TUGAS MATERIAL TEKNIK IIIKERAMIK

DI SUSUN OLEH :

NAMA : DEDE JAYA NIM : 11.0483 FAKULTAS : TEKNIK PERMINYAKAN

PENGERTIAN KERAMIKpada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedi 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 mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat. (Yusuf, 1998:2). Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya.

Keramik menjadi material yang serba guna. Selain dapat dipergunakan untuk lantai, keramik pun cocok untuk melapis dinding. Area basah macam kamar mandi dan dapur memerlukan lapisan dinding yang kuat. Ini disebabkan oleh efek dari aktivitas yang ada di sana. Tanpa pelapis dinding yang tepat, dinding kamar mandi atau dapur dapat berubah lembap, kotor, dan menjadi tidak sehat. Tanpa pelapis yang anti air, dinding dapat lebih cepat rusak. Keramik dapat menjadi solusi tepat. Mengapa? Keramik punya pori yang kecil karena diproses melalui mesin. Selain kedap air, dia juga memiliki lapisan luar yang kuat dan tidak mudah tergores. Untuk mengetahui pengaruh temperatur sintering terhadap kekuatan mekanik dan bentuk sturktur mikro komposit keramik insulator listrik dilakukan pada temperatur sinter;900 derajat C, 1000 derajat C, 1100 derajat C, dan 1200 derajat C. Bahan keramik dengan komposisi matrikclay (Feld spar 26%, Kaolin / China clay 27% , dan Ball clay 14%) serta filler (Flint/kwarsa 33%.). Keramik pada temperatur sinter ; 900 oC, 1000 oC, dan 1100 derajat C,berada di luar batas grafik upper-lower bound, menunjukan tidak terjadi ikatan atar permukaan partikel yang sempurna. Keramik pada temperatur sinter 1200 derajat C berada di dalam grafik upper-lower bound, menunjukkan terjadi ikatan atar permukaan yang sempurna dengan nilai tegangan 63, 8 Mpa, regangan 2,1% dan besar modulus elastisitas 3,308 Gpa.

JENIS-JENIS KERAMIKa) Traditional creramics, bahan keramik yang berasal dari umum, bahan baku alami seperti mineral tanah liat dan pasir kuarsa. Melalui proses industri yang telah dipraktekkan dalam beberapa bentuk selama berabad-abad, bahan ini dibuat menjadi produk akrab seperti peralatan makan cina, batu bata dan genteng tanah liat, abrasive industri dan lapisan tahan api, dan semen portland. Artikel ini menjelaskan karakteristik dasar dari bahan baku yang biasa digunakan dalam keramik tradisional, dan survei proses umum yang diikuti dalam pembuatan benda keramik yang paling tradisional. Dari survei pembaca dapat dilanjutkan ke artikel yang lebih rinci pada masing-masing jenis produk keramik, link yang disediakan pada akhir artikel ini. b) Ceramic engineering adalah ilmu dan teknologi untuk menciptakan benda dari anorganik, bahan non-logam. Hal ini dilakukan baik oleh aksi panas, atau pada suhu yang lebih rendah menggunakan reaksi pengendapan dari larutan kimia kemurnian tinggi. Istilah ini mencakup pemurnian bahan baku, studi dan produksi senyawa kimia yang bersangkutan, pembentukan mereka menjadi komponen-komponen dan studi, komposisi struktur dan sifat. c) Glass ceramic terbagi banyak properti dengan kedua gelas dan keramik. Kaca-keramik memiliki fase amorf dan fase kristalin satu atau lebih dan diproduksi oleh "kristalisasi terkontrol" disebut kontras dengan kristalisasi spontan, yang biasanya tidak diinginkan dalam pembuatan kaca. Kaca-keramik biasanya memiliki antara 30% [m / m] dan 90% [m / m] kristalinitas dan menghasilkan array dari bahan dengan sifat termomekanis menarik. Glass Ceramic yang sebagian besar diproduksi dalam dua langkah: Pertama, kaca terbentuk oleh proses pembuatan kaca. Gelas didinginkan dan kemudian dipanaskan pada langkah kedua. Dalam perlakuan panas kaca sebagian mengkristal. Dalam kebanyakan kasus apa yang disebut agen nukleasi ditambahkan dengan komposisi dasar-kaca keramik. Nukleasi ini agen bantuan dan mengontrol proses kristalisasi. Karena biasanya tidak ada menekan dan sintering, kaca-keramik memiliki, tidak seperti keramik disinter, tidak ada pori-pori.

SIFAT-SIFAT KERAMIKKARAKTERISTIK STRUKTUR KERAMIK

Struktur kristal keramik (terdiri dari berbagai ukuran atom yang berbeda atau minimal terdiri dari 2 jenis unsur) merupakan salah satu yang paling kompleks dari semua struktur bahan. Ikatan antara atomatom ini umumnya ikatan kovalen (berbagi elektron, sehingga ikatan ini kuat) atau ion (terutama ikatanantara ion bermuatan, sehingga ikatan ini kuat). Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik dari pada logam. Keramik dapat berikatan kristal tunggal ataudalam bentuk polikristalin. Ukuran butir mempunyai pengaruh besar terhadap kekuatan dan sifat-sifat keramik; ukuran butir yang halus (sehingga dikatakan keramik halus), semakin tinggi kekuatan dan ketangguhannya. Kebanyakan bahan pembentuk keramik memiliki ikatan ion, ikatan kovalen dan ikatanantara. Sebagai missal, bagian ikatan ion dalam sistem Mg-O, Al-O, Zn-O dan Si-O dapat dikatakan masing-masing 70%, 60%, 60% dan 50%. Yang sangat menarik adalah bahwa pada ReO3,V2O3 dan TiO, yang merupakan oksida dan tidak pernah menunjukkan sifat liat ataudapat di deformasikan, tetapi memiliki hantaran listrik yang relatif dapat disamakan dengan logam biasa. Dalam Kristal yang rumit, berbagai macam atom berperan dan ikatannya merupakan ikatan campuran dalam banyak hal. Struktur Kristal demikian dapat dimengerti apabila mengingat bahwa Kristal tersusun oleh kombinasi dari polyhedron koordinasi, dimana satuan kecil dari kation dikelilingi oleh beberapa anion. Salah satu contoh adalah silikat yang merupakan bahan baku penting bagi keramik.

Sifat-sifat keramik Secara umum kramik merupakan paduan antara logam dan non logam , senyawa paduan tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen . untuk lebih jelasnya mengenai sifat-sifat kramik berikut ini akan dijelaskan lebih detail. a. Sifat Mekanik Keramik merupakan material yang kuat, keras dan juga tahan korosi. Selain itu keramik memiliki kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi. Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Di dalam keramik, karena kombinasi dari ikatan ion dan kovalen, partikel-partikelnya tidak mudah bergeser. Faktor rapuh terjadi bila pembentukan dan propagasi keretakan yang cepat.Dalam padatan kristalin, retakan tumbuh melalui butiran (trans granular) dan sepanjang bidang cleavage (keretakan) dalam kristalnya. Permukaan tempat putusyang dihasilkan mungkin memiliki tekstur yang penuh butiran atau kasar. Material yang amorf tidak memiliki butiran dan bidang kristal yang teratur, sehingga permukaan putus kemungkinan besar terjadi. Kekuatan tekan penting untuk keramik yang digunakan untuk struktur seperti bangunan. Kekuatan tekan keramik biasanya lebih besar dari kekuatan tariknya. Untuk memperbaiki sifat ini biasanya keramik di-pretekan dalam keadaan tertekan b. Sifat Termal Sifat termal bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansitermal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan olehpadatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatantersebut. Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan. Jadigetaran-getaran atomatomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya kuat maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak padakisi kristalnya. Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah. c. Sifat elektrik

Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi. Keramik dikenal sangat baik sebagai solator. Beberapa isolator keramik (seperti BaTiO 3) dapat dipolarisasi dan digunakan ebagai kapasitor. Keramik lain menghantarkan elektron bila energi ambangnya dicapai, dan oleh karena itu disebut semikonduktor. Tahun 1986, keramik jenis baru, yakni superkonduktor temperatur kritis tinggi ditemukan. Bahan jenis ini di bawah suhu kritisnya memiliki hambatan = 0. Akhirnya, keramik yang disebut sebagai piezoelektrik dapat menghasilkan respons listrik akibat tekanan mekanik atau sebaliknya. Elektron valensi dalam keramik tidak berada di pita konduksi,sehingga sebagian besar keramik adalah isolator. Namun, konduktivitas keramik dapat ditingkatkan dengan memberikan ketakmurnian. Energi termal juga akanmempromosikan elektron ke pita konduksi, sehingga dalam keramik, konduktivitasmeningkat (hambatan menurun) dengan kenaikan suhu. Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan. Sifat ini merupakan bagian bahan canggih yang sering digunakan sebagai sensor. Dalambahan piezoelektrik, penerapan gaya atau tekanan dipermukaannya akan menginduksipolarisasi dan akan terjadi medan listrik, jadi bahan tersebut mengubah tekananmekanis menjadi tegangan listrik. Bahan piezoelektrik digunakan untuk tranduser,yang ditemui pada mikrofon, dan sebagainya. Dalam bahan keramik, muatan listrik dapat juga dihantarkan oleh ion-ion. Sifat ini dapat diubah-ubah dengan merubah komposisi, dan merupakan dasar banyakaplikasi komersial, dari sensor zat kimia sampai generator daya listrik skala besar.Salah satu teknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar. d. Sifat Optik Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, ataudipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, danbiasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas,mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelasterfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan cahaya.Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalahpolarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalahdistorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi,sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas. e. Sifat kimia Salah satu sifat khas dari keramik adalah kestabilan kimia. Sifat kimia dari permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif. Karbon aktif, silika gel, zeolit, dsb, mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan pengabsorb. Kalau oksida logam dipanaskan pada kira-kira 500 C, permukaannya menjadi bersifat asam atau bersifat basa. Alumina g , zeolit, lempung asam atau S 2O 2 TiO 2 demikian juga berbagai oksida biner dipakai sebagai katalis, yang memanfaatkan aksi katalitik dari titik bersifat asam dan basa pada permukaan. f. Sifat fisik Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan. Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain.

Aplikasi Keramik dalam TeknikMengetahui struktur benda padat melalui pendekatan model-model yang ada akan memudahkan seseorang untuk memprediksi sifat-sifat dari suatu jenis benda padat, bahkan dengan memodifikasi komponen-komponen penyusun suatu zat padat sesuai dengan yang diinginkan akan menghasilkan bahahbahan yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang kehidupan di antaranya adalah:

A. Komponen Dapur/Oven (furnace) Refraktori padat - Refraktori cor - Elemen pemanas B. Komponen Mesin Otomotif Busi Katup C. Komponen Gas Turbin Ruang Bakar -Pemindah panas

- Isulator - Penanganan logam cair - Perkakas oven

- Sil pompa - Rotor turbocharger

- Sudu-sudu turbin

D. Penahan Panas Dinding pesawat ulang alik Lapisan penahan panas E. Komponen tahan aus Alat-alat potong Kran (nozzle) Lining dan alat Miling Pelumas padat F. Keramik Tangguh benang (fiber) Peralatan golf Bantalan G. Keramik Optik - Whisker (fiber) - Lempengan tahan peluru - pisau dan gunting - Penempa (die) - Sil dan plunyer pompa Abrasif - Alat ukur standar Isolator panas - Bahan tahan api

benang optik Laser Dioda H. Pelapis Keramik Tahan aus Penghalang panas Pelumas I. Keramik Elektromagnetik Elemen magnet Resistor Sensor oksigen Pompa oksigen Elektroda Pizoelektrik Termistor Konduktor ion J. Keramik Bangunan Atap Kaca jendela Gelas keramik Gerabah K. Biokeramik Pengganti tulang Katup jantung

- Lensa - Alumina translusen - Keramik luminesen

- Tahan korosi - Dielektrik - Katalis

- Kapasitor - IC substrat Sel bahan bakar Superkonduktor - Varistor Isulator Semikonduktor

- lantai Semen dan Beton - Terakota - Batu bata

- Pengganti gigi - Porselin gigi

L. Saringan dan Selaput Keramik Selaput pemisah cairan Saringan logam cair M. Keramik Nuklir Bahan bakar nuklir - Pelindung Pembungkus bahan bakar nuklir - Moderator - Kapsul gelas - Selaput pemisah gas

Struktur KramikSebagian besar senyawa anorganik berada dalam bentuk padatan dan padatan dapat diklasifikasikan kembali menjadi padatan kristalin dan padatan amorf. Susunan atom atau ion dalam struktur padatan dapat direpresentasikan dalam susunan yang berbeda dari bidang datar. Bentuk atom yang biasanya dapat digunakan untuk mendeskripsikan padatan logam adalah atom netral. Hal ini karena setiap kation pada atom netral masih lengkap dikelilingi oleh elektronnya. Sebelum abad 20, para kimiawan mengalami kesulitan dalam menentukan struktur suatu senyawa. Cara yang dilakukan pada masa itu adalah dengan membandingkan senyawa yang akan ditentukan dengan senyawa yang sudah ada dimana kedua senyawa ini memiliki sifat kimia dan fisika yang identik. Namun, cara ini tidak dapat digunakan dalam menentukan struktur dari senyawa yang baru ditemukan dan tidak memiliki kemiripan dengan senyawa yang terdapat di dalam literatur. Salah satu metode awal yang digunakan dalam menentukan struktur senyawa adalah dengan menggunakan spektrometri sedangkan untuk senyawa yang berwujud padatan kristalin dapat digunakan metode difraksi sinar X. Metode difraksi sinar X pertama kali diperkenlakan pada awal abad ke 20 oleh William Henry Bragg (1862-1942) dan anaknya William Laurence Bragg (1890-1971). Bragg melakukan percobaan dengan menentukan struktur garam dan intan. Proses analisis kristal dengan difraksi sinar X adalah terjadinya difraksi cahaya dalam zat yang dianalisis jika jarak antarpartikel-partikel penyusunnya teratur. Pada proses ini, panjang gelombang cahaya yang digunakan haruslah sebanding. Gelombang terdifraksi yang sefasa akan saling menguatkan sedangkan gelombang yang tidak sefasa akan saling melemahkan. Pola difraksi akan muncul bila kristal dikenai cahaya monokromatis.

Definisi KristalKonsep kristal adalah suatu paket yang diasumsikan sebagai bolabola keras. Kristal dapat digambarkan sebagai pola berdimensi tiga yang strukturnya berulang. Bagian terkecil dari kristal disebut sel satuan dan kumpulan dari sel satuan yang teratur membentuk suatu kisi kristal. Cabang ilmu Kimia yang mempelajari hal ini adalah kristalografi. Suatu kristal dapat digolongkan berdasarkan susunan partikelnya dan dapat pula berdasarkan jenis partikel penyusunnya atau interaksi yang menggabungkan partikel tersebut.

Kristal Logam

Kristal dengan kisi yang terdiri atas atom logam yang terikat melalui ikatan logam. Atom logam merupakan atom yang memiliki energi ionisasi kecil sehingga elektron valensinya mudah lepas dan menyebabkan atom membentuk kation. Bila dua atom logam saling mendekat, maka akan terjadi tumpah tindih antara orbital-orbitalnya sehingga membentuk suatu orbital molekul. Semakin banyak atom logam yang saling berinteraksi, maka akan semakin banyak terjadi tumpang tindih orbital sehingga membentuk suatu orbital molekul baru. Terjadinya tumpang tindih orbital yang berulangulang menyebabkan elektron-elektron pada kulit terluar setiap atom dipengaruhi oleh atom lain sehingga dapat bergerak bebas di dalam kisi. Salah satu sifat kristal logam adalah dapat ditempa. Sifat ini diperoleh dari ikatan logam yang membentuknya. Dalam ikatan logam, terjadi interaksi antara atom/ion dengan elektron bebas di sekitarnya sehingga dapat membuat logam mempertahankan strukturnya bila diberikan suatu gaya yang kuat. Kristal Ionik Kristal ionik terbentuk karena adanya gaya tarik antara ion bermuatan positif dan negatif. Umumnya, kristal ionik memiliki titik leleh tinggi dan hantaran listrik yang rendah. Contoh dari kristal ionik adalah NaCl. Kristal ionik tidak memiliki arah khusus seperti kristal kovalen sehingga pada kristal NaCl misalnya, ion natrium akan berinteraksi dengan semua ion klorida dengan intensitas interaksi yang beragam dan ion klorida akan berinteraksi dengan seluruh ion natriumnya. Kristal Kovalen Atomatom penyusun kristal kovalen secara berulang terikat melalui suatu ikatan kovalen membentuk suatu kristal dengan struktur yang mirip dengan polimer atau molekul raksasa. Contoh kristal kovalen adalah intan dan silikon dioksida (SiO2) atau kuarsa. Intan memiliki sifat kekerasan yang berasal dari terbentuknya ikatan kovalen orbital atom karbon hibrida sp3. Kristal Molekular Pada umumnya, kristal terbentuk dari sutau jenis ikatan kimia antara atom atau ion. Namun, pada kasus kristal molekular, kristal terbentuk tanpa bantuan ikatan, tetapi melalui interaksi lemah antara molekulnya. Salah satu contoh dari kristal molekular adalah kristal iodine

Penyusunan KristalPada umumnya kristal menyusun partikel-partikelnya serapat mungkin sehingga sering disebut sebagai struktur terjejal. Penyusunan yang paling sederhana adalah kubus sederhana (simple cubic packing). Setiap atom bersentuhan dengan empat atom lainnya di setiap sisi dan dua atom lain yang terletak di bawah dan di atasnya sehingga dapat dikatakan setiap atom memiliki enam atom tetangga. Kubus sederhana tidaklah terlalu padat dan hanya dikenal untuk penyusunan struktur polonium dan beberapa struktur ionik. Oleh karena itu, ada alternatif penyusunan dimana lapisan kedua dari atom ditempatkan di atas lubang-lubang lapisan pertama dan lapisan ketiga ditempatkan tepat di atas lubang lapisan kedua. Cara penyusunan ini disebut kubus berpusat badan (body centered cubic).Setiap atom bersentuhan dengan empat atom di atas dan empat atom di bawahnya sehingga kubus berpusat badan memiliki delapan bilangan koordinasi. Dua kemungkinan lainnya dalam penyusunan padatan adalah berdasarkan pada penyusunan heksagonal pada setiap lapisan. Setiap atom pada susunan ini dikelilingi oleh enam atom tetangga dan lubanglubang yang terbentuk menjadi lebih dekat satu sama lainnya dibandingkan dengan susunan kubus. Ketika lapisan heksagonal kedua ditempatkan di atas lapisan pertama, sangat tidak mungkin lubang lapisan pertama dapat tertutupi secara keseluruhan, tetapi hanya setengah dari lubang tersebut yang dapat tertutupi. Jika lapisan ketiga ditempatkan di atas lubang pada lapisan kedua dengan pola susunan yang sama dengan lapisan pertama dan lapisan keempat memiliki pola yang sama dengan lapisan kedua, maka susunan ini dikenal pula dengan nama susunan abab.

Penataan heksagonal lainnya adalah menempatkan lapisan ketiga di atas lubang pada lapisan pertama dan lapisan kedua. Selanjutnya lapisan keempat mengikuti pola yang sama dengan lapisan pertama. Pola ini dikenal dengan susuna abcabc dan diaplikasikan dalam cubic closepacked (ccp) atau facecentered cubic (fcc). Kedua susunan heksagonal ini memiliki 12 bilangan koordinasi.