dan mengontrol proses kristalisasi. Karena biasanya tidak ada penekanan dan sintering, kaca-keramik tidak memiliki pori-pori seperti sintered keramik. Berbagai macam sistem kaca-keramik ada, misalnya, Li2O x Al2O3 x nSiO2-System (LAS-System), MgO x Al2O3 x nSiO2-System (MAS-System), ZnO x Al2O3 x nSiO2-System (ZAS -Sistem).

2.4.1 Proses Kristalisasi Gelas

Kristalisasi, atau devitrification dari gelas untuk membenuk keramik-gelas adalah transformasi heterogen dan terdiri dari dua tahap, yang bernama nucleation stage dan growth stage. Dalam nucleation stage yang kecil, volume stabil dari fase produk (kristalin) terbentuk, dan biasanya pada preferred sites dari parent glass. Preferred sites adalah interface dari parent glass atau permukaan bebas. Selanjutnya, biasanya adalah hasil yang tidak diharapkan dari mikrostruktur keramik-gelas yang sering terdiri dari kristal yang terorientasi yang (detrimental) pada sifat mekanisnya. Tetapi, beberapa struktur terorientasi menguntungkan, seperti keramik-gelas untuk peralatan piezoelectric dan pyroelectric dan gelas-keramik untuk mesin. Dalam banyak kasus internal nucleation, juga dikenal sebagai bulk nucleation, diperlukan dan komposisi parent glass dipilih yang mengandung spesies yang meningkatkan proses nukleasi ini. Spesies ini adalah agen penuklat umum dan bisa merupakan logam (seperti Au, Ag, Pt dan Pd) atau bukan logam (seperti TiO2, P2O5 dan fluoride).Kecepatan dari nucleation sangat tergantung dengan suhu sepeti pada gambar 1a.Sesudah inti yang stabil terbentuk, tahap pertumbuhan Kristal (commences). Pertumbuhan merangsang pergerakan dari atom/ molekul dari gelas, melintasi interface gelas-kristal, dan menuju ke kristalnya. Gaya penggerak dari perbedaan volume atau energi kimia bebas, (Gv, diantara fase gelas dan kristalin. Perpindahan dari atom/molekul melintasi interface diaktifkan secara thermal dengan asosiasi energi aktifasi Ga. Persamaan, mengandung Gvdan Ga, telah dikembangkan untuk kecepatan pertumbuhan yang tergantung temperature dan bentuk dari kurva yang dihasilkan diberikan dari gambar 1a.(Boccaccini, tanpa tahun)2.4.2 Jalur Proses Produksi Keramik-Gelas1. Metode Konvensional (Dua Tahap)Metode konvensional untuk memproduksi keramik-gelas adalah untuk men-devitrify gelas dengan perlakuan panas dua tahap (gambar 1b). tahap pertama adalah perlakuan panas yang rendah pada suhu yang memberikan kecepatan nucleation tinggi (sekitar TN pada gambar 1a) lalu membentuk inti dengan densitas tinggi melalui bagian dalam gelas. Densitas yang tinggi dari inti penting , karena ia menuntun pada mikrostruktur yang diinginkan yang terdiri dari banyak Kristal-kristal kecil. Tahap kedua adalah perlakuan panas pada suhu sekitas TG untuk membuat pertumbuhan inti pada kecepatan yang diharapkan.Parent glass mungkin bisa membuat kristalisasi memiliki metode pembentukan tradisional yang mudah seperti casting dan forming atau metode yang lebih khusus seperti ekstrusi.Produksi gelas dan selanjutnya perlakuan panas pada umumnya membutuhkan banyak energi dan oleh karena itu mahal.2. Metode konvensional yang dimodifikasi (satu tahap)karena perlakuan panas dua tahap adalah konsekuensi dari overlap yang terbatas dari kurva nucleation dan kecepatan pertumbuhan. Jika ada singgugan yang lebih luas dari kurva-kurva kecepatan maka nucleation dan pertumbuhan dapat dilakukan pada satu tahap perlakuan panas pada suhu TNG yang ditunjuggakn pada gambar 2.Kurva kecepatan, pada bagian kurva kecepatan nucleation, sensitif terhadap komposisi dan dengan memaksimalkan gelas komposisinya, dalam beberapa kasus, mungkin untuk mendapatkan overlap yang diperlukan.Dengan pemilihan agen pe-nukleasi yang bijaksana, dapat diperoleh sisem keramik-gelas yang dikenal sebagai Silceram.3. Metode petrurgicDiketahui bahwa Silceram membuat sedikit perbedaan yang mana gelas dipanaskan sampai TNG dari suhu ruang atau lelehan gelas didinginkan sampai TNG. Hal ini mengembangkan produksi dari beberapa keramik-geas dengan mengontrol, biasanya dengan pendinginan yang sangat lambat dari parent glass dari kondisi lelehan tanpa menahan suhu intermediet. Dengan metode ini, berdasarkan literature terbaru sebagai metode petrurgic, nukaltion dan pertumubuhan Kristal dapat terjadi pada saat pendinginan. Metode konvensional yang dimodifikasi (satu tahap) dan metode petrurgic lebih ekonomis dibanding metode konvensional (dua tahap)3. Metode TepungPembentukan dengan pemadatan secara dingin diikuti dengan perlakuan pemanasan suhu tinggi untuk men-sinter padatan adalah jalur yang umum untuk produksi keramik dan telah diterapkan juga untuk produksi keramik-gelas.Selama ada pembatasan ukuran dan bentuk dari komponen yang bisa di padatkan dengan dingin, dan juga biaya untuk membuat tepung, metode ini hanya digunakan jika keuntungan yang jelas bisa teridentifikasi. Dalam banyak kasus, ada keuntungan kecil dalam memadatkan dan sintering tepung keramik-gelas karena suhu sintering yang tinggi dibutuhkan dan sifat dari produk akhir tidak berbeda jauh dari keramik gelas yang diproduksi dengan jalur yang lain. Lebih menyenangkan untuk men-sinter tepung parent glass, yang disinter dengan viscous flow mechanism pada suhu yang lebih rendah. Penting untuk mempertimbangkan kecepaan dari viscous flow sintering dan kristalisasi dan interaksi dari proses-proses tersebut. Jika kristalisasi terlalu cepat, dan menghasilkan derajat kritalinitas yang tinggi akan menghambat sintering pada suhu rendah, yang menyebabkan porositas yang tidak bisa diterima. Dengan laju yang bisa dierima, sangat mungkin dalam beberapa kasus untuk memproduksi keramik-gelas yang padat dengan proses sintering yang kedua proses densification dan kristaisasi dapat terjadi dengan cepat pada temperature yang sama. Yang penting dari teknologi proses ini adalah sebanding dengan kompleksitas kinetiknya secara teori yang telah dibahas dalam literature. Pengoptimalan dari komposisi dan suhu sintering dapat membuat perbedadan mikrostruktur dan bahkan perbedaan fase kristalin, dibandingkan dengan fase kristalin dari metode konvensional, dan juga perbedaan sifat dari produknya. Tekanan yang dibutuhkan dalam metode densification seperti hot pressing dan HIPping dapat juga berhasil diaplikasikan untuk produksi keramik-gelas dari tepung.

Gambar 1. Kurva hubungan temperature dan laju nucleation and growth dan terhadap waktu (Boccaccini, tanpa tahun)2.5 Aplikasi (Kegunaan) Keramik-Gelas

2.6 Perbedaan Keramik-Gelas Dengan Keramik Biasa Dan Gelas (Kaca) Biasa

a) Perbedaan Keramik-Gelas dengan Keramik BiasaPerbedaan utama dari gelas-keramik dan keramik biasa adalah bahan dasar pembuatannya. Biasanya keramik di buat dari tanah liat yang di bentuk dan di bakar hingga hilang sifat plastisynya dan kandungan airnya, sedangkan gelas-keramik di buat dari bahan yang sama untuk membuat gelas kaca tetapi ditambahkan agen nukelasi untuk mengontrol proses pengkristalan. Selain itu perbedaannya terlihat dari daya tahan terhadap panas dan daya hantar listriknya. Gelas keramik memiliki daya tahan terhadap panas lebih baik terhadap keramik biasa. Selain itu gelas keramik merupakan isolator yang baik sehingga biasa di gunakan untuk lapisan busi dan peralatan rumah tangga yang berhubungan dengan panas.b) Perbedaan Keramik-Gelas dengan Keramik biasaGelas-Keramik dan Gelas biasa di buat dari bahan yang sama yaitu pasir kuasa/silica. Perbedaannya terletak pada proses pembuatannya. Pembuatan gelas biasanya dengan cara pemanasan suhu tinggi untuk membentuknya, setelah di bentuk gelas di dinginkan agar mengeras. Sedangkan pada Gelas-Keramik hampir sama dengan proses pembuatan gelas, perbedaannya terletak ketika selesai dibentuk gelas tidak langsung didinginkan tetapi ditambahkan agen nukleosasi agar structure atom pada gelas terkristalisasi minimal 50%. Hal ini lah yang menyebabkan Gelas-Keramik tidak mudah pecah dan lebih tahan panas terhadap gelas biasa.BAB IIIPENUTUP3.1 KesimpulanDAFTAR PUSTAKABoccaccini, A.R, R.D Rawlings dan J.P Wu. Tanpa tahun.GLASS-CERAMICS: THEIR PRODUCTION FROM WASTES. A REVIEW.London : Imperial College London, United Kingdom. Diunduh dari https://spiral.imperial.ac.uk/bitstream/10044/1/34/1/Glass-ceramics%20their%20production.pdf tanggal 24 September 2014

Zanotto, Edgar Dutra. 2010. A Bright Future for Glass-Ceramics. 2010. American Ceramics Society Bulletin Oct-Nov 2010. Diunduh dari http://ceramics.org/wp-content/uploads/2010/09/bulletin_oct-nov2010.pdf tanggal 24 September 2014