BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5. Struktur dan Sifat Kristal
a. Struktur Kristal
Keramik memiliki struktur kristal, dapat dibuktikan dan dilihat dengan analisa difraksi sinar-X. Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang 1 A0 hingga 100 A0.
Berkas gelombang elektromagnetik yang mengenai kristal mengalami difraksi dengan hukum Bragg. Sudut difraksi digunakan untuk menentukan struktur kristal dengan ketelitian yang tinggi dan dapat digunakan untuk menentukan jarak antar bidang kristal.
Kristal adalah zat padat yang terdiri dari atom-atom yang teratur dalam pola periodik pada tiga dimensi. Pola teratur dalam jangka panjang yang menyangkut puluhan jarak atom yang dihasilkan oleh kordinasi atom dalam bahan.
Ada tujuh sistem kristal dengan karakterisasi geometrinya seperti tercantum pada Tabel 2.1 berikut ini.
Tabel. 2.1. Sistem Kristal
Sistem Sumbu Sudut Sumbu
Kubik a = b = c α = β = γ = 900 Tetragonal a = b ≠ c α = β = γ = 900 Ortorombit a ≠ b ≠ c α = β = γ = 900 Monoklinik a ≠ b ≠ c α = γ = 900≠β Triklinik a ≠ b ≠ c α ≠ β ≠ γ ≠ 90o Heksagonal a = b ≠ c α = β = 900, γ≠ 1200 Rombohedral a = b = c α = β = γ ≠ 90o
Di dalam kristal terdapat berbagai bidang yang saling sejajar dan membuat arah ketiga rusuknya, untuk membedakan antara satu bidang dengan bidang yang lain, maka setiap bidang diberi indeks dengan notasi (hkl) yang disebut Indeks Miller, yang artinya sebagai kebalikan fraksi perpotongan bidang (hkl) dengan ketiga rusuk sel dan masing-masing mempunyai harga bilangan bulat positif, negatif atau nol.
b. Difraksi Sinar-X
Peristiwa hamburan yang terjadi apabila sinar-X datang pada atom-atom dalam bidang kristal disebut difraksi.
Pada tahun 1912, fisikawan Jerman Max Van Laue menyatakan bahwa jika kristal tediri dari barisan-barisan atom-atom yang teratur dan sinar-X adalah gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang yang sama dengan jarak antar atom pada kristal, maka kristal tersebut dapat mendifraksikan sinar-X..
Apabila berkas sinar x monokromatik ditembakkan pada sebuah kristal akan dihamburkan kesegala arah, akan tetapi karena keteraturan letak atom-atom, pada arah tertentu gelombang yang terhambur itu akan berinterferensi konstruktif sedangkan yang lain akan berinterferensi destruktif. Atom-atom dalam kristal dapat dipandang sebagai unsur yang membentuk keluarga bidang datar.
Gambar 2.1 memperlihatkan masing-masing keluarga mempunyai jarak karakteristik antara bidang-bidang komponen. Analisis ini diusulkan oleh W.L.Bragg pada tahun 1913. Syarat yang diperlukan supaya radiasi yang dihambur atom kristal membentuk interferensi konstruktif dapat diperoleh dari diagram berikut ini ( Beiser A. 1983).
Gambar 2.1. Difraksi sinar-X
Pada gambar terlihat bahwa berkas sinar-X yang dipantulkan oleh lapisan bawah memiliki lintasan yang lebih panjang. Beda lintasan sinar 1 dengan sinar 2 adalah CB + BD = 2 d sin θ
Agar terjadi interferensi maksimum (saling memperkuat), sinar 1 dan sinar 2 harus sefase, hal ini berarti bahwa beda lintasan kedua sinar harus sama dengan panjang
gelombang sinar atau kelipatannya. Jadi hubungannya yang harus dipenuhi adalah 2 d sin θ = n λ ... (2.1)
Persamaan ini dinamakan dengan persamaan Bragg. Dimana : λ = panjang gelombang sinar-X
n = orde difraksi
θ = Sudut hamburan Bragg d = Jarak antar bidang
Besar sudut difraksi tergantung pada panjang gelombang λ dan jarak d antar bidang.
2.6.SUSUT BAKAR
Pengukuran susut bakar dilakukan pada sampel uji berbentuk pelet (silinder pejal kecil) dan silinder berongga.
Susut bakar ini terdiri dari dua bagian yaitu :
a. Susut bakar volum adalah perbandingan perubahan volum (ΔV) dengan volume sampel sebelum dilakukan pembakaran.
% susut bakar volum = 100 % o s o V V V − ……... …... (2.2)
b. Susut bakar massa adalah perbandingan perubahan massa (Δm) dengan massa sampel sebelum dilakukan pembakaran (mo)
% susut bakar massa = .100% o s o m m m − ……….. (2.3)
dimana : Vo = Volum sampel sebelum dibakar (cm3) Vs = Volum sampel setelah dibakar (cm3) mo = Massa sampel sebelum dibakar (gram) ms = Massa sampel setelah dibakar (gram)
Susut bakar umumnya terjadi akibat hilangnya air akibat penguapan dan hilangnya zat adiktif dari dalam keramik dan butiran kecil menyatu aktif terhadap butiran besar. Kekosongan yang terjadi akan diisi oleh bahan fluks (pelebur), hal inilah yang mungkin dapat menyebabkan berkurangnya massa dan volume sampel.
2.7 SINTERING
Sintering adalah proses yang dilakukan pada sampel untuk mendapatkan keramik yang kuat melalui suatu tahapan pemanasan, tujuannya adalah untuk memadatkan bubuk keramik hingga permukaannya kecil, volum berkurang dan bertambah berat serta padat, karena butiran-butirannya saling menyatu membentuk ikatan yang kuat, peristiwa ini dapat terjadi karena adanya suatu mekanisme transport material diantara butir (proses difusi) dan sumber energi untuk mengaktifkan transport tersebut.
pori ukuran dan
bentuk Perubahan
Untuk memperoleh sifat yang diperlukan, menghilangkan kandungan air yang terdapat dalam sampel, bahan yang telah dibentuk dibakar sampai suhu tertentu sehingga diperoleh bahan keramik yang kuat dan padat.
Selama pembakaran, pada transformasi dari keadaan awal sampai bahan keramik kuat dan padat, terdapat dua perubahan penting yaitu perubahan bentuk pori tanpa mengalami perubahan ukuran pori dan perubahan bentuk dan ukuran pori.
Secara keseluruhan, kedua perubahan tersebut menyebabkan keporian berkurang pada keramik umumnya, reaksi tersebut dapat berupa reaksi keadaan padat membentuk fase baru. Proses terjadinya kedua perubahan tersebut di atas dapat dijelaskan pada Gambar 2.2
Lo
Gambar 2.2. Perubahan Bentuk dan Ukuran Pada Pori pori bentuk Perubahan (a) (b) (c) Δ l
P
Sebagai model untuk menggambarkan terjadinya proses sintering, pada Gambar 2.3 ditunjukkan dua buah butiran yang saling bersinggungan.
Antara kedua partikel terdapat leher dengan radius kelengkungan (P). Tekanan uap pada daerah leher lebih rendah dari pada tekanan uap pada permukaan butiran. Akibat perbedaan tekanan tersebut, material pada permukaan butiran cenderung pindah ke daerah leher dengan cara evaporasi kondensasi. Akibat adanya perpindahan material, maka bentuk pori semakin mendekati bentuk pola dan ukuran yang lebih kecil (Gambar 2.2 C).
Pembakaran keramik pada umumnya menghasilkan porositas yang kecil pada temperatur yang tinggi.
Gambar 2.3. Tahap Awal Sintering dengan Cara Evaporasi dan Kondensasi Struktur pori dapat diperoleh dengan beberapa cara :
a. Proses pembakaran berlangsung dengan cara yang sama. Struktur pori akan terbentuk dengan baik dengan luas permukaan yang besar
b. Campuran partikel aditif berdiameter lebih dari 20 mm dicampur dengan serbuk keramik, maka setelah pembentukan dan pembakaran akan dihasilkan ukuran pori yang bersesuaian. Partikel-partikel dalam campuran serbuk keramik dengan
campuran aditif akan memerlukan lebih dari 20% volum bila porositasnya masih ada.
c. Porositas yang tinggi dapat diamati dari banyaknya partikel yang saling terikat. Porositas yang kontiniu dan tidak kontiniu akan bersesuaian dengan komposisi binder dan sedikit perobahan pada saat pembentukan dan pembakaran. Bahan-bahan yang dihasilkan mempunyai pori yang lebar dapar dihasilkan dengan cara ini.
2.8 KEKERASAN
Kekerasan suatu bahan adalah ketahanan (daya tahan) suatu bahan terhadap daya benam dari bahan lain yang lebih keras dan dibenamkan kepadanya. Maksud pengujian kekerasan adalah untuk mengetahui kekerasan bahan, yang mana data ini sangat penting didalam proses perlakuan panas. Nilai kekerasan bahan mempunyai korelasi dengan nilai tekanan. ( Subagyo J, 1994).
Uji kekerasan dapat dilakukan dengan beberapa metode, antara lain Brinnel,
Rockwell dan Vikers, perbedaan antara ketiga metode ini, adalah pada material bentuk indentor atau penetrator.
Menurut metode vikers (Hv) pengukuran kekerasan digunakan persamaan berikut :
Hv = 1,8544 2 D
P
dimana P = beban penekan (kgf)
D = panjang diagonal jejak indentor (mm)
Alat untuk menguji kekerasan adalah Equotip Hardness, alat uji ini diperkenalkan pada tahun 1977, dengan satuan pengukurannya disebut Leeb Value sesuai dengan nama penemunya Dietmar Leeb, meggunakan baterai dalam mengoperasikannya dan bekerja secara otomatis (digital), penggunaanya sangat praktis sesuai dengan bentuknya yang kecil dan sedarhana dan dapat dibawa kemanapun. Dalam penelitian ini alat untuk menguji kekerasan suatu bahan digunakan cara digital yaitu Equotip Hardness Tester dengan satuan Hardness Brinnell dengan HB= 0,951 HV (George F. Vander Voort, 1984).