Tugas Keramik Final

7/25/2019 Tugas Keramik Final

1/15

A. PENGERTIAN

Pengetahuan dan seni menggunakan dan membuat benda

padat dari bahan anorganik non metalik dikenal sebagai keramik.

Kata keramik berasal dari kata Yunani keramos yang artinya seni

dan pengetahuan membuat dan menggunakan bahan padat

yang dibentuk dengan aksi panas dari bahan baku tanah (earthy

raw materials). Dari pengertian keramik diatas, yang termasuk

didalamnya tidak hanya bahan-bahan seperti gerabah, porselen,

semen dan gelas, akan tetapi termasuk juga magnet non metal,

feroelektrik, bahan kristal tunggal, superkonduktor dan bahan

lain yang akan ditemukan pada saat mendatang. Karena ariasi

jenis bahan keramik banyak, maka dapat dibuat produk-produk

keramik yang banyak pula ariasinya. Dari ukuran mikroskopik

whisker, magnet yang tipis, substrat !hips hingga ukuran dalam

orde ton seperti blok-blok bahan tahan panas (refra!tory) tungku,

demikian juga bahan transparan yang tidak berporositas seperti

kristal gelas.

"enis ikatan yang dominan (ion dan koalen) dan struktur

internal (kristalin atau amorf) mempengaruhi bahan-bahan

keramik. #mumnya senyawa keramik lebih stabil dalam

lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. $ahan

baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball !lay,

kuarsa, kaolin, dan air. %ifat keramik sangat ditentukan oleh

struktur kristal, komposisi kimia, dan mineral. &leh karena itu

sifat keramik juga tergantung lingkungan geologi dimana bahan

diperoleh. %e!ara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit

elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas pada

keramik membuat sebagian besar bahan keramik se!ara

kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi

konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai


2/15

sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik se!ara umum mempunyai

kekuatan tekan lebih baik dibanding dengan kekuatan tariknya.

Dari pandangan sejarah perkembangannya, keramik dapatdikelompokkan menjadi dua kelompok besar, yaitu keramik

tradisional dan keramik baru.

Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan

menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll.

Keramik ini merupakan hasil produk silikat, produk

lempung (clay),semen, dan gelas silikat. $ahan yang juga

termasuk keramik ini adalah ' barang pe!ah belah

(dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan

untuk industri (refactroy).

Keramik $aru

Fine Ceramics(keramik modern atau bisa disebut keramik

teknik, advanced ceramic, engineering ceramic) adalah

keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida

logam atau logam, seperti ' oksida logam (l&*, +r&,

g&, dll). Penggunaannya ' semikonduktor, elemen

pemanas, komponen turbin, dan pada bidang medis.

Keramik modern mempunyai keunikan atau sifat yang

menonjol yang tahan terhadap temperatur tinggi, sifat

mekanis yang lebih baik, sifat listrik yang spesik, tahan

terhadap bahan kimiawi, menjadikan keramik menjadi

berkembang.

%alah satu pengaplikasian keramik adalah bahan !erami!

matri !omposite (//) yang merupakan bagian dari material

komposit. // merupakan material fasa dengan fasa pertama

berfungsi sebagai reinfor!ement dan fasa kedua sebagai matriks,

dimana matriksnya terbuat dari keramik. // yang paling umum

digunakan adalah /0/, /0%i/, %i/0%i/ dan l&*0 l&* dan

mempunyai sifat yang berbeda dari keramik konensional.


3/15

1erdapat beberapa tipe dari // diantaranya adalah /0/, /0%i/,

%i/0%i/, l&*0 l&*dan &0&.

Klasikasi // didasarkan pada kombinasi ber dan

material matri penyusunnya. %ebagai !ontoh /0/ adalah bahan

keramik yang terdiri dari carbon-bre-reinforced carbon

(!arbon0!arbon), atau /0%i/ terdiri dari carbon-bre-reinforced

silicon carbide. 2iber !arbon (/), sili!on !arbide (%i/), alumina

(l&*) dan mullite (l&*-%i&) adalah ber yang umum

digunakan untuk //.

B. Sifat Ceramic Matrix Composite

Keramik memiliki sifat kimia, mekanik, sika, dan panas

yang berbeda dari material lain seperti logam dan plastik.

3ndustri keramik merubah sifat keramik dengan !ara mengontrol

jenis dan jumlah material yang digunakan untuk pembuatan

keramik tertentu.

a) %ifat Kimia

aterial // sangat stabil terhadap korosi jikadibandingkan bahan logam. %ifat kimia keramik sangat

dipengaruhi ber dan matri penyusunnya. 1eknik pembuatan

// sangat berpengaruh terhadap sifat ketahanan keramik

terhadap korosi. Dengan impuritas yang rendah dan perhitungan

stoikiometri yang tepat akan mendapatkan material // yang

lebih kuat terhadap korosi.

Keramik biasanya tidak bereaksi dengan sebagian besar!airan, gas, alkali dan asam. "enis-jenis keramik memiliki titik

leleh yang tinggi dan beberapa diantaranya masih dapat

digunakan pada temperatur mendekati titik lelehnya. Keramik

juga stabil dalam waktu yang lama.

b) %ifat ekanik


4/15

3katan keramik sangat kuat, dapat dilihat dari kekakuan

ikatan dengan mengukur kemampuan keramik menahan tekanan

dan kelengkungan. Bend Strength atau jumlah tekanan yang

diperlukan untuk melengkungkan benda biasanya digunakan

untuk menentukan kekuatan keramik. %alah satu keramik yang

keras adalah +ir!onium dioide yang memiliki bend strength

mendekati senyawa besi. +ir!onias (+r&) mampu

mempertahankan kekuatannya hingga temperatur 455o/

(678o2), dan bahkan silikon !arbida dan silikon nitrida dapat

mempertahankan kekuatannya pada temperatur diatas 6955o/

(88o2). "umlah rasio ber dan matri yang digunakan dalam

pembuatan // juga akan mempengaruhi sifat mekanik dari

// sendiri.

$eberapa sifat mekanik dari /erami! atri /omposite (//) '

1abel 6. aterial Properties $eberapa 1ipe //

/:3-%i/0%i/ mempunyai sifat mekanik yang lebih bagus

dibandingkan material // lainnya. Comressive strengthpada

tabel lebih rendah dari keramik konensional, dimana keramik

konensional mempunyai !ompressie strength di atas 555

Pa. ;al ini disebabkan pengaruh porositas pada keramik.


5/15

1abel . aterial Properties $eberapa 1ipe //

Dari tabel dapat dilihat material // /0%i/ lebih unggul

daripada // lainnya. %ebagian besar keramik adalah ikatan dari

karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam

ringan dan semilogam. ;al ini menyebabkan keramik biasanya

memiliki densitas yang ke!il. %ebagian keramik yang ringan

mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras

juga tahan terhadap gesekan.

%ifat // berdasarkan sifat tarik dan tekukan '


6/15

1abel *. aterial Properties $eberapa 1ipe //


7/15

pemilihan ber juga disesuaikan pada suhu yang akan digunakan

suatu bahan.

!) %ifat Panas

%ebagian besar // memiliki titik leleh yang tinggi, artinya

walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat

bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan

tinggi. kan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-

tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada

perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik

pe!ah. %ilikon karbida dan silikon nitrida lebih dapat bertahan

dari kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tinggi

daripada keramik-keramik lain. &leh karena itu material ini !o!ok

digunakan pada bagian-bagian mesin seperti rotor pada turbin

dalam mesin jet yang memiliki ariasi perubahan temperatur

yang ekstrim.

C. Proses Pembuatan Keramik Inustri !

Proses pembuatan // terdiri dari * langkah

Aangkah pertama dalam pembuatan // yaitu '

". Pemilihan ber yang sesuai dengan sifat bahan yang

diinginkan#. Pemilihan material matri$. Pemrosesan dengan mesin dan jika dibutuhkan perlakuan

lebih lanjut dilakukan seperti pelapisan (!oating) atau

impregnasi.

#ntuk mendapatkan sifat ketahanan panas yang tinggi, //

dibuat pada 69B@/. 1emperatur ini dibutuhkan lebih karena

ketahanan erosi dan bahan dapat digunakan lebih lama

(durability) dalam penggunaan.

Aangkah kedua, adalah mengisikan matri keramik di dalam ber

'


8/15

6. Deposisi !ampuran gas. Pyrolisis dari pre-!erami! polimer*. Ceaksi kimia dari elemen9. %intering pada range suhu 6555-655/

8. >le!trophoreti! deposisi dari bubuk keramik

Aangkah ketiga adalah ma!hining- grinding, drilling, lapping atau

milling dengan peralatan diamond. // juga dapat diproses

dengan water jet, laser atau ultrasonik ma!hining.

%. AP&IKASIaterial // dapat mengatasi beberapa kelemahan dari keramik

konensional seperti kerapuhan dan mudah patah serta dapatmengatasi beberapa kelemahan sifat bahan lain. aka dari itu

pengaplikasian keramik digunakan terutama pada pengaplikasian

yang membutuhkan temparatur tinggi dan korosi. Pengaplikasian

yang telah dikembangkan menggunakan // adalah '".'Pesa(at &uar An)kasa


9/15

uatan yang dibawa lebih besar karena pesawat

lebih ringan

$ahan keramik memungkinkan pesawat dapat

digunakan lebih lama dari bahan lain Aebih mudah mengendalikan pesawat karena

kerusakan pesawat dapat diminimalisir#.'Turbin B*ae Paa Pesa(at

"ika dibandingkan dengan bahan logam, // lebih memiliki

sifat ketahanan terhadap temperatur tinggi serta lebih

tahan terhadap korosi. Penggunaan bahan keramik dalam

turbin juga mempunyai kelebihan karena // mempunyai

berat yang lebih ringan dibanding dengan bahan logam

sehingga akan membuat gaya angkat pesawat lebih ringan.

;al ini akan membuat esiensi penggunaan bahan bakar

hingga men!apai 95E.


10/15

%etelah diujikan terhadap temperatur dengan kemampuan

umur yang dapat di!apai blade bertahan dalam kondisi

baik pada tekanan udara 65 Pa didapatkan hasil '

C%>P

*=* mempunyai lifetime tertinggi yang mampu bertahan

selama 6555 jam. // dengan kode %>P/C$&3F 855

mempunyai lifetime terendah kurang dari 655 jam."adi dapat disimpulkan baling-baling0blade berbahan //

mempunyai kemampuan ketahanan suhu 69B@/. $ahan

yang digunakan untuk turbin aerospa!e saat ini adalah

bahan metal. $ahan dari // ini juga membutuhkan energi

pendinginan yang lebih sedikit jika dibandingkan bahan

metal. aterial // dapat beroperasi diatas 655-685@/

lebih tinggi jika dibandingkan bahan metal. Karena


11/15

ketahanannya terhadap suhu tinggi dan kebutuhan energi

pendinginan lebih sedikit maka desain pesawat

menggunakan keramik lebih esien. aka pemilihan bahan

// untuk pengganti turbin pesawat berbahan

logam0superalloy sangat direkomendasikan

$.'Komposit Matrik Keramik untuk Gas Turbin

2abrikasi komposit matriks keramik ini, bentuknya meniru

dengan bentuk turbin gas yang sudah ada, karena disini hanya

dimaksudkan untuk mengganti bahan materialnya, bukan untuk

mendesign bentuk turbin yang lebih esien.Pengembangan bahan suhu tinggi selama empat puluh tahun

terakhir telah menjadi salah satu faktor kun!i yang bertanggung

jawab untuk perbaikan kinerja gas turbin. $ahan yang digunakan

saat ini adalah paduan nikel dan kobalt, yang dalam banyak

kasus bisa digunakan pada suhu sampai G6655o/, lebih ke!il

85o/ dari temperatur leleh. kibatnya, ada kebutuhan yang

serius untuk mengembangkan bahan yang dapat digunakan

pada suhu yang lebih tinggi dari G 6655o/.

Keramik adalah bahan tahan api yang dengan demikian

memungkinkan untuk diaplikasikan pada turbin gas. Keramik

monolitis, seperti %i/ dan %i*9, telah ada selama lebih dari 95

tahun tapi belum bisa diaplikasikan dalam gas turbin karena

mereka tidak terlalu tahan terhadap tekanan dan bisa

mengalami retakan serempak. Komposit matriks keramik,

terutama yang diperkuat dengan serat, mengurangi toleransi

kerusakan dan dengan demikian memungkinkan untuk

diaplikasikan untuk turbin gas.Dua kelas // yang !ukup !o!ok untuk aplikasi dalam suhu

tinggi adalah oksida serat komposit matriks, disebut oksida 0

oksida komposit, dan komposit matrik silikon karbida diperkuat

serat silikon, disebut %i/ 0 %i/ komposit. &ksida 0 oksida

komposit terbatas pada suhu G 6655o/ karena kurangnya

ketersediaan serat oksida yang tahan suhu tinggi. %elain itu,

karena konduktiitas termal rendah dan koesien ekspansi


12/15

termal yang tinggi, oksida-oksida komposit ketika terkena

kejutan termal rentan untuk retak, yang jelas tidak memenuhi

persyaratan utama untuk aplikasi di bagian panas turbin gas.

%ebaliknya, %i/ 0 %i/ komposit lebih memungkinkan untuk

aplikasi suhu tinggi karena ketersediaan serat yang tahan suhu

tinggi dan %i/ lebih tahan kejutan termal.%elama lebih dari 65 tahun, telah dikembangkan melt inltrated

%i/ 0 %i/ komposit. Komposit ini dibuat oleh inltrasi lelehan

silikon menjadi bentuk yang baru yaitu serat silikon yang

terlapisi $ yang tertanam dalam matriks %i/ dan 0 atau karbon.

Pada saat inltrasi (perembesan), silikon bereaksi dengan karbon

membentuk silikon karbida, dan pori-pori yang tersisa diisi

dengan silikon menghasilkan komposit dengan silikon-silikon

karbida matriks dan serat silikon karbida dilapisi $. %erat yang

terlapisi $ memberikan toleransi kerusakan pada komposit.elt 3nltrated (3) %i/ 0 %i/ komposit sangat menarik untuk

aplikasi turbin gas karena konduktiitas termal tinggi, termal

resistensi sho!k yang baik, tahan terhadap pemuluran, dan

tahan oksidasi dibandingkan dengan // lainnya.Pengujian dilakukan dengan alat yang diperlihatkan seperti

gambar dibawah '


13/15


14/15

%A+TAR P,STAKA

lain Aa!ombe, Patri!k %priet, lain llaria, >ri! $ouillon, 0%/>0;%0%/ %tru!tures, %tru!tural Dynami!s,and aterials /onferen!eIbrJ6=th 9 - = ay 554, Palm%prings, /alifornia

Daniel Dragomir-%tan!iu, /ear &prisan, dgar Dutra +anotto. M $right 2uture for lla urkumala, nggri $ani Cika. -Komposit atrik Keramik

#ntuk 3ndustri


15/15

;iroaki ;asegawa ,Yoshiaki 1sukamoto, 1adayuki;anada.HCesear!h on ppli!ation of /erami! 1urbine to "et>ngineH. 3/% 55 /&%%

!. B. "in, D. A. ;arris, ". . 1ing.Hdan!es in /erami! atri/omposite $lade Damping /hara!teristi!s for erospa!e1urboma!hinery ppli!ationsH. 8nd30%>0%/>0;%0%/ %tru!tures, %tru!tural Dynami!sand aterials /onferen!eI$CJ 64th 9 - = pril 566,Dener, /olorado

akamura takeshi , &ka takashi , 3manari kuniyuki, %hinoharaken-i!hi, 3shiaki masato.HDeelopment of // 1urbineParts for ero >nginesH .

Tugas Keramik Final

Documents

Transcript of Tugas Keramik Final