PERKEMBANGAN ADVANCED CERAMIC DI...

9
Proslding Pertemuan IlmJah limu Pengetahuan dan Teknologl Bahan '99 Serpong, 19 - 20 Ok/ob« 1999 ISBN 1411- 2213 PERKEMBANGAN ADVANCED CERAMIC DI INDONESIA Suripto, R.I.F. Wenas daft Fanani Hamzah Peneliti pada Balai Besar Industri Keramik Bandung ABSTRAK PERKEMBANGAN ADVANCED CERAMIC DI INDONESIA. Advanced ceramic banyak terdapat sebagai komponen barang elektronika, telekomunikasi, peralatan sensor, bio teknik, tekniklstruktural daDsebagainya. Perkembangan indutri keramik advanced ceramics belum mengembirakan, karena ada beberapa industri saja yang memproduksi komponen advanced ceramic, seperti ceramic Honey Comb untuk kata/is converter pada automotif, spark plug, komposit gelaslpolimer daD komponen elekaronilca(resistorlkapasitor). Usaha pengembangan advanced ceramic, baru pada tingkat litbang untuk mengidentifikasilkarakterisasi produk advanced ceramic daD atau pembuatan komponen advanced ceramic menggunakan bahan baku asa impor. Dulcungan industri pengolahan bahan baku siap pakai sangat diperlukan utamanya yang memanfaatkan somber daya alam dalam negeri seperti bauksit, pasir zirkon, magnetit, ilmenit, magnesit/dolomit, grafit, slika daDbatuan fosfat. Promosi investasi untuk pengolahan SDA perlu dipacu daD digalakan untuk mendorong pengembangan advanced ceramic industries daDpengembangan riset terapan dalam bidang advanced ceramics. ABSTRACf DEVELOPEP OF APV ANCED CERAMICS IN INDONESIA. Advanced ceramics have a wide application, most of them are used as a ceramic component of electronics, telecomunication, sensor, bio technology, structural! engineering material etc. Advanced ceramic industries in Indonesia are still not developed yet until now, except for a few component such as subtract for automotive catalytic conventer or ceramic honey comb, spark plug, glass reinforced polymer composites and ceramic electronic components, Efforts to developedevelop and advanced ceramics products due to un availabily of the raw materials which produced in country are still limited in the field ofresearchs done by R & D institutes using imported materials. The goverment should invite the investor persuasively 'to invest ther money to beneficiate the local raw material resources such as bouxite, zircon sand, magnetite, ilmenit, magnesite/dolomite, graphite, silica sand or quartz and phosphate rock that are potentially found in the country, It is very important in order to accelerate and emphasis the growth of aDvanced ceramic component industries and develop the applied research on an advanced ceramics field. Kata kuncl: Advance ceramic, Katalis converter, spark plug, Komposit gelas PENDAHULUAN VINCENZINI [1] menyatakan bahwa defmisi keramikyang masihdapatditerimahinggasaat iniadalah definisikeramikmenwutKINGERYyaitu:keramikadalah produk seni clan gains dalam pembuatan clan penggunaan bahan padatan yang berisi komponen esensial clan tersusun dalam bagian besamya berupa bahan anorganik bukan logam yang terjadi karena adanya panas yang bekerja padanya. Selanjutnya Kingery [2] mengelompokkan produk keramik menjadi duB kelompok besar yaitu kelompok keramik tradisional clan New Ceramics (KeramikBaru). Yang dikelompokkandalam keramik barn ini [2] adalahPureOxideCeramics,NuclearFuels(UO2),Electro Optic Ceramics (Lithium Niobatl LiNbO), PL ZT (Lanthanum Modified Lead Zircon Titanate), Magnetic Ceramics,SingleCrystals(GarnetLaserCrystals),Ceramic Nitride (Si)N., Sialon, BN dan sebagainya), Enamels for Aluminium,MetalCeramicComposites,CeramicCarbides, Ceramic Borides, Ferro Electric Ceramics (BaTiO) daD sebagainya), Non SilicateGlasses, Glass Ceramics (gelas yang tinggi krista1nya) dan Porefree Poly Crystalline Oxide~ (produk berbasis Alumina, Yttria, Spinel, Magnesia, Ferrites dan lainnya). VINZENCINI [I] mendifinisikan Advanced Ceramics adalah produk keramik barn, yang teknik produksinyapun berbeda dibandingkan dengan keramik tradisionallkonvensional. Pada pembuatan bahanlproduk keramik maju (advanced ceramics) dikenal teknik-teknik produksi seperti Plasma & Flame Spraying, Chemical Vapour Deposition (CVD), Physical Vapour Deposition (PCD). Hot Isostatic Pressing (HIP), Combustion Synthesis clan Metal Organic Route. ~'2

Transcript of PERKEMBANGAN ADVANCED CERAMIC DI...

Proslding Pertemuan IlmJah limu Pengetahuan dan Teknologl Bahan '99Serpong, 19-20 Ok/ob« 1999 ISBN 1411- 2213

PERKEMBANGAN ADVANCED CERAMIC DI INDONESIA

Suripto, R.I.F. Wenas daft Fanani HamzahPeneliti pada Balai Besar Industri Keramik Bandung

ABSTRAK

PERKEMBANGAN ADVANCED CERAMIC DI INDONESIA. Advanced ceramic banyak terdapat sebagaikomponen barang elektronika, telekomunikasi, peralatan sensor, bio teknik, tekniklstruktural daDsebagainya. Perkembanganindutri keramik advanced ceramics belum mengembirakan, karena ada beberapa industri saja yang memproduksi komponenadvanced ceramic, seperti ceramic Honey Comb untuk kata/is converter pada automotif, spark plug, komposit gelaslpolimerdaD komponen elekaronilca(resistorlkapasitor). Usaha pengembangan advanced ceramic, baru pada tingkat litbang untukmengidentifikasilkarakterisasi produk advanced ceramic daDatau pembuatan komponen advanced ceramic menggunakanbahan baku asa impor. Dulcunganindustri pengolahan bahan baku siap pakai sangat diperlukan utamanya yang memanfaatkansomber daya alam dalam negeri seperti bauksit, pasir zirkon, magnetit, ilmenit, magnesit/dolomit, grafit, slika daDbatuan fosfat.Promosi investasi untuk pengolahan SDA perlu dipacu daDdigalakan untuk mendorong pengembangan advanced ceramicindustries daDpengembangan riset terapan dalam bidang advanced ceramics.

ABSTRACf

DEVELOPEP OF APV ANCED CERAMICS IN INDONESIA. Advanced ceramics have a wide application, mostof them are used as a ceramic component of electronics, telecomunication, sensor, bio technology, structural! engineeringmaterial etc. Advanced ceramic industries in Indonesia are still not developed yet until now, except for a few component suchas subtract for automotive catalytic conventer or ceramic honey comb, spark plug, glass reinforced polymer composites andceramic electronic components, Efforts to developedevelop and advanced ceramics products due to un availabily of the rawmaterials which produced in country are still limited in the field ofresearchs done by R & D institutes using imported materials.The goverment should invite the investor persuasively 'to invest ther money to beneficiate the local raw material resources suchas bouxite, zircon sand, magnetite, ilmenit, magnesite/dolomite, graphite, silica sand or quartz and phosphate rock that arepotentially found in the country, It is very important in order to accelerate and emphasis the growth of aDvanced ceramiccomponent industries and develop the applied research on an advanced ceramics field.

Kata kuncl: Advance ceramic, Katalis converter, spark plug, Komposit gelas

PENDAHULUAN

VINCENZINI [1] menyatakanbahwa defmisikeramikyangmasihdapatditerimahinggasaat iniadalahdefinisikeramikmenwutKINGERYyaitu:keramikadalahproduk seni clan gains dalam pembuatan clanpenggunaan bahan padatan yang berisi komponenesensial clan tersusun dalam bagian besamya berupabahan anorganik bukan logam yang terjadi karenaadanya panas yang bekerja padanya.

Selanjutnya Kingery [2] mengelompokkanproduk keramik menjadi duB kelompok besar yaitukelompok keramik tradisional clan New Ceramics(KeramikBaru).

Yang dikelompokkandalamkeramikbarn ini [2]adalahPureOxideCeramics,NuclearFuels(UO2),ElectroOptic Ceramics (Lithium Niobatl LiNbO), PL ZT(LanthanumModified Lead ZirconTitanate),Magnetic

Ceramics,SingleCrystals(GarnetLaserCrystals),CeramicNitride (Si)N., Sialon, BN dan sebagainya), Enamels forAluminium,MetalCeramicComposites,CeramicCarbides,Ceramic Borides, Ferro Electric Ceramics (BaTiO) daDsebagainya),Non SilicateGlasses, Glass Ceramics (gelasyang tinggi krista1nya) dan Porefree Poly CrystallineOxide~ (produk berbasis Alumina, Yttria, Spinel,Magnesia, Ferrites dan lainnya).

VINZENCINI [I] mendifinisikan AdvancedCeramics adalah produk keramik barn, yang teknikproduksinyapun berbeda dibandingkan dengan keramiktradisionallkonvensional.Pada pembuatan bahanlprodukkeramik maju (advanced ceramics) dikenal teknik-teknikproduksi seperti Plasma & Flame Spraying, ChemicalVapourDeposition (CVD), Physical Vapour Deposition(PCD). Hot Isostatic Pressing (HIP), CombustionSynthesis clanMetal Organic Route.

~'2

Tabel I. Contoh tipe komposit den penggunaannya[5]

Perkembangan Advance Ceramic di Indonesia (Suripto)

Gelas keramik mernpakan suatu material barndimana jenis danpemakaiannyaternsberkembang.Gelaskeramikdapatmemilikikekuatanmekanikyanglebihtinggidari gelas dasamya. Pernbahan rasadari amorfke kristaldihasilkan dengan pengontrolan devitrifikasi dati gelasdengan cara pengaturan perlakuan panas.[3].Penggunaan gelas keramik sangat lOBSseperti alaimemasak, bahan bangunan, komponen elektonik, armorclanradome.

Usaha peningkatan performance (karakteristik)keramik yang didukung oleh multi disiplin Hmupengetahuan telah menghasilkan komposit dimanaterlihat memiliki "toughness" sekitar 5 (lima) kali lebihbesar dati toughness monolitikkeramik [4].Peningkatantoughness didalam komposit matrik keramik diperolehmelalui pemutusan penjalaran/retakan sekitar serat,meningkatnya gays (stress) yang diperlukan untukmematahkan serat stag meningkatnya energi yangdiperlukan untuk menarik serat dati matrik sekelilingnya[3,4]sebagaicontohAI2O3monolitikmemilikitoughnessantara 3-5 Mpa .vm.Penambahan SiC whisker sebanyak20%volume menghasilkanmaterial (AlP/SiC) dengantoughness7,8Mpa.vm clankuat lentur700 Mpa [4].Sifatmekanik komposit serat gelas/polimer merupakankombinasi dari stifness clan hardness yang tinggi datikeramik dengan sifat toughness daripolimer [5]. TobellMenunjukkan beberapa contoh tipe komposit dabpenggunaannya.

Tabell. Contoh tipe komposit den penggunaannya [5]

Perkembangan Industri Keramik Maju di Indonesia.

Beberapa IKM di Indonesia sudah ada yangbergerak dalam bidang komposit serat gelas/polimer.Produkyang dihasilkandiantaranyabarangcinders mata,komponenbahanbangunan,tangkiair,balemandl,asesorikendaraan, helm clanpenyambung reIkereta Bpi.Produkyang dihasilkan terutamaproduk untukkeperluansehari-barf yang tidak memerlukan persyaratan kualitas yangketat. Untuk produk yang memerlukan persyaratanketatseperti penyambung reI kereta Bpi masih perlupeningkatan motu produksinya. Bahan baku yangdipergunakan sebagian besar masih produk impor yaitu

untuk hampir semua polimer clan sebagian serat gelas.Agar industrijenis ini berkembang lebih baik diperlukandukungan berupa tumbuhnya industri bahan baku clandukungan litbang.

Industri Potensial Masa Yang Akan Datang

Jenis produk keramik maju yang memiliki patensiyang cukup balk untuk diproduksi masa yang akan datangdi Indonesia adalah produk berbasis alumina, produkgelas keramik dan komposit gelas/polimer. Faktor utamayang mendukung adalah ketersediaan bahan baku berupabauksit clan pasir kuarsa. Pendukung lainnya untukproduk gelas keramik clankomposit gelaslpolimeradalahaspek pemasaran karena produknya biBBuntuk keperluansehari-hari. Disamping itu produk jenis ini dapatdilakukan oleh iridustri keciVmenengah (IKM).

Pengelompokkan keramik maju (advancedceramics) didasarkan kepada sifat utama rasa clanpemakaian. Produk-produk yang termasuk dalam keduakelompok tersebut dapat dilihat pads Tabel2 dab 3.

Tabel 2. Klaslfikasl keramlk miUuberdasarkanslratutama fasa.

2"

..Non . Graphite,Ny

OystaIlinc Dianmd

(!'CD). ShN.,AlN.B..N..

SiAl.(JIl. AlON. SiC.OC. BC,BN. ShN.,SiC. PSZ(PaIiailyStabiliml

Zin:oo). zr A.zr MlW1E. zr SPINEL. CFC(CubooFibreCuboo)SiC \\hisker reinflll'COiAlunim. GLAZE,CVDCoating. PVDCaIti~. Coati~ byPlIL'miSprayi~

3.I~t

eooq

Pascucci & KATZ [6] mendifinisikan advancedceramics sebagai bahan-bahan yang memungkinkandiperolehnya kinerja yang signifikan clanmemberikankeuntungan kepada sistem yang menggunakannya.Misalnya : Electronic. Telecomunication. SensorTechnology. Bio Technology clan StructuralApplication. Keramikmaju merupakan keramik modemberkinerjatinggi,yangmengkombinasikanpengendaliankimia secara hati-hati clan sengaja dirancang

"

No TIPE PENGGUNAANKOMPOSIT

I. SIC I AhO! Radom. armor, cuttIng tool

2. ZrO2 I A120] Komponen mesin otomotif

3. TiC I AI2O! Cutting tool

4. Gelas I Epoksi Motor boat, Blat DIsh raga, armor,bahan bangunan, komponenkendaraan.

S. SiC I AI Komponen mesin otomolif

6. SIC I Si!N. Komponen mesin

Prosiding Pertemuan Ilm/ah limu Pengetahuan don Teknologi Bahan'99Serpong, 19- 20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

Tabel 3. Klasifikasi keramik maju bHdasar fungsifpenggunaannya

34

FUNGSI JENIS KERAMIK PENGGUNAAN

1. DEKORA TIFf 1. Gelas Keramik 1. Reproduksl gambar untuk keperluanORNAMENTAL 2. Film Tipis ornamental

3. Batu Mulia Buatan 2. Film tipis keemasan pada jam tangan daD4. SbN., AhO! lainnya

3. Batu mulia4. Rumah arloji

2. RUMAH 2. I. Gelas Keramik Vas, ART, Alat Masak, Plat PemanasTANGGA

3. ELEKTRONIK 1. Bahan Isolasi Substrat untuk rangkaian IC, gasket, kawat,2. (AhO!, BeO, MgO, resistor electronic, switch untuk voltase tinggi3. Spinel ZrSiO., SiC4. (Beo) AlN).2. Bahan Ferroelektrik Kapasitor keramlk

(BaTiO!, SrTiO!, PbTiO!)3. Bahan Piezoelektrik Vibrator, oscilator, filter tranducer, ultrasonic

(PZT, BaTiO!, Pb (Ti, Zr, Sn, Ht)O! humidi fier, piezoelektrik spark genera tor.4. Semikonduktor . Termistor NTC

BaTiO!, MoSh, SiC . Termistor PTC (elemen pemanas saklar dll)ZnO-BhO!.V,Os . VaristorLogam transisi lainnya . Bahan Cd untuk solar collector. SiC heating element. ZrO, heating element. MoSh heating element

5. Bahan-bahan induksi ion Fuel cell, Sadium Battery Sensor Oxygen, pHJ3AhO!, ZrO" Nasicon meter.

6. Super Konduktor Komponen mikroelektronikLa,-xBax CuO.. Micro Super ComputerSr,-xB80.8CoO. Microwaves DeviceYo.,B80.8CoO. Micro Transformer listrik

4. MAGNETIK Low Retentivity (Soft) TV, power transformer Hf Induktor, AntenaFerrite Magnetic Relay, recording tapes, recording headMe Fe,O. (Me = Zn, Mn Ni, Co, Fe) etc.Garnet Structure Microwave device, switchMe) Fe! 012 Memory cicrcuits etc.Me = y, logam Tanah JarangHigh Retentivity (hord) Permanent Magnet (DC motor)Ferrite HF Indusktor, Antena Magnetic Swicher.Me Fell 0,9 (Me = Ba, Zr)

5. OPTIK . Alumina tranlucent High Pressire Sodium Vapour Lamp.. Magnesia, Mullite Flash Tubes, Special Purpose Lamp. Keramik translusen BahanlaserY,O)-ThO,. Keramik PLZT Video Display

Storage System, Light valves. Keramik LUMINESCENTNasEu (WO.)., Y,O). Komunikasi Optik Ga.As, LnP, LiNbO) Laser, Dioda, fotodiodaBa PbOO.1,Bio.)0) Mudulator, Insulator.

6. KIMIA . GasSensor Alarm untuk kebocoran gasZnO, Fe,O!, SnO, Automatis ventilator

Detektor H.C.. Humudity Sensor Elemen kendali Panas pada oven microwave.MgCr,O.- TiO,. Catalyst Carrier Untuk kontrol emisi

(Cordierite, AhO). Organic catalyst. Elektroda (Titanat Sulfida, Barida.. Gas, liquid separationAhO). TiO,

Microfiltration & membran.

Perkembangan Advance Ceramic di Indonesia (Suriplo)

mikrostruktumya melaluiprosesyang canggih sehinggadihasilkan bahan-bahan yang berkombinasi secara uniksifat-sifatnya, seperti stabilitas pada suhu tinggi,ketahanan auslkorosi, tak ada kimia inert, ketahanantembus listrik tinggi clan ketransparanan sifatelektromagnetisnya.

Meskipun pasar keramik maju sangat luas,utamanyadalambidangelektronikaDamondimasadepanakan lebih condong kebidang keramik Strnktural [3].Keramik Struktural adalah keramik yang dalampemakaiannya lebih difokuskan kepada ketahananmenerima beban (load bearing). Keramik Strnkturalmempunyai ciri kekuatan mekanik tinggi, kekerasantinggi, keteguhan (Toughen), Ketahanan aus/korosilcreep, ketahanan kejut suhu clan awet [3]. Prosesproduksi keramik maju pada prinsipnya terdiri darilangkah-Iangkahsebagaiberikut [1].

Penyiapan komposisi serbukKomposisi bahan baku memiliki pengaruh kuatterhadap sifat-sifat akhir' produk yang dihasilkan.Pertimbangan dalam menyusun komposisi serbukdititik beratkan kepada homogenitas, distribusipartikel butiran, reaktifitas clan kemumian dariberbagai komponen komposisi yang dipilih sertaselalu dikontrol dengan cermat. Komposisi serbuk

dalam penyiapan bahan baku hams mengandungbahan imbuh seperti organic agent & sintering aiduntuk mendapatkan kondisi massa campuran yangcukup plastis. Jumlah pemakaian clan jenis bahanorganik yang digunakan sangat tergantung kepadametoda pembentukan yang dipilih.

Pembentukan produk mentah.Tiga persyaratan yang barns dipenuhi dalampembentukan barang yaitu :. Campuran serbuk hams dapat dibentuk mendekl\ti

bentuk geometri barang yang diinginkan setepatmungkin agar tidak diperlukan proses "finishing"

. Partikel-partikelserbukmemiliki ukuran butir yangberdekatan agar dihasilkan massa bentuk yangparlato. Biaya proses pembentukan hams dijaga rendah(teknologi pembentukan tidak hams berorientasikepada kapasitas tinggi & kontinyu saja)

Metoda pembentukan produk keramik maju terbagidalam:. Pembentukan dengan carR ekstrusi massa

menggunakan perekat jenis termoplastis - untukbentuk pipa/batangan

. Pembentukan dengan carR pengepresan massakering dengan penekanan dua arab (Uniaxial)

~A;

7. FUNGSI PANAS . IRRadiator. (zrO2, Ti02). Serat Isolator. (AhO), zrO2, Mullite. Material Refraktori. AhO),SiC,ShN.. Heat Exchangers PipaHE. (SiC, Si)N., Cordierite, LAS)8. FUNGSI MEKA-NIK . Cutting Tools Ceramic cutting tools

(AhO), TiC, TiN SiC, AhO) Cement cutting toolskomposit. Nitride cutting tools. BahanTahanRusak(AhO),zrO2. Sil mekanik, pelapisShN.,SiC) thread guider, kelep dll.. BahanTahanPanasSiC, AhO), Komponenmesin, turbin HE, Nozzle

SiC)N. las.. Aluminiumtitanate9. FUNGSI BIOLOGI . Bio Inert Ceramic

PSZ, SiC, ShN.Vitreous carbonPyrolytic carbonCarbon fibre. Surface Reactive & Resorbable

ceramics. GelasBiO. aetas keramik BiO. Calcium Phosphat. Hydroxy Apatite. Ca) (PO.)210. FUNGSI NUKLIR . Bahan Bakar Nuklir (U02, U)08,

UC, UN dst). Cladding Materials (C, SiC, B.C). Tritium Breeder (J Li A102). Magnet shielding (AhO), spinel,SiC,ShNU). First wall (SiC, ShN., AhO),Spinel, BeO, SiC-C)

Prosiding Pertemuan llmiah IImu Pengetahuan dun Teknologi Baht./J'99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411- 2213

Pembentukan tara ini menghasilkan massa padatyang berat jenisnya tidak merata clantekanan pres> 100Mpa.. Metoda pembentukan dengan tara Cold IsostaticPressing (CIP). Metoda ini digunakan hila bentukgeometri barang rumit clan memerlukan tekananpembentukan > 600 Mpa.

. Metoda pembentukan Slip Casting denganpersyaratan berat jenis tinggi tetapi viskositasnyarendah.

. Metoda pembentukan INJECTION MOULDINGserbuk yang mengandung perekat termoplastissehingga massa yang diektrusi dengan tekanansampai 200 Mpa ketika setelah melalui DIE yangdipanasi pada 150 - 200 °C menjadi padat/keras.. Metoda pembentukan TAPE CASTING Padametoda ini massa dibuat sebagai Slurry dialirkankearah putaran Conveyer yang menggunakan banbaja ketebalan Slurry diatur melalui pengaturanjarak pisau "doctor blade" dengan ban baja yaituantara 0,2 - 1,5 mID. Kedalam slurry ditambahkanpula bahan pemlastis, perekat clanpelarut organik.Metoda ini banyak dipakai dalam pembuatanproduk elektronik.

Proses Pra Sintering

Proses Pra Sintering terdiri dari 3 tahapan yaitupengeringanmassabentukhingga110°Ckemudiandinaikkan lagi hingga280 °Csertadilanjutkandenganprasinteringsampai 1.100°c. Kelemahanpadatahapanpra sintering ini, kekuatan mekanisnya justru lebihrendah dibanding setelah pembentukan.Untuk itusering dilakukan perbaikan menggunakan peralatantertentu.

Proses Sintering

Proses Sintering dilaksanakan dalam tungkupembakaran pada suhu tinggi untuk menaikkankekuatan mekanik produk. Terjadinya sintering padasuhu tinggi dapat melaluibeberapa mekanismeyaitu:. Terjadinya pergerakan partikel-partikel dalam massa

padat disebabkan adanya perbedaan tekanan uapantar partikel.. Terjadinya difusi antar partikel padatan karenaadanya hecla energi bebas atau energi kimia.

. Terjadinya aliran massa padat yang melebur yangmerupakan aliran kental clan terjadi difusi olehadanya tekanan kapilair clantegangan muka. Bilarasa cair yang terbentuk ini reaktif terhadap rasapadat disekelilingnyamaka akantetjadialirankentalclan larutan endapan.Pada proses pembakaran produk keramik maju,suhu Sintering tidak boleh terlewati karena akanterjadi penguapanmisal:

Si3N4(padat) 3 Si(g) + 2 Nz(g)~

> 1500°C

Proses Sintering yang tepat dicapai hila digunakanbahan pemacu Sintering seperti misalnya :Bahan MgO untuk pembuatan SiJN4

TiOz untukpembuatan keramik MgOC untuk pembuatan SiC

Tipikal Sinteringbeberapa komponen keramik clanaplikasinya dapat dilihat pada Tabel4.

Tabel 4. Tipikal Sintering beberapa komponen keramikdaD aplikasinya

~ Amm~~TImCI ~J8IIIS 'C

AI. fv\,>O (%::-> 1750 Ww _:_1.Kma " Mdis.

z. 0,0, C 1 17503. li . 0,34. Ii:O liC>, 0,3 16(1)5. SioN. M!O Z.5 .1\100

+ 6+6. V"" I 1\1007. Si B+C 1+1 218. I, 1 2()j()

Densifikasi Produk. Pressure less sintering ( S). Hot Pressing (HP), untuk produk non oksida Pada

hot pressing, pengepresan dilakukan sambilmenaikkantemperaturDIES. .

. Hot Isostatic Pressing (HIP), adalah isostaticPressing pada suhu lebih tinggi. Tekanan gas dariluar (ArgonINitrogen) bekerja pada massa padatanyang dipress.

. Pressure Less Sintering Without Shrinkage(Rekristalisasi). Menciptakan kondisi agar terjadidifusi antar muka clan penguapan-pengembunan.

1450"C

SiC(S) + SiO2(S) ( ) 2 Si(g) + CO(g) + V.°2(g)

Karena konsentrasi gas Si sangat rendah maka Sialmelekat pada tiap butiran SiC.. Reaction Bonding

Contoh; 3 Si + 2 Nz <E~ SiJN4

. lNFILTRASI

Si + C ~Si + SiC

~ SiC(kubik,~)

1 SiSiC.

PERKEMBANGAN ADVANCEDCERAMIC DI INDONESIA

Perkembangan advanced ceramics atau fineceramics ataunew ceramics dinegara maju telah dimulaitahun 1950 - an dengan digunakannya BAYERALUMINA serbukuntuk memperbaiki motu spark plug

'1.(':

Perkembangan Advance Ceramic di Indonesia (Surlpto)

insulator (busi) untuk mesin kompresi tinggi mobil &pesawat terbang. Selanjutnya berkembang BariumTitanat untuk kapasitor clanferrite sintetis untuk bahanmagnetik. Perkembangan ini menjadi meluas setelahberkembangnya metoda prosesing yang barn dalamproses pembentukan [7].

Meskipun perkembangan advanced ceramissdinegara-negara maju telah demikian pesat, DamondiIndonesia advanced ceramics barn mulai disentuh padatingkat studi atau penelitian bahan, mulai tabun delapanpuluhan oleh lembaga-lembaga litbang utamanya yangmenggarap pengembangan teknologi keramik

Penelitian yang telah dilakukan Balai BesarIndustri Keramik utamanya yang berkaitan denganmaterialbarn keramik dapat disimakpada Tabel5.

Meningkatnya intensitaspenelitiankeramik maju(advanced ceramics) didukung oleh adanya programRiset Unggulan Terpadu bidang material barn yangdilaksanakan di Perguruan Tinggi clanlembaga litbangDepartemen/nonDepartemen. .

Departemen Perindustrian clanPerdagangan RIdalam mengembangkan industri kimia yang berbasissomber daya alam tak terbarukan yaitu MIGAS clanMineral Non Logam masih lebih inenekankan kepadabahan-bahan petro kimia seperti Ethylene Glicol, PVCResin, Polystyrene, Polypropyleneclansebagainyayang

berbasis MIGAS. Sedangkan industri kimia yangmengolahbahanmineralnon logam masih lebihcondongkepada industri yang menghasilkan produk antara clanakhir[8].

Industrikimiayang mengolah mineral non logamuntuk penyediaan bahan baku kimia dasar belumdikembangkansecara luas, lebih-lebihuntuk bahan bakuindustrikerarnik sepertikimia oksida, kimia non oksida,pigment clanbahan terolah lainnya. -

Industri keramik maju satu-satunya adalah 'PT.NGKCeramicsIndonesia(pMA)milikNGKInsulatorLTD& SumitomoCorportationJepang yang berlokasi di EJIPLemah Abang Bekasi dengan produk yang dihasilkanuntuk 100%ekspor adalah CERAMIC HONEY COMBatau Substrate For Automotive Catalytic conventer daribahan baku Cordierite. Kapasitas Produksi Terpasangadalah 6 juta unit/taboo.

Beberapa IKM di Indonesia sudah ada yangbergerak dalam bidang komposit serat gelas/polimer.Produkyangdihasilkandiantaranyabarangcindera mata,komponenbahanbangunan,tangki air,bak mandi,asesorikendaraan, helm clanpenyambung rei kereta Bpi.Produkyang dihasilkanterutamaproduk untuk keperluan sehari-hari yang tidak memerlukan persyaratan kualitas yangketat. Untuk produk yang memerlukan persyaratan ketatseperti penyambung rei kereta Bpi masih perlu

Tabel 5. Kegiatan penelitian keramik maju Balai Besar Industri Keramik (BBK) Bandung

37

No TOPIK PENELITIAN PUBLIKASI

I. Pembuatan Alumina Substrat Bentuk Lempeng tipis untuk komponen pasif Laporan Teknik BBK, '87dari Mikroelektronik. Bandung.

2. Sintesa SiC dari bahan Sekam Padi Jurnal Keramik Gelas IndonesiaBBK 1992

3. Percobaan Stabilisasi Bahan Relaksor Pb Mn 1/3Nbz/305 (PEROVSKITE) JKGI Vol.2 No.1, 1993BBK Bandung

4. Pembuatan komposit cermet AhO3 dengan cara Sinter pada pembakaran JKGI Vol.3 No.2, 1994oksidasi BBK Bandung

5. Pengaruh Suhu Kalsinasi terhadap keporian dan densitas (CalBa) TiO3 JKGI VolA No.1, 1995berstruktur PEROVSKIT Sinter BBK Bandung

6. Karakterisasi Bahan Siap Pakai Keramik Zirkonia untuk Advanced Ceramic Prosiding "Pengolahan Bahandi Indonesia Galian di Indonesia PPTM

Bandung, 19967. Pembuatan lapisan tipis Bismut Strontium, Kalsium Tembaga Oksida JKGI, Vo1.5No.1, th, 1996

BSCCO 2212 & 2223 Secara Elektrodeposisi. BBK Bandung8. Sintesa ZTA dengan Sistim Campuran Gel Zirkonia dan Alumina Prosiding "Kimia dalam

Pembangunan", JASA KIAIYogyakarta, 1997.

9. Sintesa Zirkonia dari Zirkon Silikat Teknis untuk Bahan Keramik Maju PATENT NO 10 0.001.486 APRILdengan Sistim Pengendapan Sitrat 1997

10. Pembuatan Gelas Keramik Sistem Mika untuk Alat Rumah Tangga Lap. Teknik BBK, 1997 BandungII. Sintesa Bodi Korderit untuk Pembuatan Keramik Honey Comb. JKGI Vol.7 No.1, 1998

BBK Bandung.12. Studi Pemanfaatan Pasir Zirkon Bangka untuk Pembuatan bahan zirkoma JKGI, Vol.7 No.1-2, 1998

BBK Bandung.13. Pembuatan Silika Gel Kering dari Sekam Padi untuk Ba"an Pengisi Karet. JKGI, Vol7 No.1-2, 1998

BBK Bandung14. Percobaan pembuatan Ceramic Cylinder Piston untuk Pompa Air dari Bodi Prosiding Kimia Oalam

Alumina Tinggi Pembangunan JASA KIAIYogyakarta 1998

IS. Sintesa ShN4dari Sekam Padi Makalah Seminar Nasional JASAKIAI Yogyakarta 1999.

Prosiding Pertemaan IlmJah lima Pengetahuan dan Teknologl Bahan'99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411- 22/3

peningkatan mutu produksinya. Bahan baku yangdipergunakan sebagian besar masih produk imporyaituuntuk hampir semua polimer dab sebagian serat gelas.Agar industrijenis ini berkembang lebihbaik diperlukandukungan berupa tumbuhnya industri bahan baku dabdukungan litbang. Produk keramik maju lainnya masihbersifat produk rakitan seperti spark plug insulator(ASTRA), komponenResistor-KapasitordaDkomponenelektronik lainnya. Pengembangan advanced Ceramicsdi Indonesia masih menjadi tantangan yang berat baikdalam memproduksi produk akhir maupun produk huluberupa bahan oksida sederhana maupun komposit.Ketergantungan akan komponen produk keramik majusangat terasa dengan sulitnya penyediaan suku cadangperalatan atau mesin asal impor yang banyakmenggunakan komponen keramik maju utamanyaperalatan elektronik dab permesinan.

ANALISIS PELUANG PENGEMBANGAN

Dari aspek ketersediaan bahan mentah mineralnon logam, setidaknya di Indonesia telah teridentifikasicadangan bahan-bahan seperti Bauksit, Pasir Zirkon,Magnetite, Ilmenite,Batuan Fosfat,Chromite,Magnesit,Dolomite, Grafit, WollastonitedaDSilika.Bahan-bahantersebut bila diolah mempunyai potensi yang cukupbaikdalam pengembangan produk keramik maju sepertiAluminaCemmics,Zirconia,Ferrite,Titanate,Magnesia!Spinel,Hydroxy Apatite,SiliconCarbide, CordieritedaDsebagainya. Perkiraan cadangan bahan mentah tersebutdapat disimak pada Tabel6.

Berdasar potensi bahan mentah tersebut diatasserta teknologi pengolahan yang tidak terlalu rumit daDtidak harus dengan teknologi tinggi maka peluang yangpaling besar diprioritaskan kepada penyediaan bahanbaku keramikmaju sepertiAlumina,Zirkonia,Magnesia,SilikonKarbida,HidroksiApatit,SilikonNitrida,TiO2danHematite( exFep3)' SertaGelasKeramik.

Alumina

Bauksit dari Kepulauan Riau termasuk jenismineral Gibbsite dengan rumus kimia AI(OH)3 atau

AIP3.3Hp.[ 13].Pengolahan Bauksit menjadi AluminalazimnyamenggunakanPROSESBAYER.PrinsipprosesBayeradalah prosesbenefisiasifisika dengan mendigestiBauksit denganNaOH pada kenaikan suhu dan tekanan.Reaksidigestionadalah [II]

+ -AI(OH)3+ NaOH -+ Na + AI(OH)4

larutan sodium Aluminat

Bagian yang tak larut adalah zat pengotor bauksityang terdiri dari Besi, Silika dab Titan yang dapatdipisahkan melalui proses filtrasi. Sodium Aluminattersaring didinginkan dab dikristalisasikan menjadiAI(OH3sangat halus dengan mengendalikan tempemturdaD waktu pengadukannya secara hati-hati. AI(OH)3dikals;,lasi pada suhu 1100 - 1200.C daDproduk kalsinasidigiling sesuai ukuran butir yang dikehendaki. Bilapemanasannya mencapai temperatur :!:_J650.C akandihasilkan tabular alumina. Produk kalsinasi Alumina

hidroksida adalah exAIP3 atau corundum.

Magnesia

MagnesiadihasilkandaripengolahanDolomitdaDAirLautsehinggadihasilkanMg(OH)2dan CaCI2+CaS°4larutan. Setelah dicuci daDdifiltrasi serta dikeringkanendapan Mg(OH)2 dikalsinasi menjadi MgO [14].Kalsinasi hingga suhu diatas 1500.C (sampai 1800.C)akan dihasilkanMgO sinteryang disebut Periclase untukrefmktori.

Zirkonia

Pasir zirkon dalam bentuk ZrSiO4 bersama NaOHdipanggang dengan perbandingan berat 5 bagian ZrSiO3daD7 bagian NaOH pada suhu 700.C [12].Produk basilpemanggangan dilarutkan kedalamair selama 2jam padatemperatur kamar dab dilakukan penyaringan.Perbandingan berat produk pemanggangan dab air =I : 10. Selanjutnya dilakukan pencucian dengan Hcl4Ndab kalsinasi

N~SiO3 + N~ZrO3 + 5H2O -+ ZrO2.2HP + H2SiO3.

Tabel 6. Potensi bahan mentah untuk keramik maju

38

No JENIS BAHAN CADANGAN (TON) KETERANGAN LOKASI

1. Bauksit (AhO).3H2O) 15.000.000 [9] Kepulauan Riau2. Zirkon Silikat (ZrSi04) 21.350 [9] Sungai Seputih Lampung

Limbah Pasir Zirkon 200 [12] PT. Timah Bangka

Endapan primer Pasir Zirkon 6.000.000 [12] Kalimantan Selatan

3. Pasir Kuarsa (Si02) 4.650.000.000 [10] 8angka, Belitung, Kep. Riau Kalbar danKaltim.

4. Magnesit (Mg CO) 34.250.000 [10] Aceh, Jabar & Sulsel5. Chromite (Fe Cr2 04) 5.700.000 [10] Kalsel, Sulsel, Sultera dan Sulteng6. Magnetit (Fe)04) Sumber Daya [II] Aceh, Sumut, Jambi, Kalbar, Kalteng.7. IImenit (Fe TiO) 12.300.000 [II] Cilacap, Jabar, Jateng, Jatim8. Wollastonite (CaSiO) Sumber Daya [9] Sol ok Sumbar

9. Grafit Belum Diketahui Lima puluh Kota Sumbar10. Fosfat (Ca)(P04»)) 1.000.000 [10] Ciamis, Tuban, Gresik, Pati, Kr. Bolong.

Perkembangan Advallce Ceramic dllndonesla (Surlpto)

ZrOz.2Hp dikalsinasi untuk menguapkan air kristalnyaclan dihaluskan hingga kehalusan tertentu. Zirkon yangdihasilkan diusahakan dalam bentuk kristal Tetragonalatau Kubus. Dalam bentuk kristal tersebut akan memiliki

stabilitas pada suhu tinggi 2300 - 266O"C.Carnstabilisasizirkon dengan cara kimia, fisika, peningkatan clansebagainya.

4. Silikon Karbida (SiC)

SiC dapat dibuat dari bahan baku Pasir Silikaclankokas atau dari sekam padi. MenurutJUNN GUNNLEEclan IVAN B CUTLER [15] SiC dapat dibuat daTipemanggangan sekam padi pads suhu 900.C tanpaadanya udara.

Sebelum pemanggangan, sekam padi direndamdalam larutaoFeClzselama 1jam kemudianditambahkanNHPH 9%. Setelah pemanggangan pads suhu 900.Ctanpa udara, sTangsekam padi dipanggang lebih lanjuthingga suhu 1350.C akan terbentuklah SiC. Reaksipemanggangan adalah sebagai berikut :

SiOz ~ SiD + Y20z

C Y2°z -+ co+

SiD + C -+ Si + CO

Si +C-+ SiC

Sial +3C ~ SiC+2 cot

SiC daTi pasir silika clan kokas terbentuk pads suhu2500.C selama 36 jam dalam Tungku Tahanan Listrik(Electrical Resistance Furnace) yang menggunakanelektrodakarbonmenumt reaksi [16].

SiOz + 3C ~ a SiC + 2 cot - 618,5 K

a SiCdihaluskanhingga membentuk a SiC powder.

Silikon Nitrida (Si)N)

Silikon Nitrida dibuat secara sintetik melalui

pembakaran SiC dalam atmosfer Nitrogen (Nz). Dari sinidapat dikembangkan juga bahan SiAION untuk keramikStruktural [17]

TiOz

Bahan TiOzdapat bempa pasir ilmenit (FeTiO)limbahpengolahan TimahPutih. Reaksipembentukanadalah [13]

FeTiO) + 2HzS04 + 5 HP ~ FeS04. 7HP + TiO S04(Titaoy/Sulphate)

TiOS04 ~ 2HP ~ TiO(OH)z + HZS04

90.C

Proses Kalsinasi TiO(OH) akan menghasilkan TiOz untukpembuatao komponen keramik elektronik.

Hematite (a FezO)

Hematite dari alam dibenefisiasi daTi mineralikutannya. Pemanfaatan limbah tambang timah selDinuntuk pembuatao TiOzjuga basil samping pelarutanIlmenit dengan Asam Sulfat yang menghasilkan FeS04.7HP dihasilkan dengan adanya udara akan diperolehproduk Hematite ( a FeP).

8. Hidroksi Apatit ( HAP)

Hidroksi Apatit atau (CaO)lo(PP5») HzO dapatdibuat daTibahan baku batuan pospat clanbubur kapuT(Ca(OH)z)'Bilabatuanpospat lokalmengandung PP5 >30% maka pembentukan HAP dilakukan denganmencampur bahan pospat clan bubur kapuT stearsStoisiometri clandigiling hingga kehalusan 200 mesh.Campuran kental ini dipisahkan kadar besinya denganFerroFilter,kemudiandikeringkanclandikalsinasihinggasuhu 1000.C. Batuan pospat clankapuTcukup banyakterdapat di Indonesia, sehingga potensinya untukpembuatan HAP besar clan teknologinya tidak perlu

'1.0

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan don Teknolog; Bahan '99Serpong, 19- 20 Oktober 1999, ISSN 1411- 2213

canggih. HAP dapat digunakan sebagai bahan bakuuntuk pembuatan produk bio keramik utamanya dentalceramics, tulang buatan clanbioglass.

PENUTUP

Perkembangan advanced ceramic di negara maju(01<111 Ubtl<lllgblUtg \Jblj<lt 1I11tUk IItol't:\llUVIII>i POl1BIO1I11111UI

komponen non keramik dengan komponen keramik.Komponen keramik banyak diaplikasikan dilapanganelektronik, enjinering, bioteknik, optik, coating clansebagainya.Sementaradi Indonesiahanyabeberapajenisproduk keramik maju yang diproduksi. Pengembangankeramik maju masih dalam tahap litbang.Untukmendukung pengembangan bahan baku keramik majupemerintah perlu mendorong clanmengundang investordalam memanfaatkanSDA yang ada di IndonesiasepertiBauksit, Pasir Zirkon, SHika,Grafit, Ilmenit,Pasir Besi,Batuan Pospat clan sebagainya.Dengan penyediaanbahan baku keramik maju didalam negeri, maka akanmendorongtumbuhnya industrikomponenkeramikmajuclanmengendalikanimporkeramikmaju.

DAFT AR PUST AKA

[I]. VINCENZINI P (Ed), Fundamental Of CeramicEngineering,ElsevierAppliedScience,London,1991Page: 1-25.

[2]. KINGERY WD, BOWEN HK, UHLMANN,Introduction To Ceramics Second Edition, JohnWiley & Sons, Singapore, 1975Page: 3 -18.

[3]. BEALGH, Glass- Ceramics,CommercialGlasses,TheAmericanCeramicSoc.Inc,Usa, 1986Page 157.

[4]. EVANS,KA, TheManufactureOf AluminaAnd ItsUse In Ceramics And Related ApplicationsAdvanced Ceramic Materials, Trans. Tech. Pub,UnitedKingdom, 1996Page490.

[5]. SCHWARTZ,M.M, Hand Book Of Ceramics, Mc.Graw HillInc.Usa.

[6]. PASSUCCI. M.R, KATZ. RN, Modern DayApplicationsOfAdvancedCeramics,InterceramVol.42 No.2, 1993Page71-78.

[7]. KINGERY WD (Ed), High Technology Ceramics;Past, Pressent And Future; Ceramic AndCivilizationVol. IiiTheAmericanCeramicSociety,IncUsa, 1986Page371-377.

[8]. GATOT I.S, Peranan Industri Kimia DalamPemanfaatan S.D.M,Makalah Seminar Ind. Kimia,Itb Bandung 1998Hal. 1-13.

[9]. Dil.SumberDayaMineral,Bahan GalianIndustriDiIndonesiaBandung, 1990Ha1.6-25Dan 112-217.

[10].ITB, Workshop Industri Keramik IndonesiaBandung 1990Ha1.6-8

[II]. Jawatan Pertambangan, Sumber Bahan Galian DiIndonesiaBandung, 1962Hal. 3-34.

[12].DJUSMANSAJUTI& EKO SULISTIYONO,Tek.Proses Pengolahan Mineral Zirkon, ProsidingKolokium Pengolahan Mineral Untuk Industri Di111.11111<1,,111,I'pll1l nlll1dltl1S, 101)711111. 101) 117.

[13].Pt. Aneka Tambang, Pertambangan Bauksit DanProyekAluminaBintan,HumasAnekaTambang .

Jakarta, 1982 Hal 7.

[14]. JAMES.S.R., Introduction To The Principles OfC~ramic Processing, John Wiley & Sons, Singapore1989 Page.38-56

[15]. JUNE GUNN LEE, IVAN B.C, Formation Of SiliconCarbide From Rice Hulls, Ceramic Bulletin Vol. 54No.2, 1975 Page. 195-198.

TOPIK PENELITIAN PUBLIKASI

1. Pembuatan komposit cermet AI2O] dengan caraSinter pada pembakaran oksidasi Jurnal Keramik &Gelas Indonesia vol.3 No.2 1994; BBK Bandung

2. Pengaruh Suhu Kalsinasi terhadap keporian clan

densitas (Ca/Ba) TiO] berstruktur PEROVSKIT SinterJKGI V01.4No.1, 1995 BBK Bandung

3. Sintesa Bodi Korderit untuk Pembuatan Keramik

Honey Comb. JKGI Vol.7 No.1, 1998 BBK Bandung.4. Pembuatan lapisan tipis Bismut, Sfrontium Kalsium

Tembaga oksida (BSCCO 2212 & 2223) secaraElektrodeposisi. JKGI V01.5No.1, I996,BBK Bandung

5. Pembuatan SHika Gel Kering dari Sekam Padi untukBahan Pengisi KareUKGI, Vol7 No.l-2, 1998 BBKBandung

6. Studi Pemanfaatan Pasir Zirkon Bangka untukPembuatan bahan zirkonia JKGI, Vol. 7 No.I-2, 1998

BBK Bandung.7. Percobaan pembuatan Ceramic Cylinder Piston untuk

Pompa Air dari Bodi Alumina Tinggi Prosiding

8. Sintesa Si]N4dari Sekam Padi Seminar Nasional JASAKIAI ApriV1999.

9. Sintesa SiC dari bahan Sekam Padi JKGI Vo No 19,BBK Bandung

10. Pembuatan gelas keramik Sistem mika untuk alatrumah tangga. Laporan Teknik, 1997 BBK Bandung

11. Pembuatan Alumina Substrat Bentuk Lempeng tipisuntuk komponen pasif dari Mikroelektronik. LaporanTeknik, 19, BBK Bandung.

An