MAKALAH
MATERIAL TEKNIK
KERAMIK
NAMA : HENGKI RAHMAN
NPM : 20408429
KELAS : 2 IC 02
FAKULTAS / JURUSAN : Teknologi Industri / Teknik Mesin
JENJANG : S1
UNIVERSITAS GUNADARMA
2010
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kita haturkan kehadirat Allah SWT , karena berkat rahmatnya penulis dapat menyusun dan menyelesaikan makalah Material Teknik dengan baik dan sesuai dengan prosedur penulisan.
Makalah ini disusun sebagai salah satu syarat penilaian dalam proses perkuliahan mata kuliah Material Teknik, dimana mata kuliah ini dianggap sebagai mata kuliah softskill. Dengan harapan agar makalah ini bisa dijadikan acuan bagi pembaca untuk menambah pengetahuan teknik, khususnya mahasiswa teknik mesin.
Penulis mengakui banyaknya kekurangan dalam penyusunan makalah ini , untuk itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari para pembaca agar penulis dapat menyempurnakan penulisan makalah ini.
Penulis
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran.
Kamus dan ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat.
Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan
Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya.
BAB II
KLASIFIKASI KERAMIK
2.1 Macam-macam keramik
Pada prinsipnya keramik terbagi atas:
Keramik tradisional
Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory).
Keramik halus
Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO,dll). Penggunaannya: elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis.
2.2 Sifat 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.
2.3 Bahan-bahan Keramik
Mineral:
- Ambligonit | - Dolomit (CaMg(CO3)2) |
- Andalusit (Al2O3.SiO2) | - Felspar |
- Anhidrit (CaSo4) | - Florspar |
- Apatit | - Halosit (Al2O3.2SiO2.xH2O) |
- Badeleyit | - Nephelin (K2O.3Na2O.4Al2O3.9SiO2) |
- Bola lempung (Ball Clay) | - Nephelin sienit |
- Barit (BaSO4) | - Potas (K2O) |
- Bauksit | - Piropilit (Al2O3.4SiO2.H2O) |
- Bentonit (Al2O3.5SiO2.7H2O) | - Rutil (TiO2) |
- Beril (3BeO.Al2O3) | - Silimanit (Al2O3.SiO2) |
- Lempung (clay) | - Talek (3MgO.SiO2.H2O) |
- Kaolin (Al2O3.2SiO2.2H2O) | - Wolastonit (CaSiO3) |
- Diatomit | - Zeolit |
Oksida Sederhana
- Alumina (Al2O3) | - Hafnium Oksida |
- Besi Oksida (Fe2O4) | - Aluminium Titanat (Al2O3.TiO2) |
- Antimoni Oksida | - Timbel Oksida |
- Barium Ferit | - Timbel Titanat |
- Barium Titanat | - Lithium Oksida |
- Berilium Oksida | - Magnesium Oksida |
- Bismut Oksida | - Silikon Oksida |
- Thorium Oksida | - Kalsium Titanat (batu gamping) |
- Kalsium Oksida | - Timah Oksida |
- Kromium Oksida | - Titanium Oksida |
- Germanium Oksida | |
Oksida Komplek dan Silikat
- Kalsium Aluminat Semen | - Kordirit (2MgO.2Al2O3.5SiO2) |
- Natrium Silikat (Na2O.xSiO2) | - Natrium Fosfat (Na4P2O7 = sodium fosfat) |
- Forsterit (2MgO.SiO2) | - Spinel (MgO.Al2O3) |
- Hidrosiapatit (Ca(PO4)3OH) | - Spodumen (Li2O.Al2O3.4SiO2) |
- Magnesium Fosfat (Mg2P2O8) | - Keramik Superkonduktor (YBa2Cu3O7) |
- Mulit (3Al2O3.2SiO2) | - Strontium Titanat (SrTiO3) |
Non Oksida (Karbida, Nitrida, Borida, logam senyawa (intermetallics) dll)
· Boron karbida (B4C)
· Kromium Karbida (Cr23C6, Cr7C3, Cr3C2)
· Silikon Karbida (SiC)
· Titanium Karbida (TiC)
· Aluminium Nitrida (AlN)
· Boron Nitrida (BN)
· Silikon Nitrida (Si3N4)
· Sialon (Si3N4.Al2O3.AlN)
· Titanium Borida (TiB2)
Penambah (additives)
- Antimoni Sulfat (Sb2S3) | - Tembaga Oksida (Cu2O, CuO) |
- Arsenik Oksida (As2O3) | - Deflokulan (dispersants) |
- Pengikat (binders) | - Pelumas (lubricants) |
- Serium Oksida (CeO2) | - Mangan Oksida (MnO) |
- Asam Sitrat (C6H8O7) | - Polietilin Glikol |
- Tembaga Karbonat (CuCo3.Cu(OH)2) | - Natrium Karbonat (Na2CO3, abu soda) |
- Kobalt Oksida (Co2O3, CoO) | |
Lain-lain
- Barium karbonat (BaCO3) | - Enamel gelas |
- Barium Aluminat (3BaO.Al2O3) | - Timbel Karbonat (2PbCO3.Pb(OH)2) |
- Glasur | - Abu Tulang (4Ca3(PO4)2.CaCO3) |
- Grog | - Gipsum (CaSO4.0,5H2O) |
- Frit | - Litium Karbonat (Li2CO3) |
- Flin (SiO2) | - Magnesium Karbonat (MgCO3) |
- Fluk | - Sriolit (Na3AlF6) |
2.4 Bahan baku Keramik
Bahan
Serbuk Keramik Silikat
Efek Domino pada Pemrosesan Keramik.Sesuai dengan sifat alami keramik, bahan
Mineralogi Keramik
Keramik secara tradisional berdasar pada mineral oksida, atau mineral-mineral lain dimana dapat berubah menjadi oksida-oksida luluh, seperti hidroksida, karbonat, sulfida, halida, phospatat dll. Mineral-mineral ini merupakan gabungan dari sebagian besar unsur yang ada dipermukaan bumi ini. Bagaimanapun juga, berkenaan dengan keunggulan oksigen dalam kerak bumi, hampir setengah unsur yang telah dikenali terjadi secara normal sebagai oksida, biasanya oksida kompleks seperti silikat. Struktur silikat meliputi sejumlah besar unsur-unsur dalam tabel periodik. Jadi, kita dapat secara nyata mengatakan bahwa “ separo dari dunia ini adalah keramik…”
Deret unsur-unsur relatif besar dimana sering terdapat dalam keramik meliputi: O, Al, Si, Ca, Mg, Ti, Na, K. Hal ini menarik untuk dicatat, bahwa beberapa keramik penting menunjukkan konsentrasi yang agak tinggi pada air laut. Sungguh, sebagian besar MgO dengan kemurnian tinggi (suatu bahan tahan api yang penting) sekarang ini disediakan dari air laut. Bagaimanapun juga, sebagian besar mineral penting dalam keramik berasal dari transformasi batu beku dari perapian (igneous rock), seperti halnya granit atau basal dimana kristal terbentuk dari magma (siapa tahu lumpur lapindo merupakan bahan
Silika, oksida yang relatif besar di Bumi (62% berat dari kerak kontinental Bumi) adalah dasar dari klasifikasi ini. Batu dengan proporsi SiO2 yang tinggi (dan biasanya mengandung alumina yang tingi – dimana merupakan komponen kedua terbesar di kerak Bumi, mengandung 16% berat) dikenal dengan nama asidik (acidic), dan dengan silika rendah (dan biasanya mengandung magnesia yang tinggi {[3,1% dari kerak bumi] dan/atau kalsia [5,7% dari kerak bumi]): didefinisikan sebagai dasar. Alumina agak tidak umum dalam batuan dasar, dan sebaliknya: magnesia adalah tidak umum dalam batuan asidik. Hal ini sangat menguntungkan untuk produksi bahan tahan api khususnya: kontaminasi silang dari batuan dasar dan asidik akan menyebabkan kehilangan ketahanan api yang signifikan, yaitu secara signifikan menurunkan titik lebur yang mengkontaminasi bahan. Kristalisasi dari batuan beku dari perapian menjadikan formasi dari silikat dan mineral-mineral lain penting dalam pemrosesan keramik. Istimewanya, hal ini dipercaya dimana kerusakan dari beberapa silikat, diikuti dengan sedimentasi, membentuk formasi mineral tanah liat.
Bahan
Mineral Formula Kimia Ideal
Kaolinit Al2(Si2O5)(OH)4
Halosit Al2(Si2O5)(OH)4 2H2O
Piropillit Al2(Si2O5)2(OH)2
Monmorilonit (Al1,67 Na0,33 Mg0,33)(Si2O5)2(OH)2
Mika Al2K(Si1.5Al0,5)2 (OH)2
Ilit Al2-xMgxK-1-x-y(Si1,5-yAl0.5+YO5)2(OH)2
Pemrosesan Mineral
Teknik modern dan keramik unggul membutuhkan serbuk kemurnian tinggi dimana akan sangat menguntungkan dan mempunyai karakteristik tertentu (keuntungan dijabarkan dalam seluruh proses penggilingan (milling) dan klasifikasi prosedur serbuk keramik). Salah satu kemungkinan klasifikasi dari bahan
Mineral mentah (crude minerals): tanah liat (gerabah, ubin, bola, bentonit), serpihan, bauksit mentah, kianit mentah.
Mineral Industri: bola lempung dimurnikan, kaolin, bentonit dimurnikan, piropilit, talek, feldspar, nepelin syenit, wolastonit, spodumen, pasir kaca, batu api tembikar (potter’s flint), kianit, bauksit, sirkon, rutil, bijih krom, kaolin kalsinasi, dolomit, dan banyak lagi yang lain
Industri Kimia: alumina kalsinasi (dari proses Bayer), magnesia kalsinasi (dari air laut), alumina fusi, magnesia fusi, silikon karbida (proses Acheson), abu soda, barium karbonat, titania, titaniat kalsinasi, oksida besi, ferit kalsinasi, sirkonia kalsinasi stabil, pigmen sirkonia, pigmen sirkon kalsinasi.
Operasi peremukan dan penggerindaan awal pada deposit mineral ditujukan membebaskan komponen yang tidak dikehendaki (ketidak-murnian, organik) dengan menempatkan dan/atau pemisahan magnetik, dan pengumpulan partikel-halus mineral murni (misal lempung) dengan pengambangan (floating). Secara alami, lempung hasil proses mempunyai variasi yang lebar dalam komposisi dan ukuran partikel, tergantung pada lokasi dan pemrosesan mineral. Sebagai contoh, salah satu pencemar yang paling tidak dikehendaki dalam kaolin adalah oksida besi, dimana akan secara efektif menghitamkan barang yang putih. Kaolin
Mineral Keramik dalam Porselin
Suatu contoh yang bagus penggunaan mineral mentah dan industri adalah porselin. Hal ini biasanya mengacu pada apa yang disebut “porselin tiga sumbu (triaxial porcelains), sebagaimana mengandung tiga komponen utama (lempung, feldspar, dan pasir silika) diplot diantara diagram komposional segitiga. Bola lempung biasanya digabungkan dengan kaolin (~50/50 berat) untuk memberikan “substansi lempung” dari badan porselin tiga sumbu. Dua komponen lain dari porselin meliputi feldspar (fluks) dan kuarsa (pengisi). Meskipun komposisi bermacam-macam porselin sangat luas variasinya, petunjuk praktis (rule of thumb) komposisi adalah sekitar 40% berat untuk lampung dan pasir kaca, dan sisanya 20% berat untuk fluks feldspar.
2.5 Serbuk Keramik Maju
Serbuk Keramik Maju: Proses Bayer untuk alumina
Proses ini berdasarkan pada reaksi dapat balik (reversible) dari aluminium hidroksida dengan sodium hidroksida. Serbuk alumina menunjukkan ~ 10% dari industri pemrosesan aluminium. Bahan
Hasil kalsinasi hidroksida yang berasal dari proses Bayer adalah sulit, pengumpalan dengan densitas rendah dari alumina. Penguraian yang luas dan penurunan ukuran partikel ke ukuran mikron (penggilingan) diperlukan untuk membuat serbuk ini bermanfaat untuk pemrosesan keramik maju. Sebagai akibatnya alumina dikelompokkan berdasar ukuran partikel dan kandungan ketidak-murnian sodium oksida. Serbuk “reaktif” mempunyai rata-rata ukuran partikel dibawah 0,5 mm dan 0,2 – 0,4 % berat Na2O (kemurnian rendah) atau kurang dari 0,05 % berat Na2O (kemurnian tinggi). Untuk bahan tahan api, tingkat alumina biasanya lebih kasar (beberapa mm atau lebih besar). Kemurnian kimiawi dari serbuk berdampak pada kemampuan disinter dan ketahanan listrik maupun korosi dari alumina pada temperatur tinggi.
Serbuk Keramik Maju: Sirkonia dari Pasir Sirkon
Pasir sirkon (ZrSiO4) adalah suatu bijih sirkonia biasa, ditambang pada skala besar di Brasil dan
PLZT (Timbel-Lantanum-Zirkonat-Titanat) Pizoelektrik Serbuk Keramik
Proses ini memberikan contoh penggunaan metode ko-presipitasi untuk mendapatkan suatu campuran oksida homogen (atau hidroksida) meskipun sebelum dimulai penyinteran. Dalam bentuk sederhana, ko-presipitasi mengandalkan pelarutan garam (sejenis klorida atau nitrida, Pb, L, Zr, dan Ti) dari komponen oksida dalam air, diikuti dengan perubahan pH yang cepat (misal selama penambahan amoniak) untuk menguraikan hidroksida. Pencucian berulang biasanya diikuti presipitasi dari serbuk keramik dari larutan (Cl-, NO3- dll, harus dihilangkan dari sistem). Kalsinasi, yaitu perlakuan panas untuk menguraikan hidroksida menjadi oksida. Teknik presipitasi secara kimia sering digunakan untuk menghasilkan serbuk keramik kemurnian tinggi dan aktifitas tinggi dengan karakteristik berikut:
- T, p, dan/atau variasi komposisi dapat digunakan untuk mencapai batas kelarutan dari bahan presipitasi, dan diperbolehkan mengontrol larutan-kemurnian-penambahan (doping)-presipitasi
- Pola dari pengintian (nucleation) dan pertumbuhan menentukan bentuk dan komposisi dari partikel yang terurai
- Pemisahan dari proses pengintian dari proses pertumbuhan memungkinkan mengontrol distribusi ukuran partikel
- Ko-presipitasi dari ion-ganda garam (misal PLZT) memungkinkan bahan menjadi homogen pada tahapan awal (temperatur rendah) pemrosesan.
Dalam rangka menghindari pemisahan kembali dari fase-fase yang berhubungan dengan pembersihan pelarut (untuk menjaga homogenitas pada tingkat molekul dari sistem komponen ganda), suatu rute sol-gel diutamakan. Dalam metode sol-gel, kondisi homogen “dibekukan” selama pengeringan berkenaan dengan penurunan penyebaran kinetik pada gel dengan viskositas tinggi.
Hal ini merupakan penyelesaian yang umum dengan cara merubah hidroksida menjadi gel didapatkan dengan perlakuan dari garam dengan amoniak. Perlakuan tersebut belum menjamin homogenitas jika kecepatan pembentukan gel (gelation) tidak sama untuk berbagai komponen dari suatu sistem. Proses pengendapan yang sering dilakukan dicapai melalui proses hidrolisis dari alkosida. Kerugian dari proses keramik menggunakan cairan awal meliputi: penyusutan yang besar (oleh rute sol-gel), bahan
Silikon Nitrida dengan Nitridisasi Silikon/Silika
Nitridisasi serbuk logam silikon (atau reduksi karbotermal silika dalam lingkungan nitrogen) relatif rute yang murah untuk memproduksi silikon nitrat. Serbuk ini, bagaimanapun juga, dapat berisi suatu jumlah besar ketidak-murnian, biasanya oksigen kedalam bentuk silika yang mencakup butir-butir dari silikon nitrat. Reaksi sederhananya sbb:
3Si + 2N2 –> Si3N4
3SiO2 + 6C + 2N2 –> 6CO + Si3N4
Silikon Nitrida dengan Rute Kimiawi
Permasalahan ketidak-murnian dibawa kedalam tahapan produksi serbuk oleh silika
SiCl4 + 6NH3 Þ Si(NH)2 + 4NH4Cl
Si(NH)2 Þ Si3N4 + 6NH3
Berdasarkan reaksi diatas, amoniak dapat didaur-ulang dalam proses ini. Kalsinasi silikon di-imid menyebabkan sebagian silikon nitrat berkristal.
Silikon Nitrida dengan Proses Acheson (Reduksi Karbotermal Silika)
Proses ini dikembangkan sekitar tahun 1900 sebagai rute harga rendah untu keramik abrasif. Kokas dan pasir silika adalah bahan bakunya. Bunga listrik dinyalakan pada campuran konduktif ini. Proses diletakkan pada reaksi fase gas meliputi gas SiO, sehingga menghasilkan kristal SiC yang kasar dan kemurnian bervariabel, tergantung dari lokasinya dalam zona reaksi. Penghalusan dari kristal SiC ini menjadi serbuk SiC yang dapat disinter masih merupakan suatu proses yang mahal. Petunjuk praktisnya adalah harga kekasaran, ~ mm ukuran pasirmakro (macrogrits) SiC, dimana merupakan hasil langsung dari proses Acheson, adalah 10 kali dari bahan
2.6 Aplikasi keramik dalam Teknik
A. Komponen Dapur/Oven (furnace)
- Refraktori padat - Isulator
- Refraktori cor - Penanganan logam cair
- Elemen pemanas - Perkakas oven
B. Komponen Mesin Otomotif
- Busi - Sil pompa
- Katup - Rotor turbocharger
C. Komponen Gas Turbin
- Ruang Bakar - Sudu-sudu turbin
-Pemindah panas
D. Penahan Panas
- Dinding pesawat ulang alik - Isolator panas
- Lapisan penahan panas - Bahan tahan api
E. Komponen tahan aus
- Alat-alat potong - Penempa (die)
- Kran (nozzle) - Sil dan plunyer pompa
- Lining dan alat Miling - Abrasif
- Pelumas padat - Alat ukur standar
F. Keramik Tangguh
- benang (fiber) - Whisker (fiber)
- Peralatan golf - Lempengan tahan peluru
- Bantalan - pisau dan gunting
G. Keramik Optik
- benang optik - Lensa
- Laser - Alumina translusen
- Dioda - Keramik luminesen
H. Pelapis Keramik
- Tahan aus - Tahan korosi
- Penghalang panas - Dielektrik
- Pelumas - Katalis
I. Keramik Elektromagnetik
- Elemen magnet - Kapasitor
- Resistor - IC substrat
- Sensor oksigen - Sel bahan bakar
- Pompa oksigen - Superkonduktor
- Elektroda - Varistor
- Pizoelektrik - Isulator
- Termistor - Semikonduktor
- Konduktor ion
J. Keramik Bangunan
- Atap - lantai
- Kaca jendela - Semen dan Beton
- Gelas keramik - Terakota
- Gerabah - Batu bata
K. Biokeramik
- Pengganti tulang - Pengganti gigi
- Katup jantung - Porselin gigi
L. Saringan dan Selaput Keramik
- Selaput pemisah cairan - Selaput pemisah gas
- Saringan logam cair
M. Keramik Nuklir
- Bahan bakar nuklir - Moderator
- Pelindung - Kapsul gelas
- Pembungkus bahan bakar nuklir
BAB III
KESIMPULAN
Dari bahasan diatas dapat kita tarik beberapa kesimpulan diantara lain :
1. Pada awalnya banyak orang mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat.
2. Pada prinsipnya keramik terbagi atas: Keramik tradisional, Keramik halus.
3. 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.
4. Pada saat ini banyak aplikasi keramik yang digunakan dalam Teknik diantanya :
Ø Komponen Dapur/Oven (furnace)
Ø Komponen Mesin Otomotif
Ø Komponen Gas Turbin
Ø Penahan Panas
Ø Komponen tahan aus
Ø Keramik Tangguh
Ø Keramik Optik
Ø Keramik Elektromagnetik
Ø Keramik Bangunan
Ø Biokeramik
Ø Saringan dan Selaput Keramik
Ø Keramik Nuklir
DAFTAR PUSTAKA
http://ellyawan.dosen.akprind.ac.id/?p=19
http://www.kimianet.lipi.go.id
Tidak ada komentar:
Posting Komentar