KERAMIK

Nama: faisal akbar

No reg: 5315083439

Fakultas teknik jurusan teknik mesin

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

BAB I

PENDAHULUAN

Keramik adalah sejenis bahan yang telah lama di gunakan, yaitu sejak 4000

SM. Barang barang yang di buat dari keramik adalah pot bunga dan bata. Dalam

industri otomotive modern, keramik telah di gunakan sejak berpuluh-puluh tahun

yang lalu, yaitu untuk menghasilkan ignition park di dalam proses pembakaran

otomotif. Keramik juga berfungsi sebagai isolator listrik. Dewasa ini bahan keramik

menjadi bahan yang penting di dalam mesin. Karena sifatnya yang kuat dan dapat

merintangi kehausan pada temperatur yang tinggi sehingga bahan keramik ini baik

digunakan di dalam komponen otomotif otomotif seperti bahagian exzos, pelapis

silinder, katup dan turbo charge.

Keramik mengandungi beberapa unsur yang berlainan ukuran. Ikatan di antara

atom-atom bagi struktur ini adalah jenis kovalen yang melibatkan perkongsian

elektron, dan ionic yaitu ikatan dasar di antara ion-ion yang berlawanan. Kedua-dua

ikatan ini jauh lebih kuat dari pada ikatan logam. Dengan itu ada beberapa sifat

keramik yang lebih baik dari pada logam, terutamanya kekerasannya dan sifat

ketahanan panas dan listrik.

Struktur kristal keramik boleh di dapati dalam bentuk kristal tunggal atau

struktur polikristal yang mempunyai banyak bijian. Ukuran butiran sangat

mempengaruhi sifat-sifat keramik. Butiran yang berukuran kecil adalah lebih kuat

dan liat, dan dinamai keramik halus. Antara bahan mentah keramik yang tertua ialah

tanah liat yaitu keramik berbutiran halus yang berbentuk kepingan.

Perbedaan dan kelebihan diantara keramik dengan logam dan bahan polimer adalah

seperti berikut:

Keramik: Bahan bukan organic, kuat, tidak bertindak balas dengan bahan

kimia, titik cair tinggi.Logam: Bahan-bahan organic, kekerasan dan kekuatan

berbeda-beda, tidak stabil terhadap bahan kimia,

BAB II

SIFAT – SIFAT BAHAN KERAMIK

Sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis

keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional

seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, coba jatuhkan

piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, pasti keramik

mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama

jenis keramik hasil sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam.

sifat lainya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri

dari clay, flint dan feldfar tahan sampai dengan suhu 1200 C, keramik engineering

seperti keramik oksida mampu tahan sampai dengan suhu 2000 C. kekuatan tekan

tinggi, sifat ini merupakan salah satu faktor yang membuat penelitian tentang keramik

terus berkembang.

Sifat Mekanik

Keramik biasanya material yang kuat, dan keras dan juga tahan korosi. Sifat-sifat

ini bersama dengan kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi,

membuat keramik merupakan material struktural yang menarik.

Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk

patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Ini merupakan masalah khusus

bila bahan ini digunakan untuk aplikasi struktural. Dalam logam, elektron-elektron

yang terdelokalisasi memungkinkan atom-atomnya berubah-ubah tetangganya tanpa

semua ikatan dalam strukturnya putus. Hal inilah yang memungkinkan logam

terdeformasi di bawah pengaruh tekanan. Tapi, dalam keramik, karena kombinasi

ikatan ion dan kovalen, partikel-partikelnya tidak mudah bergeser. Keramiknya

dengan mudah putus bila gaya yang terlalu besar diterapkan.

Faktur 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 putus

yang 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 mulus penampakannya. 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.

Sifat Termal

Sifat termal penting bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansi

termal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan

untuk 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. Jadi

getaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya kuat

maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak pada

kisi kristalnya.

Hantaran panas dalam padatan melibatkan transfer energi antar atom-atom yang

bervibrasi. Vibrasi atom akan mempengaruhi gerakan atom-atom lain di tetangganya

dan hasilnya adalah gelombang yang bergerak dengan kecepatan cahaya yakni fonon.

Fonon bergerak dalam bahan sampai terhambur baik oleh interaksi fonon-fonon

maupun cacat kristal. Keramik amorf yang mengandung banyak cacat kristal

menyebabkan fonon selalu terhambur sehingga keramik merupakan konduktor panas

yang buruk. Mekanisme hantaran panas oleh elektron, yang dominan pada logam,

tidak dominan di keramik karena elektron di keramik sebagian besar terlokalisasi.

Contoh paling baik penggunaan keramik untuk insulasi panas adalah pada

pesawat ruang angkasa. Hampir semua permukaan pesawat tersebut dibungkus

keramik yang terbuat dari serat silika amorf. Titik leleh aluminium adalah 660 oC.

Ubin menjaga suhu tabung pesawat yang terbuat dari Al pada atau dibawah 175 oC,

walaupun eksterior pesawat mencapau 1400 oC

Sifat Listrik

Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi. Keramik dikenal sangat baik sebagai

isolator. Beberapa isolator keramik (seperti BaTiO3) dapat dipolarisasi dan digunakan

sebagai 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.

Sering pula digunakan bahan yang disebut dielektrik. Bahan ini adalah isolator

yang dapat dipolarisasi pada tingkat molekular. Material semacam ini digunakan

untuk menyimpan muatan listrik. Kekuatan dielektrik bahan adalah kemampuan

bahan tersebut untuk menyimpan elektron pada tegangan tinggi. Bila kapasitor dalam

keadaan bermuatan penuh, hampir tidak ada arus yang lewat. Namun dengan

tegangan tinggi dapat mengeksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Bila

hal ini terjadi arus mengalir dalam kapasitor, dan mungkin disertai dengan kerusakan

material karena meleleh, terbakar atau menguap. Medan listrik yang diperlukan untuk

menghasilkan kerusakan itu disebut kekuatan dielektrik. Beberapa keramik

mempunyai kekuatan dielektrik yang sangat besar.Porselain misalnya sampai 160

kV/cm. Sebagian besar hantaran listrik dalam padatan dilakukan oleh elektron. Di

logam, elektron penghantar dihamburkan oleh vibrasi termal meningkat dengan

kenaikan suhu, maka hambatan logam meningkat pula dengan kenaikan suhu.

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 akan

mempromosikan elektron ke pita konduksi, sehingga dalam keramik, konduktivitas

meningkat (hambatan menurun) dengan kenaikan suhu.

Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan. Sifat ini

merupakan bagian bahan "canggih" yang sering digunakan sebagai sensor. Dalam

bahan piezoelektrik, penerapan gaya atau tekanan dipermukaannya akan menginduksi

polarisasi dan akan terjadi medan listrik, jadi bahan tersebut mengubah tekanan

mekanis 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 banyak

aplikasi komersial, dari sensor zat kimia sampai generator daya listrik skala besar.

Salah satu teknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar. Kemampuan

penghantaran ion didasarkan kemampuan keramik tertentu untuk memungkinkan

anion oksigen bergerak, sementara pada waktu yang sama tetap berupa isolator.

Zirkonia, ZrO2, yang distabilkan dengan kalsia (CaO), adalah contoh padatan ionik.

Sifat Optik

Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, atau

dipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, dan

biasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang

transparan, seperti gelas, mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelas

terfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan

cahaya.

Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalah

polarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalah

distorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi,

sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya

panas.

Seperti dalam atom elektron-elektron dalam bahan berada dalam tingkat-tingkat

energi tertentu. Absorbsi energi menghasilkan perpindahan elektron dari tingkat dasar

ke tingkat tereksitasi. Ketika elektron kembali ke keadaan dasar disertai dengan

pemancaran radiasi elektromagnetik.

Dalam padatan elektron yang energinya tertinggi ada dalam orbital-orbital dalam

pita valensi dan orbital-orbital yang tidak terisi biasanya dalam pita konduksi. Gap

antara pita valensi dan pita konduksi disebut gap energi.

Range energi cahaya tampak 1,8 sampai 3,1 eV. Bahan dengan gap energi di

daerah ini akan mengabsorbsi energi yang berhubungan. Bahan itu akan tampak

transparan dan berwarna. Contohnya, gap energi CdS sekitar 2,4 eV dan

mengabsorbsi komponen cahaya biru dan violet dari sinar tampak. Tampak bahan

tersebut berwarna kuning-oranye.

Bahan dengan gap energi kurang dari 1,8 eV akan opaque, sebab semua cahaya

tampak akan diabsorbsi. Material dengan gap energi lebih besar 3,1 eV tidak akan

menyerap range sinar tampak dan akan tampak transparan dan tak berwarna. Cahaya

yang diemisikan dari transisi elektron dalam padatan disebut luminesensi. Bila terjadi

dalam selang waktu yang pendek disebut flouresensi, bila didalam selang waktu yang

lebih panjang disebut fosforisensi.

Cahaya yang ditransmisikan dari satu medium ke medium lain, misalnya dari

gelas ke air akan mengalami pembiasan. Pembelokan cahaya ini adalah akibat

perubahan kecepatan rambat yang asal mulanya dari polarisasi elektronik. Karena

polarisasi meningkat dengan naiknya ukuran atom. Gelas yang mengandung ion-ion

berat (seperti kristal timbal) memiliki indeks bias yang lebih besar dari gelas yang

mengandung atom-atom ringan (seperti gelas soda).

Hamburan cahaya internal dalam bahan yang sebenarnya transparan mungkin

dapat mengakibatkan bahan menjadi translusen atau opaque. Hamburan semacam ini

terjadi antara lain di batas butiran, batas fasa, dan pori-pori.

Banyak aplikasi memanfaatkan sifat optik bahan keramik ini. Transparansi gelas

membuatnya bermanfaat untuk jendela, lensa, filter, alat masak, alat lab, dan objek-

objek seni. Pengubahan antara cahaya dan listrik adalah dasar penggunaan bahan

semikonduktor seperti GaAs dalam laser dan meluasnya penggunaan LED dalam

alat-alat elektronik. Keramik fluoresensi dan fosforisensi digunakan dalam lampu-

lampu listrik dan layar-layar tv. Akhirnya serat optik mentransmisikan percakapan

telepon dan data komputer yang didasarkan atas refleksi internal total sinyal cahaya.

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 0C, permukaannya menjadi bersifat asam

atau bersifat basa. Alumina , zeolit, lempung asam atau S2O2 – TiO2 demikian juga

berbagai oksida biner dipakai sebagai katalis, yang memanfaatkan aksi katalitik dari

titik bersifat asam dan basa pada permukaan.

Kehandalan

Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkannya digunakan untuk

berbagai aplikasi termasuk :

kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah.

Tahan korosi

Sifat listriknya dapat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan

superkonduktor

Sifatnya dapat magnetik dan non-magnetik

Keras dan kuat, namun rapuh.

BAB III

PENUTUP

Keramik merupakan suatu kesenian dan sains membuat dan menggunakan hasil

padat yang terdiri daripada atau sebahagian besar komponennya adalah bahan tak

organik (porselin, lempung, semen, kaca, feroelektrik, superkonduktor dan

sebagainya). Keramik tradisional adalah keramik yang berdasarkan lempung.

Keramik modern adalah keramik yang mempunyai sifat-sifat fisik, mekanik, kimia

dan listrik yang istimewa. Bahan keramik tradisional adalah tembikar, lempung,

semen, refraktori dan berbagai hasil berkaitan dengan silikat. Bahan keramik modern

terdiri daripada keramik oksida (Al2O3, ZrO2, TiO2, BaTiO2, dan sebagainya) dan

keramik bukan oksida (Si3N4, TiN,SiC,B4C dan sebagainya).

BAB IV

DAFTAR PUSTAKA

Daftar Pustaka.

De Garmo, Paul. E. et al. (1997). Material and Process in Manufacturing. New York

10002, Mac Millan Publishing Company 866 Third Avenue, New York.

Kingon, A.I and Peterson, A.W. (1988). Developments in Engineering Ceramics.

Current Issues in Engineering Ceramic Development.

Mohd.Azrone Sarabatin. (2000). USM Cipta Tulang Seramik. Berita harian,

Pendidikan.

Van Vlack, H.Lawrence. (1991). Seramik Fizik Untuk Jurutera. Dewan Bahasa dan

Pustaka Kementrian Pendidikan Malaysia Kuala Lumpur dan Penerbit Universiti

Sains Malaysia Pulau Pinang.