Presentasi keramik

54
KERAMIK O L E H : Disusun Untuk Memenuhi Tugas Material Teknik Semester 2 AGAM SURYA R. ( 31601 300 722 ) UNIVERSITAS ISLAM SULTAN AGUNG SEMARANG PROGAM TEKNIK INDUSTRI Agam Surya Real @Agam_SR

description

 

Transcript of Presentasi keramik

KERAMIKO L E H :

Disusun Untuk Memenuhi Tugas Material Teknik Semester 2

AGAM SURYA R. ( 31601 300 722 )

UNIVERSITAS ISLAM SULTAN AGUNG SEMARANG

PROGAM TEKNIK INDUSTRI

Agam Surya Real@Agam_SR

KERAMIK

Gambar Keramik

Keramik adalah semua benda-benda yang terbuat dari tanah liat/lempung yang mengalami suatu proses pengerasan dengan pembakaran suhu tinggi. Pengertian keramik yang lebih luas dan umum adalah “Bahan yang dibakar tinggi” termasuk didalamnya semen, gips, metal dan lainnya.

Bahan keramik terdiri dari fasa yang merupakan senyawa antara unsur logam dan bukan logam. Senyawa ini mempunyai ikatan ionik dan/atau ikatan kovalen.jadi sifat-sifatnya berbeda dengan logam. Kebanyakan fase keramik mempunyai struktur kristalin. Dibanding dengan logam, struktur kristal bahan keramik lebih rumit.

Keramik secara umum tersusun dari bahan-bahan berikut:

1. Clay(Tanah Liat)

Sifat keadaan bahan dari Clay adalah berbutir kasar, rapuh dan tidak plastis jika dibandingkan dengan lempung sedimenter

Clay mengandung hidrated alumunium silica (Al2O3.SiO.H2O) yang berfungsi Mempermudah proses pembentukan keramik  Mempunyai sifat plastik sehingga mudah dibentuk  Mempunyai daya ikat bahan baku yang tidak plastis.

2. Kwarsa (Flint)

Kwarsa adalah bentuk lain dari batuan silica (SiO2), yang mempunyai fungsi Mengurangi susut kering, jadi mengurangi ada retakan dalam pengeringan Mengurangi susut waktu dibakar sehingga tetap kualitas tetap baik 

3. Feldspard

Feldspard yang disusun oleh K2O. Al2SO3.6SiO2 ini merupakan suatu kelompok mineral yang berasal dari batuan karang. Pada saat keramik dibakar,maka Feldspard meleleh dan membentuk lelehan gelas yang menyebabkan partikel- partikel clay bersatu bersama sehingga memberikan kekerasan dankekuatan pada keramik.Feldspard sangat berguna karena mengandung soda dan Potash sehinggatidak larut dalam air. Feldspard mengandung semua bahan- bahan penting untuk membentuk Glasir. Glasir sendiri bertujuan untuk memperhalus permukaan keramik, melindungi keramik,mempercantik dekorasi dan memperindah bila

dengan berbagai variasi warna .Sebagai bahan pelebur ,feldspard merupakan bahan yang tidak plastis, sehingga dapat mengurangi susut kering dan kekuatan kering.

Structure & Sifat Keramics

Senyawa keramik disifati oleh ikatan covalent & ionic antar atom. Ikatan ini lebih kuat dibanding ikatan metallic pada logam. Shg keramik memiliki kekerasan dan kekakuan tinggi, tetapi keuletan rendah. Elektron yang terikat kuat dalam ikatan ini menyebabkan keramik bersifat konduktor yang buruk. Ikatan kuat ini juga menyebabkan keramik memiliki titik leleh tinggi, beberapa keramik pada suhu tinggi bukan meleleh tapi terurai senyawanya.

Ceramics biasanya membentuk struktur kristal. Struktur kristal umumnya lebih kompleks dari pada kebanyakan logam. Hal ini karena: o Molekul keramik biasanya terdiri dari atom-atom dg ukuran yg jauh berbeda. o Muatan ion sering berbeda seperti pada SiO2 dan Al2O3. o Beberapa keramik terbentuk dari tiga unsur atau lebih, seperti Al2Si2O5(OH)4.

Struktur kristalnya dapat berbentuk single crystals atau polycrystals. Sifat mekanik dan fisik keramik dipengaruhi oleh ukuran butir (grain size); bahan dg butiran halus (finer-grain) menghasilkan kekuatan (strength) dan keuletan (toughness) lebih baik.

Beberapa keramik lain diasumsikan membentuk struktur amorphous atau glassy phase. Contohnya, kaca (glass). Kaca terbentuk dari leburan silica (fused silica). Variasi sifat dan warna kaca didapat dari penambahan bahan keramik glassy seperti oksida aluminium, boron, calcium, dan magnesium. Beberapa keramik yg berstruktur kristal menggunakan glassy phase keramik sebagai binder

Struktur bentuk mikro keramikDidalam keramik juga terdapat kristal ion sebagai struktur mikro.Dibawah ini dikemukakan struktur khas kristal ion yang sering ditemui dalam keramik

1. Struktur Kristal Tipe AX

Jenis struktur kristal garam batu Bentuk kubik berpusat muka (FCC). Cth.; NaCl,

CsCl, ZnS dan intan.

Struktur sesium Klorida Bentuk kubik sederhana (simple cubic)

Struktur ZnS Bentuk Sphalerite   Struktur intan Bentuk sama seperti ZnS, tetapi seluruh atomnya diisi atom C.

2. Struktur kristal AmXp

Al2O3 (korundum). Bentuk heksagonal tumpukan padat

3. Struktur kristal AmBnXpBaTiO3.

Bentuk kristal perouskite

2. Sifat Mekanik Keramik biasanya material yang kuat, dan keras dan juga tahan korosi.Bhan keramik umumnya memiliki kekuatan tarik yang rendah karena ketahanan terhadap geseran terhadap pangkal retak.

3. Sifat Kimia Salah satu sifat khas dari keramik adalah kestabilan kimia. Sifat kimia dari permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif.

Mechanical Properties of Ceramics

Sifat mekanik dasar bahan keramik adl kaku/keras (rigid) dan getas (brittle), kurva tegangan-regangan membentuk elastis sempurna. Kekerasan (hardness) dan modulus elastisitas lebih besar dibandingkan logam. Secara teoritis, kekuatan keramik lebih besar dibandingkan logam krn memiliki ikatan atom ionic dan covalent yg lebih kuat dibandingkan metallic. Tetapi jenis ikatan atom ini tidak memungkinkan terjadinya slip saat dibebani tegangan besar. Sehingga keramik sulit mengalami deformasi plastis dan lebih sulit menyerap tegangan.

Klasifikasi/penggolongan keramik

Traditional ceramics, silikat yang digunakan untuk produk tanah liat seperti batu bata, ubin, genteng, kerajinan pecah belah, abrasive umum, dan semen.

New ceramics, keramik yg dikembangkan belakangan berbasis pada non silicates seperti oxides dan carbides, umumnya memiliki sifat mekanik dan fisik yang lebih unggul dibanding keramik tradisional.

Glasses, pada dasarnya berbasis pada silika dan dibedakan dari keramik lainnya karena struktur non-crystalline.

Glass ceramics, glasses yg telah diubah menjadi memiliki struktur kristal yang besar dg proses perlakuan panas.

Seperti pada logam, ketidak-sempurnaan struktur kristal keramik meliputi: vacancies, interstitialcies, displaced atom, dan microscopic cracks. Cacat internal ini mendorong terjadinya konsentrasi tegangan, khususnya pada beban tarik (tensile), tekuk (bending), dan kejut (impact). Akibatnya keramik lebih mudah pecah dibandingkan logam. Kekuatan tarik dan keuletan (toughness) keramik relatif rendah. Dan kekuatannya lebih sulit diprediksi karena cacat internal sering terjadi random terutama utk keramik yg dibuat secara tradisional. Keramik pada dasarnya lebih kuat terhadap beban tekan (compression) dibanding tarik (tensile) dan kejut (impact).

Sifat Sifat Bahan Keramik

1. Sifat Listrik

Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi. Keramik dikenal sangat baik sebagaiisolator. Beberapa isolator keramik (seperti BaTiO3) dapat dipolarisasi dan digunakansebagai kapasitor.Sering pula digunakan bahan yang disebut dielektrik. Bahan ini adalah isolator yang dapat dipolarisasi pada tingkat molekular.Material semacam ini digunakanuntuk menyimpan muatan listrik.Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan. Sifat inimerupakan bagian bahan "canggih" yang sering digunakan untuk tranduser,yang ditemui pada mikrofon, dan sebagainya.

4. Sifat TermalSifat termal penting bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansitermal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahanuntuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan oleh padatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatan tersebut.Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan. Jadigetaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya kua tmaka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak pada kisi kristalnya. Contoh paling baik penggunaan keramik untuk insulasi panas adalah pada pesawat ruang angkasa.

5. Sifat Optik Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, ataudipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, dan biasanya dideskripsikan sebagai transparan. Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalah polarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Banyak aplikasi memanfaatkan sifat optik bahan keramik ini. Transparansi gelas membuatnya bermanfaat untuk jendela, lensa, dan objek-objek seni.

Keramik Khusus (Keramik Elektronik)

A. Keramik Dielektrik Bahan dielektrik memisahkan dua konduktor listrik tanpa ada aliran listrik diantaranya. Dielektrik adalah isolator, dan memegang peran inert dalamrangkaian listrik. Sifat utama suatu isolator adalah “kekuatan” dielektrik. Pengguanaan paling penting dari dielektrik keramik adalah untuk kapasitor. Selain itu diklasifikasikan juga oleh sifat khas dielektrik yaitu untuk kompensasi temperatur dan untuk konstanta dielektrik yang tinggi.

B. Keramik Piezoelektrik Beberapa jenis kristal keramik tidak memiliki simetri. Puat muatan positip dan negatif tidak identik. Akibatnya, setiap se satuan berperan sebagai dwikutub listrik kecil dengan ujung positip dan negatif.Kedua keadaan ini menunjukkan bahwa gaya mekanik dan dimensi dapat diganti oleh muatan listrik atau tegangan. Bahan dengan karakteristik tersebut diatas disebu piezoelektrik (bersal dari tekanan-listrik)BaTiO3 adalah bahan keramik pertama yang dipergunakan sebagai bahan piezoelektrik.

C. Keramik SemikonduktorMeskipun bahan keramik pada umumnya merupakan,isolator,keramik dapat berubah menjadi semikonduktor bila mengandung elemen transisi valensi ganda

Traditional Ceramics

Bahan tambang silicates, seperti tanah liat dg berbagai komposisi, dan silica, seperti kwarsa (quartz), terdapat sangat berlimpah di alam dan merupakan bahan baku dasar keramik tradisional.

1. Tanah liat (clay)

paling banyak digunakan sbg bahan baku keramik. Terdiri dari partikel halus hydrous aluminum silicate yg jika dicampur dg air akan

mudah dibentuk dan dicetak. Tanah liat yang paling umum adl berbasis pada bahan kaolinite (Al2Si2O5(OH)4). Bahan ini jika dipanaskan pada suhu tinggi akan menyatu menjadi rapat (dense) dan kuat. Perlakuan panas ini dikenal dg nama pembakaran (firing).

2. Silica

juga termasuk bahan baku utama keramik tradisional, komponen dasar pada kaca (glass), dan komponen utama pd produk keramik seperti whiteware, refractories (keramik tahan api), dan abrasives (keramik gosok). Silica tersedia di alam dlm berbagai bentuk, yg paling utama adl kwarsa (quartz). Sumber utama kwarsa adl batu pasir (sandstone). Silica umumnya dicampur dlm berbagai proporsi dg tanah liat dan feldspar utk mendapatkan sifat yg tepat. Feldspar adl bahan crystalline yg terdiri dari aluminum silicate dicampur dg salah satu dari potassium, sodium, calcium, atau barium. Contohnya, campuran potassium memiliki rumus kimia KAlSi3O8. Campuran tanah liat, silica, dan feldspar digunakan utk membuat periuk-belangga, kerajinan china, dan barang pecah belah lainnya.

3. Alumina

juga termasuk bahan baku utama keramik tradisional. Dihasilkan dari bahan tambang bauxite, terdiri dari campuran hydrous aluminum oxide dan aluminum hydroxide ditambah senyawa besi atau manganese. Bahan tambang lain adl corundum, yg mengandung alumina dlm jumlah besar. Contoh kristal corundum adl batu permata shapire dan ruby. Alumina digunakan sebagai abrasive pd batu gerinda dan lapisan tahan api pada furnace.

4. Silicon carbide,

keramik yg digunakan luas sebagai abrasive, dihasilkan melalui pemanasan campuran pasir (sumber silicon) dan kokas (carbon) pada suhu sekitar 2200 ºC, shg menghasilkan SiC dan CO.

I. Produk Keramik Tradisional

1. Pottery (bahan tembikar) & Tableware (peralatan makan). Ini adl produk tertua yg dimulai sejak ribuan tahun lalu dan digunakan hingga sekarang. Meliputi seluruh produk peralatan makan yg kita gunakan sehari-hari termasuk earthenware (tembikar dari tanah), stoneware (tembikar dari batu), dan china (porcelain/tembikar china). Bahan baku produk ini biasanya dari tanah liat (clay) dikombinasikan dg mineral lain seperti silica dan feldspar.

2. Brick (batu bata) & Tile (ubin). Batu bata bangunan, pipa

keramik, genteng keramik, saluran air keramik, dan ubin dibuat dari berbagai tanah liat yg mengandung silica dan bahan berpasir yg tersedia berlimpah di alam. Produk-produk ini dibentuk dg cetakan dan dibakar pada suhu relatif rendah.

3. Refractories (keramik tahan panas). Keramik tahan panas, sering dlm bentuk batu bata (bricks), sangat penting bagi proses industri yg memerlukan tanur (furnace) dan wadah (crucible) utk pemanasan dan atau peleburan bahan. Bahan tahan panas (refractory materials) hrs memiliki sifat tahan terhadap suhu tinggi, daya hantar panas rendah (thermal insulation), dan tahan terhadap reaksi kimia dg bahan (logam) yg dipanaskan/dilebur. Keramik yg digunakan sebagai refractory materials meliputi: alumina, silica, magnesium oxide (MgO) dan calcium oxide (CaO).

4. Abrasives Keramik tradisional yg digunakan sebagai produk abrasive seperti batu gerinda dan kertas ampelas adalah alumina dan silicon carbide (SiC). Meskipun silicon carbide lebih keras (SiC: 2600 HV, Al2O3: 2200 HV) tetapi alumina lebih banyak digunakan sebagai batu gerinda karena memberikan hasil yang lebih baik saat menggerinda baja.

NEW CERAMIC (keramik baru) adalah bahan keramik yg telah dikembangkan secara sintetis melalui beberapa dekade utk meningkatkan teknik pemrosesan yg dapat mengontrol dg baik struktur dan sifat bahan keramik. Keramik baru umumnya berbasis pada senyawa selain variasi aluminum silicate, dan secara kimia lebih sederhana dari pada keramik tradisional, contohnya: oxides, carbides, nitrides, dan borides. Garis pemisah antara keramik tradisional dan baru sangat samar karena aluminum oxide dan silicon carbide termasuk kelompok keramik tradisional.

Pembedaannya lebih didasarkan pada metode pemrosesan dari pada komposisi kimianya.

New Ceramics Oxides: - Alumina

Alumina adl bahan terpenting dlm oxide ceramics, dewasa ini di produksi secara sintetis dari mineral bauxite memakai metode tanur listrik (electric furnace).

Melalui control ukuran partikel dan ketidak-murnian, metode pemrosesan yang lebih baik, dan pencampuran dg sejumlah kecil bahan keramik lain, kekuatan (strength) dan keuletan (toughness) alumina dapat ditingkatkan secara substansial dibanding alumina tradisional. Alumina memiliki sifat: good hot hardness, daya hantar panas rendah, dan daya tahan korosi baik.

Alumina banyak digunakan sebagai bahan abrasive (batu gerinda), bio-ceramics (tulang dan gigi buatan), electrical insulators, komponen elektronik, bahan paduan pada kaca (glass), dinding tahan api/panas (refractory), pahat potong, badan busi (spark plug barrels), dan komponen engineering lain.

New Ceramics – Carbides-1

Keramik Karbida (carbide ceramics) meliputi silicon carbide (SiC), tungsten carbide (WC), titanium carbide (TiC), tantalum carbide (TaC), dan chromium carbide (Cr3C2).

Silicon carbide (SiC), merupakan keramik buatan manusia yg metode pembuatannya telah dikembangkan sejak satu abad yg lalu, shg sering dikelompokkan sbg keramik tradisional. Selain digunakan sebagai bahan abrasive (penggosok), juga sebagai elemen penahan panas dan bahan tambahan dlm pembuatan baja.

WC, TiC, dan TaC memiliki kekerasan dan tahan aus yg sangat tinggi, digunakan sebagai pahat potong dan aplikasi lain yg memerlukan sifat-sifat tersebut.

Tungsten carbide (WC) adl diantara ketiga bahan tersebut yg pertama kali dikembangkan, dan paling penting serta paling luas digunakan. WC dibuat dengan cara karburisasi (carburizing) serbuk tungsten yg dihasilkan dari reduksi bijih tungsten seperti wolframite (FeMnWO4) dan scheelite (CaWO4).

New Ceramics - Carbides - 2

Titanium carbide (TiC) diproduksi dg karburisasi bahan tambang rutile (TiO2) atau ilmenite (FeTiO3).

Tantalum carbide (TaC) dibuat dg karburisasi serbuk tantalum murni atau tantalum penta-oxide (Ta2O5).

Chromium carbide (Cr3C2) memiliki stabilitas kimiawi yg baik dan tidak mudah teroksidasi. Diproduksi dg cara karburisasi chromium oxide (Cr2O3) sebagai senyawa awal.

Selain SiC, semua keramik karbida diatas harus dikombinasikan dg metallic binder (pengikat logam) seperti cobalt atau nickel. Akibatnya, serbuk karbida diikat dalam kerangka (framework) logam membentuk apa yg dikenal dengan cemented carbide, sebuah bahan komposit, khususnya sebuah cermet (berasal dari kata ceramics dan metal).

New Ceramics - Nitrides - Bahan keramik nitride yg penting adl: silicon nitride (Si3N4), boron nitride (BN), dan titanium nitride (TiN). Keramik nitride umumnya bersifat keras (hard) dan getas (brittle), melebur pada suhu tinggi (tetapi tidak setinggi carbides), dan insulator listrik kecuali TiN.

Silicon Nitride (Si3N4) memberi harapan utk aplikasi struktur suhu tinggi. Teroksidasi pada suhu sekitar 1200 ºC dan terurai secara kimia pada suhu sekitar 1900 ºC. Memiliki ekspansi panas rendah, daya tahan baik terhadap kejutan panas (thermal shock) dan melar (creep), dan tahan korosi dg dilebur logam non-besi. Banyak digunakan pada turbin gas, rocket engines, dan bejana peleburan logam.

Boron Nitride (BN) memiliki beberapa struktur mirip carbon, (1) hexagonal mirip graphite, dan (2) kubus mirip diamond, yang memiliki kekerasan mendekati diamond, shg struktur ini disebut cubic boron nitride (cBN) atau borazon. cBN diproduksi dg memanaskan BN hexagonal dibawah tekanan sangat tinggi. cBN banyak digunakan sebagai pahat potong dan batu gerinda, dan cocok digunakan utk memotong baja. Titanium Nitride (TiN) berbeda dg keramik nitride yg lain, bersifat penghantar listrik yg baik. Memiliki kekerasan tinggi, daya tahan aus baik, dan koefisien gesek (friction) dg logam besi rendah. Ideal digunakan sebagai bahan pelapis (coating) pahat potong, ketebalan coating sekitar 0.006 mm.

Oxy-nitride ceramic (SiAlON), terdiri dari silicon, aluminum, oxygen, dan nitrogen (Si4Al2O2N6). Sifatnya mirip dg silicon nitride, tetapi lebih tahan terhadap oksidasi pd suhu tinggi. Digunakan sebagai pahat potong dan aplikasi suhu tinggi lainnya.

Glass

Istilah “glass” sebenarnya digunakan utk menyatakan suatu kondisi (state) zat yg amorphous atau non-crystalline dari material padat. Kondisi glass ini terjadi jika bahan didinginkan cepat dari kondisi cair sehingga tidak memiliki cukup waktu utk membentuk struktur kristal. Kondisi ini dapat terbentuk pada semua jenis bahan, tetapi sangat terjadi pada logam.

Sebagai jenis bahan glass adalah jenis keramik yg berada pada kondisi glassy dalam keadaan padat.

Chemistry ( Kimia ) and Sifat Glass Pada Keramik

Penyusun utama bahan glass adl silica (SiO2), paling umum ditemukan sebagai mineral kuarsa (quartz) dalam batu pasir dan pasir silica. Kuarsa terbentuk alami sebagai zat kristal, tetapi setalah dilebur dan didinginkan akan membentuk silica yg berkaca. Kaca silica memiliki koefisien ekspansi panas (thermal expansion coefficient) yg sangat rendah, sehingga sangat tahan terhadap thermal shock. Sifat ini ideal utk aplikasi suhu tinggi, karena itu, Pyrex dan gelas kaca kimia yg dirancang utk dipanaskan, dibuat dg proporsi kaca silica yg besar.

Komposisi bahan kaca selain silica biasa ditambahkan oksida-oksida lain untuk menurunkan titik lebur sehingga lebih mudah diproses dan untuk mengontrol sifat-sifatnya. Tetapi silica tetap sebagai komponen utama (50 – 75%), karena merupakan pembentuk sifat glass terbaik, yaitu membentuk kondisi glassy pada saat didinginkan dari kondisi cair. Keramik lain biasanya mengkristal saat pemadatan (solidificasi).

Fungsi Oksida-oksida lain pada bahan Kaca Oksida-oksida tersebut dilarutkan pada kondisi padat dg silica dan berfungsi: o Bekerja sebagai flux (mendorong terjadinya fusi) selama pemanasan o Meningkatkan fluiditas pada kondisi cair untuk memudahkan pemrosesan (casting) o Memperlambat terjadinya devitrification, yaitu kecenderungan untuk membentuk kristal dari kondisi glassy o Menurunkan koefisien muai panas pada produk akhir. o Meningkatkan daya tahan kimiawi terhadap pengaruh kondisi asam, basa, dan air o Memberi warna pada bahan kaca (glass) o Merubah index bias (refraction) untuk aplikasi optik (contoh: lensa).

I. Glass Product

Window Glass. Contoh produk ini adalah kaca soda-kapur (soda-lime glass) dan kaca jendela (window glass). Formula dari kaca soda-kapur dikenal sejak terbentuknya industri peniupan kaca pada 1800-an dan sebelumnya. Produk kaca ini dibuat dengan mencampurkan soda (Na2O) dan kapur (CaO) dengan silica (SiO2). Komposisinya diatur secara empiris sehingga bisa menghindari terjadinya kristalisasi selama pendinginan dan mencapai kestabilan kimiawi pada produk akhir. Kadang ditambahkan magnesia (MgO) untuk membantuk mengurangi devitrification.

Containers. Pada waktu terdahulu, komposisi yg sama dg basic soda-kapur digunakan utk membuat botol dan kaleng kaca dg metode peniupan kaca manual. Proses modern untuk membentuk containers mampu mendinginkan kaca lebih cepat. Kapur digunakan utk meningkatkan fluiditas dan menghambat kristalisasi selama pendinginan. Karena proses pendinginan dapat dilakukan dg lebih cepat maka peran kapur (CaO) disini menjadi kurang penting. Sehingga komposisi kapur dapat dikurangi. Pengurangan kapur akan meningkatkan stabilitas kimiawi dan mengurangi daya larut kaleng kaca.

Light Bulb Glass. Bahan kaca yg digunakan utk bola lampu pijar dan aplikasi kaca tipis lainnya (seperti gelas minum, ornamen lampu hias) adalah komposisi soda tinggi dan kapur rendah; ditambah sedikit magnesia dan alumina.

Laboratory Glassware. Produk ini meliputi botol-botol kimia (seperti pipa kaca, gelas kimia, tabung kaca). Bahan ini harus tahan terhadap reaksi kimia dan thermal shock. Bahan dg komposisi silica tinggi cocok karena memiliki muai panas rendah, produk ini dinamai “Vicor”, bersifat sulit terlarut dalam air dan asam. Penambahan oksida boric (B2O3) dapat menghasilkan kaca yg koefisien muai panasnya rendah. Beberapa kaca laboratorium mengadung B2O3 sekitar 13%. Nama “Pyrex” digunakan untuk produk kaca borosilicate yg dikembangkan oleh Corning Glass Work.

Glass Fibers. Serat kaca (glass fibers) dibuat untuk sejumlah aplikasi penting seperti fiberglass reinforced plastics, insulation wool, dan fiber optics.

1. Fiberglass reinforced plastics. Bahan yg digunakan adalah: E-glass, mengandung CaO dan Al2O3 dalam jumlah besar, memiliki kekuatan tarik baik, dan harganya relatif murah dan S-glass, memiliki kekuatan tarik lebih tinggi, tapi harganya lebih mahal.

2. Insulating fiber glass wool. Dibuat dari kaca silica soda-kapur.

3. Fiber optics. Kaca yg digunakan untuk serat optik memiliki inti (core) yg kontinu dan panjang dg indeks bias (refractive index) tinggi dikelilingi oleh kaca dg indeks bias lebih rendah. Sehingga memiliki kemampuan mengirimkan (transmit) cahaya sebagai media komunikasi.

4. Optical glasses. Contoh produk ini adalah bahan yg digunakan untuk kaca mata, lensa optik kamera, mikroskop, dan teleskop. Bahan kaca ini memiliki indeks bias yg berbeda dengan komposisi yang homogen. Bahan produk ini umumnya dibagi dua: crowns (indeks bias rendah) dan flint (mengandung oksida timbal (PbO) shg indeks bias tinggi).

Glass - Ceramics

Glass-ceramics (keramik kaca) adl jenis bahan keramik yg diproduksi dg konversi bahan kaca (glass) menjadi struktur poly-crystalline melalui heat treatment. Proporsi fasa crystalline pd produk akhir umumnya berkisar 90 – 98%, dg sisanya berupa bahan vitreous (seperti kaca) yg tidak terkonversi. Ukuran butir (grain size) biasanya antara 0.1 – 1.0 m, jauh lebih kecil dibandingkan ukuran keramik konvensional. Struktur mikro ini menjadikan glass-ceramics jauh lebih kuat (stronger) dibandingkan kaca. Dan biasanya tidak tembus cahaya (berwarna abu-abu atau putih).

Carbon

Carbon tersedia dalam dua jenis bentuk sebagai bahan teknik yg penting dan komersial: graphite dan diamond. Graphite digunakan pada aplikasi yang memerlukan daya tahan panas tinggi (refractory). Diamond digunakan pada aplikasi dimana kekerasan menjadi faktor terpenting (seperti cutting dan grinding tools).

Graphite

Graphite memiliki kandungan tinggi kristal karbon dalam bentuk layer. Ikatan antar atom di dalam layer berupa ikatan covalent sehingga berkekuatan tinggi, tetapi ikatan paralel antar layer berupa ikatan van der Waals yang lemah.

Dalam bentuk serat (fiber), graphite diorientasikan pada arah bidang hexagonal sehingga menghasilkan bahan filament yg memiliki kekuatan dan modulus elastisitas sangat tinggi. Graphite ini digunakan sebagai bahan composite, mulai dari raket tenis hingga komponen pesawat tempur. Graphite memiliki karakter tertentu pada suhu tinggi yang sangat berguna dan tidak biasa. Daya tahan terhadap thermal shock dan kekuatannya meningkat seiring dengan naiknya suhu. Kekuatan tarik pada suhu ruang sekitar 100 MPa, dan naik dua kali lipat pada suhu 2,500 ºC.

Diamond

Diamond memiliki struktur kristal kubus (cubic crystalline) dengan ikatan covalent antar atom, merupakan struktur tiga dimensi bukan layer seperti pada graphite. Sehingga memiliki kekerasan yang sangat tinggi. Diamond alami kristal tunggal (ditambang di Afrika Selatan) memiliki kekerasan 10,000 HV, sedangkan kekerasan diamond sintesis (polycrystalline) sekitar 7,000 HV.

Diamond digunakan sebagai pahat potong dan batu gerinda untuk memesin bahan yang keras dan getas, atau bahan yang sangat abrasive. Misalnya, pahat diamond digunakan untuk memotong keramik, fiberglass, dan hardened metals selain baja.

Diamond juga digunakan sebagai pahat dressing untuk menajamkan batu gerinda yg memiliki bahan abrasive lain seperti alumina dan silicon carbide.

Diamond juga memiliki kecenderungan teroksidasi dalam udara pada suhu sekitar 650 ºC.

Boron

Silicon adalah unsur semi-metal pada group yg sama dg aluminium di tabel periodic unsur.

Boron terkandung di kulit bumi hanya sekitar 0.001%, umumnya dalam bentuk mineral borax (Na2B4O7 – 10H2O) dan kernite (Na2B4O7 – 4H2O).

Boron bersifat ringan, semi-konduktor (konduktivitas berbeda tergantung suhu; bersifat insulator pada suhu rendah dan konduktor pada suhu tinggi), dan sangat kaku (modulus elastisitas tinggi) dalam bentuk serat.

Sebagai bahan industri, boron biasanya digunakan dalam bentuk senyawa. Misalnya, digunakan sebagai larutan pada proses nickel electroplating, sebagai unsur penyusun komposisi kaca tertentu (B2O3), katalis pada reaksi kimia organik, dan pahat potong cubic boron nitride (cBN). Serta dalam bentuk murni sebagai serat pada bahan composites.

Silicon

Silicon merupakan salah satu unsur terbesar terkandung dalam kulit bumi (sekitar 26%). Tersedia di alam sebagai senyawa kimia dengan unsur lain di dalam karang, pasir, lempung (clay), dan tanah; bukan dalam bentuk silicon dioksida (SiO2).

Sebagai unsur, Silicon memiliki struktur kristal mirip dengan diamond, tetapi kekerasan lebih rendah.

Silicon bersifat keras tetapi getas, ringan, tidak aktif secara kimiawi dalam suhu ruang, dan dikelompokkan sebagai semi-konduktor.

Jumlah terbesar silicon pada proses manufaktur adalah dalam senyawa keramik (SiO2 pada kaca dan silicates pada clay) dan sebagai unsur paduan pada paduan baja, aluminium dan tembaga. Juga digunakan sebagai zat reduksi pada proses metalurgi tertentu.

Silicon murni menjadi bahan utama pada proses manufaktur komponen semikonduktor elektronik. Mayoritas IC (integrated circuit) dibuat dari silicon.

Jenis Badan Keramik Menurut Kepadatan

1. Gerabah (Earthenware), dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000°C. Keramik jenis ini struktur dan teksturnya sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, paso, pot, anglo, kendi, gentong dan sebagainya termasuk keramik jenis gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya.

2. Keramik Batu (Stoneware), dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi (1200°-1300°C). Keramik jenis ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis termasuk kualitas golongan menengah.

3. Porselin (Porcelain), adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika. Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.

4. Keramik Baru (New Ceramic), adalah 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.

Peralatan dan BahanBadan keramik adalah bagian utama dalam pembuatan keramik dan bahan utamanya biasa disebut dengan bahan mentah keramik.Contoh bahan mentah keramik alam seperti kaolin, lempung, felspar, kuarsa, pyrophillit dan sebagainya.Sedangkan bahan keramik buatan seperti mullit, SiC, Borida, Nitrida, atau tumbuh-tumbuhan H3BO3 dan sebagainya.

Bahan mentah keramik digolongkan menjadi 5 (lima) yaitu :1. Bahan Pengikat Contoh : kaolin, ball clay, fire clay, red clay2. Bahan Pelebur Contoh : felspar, kapur3. Bahan Pengisi Contoh : silika, grog (samot)4. Bahan Tambahan Contoh : water glass, talk, pyrophillit5. Bahan Mentah Glasir. (Bahan yang membuat lapisan gelas pada permukaan benda keramik setelah melalui proses pembakaran pada suhu tertentu), diantaranya adalah :- bahan mengandung SiO2 – pasir kuarsa – lempung – felspar·- bahan mengandung oksida basa – potas felspar – batu kapur – soda abu·- Bahan mengandung Al2O3 – kaolin – felspar- Bahan tambahan Contoh :- bahan pewarna Contoh : senyawa cobalt, senyawa besi, senyawa nikel, senyawa chrom dan sebagainya.- bahan perekat Contoh : gum- bahan penutup Contoh  ksida sirkon, oksida seng- bahan pelebur Contoh : asam borat, borax, Na2CO3, K2CO3, BaCO3 ,Pb3O4 dan sebagainya. -- untuk bahan opacifer : SnO2, ZrO dan sebagainya -

Cara Pembuatan

Ada beberapan cara atau teknik pembuatan keramik, yaitu : a. Teknik coil (lilit pilin)b. Teknik tatap batu/pijat jaric. Teknik slab (lempengan)Cara pembentukan dengan tangan langsung seperti coil, lempengan atau pijat jari merupakan teknik pembentukan keramik tradisional yang bebas untuk membuat bentuk-bentuk yang diinginkan. Bentuknya tidak selalu simetris. Teknik ini sering dipakai oleh seniman atau para penggemar keramik.d. Teknik putarTeknik pembentukan dengan alat putar dapat menghasilkan banyak bentuk yang simetris (bulat, silindris) dan bervariasi. Cara pembentukan dengan teknik putar ini sering dipakai oleh para pengrajin di sentra-sentara keramik. Pengrajin keramik tradisional biasanya menggunakan alat putar tangan (hand wheel) atau alat putar kaki (kick wheel). Para pengrajin bekerja di atas alat putar dan menghasilkan bentuk-bentuk yang sama seperti gentong, guci dll

e. Teknik cetak eramkTeknik pembentukan dengan cetak dapat memproduksi barang dengan jumlah yang banyak dalam waktu relatif singkat dengan bentuk dan ukuran yang sama pula. Bahan cetakan yang biasa dipakai adalah berupa gips, seperti untuk cetakan berongga, cetakan padat, cetakan jigger maupun cetakan untuk dekorasi tempel. Cara ini digunakan pada pabrik-pabrik keramik dengan produksi massal, seperti alat alat rumah tangga piring, cangkir, mangkok gelas dllDisamping cara-cara pembentukan diatas, para pengrajin keramik tradisonal dapat membentuk keramik dengan teknik cetak pres, seperti yang dilakukan pengrajin genteng, tegel dinding maupun hiasan dinding dengan berbagai motif seperti binatang

Proses Pembuatan Keramik 

Tahap-tahap membuat keramik Ada beberapa tahapan proses yang harus dilakukan untuk membuat suatu produk keramik,yaitu:

1. Pengolahan bahanDidalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain  pengurangan ukuran butir,penyaringan pencampuran, pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air. Pengulian

2. PembentukanTahap pembentukan adalah tahap mengubah bongkahan badan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki. Ada tiga keteknikan utama dalam membentuk benda keramik:  pembentukan tangan langsung (handbuilding), teknik putar (throwing), dan teknik cetak (casting).

3. PengeringanSetelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuanutama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik.Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting: (1) Air pada lapisanantarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikelsaling bersentuhan dan penyusutan berhenti; (2) Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan(3) air yang terserap pada permukaan partikel hilang.

4. PembakaranPembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massayang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuahtungku/furnace suhu tinggi. Selama pembakaran, badan keramik mengalami beberapa reaksi-reaksi penting.

Pengglasiran merupakan tahap yang dilakukan sebelum dilakukan pembakaran glasir. Bendakeramik biskuit dilapisi glasir dengan cara dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas

Penggunaan Bahan KeramikBahan-bahan keramik dapat digunakan membuat berbagai komponen/produk sepertidibawah ini : 1. Keramik Konvensional

Keramik berstruktur Penggunaan : pot bunga, lantai dan dinding.

Keramik putihPenggunaan : peralatan meja makan (seperti piring, teko,

mangkuk), peralatan kamar mandi, perhiasan rumah.

2.  Keramik ModernKeramik Oksida

Contohnya: Mata pahat, Komponen mesin. Keramik Bukan Oksida

Contohnya ialah Turbin gas, Komponen mesin, Abrasif, Mata pahat

Keramik KompositContohnya ialah komponen mesin, mata pahat

Keramik KacaContohnya ialah untuk instrument bagian-bagian mekanik dalam kapalterbang.

Berbagai metode dikembangkan utk menambah kekuatan keramik dg meminimalkan cacat permukaan dan cacat internal:

a. Membuat bahan awal lebih seragam (uniform) b. Mengurangi ukuran butiran (grain) pada produk keramik polycrystalline. c. Meminimalkan porosity d. Memberi tagangan tekan (compressive) pada permukaan; misalnya dengan melapisi bahan yg memiliki muai panas rendah. e. Menggunakan fiber reinforcement f. Menerapkan perlakuan panas (heat treatment), seperti quenching pada alumina dari suhu sekitar daerah deformasi plastis untuk menambah kekuatan.

Metode meningkatkan kekuatan keramik

Kebanyakan bahan keramik lebih ringan dibanding logam dan lebih berat dari pada polymers.

Suhu cair (melting) lebih tinggi dibanding logam, dan beberapa keramik cenderung terurai dari pada mencair.

Daya hantar listrik dan panas lebih rendah dibanding logam; tetapi jarak nilainya sangat besar shg beberapa keramik digunakan sbg insulator, tetapi ada bebarapa yg digunakan sbg konduktor listrik.

Koefisien muai panas lebih rendah dibanding logam, tetapi lebih menimbulkan kerusakan krn sifat getasnya. Keramik dg muai panas relatif tinggi dan daya hantar panas rendah lebih mudah pecah akibat terbentuknya gradien suhu yg besar. Kerusakan ini disebut thermal shock atau thermal cracking.

SIFAT FISIK KERAMIK

PENUTUP

Keramik merupakan senyawa unsur logam dan bukan logam, kebanyakan keramik adalah isolator akan tetapi beberapa diantaranya memiliki sifat semikonduktivitas yang mempunyai nilai teknis.Polimer organik selalu melakukan cahaya bila tipis, keramik dapat tembus cahaya (gelasoptik) atau tidak tembus cahaya seperti spinel maknit. Keramik tahan terhadap tekanan akan tetapi tidak tahan gaya tarik. Gelas serat (fiberglass) mempunyai kekuatan tarik melebihi bajasehingga dapat digunakan sebagai penguat; sedang gelas sangat rapuh dan bahan yang mudah pecah sehingga perlu ditangani dengan hati-hati.Contoh-contoh tersebut diatas sangat terbatas akan tetapi menggambarkan bahwa bahan keramik mempunyai berbagai karakteristik. Berbagai jenis keramik memegang peranan berarti dalam penggunaan teknologi dan kebutuhan masyarakat. Akan tetapi keramik lebih rumit dibandingkan bahan lainnya oleh karena itu memerlukan pengenalan dan pengertian teknis yang lebih baik.