Keramik Porselen Feldspar sebagai Isolator Listrik

Keramik merupakan salah satu jenis material konstruksi yang berupa senyawa logam-oksida, nitrida, atau karbida. Keramik memiliki sifat yang keras, rapuh, dan tahan temperatur. Keramik memiliki banyak fungsi, mulai dari peralatan rumah tangga, gerabah, hingga superkonduktor. Salah satu fungsi dari keramik yang umum digunakan adalah sebagai isolator listrik. Aplikasi ini dikategorikan dalam advanced ceramics.

Gambar 1. Klasifikasi Aplikasi Keramik.(Callister, 2007)

Isolator listrik berfungsi sebagai pembatas antara dua penghantar yang memiliki perbedaan tegangan. Isolator merupakan tempat bertambatnya konduktor sekaligus melindungi dari perubahan kondisi lingkungan dalam waktu yang lama. Salah satu jenis keramik yang digunakan sebagai isolator adalah keramik porselen berbasis feldspar.Porselen dapat digunakan sebagai isolator listrik karena tidak terjadi difusi antar ion-ionnya. Selain itu, porselen mempunyai kekuatan mekanik dan ketahanan termal yang tinggi. Syarat yang harus dipenuhi porselen sebagai isolator adalah mengandung 10-20% kuarsa, 10-20% kristal multit, matrik gelas, dan sisa bahan baku yang masih tetap berupa kristal asal. Porselen merupakan campuran dari feldspar, lempung kaolit (Al2O3-2SiO2-2H2O), dan kuarsa (SiO2). Komposisi ini membuat porselen dalam sistem fasa [(K, Na)2O-Al2O3-SiO2].

Telah dilakukan percobaan pembuatan isolator listrik berbahan dasar keramik porselin oleh Indriani, Eva dan Umiati, Ngurah A. K. dengan bahan baku lokal: 68% feldspar, 10% kaolin, dan 22% kuarsa serta ditambahkan 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% (dari total massa bahan murni) cullet, serpihan kaca yang sangat kecil yang dapat menurunkan suhu sintering sehingga energi listrik dalam proses sintering dapat direduksi. Dalam proses pembuatan isolator listrik, dilakukan sintering pada suhu 1000oC, 1050 oC, 1100 oC, 1150 oC selama 2 jam. Percobaan dilakukan untuk menentukan kondisi optimum pembentukan isolator listrik dengan cara dilakukan uji-uji sebagai berikut: susut bakar, densitas, kuat patah, dan resitivitas bahan keramik porselen. Densitas merupakan suatu ukuran massa per unit volume, yang biasanya dinyatakan dalam gram/cm3. Kuat patah (bending strength) diukur dengan pengujian Triple Point Bending Strength dan menggunakan alat uji Universal Testing Machine (UTM). Resitivitas adalah besarnya tegangan yang diberikan terhadap luas penampang suatu bahan tertentu, dibagi dengan besarnya arus yang mengalir dan panjang bahan tersebut.

Prosedur pembuatan isolator listrik dari keramik berbasis porselen yang dilakukan oleh Indriani, Eva dan Umiati, Ngurah A. K. dapat dilihat pada gambar xx.

Berdasarkan percobaan yang dilakukan, didapat kesimpulan bahwa penambahan cullet dapat mempercepat proses pembentukan fasa gelas sehingga menurunkan temperatur sintering. Dari percobaan yang dilakukan juga dapat disimpulkan bahwa keramik porselen berbasis feldspar yang diperoleh memiliki sifat-sifat mendekati standar keramik sebagai isolator listrik, dengan hasil optimum didapat pada keramik yang diberi aditif cullet sebesar 15% dengan suhu sintering 1100oC, dengan sifat-sifat: susut bakar 9,70%, densitas 2,44 g/cm3, kuat patah 86,73 MPa, dan resitivitas 2,32 x 108 cm. Hasil percobaan juga menunjukkan bahwa dengan resitivitasnya keramik yang dihasilkan dapat digunakan sebagai isolator untuk tegangan rendah, yaitu tegangan < 1000 Volt.