A. Katun - Chifton
2.12. Bahan isolasi mineral
2.13.3. Kaca sebagai pengisolasi
Kaca silika mempunya isi fatisolasi yang tinggi, ketahanan panasnya yg tinggi dan kuat terhadap pengaruh hidrolitik.Pabrikasi piranti kaca silika mengunakan dapur tinggi khusus.Terdapat 2 macam kaca silika yaitu :kaca silika bening dan kaca silika tidak bening.kaca silikan tidak bening terdapat gelembung-gelembung udara didalamnya. Karena proses pembutan kaca silika lebih sulit dibandinkan kaca slika tidak bening. Jika kristal kuarsa dalam jumlah besar diperlukan, digunakan pasir kuarsa(pasir kali) massa jenis kaca silika 2,2 g/cm3.
Kaca silika digunakan dalam ketenikan mempunyai berbagai substansiyang di tambahkan ke SiO2, sehingga membuatnya lebih rekayasa, tetapi titik fusinya menjadi lebih rendah. Kaca silika diketeknika diklaifikasikan menjadi 3 macam : a.Kaca alkali tanpa oksida berat
Mempunyai titik lebur yang agak rendah. Pemakaiannya antara lain: botol, kaca jendela.
b.Kaca alkali yang mengandung oksidasi berat
Mempunyai sifat kelistrikan yang tinggi dibandingkan kaca alkali kelompok 1.
Kaca plint ditambah dengan pbO atau kaca Crown ditambah dengan BaO digunakan ebagai kaca optik. Kaca khusus untuk bahan elektrik kapasitor adalah kaca flint disebutminos. Diantara kaca-kaca crown etrdapat jenis-jenis disebut Pireks. Pireksmempunyai koefisien termal 33 . 10-7 peroc dan mampu menahan perbedaan suhu yang mendadak.
Ilmu Bahan Page 44 c. Kaca non alkali
Sebagai kaca optik dan bahan isiolasi listrik. Beberapa jenis kaca dari kelompok ini mempunyai titik pelunakan yang sangat tinggi.
Pemakaian kaca pada keteknikan antara lain :
- Pembuatan bola lampu, tabung elektronik, penyangga filamen
Titik pelunakannya tidak terlalu tinggi muai panjangnya hendak dibuat mendekati muai panjang logam maupun paduannya yang disangga. Logam yang dimaksud : wolfram, molibdenum.
- Untuk bahan dielektrik pada kapasitor
Minos adalah salah satu jenisa kaca yang mempunyai permeabilitas relatif tinggi yaitu 7,5, sudut kerugian dielektrik (tan ∂) kecil pada frekuensi 1 MHz.
Suhu20oC, tan a =0,0009 frekuensi 1 MHz,suhu 200oC, tan ∂ = 0,0012. Kaca minos mempunyai ∂= 82 . 10-7 peroC, massa jenis 3,6 g/cm3.
- Untuk membuat berbagai isolator
Misalnya: isolator penyangga,isolator antena, isolator len, isolator bushing untuk penggunaan ini, selain sifat kelistrikan yang baik juga dituntut mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi tahan terhadap perubahan suhu mendadak, tahan terhadap pengaruh kimia. Jenis kaca yang diperlukan adalah : kaca silika, pireks kalium – natrium.
- Pelapisan logam
Salah satu jenis kaca adalah enamel(jangan dikacaukan dengan enamel vernis).
Enamel dapat digunakan untuk pelapisan logam sejenisnya, misalnya: dudukan lampu, reflektor, bahan-bahan dekoratif, tujuannya untuk melindungi barang-barang dari korosi dan sekaligus untuk mendapatkan permukaan yang lebih bagus.
Enamel dapat digunakan sebagai isolasi kabel listrik yaitu untuk melapisi resistor tabung(kawat yang dililtkan pada tabung tersebut adalah resistor antara lain: nikrom, konstan). Enamel dileburkan dan kemudian tabung keramik yang sudah diliti kawat tersebut di celupkan sehingga sela-sela antara lilitan terisi enamel. Tujuannya untuk mengisolasi lilitan, juga melindungi lilitan terhadap uap, debu dan oksidasi udara pada suhu kerja yang tinggi. Resistor tabung yang dilapisi enamel pada gambar dibawah ini.
Enamel dipabrikasikan dengan meleburkan komponen-komponenya yang halus kemudian dituangkan sedikit demi sedikit dalam keadaan melelh ke dalam air dingin hingga membentuk seperti bola, selanjutnya di haluskan menjadi bubuk.
Ilmu Bahan Page 45 Gambar 2-13 Resistor tabung yang dilapisi enamel
Pemakaian enamel untuk pelapisan dapat dilakukan dengan cara kering dan dengan cara basah. Pada pelapisan kering, perangkat akan dilapisi dipanasi hingga suhu tertentu kemudian dimasukan kedalam bubuk enamel. Maka bubuk disekelilingnya akan meleleh dan melapisi perangkat tersebut. Proses diulang-ulang hingga diperoleh ketebalan pelapisan yang diinginkan.
Pada pelapisan basah, mula-mula enamel diaduk dengan air sehingga menjadi bubur enamel yang digunakan untuk melapisi perangkat yang dimaksud.
Selanjutnya perangkat yang sudah dilapis dikeringkan dan setelah kering dipanaskan dengan oven sehingga enamel melelh dan dengan demikian melapisi perangkat. Untuk keperluan pelapisan koefisien muai panjang enamel harus diusahakan sama dengan muai panjang perangkat yang dilapisi.
Komponen enamel untuk pelapisan resistor tabung (kaca boron-timah hitam dengan magan peroksida) adalah sangat sederhana yaitu : 27% PbO, 70% H3BO3 dan 3% MnO2. Titik lebur enamel ±600oC. Enamel akan hilang warnanya dan sebagian akan melarut jika direndam dalam air dalam waktu yang lama. Untuk menambah ketahanan enamel alam air dan panas biasanya lekatnya enamel yang digunakan melapisi baja atau besi tuang, ditambah Ni dan Co.
Ilmu Bahan Page 46 2.13.4. Sitol
Mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan pengembangan baru.
Pemaikaian sitol adalah sangat luas, struktur dan sifat-sifatnya adalah diantara kaca dan keramik. Sitol disebut keramik kaca atau kaca kristal. Banyak dijumpai dipasaran antara lain : pyroceram, vitoceram.
Sitol mempunyai struktur kristal yang halus (yang membedakannya dengan kaca biasa) tetapi berongga. Tidak seperti keramik biasa, sitol tdak dibuat dengan pembakaran tetapi cenderung dengan fusi dari bahan-bahan mentahnya dengan menjadikannya meleleh dan kemudian kristalisasi. Agar bahan mempunyai ketahanan terhadap suhu dan kelistrikan lebih baik maka perlu bahan tambahan yaitu : Fe S, Ti O2, alkali fluorida, alkali fosfat, dan logam-logam alkali tanah.
Sitol mempunyai sifat mekanis yang tinggi, α yang rendah sehingga tahan terhadap perubahan suhu yang memndadak. Permitivitas relatif (εr ) berkisar antara 5 sampai 6, tan ∂ pada frekuensi 1 MHz sekitar 0,01 dan pada 10,000 MHz sekitar 0,001.
2.13.5. Porselin.
Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan luas penggunaanya. Istilah bahan-bahan keramik adalah diigunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansialnya, bahan dasar porselin adalah tanah liat. Berarti bahan dasaraya mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar.
Penggunaan isolator dari porselin antara lain : isolator tarik, isolator penyangga, rol isolator, seperti pada gambar 2-14.
Tanah liat khusus misalnya tanah liat Cina dan tanah liat yang sudah diolah digunakan pada pabrikasi porselin setelah dicampur kuarsa.
Proses pembuatan perangkat dari porselin secara garis besar adalah sebagai berikut :
Setelah tanah liat dibersihkan dari kotoran-kotoran misalnya krikil, kemudian dicampur dengan air hingga homogen (tetapi tidak terlalu encer seperti bubur).
Ilmu Bahan Page 47 Gambar 2-14 Beberapa isolator porselin
Selanjutnya adalah tahap pembentukan yaitu dengan : putaran, penekanan, cetakan, ekstrusi. Selanjutnya setelah perangkat terbentuk, dikeringkan lalu dilapisi dengan gelas (glazing) kemudian tahap pembakaran.
Pada proses pelapisan dengan gelas, bahan kaca harus dipanaskan hingga meleleh, kemudia dilapisi keperangkat yang diinginkan.
Dengan pelapisan gelas, arus bocor yang melalui permukaan isolator akan lebih kecil terutama dalam keadaan basah dan dapat menaikan tegangan terjadinya loncatan busur api (flashover). Pelapis dan yang dilapisi harus memiliki koefisien yang sama, jika gelas pelapisnya mempunyai α lebih kecil daripada α yang dilapisi akan terjadi kompresi pada saat terkena suhu yang rendah. Sedangkan jika kaca pelapis mempunyai α lebih besar dari yang dilapisi pada waktu terkena suhu diatas normal pelapisannya akan retak atau disebut crazing. Retakan ini akan menurunkan kekuatan mekanik benda.
Maksud dari pembakaran adalah untuk mendapatkan kekuatan mekanik, kemampuan isolasi dan tahan terhadap air yang lebih tinggi.
Selama pembakaran akan terjadi lubang-lubang kecil. Untuk menutup lubang ini digunakan bahan yang disebut feldspar.
Ilmu Bahan Page 48 Untuk pembuatan isolator porselin diperlukan suhu yang berkisar antara 1300o hingga 1500o C dalam waktu 20 sampai 70 jam.
Gambar 2-15 Penampang oven Terowongan
Terdapat 2 macam oven untuk pembakaran porselin yaitu jenis pemanggang