Bab 7 Keramik Part 1

Bab 7 Keramik

Part 1

Pendahuluan

Pada masa lalu, keramik yang hanya dapat berperan

dalam industri elektronik kini sudah dapat dinyatakan sebagai bahan yang dapat digunakan pada seluruh industri

manufacturing

Bahan-bahan keramik dan komposit telah menjadi bahan yang sangat komersial karena penggunaannya sangat

meluas menyangkut berbagai bidang industri

Bahan keramik

Bahan keramik adalah bahan anorganik dan non logam yang dapat tersusun pula dari bahan logam dan non logam Sifat baik keramik :

1. kuat 2. keras

3. stabil pada temperatur tinggi

Sifat-sifat

1. Keras 2. Rapuh

3. memiliki suhu cair tinggi 4. bersifat isolator listrik

5. penghantar panas yang kurang baik 6. memiliki komposisi kimia yang stabil

7. memiliki sifat menahan panas yang stabil

8. memiliki daya tekan yang tinggi

Ruang lingkup

1. Peralatan Rumah Tangga 2. Peralatan Tungku Pemasak 3. Pipa-pipa Pengairan

4. Peralatan Pecah Belah

5. Barang-barang Tahan Panas 6. Mesin-mesin Perkakas

7. Bahan Elektronik

8. Penerbangan dan Persenjataan

Fasa keramik

Umumnya fasa keramik memiliki struktur kristal, dimana kristal keramik tidak memiliki elektron bebas karena elektron-

elektronnya berpindah dari atom satu ke atom lainnya dan membentuk ion.

Karena ikatan ion ini maka bahan keramik memiliki stabilitas tinggi.

Ikatan atom bahan keramik lebih kuat dibandingkan dengan

logam, karena itu reaksi kimianya berlangsung lebih lambat.

Fasa keramik

Struktur Kristobalit SiO

2

Struktur kristal Tetrahaden

SiO

4

Kristal bahan keramik

Bangun kristal keramik yang terjadi dari senyawa logam dan non logam yang paling sederhana adalah apabila

perbandingannya antar unsur logam dan non logam sebagai 1:1.

Cara penyusunan atom yang utama memiliki 3 cara, contoh:

Kristal bahan keramik

Bangun kristal jenis : ZnS

Bilangan Koordinasi : 4 Konstanta Kisi :

a = 4 (r+R)

Kristal bahan keramik

Bangunan Kristal Jenis : NaCl Bilangan Koordinasi : 6

Konstanta Kisi :

a = (2r+2R)

Bangun Kristal Jenis : CsCl Bilangan Koordinasi : 8 Konstanta Kisi F

a = (r+R)

Bilangan koordinat dan perbandingan jari-jari

Bilangan koordinat dan perbandingan jari- jari

Bangunan Kristal Jenis : NaCl Bilangan Koordinasi : 6

Konstanta Kisi :

a = (2r+2R)

Bangunan Kristal Jenis : CsCl Bilangan Koordinasi : 8

Konstanta Kisi :

a = 2(r+R)

Struktur kristal keramik

Keterangan :

a. Struktur Kristal Cesium Chlorida (CsCl) b. Struktur Kristal Natrium Chlorida (NaCl) c. Struktur Kristal Zink Sulphur (SnS)

d. Struktur Kristal Fluroit

e. Struktur Kristal Wurtzite

Koordinat atom-atom kristal keramik

Pada bahan apapun

letak atom-atom pada

koordinat sel satuan dan

bilangan koordinat sangat

penting diketahui.

Sifat elektron

magnetik keramik

Pada awalnya bahan keramik hanya banyak dipergunakan untuk rangkaian elektromagnetik dan terdapat berbagai oksida yang berperan sebagai isolator yang baik.

Pengembangan IPTEK pada saat ini akan membawa bahan

keramik ke tingkat yang lebih membawa kemanfaatan sumber

alam yang tak terkira itu jumlahnya bagi kehidupan manusia

lebih baik.

Sifat elektron

magnetik keramik

Diagram Binair di atas hanya sebagai perbandingan

bagaimana sulitnya dan rumitnya bahan-bahan keramik,

leboh-lebih yang menyangkut diagram tertier.

Transformasi

senyawa keramik

 Silika (SiO

²

)

Kristal keramik tipe SiO

₂

berbentuk : tetraheder silica dapat

memiliki berbagai bentuk alotropi. Apabila temperature naik, maka

silica akan berobah dari :

Diagram tretier

Bentuk stabil silica disesuaikan dengan tekanan temperature

kesetimbangan dapat diproses pembentukannya sebagai berikut:

Transformasi senyawa keramik

 Transformasi dari kristalin ke kristalin berupa transformasi pergeseran, dimana transformasi bentuk ini identik dengan reaksi martensit.Transformasi ini juga terjadi pada trydimite dan cristobolite.

 kristobalit adalah polimorf temperatur tinggi dari silika, yang berarti bahwa ia memiliki rumus yang sama kimia, SiO2, tetapi struktur kristal yang berbeda.

 Kristobalit stabil hanya di atas 1.470 ° C, tetapi dapat mengkristal dan bertahan metastably pada suhu yang lebih rendah.

 Tridimit adalah polimorf temperatur tinggi dari kuarsa dan biasanya terjadi sebagai kristal menit tabular putih atau berwarna pseudo-heksagonal, atau timbangan, dalam rongga dalam batuan vulkanik felsic. Rumus kimia adalah SiO2.

 Makin tinggi temperatur struktur kristal pergeserannya (perpindahan) umumnya

makin terbuka struktur kristalnya, makin rendah kerapatan, makin tinggi kapasitas

panas dan akan terjadi bentuk dan struktur kristal yang makin simetris.

Polymorf

Polimorfisme atau Polymorf adalah kemampuan suatu benda padat ada di lebih dari satu bentuk struktur kristal. Polimorfisme dapat berpotensi ditemukan dalam bahan kristal termasuk

polimer, mineral, dan logam, dan berkaitan

dengan allotropy, yang mengacu pada unsur-

unsur kimia

Allotrophy

Allotropy atau allotropism (dari ἄλλος Yunani (allos), yang berarti

"lain", dan τρόπος (tropos), yang berarti "cara, bentuk") adalah

properti dari beberapa unsur kimia ada di dua atau lebih yang berbeda

bentuk, yang dikenal sebagai elemen. contoh, alotrop karbon termasuk

berlian (di mana atom karbon terikat bersama-sama dalam susunan

kisi tetrahedral), grafit (di mana atom karbon terikat bersama-sama

dalam lembar kisi heksagonal), graphene (satu lembar grafit), dan

fullerene (di mana atom karbon terikat bersama dalam bola, tubular,

atau formasi ellipsoidal). The allotropy istilah digunakan untuk elemen

saja, bukan untuk senyawa. Istilah yang lebih umum, digunakan untuk

bahan kristal, adalah polimorfisme. Allotropy hanya merujuk pada

berbagai bentuk elemen dalam fase yang sama (yaitu bentuk padat,

cair atau gas yang berbeda); ini negara yang berbeda tidak, sendiri,

dianggap sebagai contoh allotropy.

Tridimit dan Kristobalit

Kristobalit _Tridimit

Transformasi senyawa keramik

Transformasi pergeseran menimbulkan dimensi ini berbentuk ekspansi linier dan untuk sislika cukup besar dibandingkan dengan yang

terjadi pada kaca, perhatikan gambar :

Cacat kristal

Pada bahan keramik terjadi juga ketidaksempurnaan pada bangun struktur kristalnya.

a. Cacat Titik

Cacat disini terjadi pada peristiwa intersial atau subtitusional, yaitu penggantian atom yang satu terhadap yang lain.

Contoh :

Senyawa keramik pada kesetimbangan NiO

^-

MgO

Cacat kristal

2. Cacat Garis / Dislokasi

Cacat seperti ini banyak terjadi pada senyawa-senyawa seperti LiF, Al

₂

O

₃

dan Kristal MgO.

Walaupun pada temperature tinggi, bahan keramik tetap saja

memiliki sifat “getas” sebelum terjadi pergeseran atom-atomnya

untuk bersifat plastis deformasi.

Cacat kristal

3. Cacat Bidang

Diketahui bahwa keramik dengan susunan kristal yang halus akan memiliki sifat-sifat mekanis, lebih menguntungkan dibandingkan dengan kristal-kristal keramik yang kasar.

Sebagai contoh peristiwa pengikatan molekuk-molekul gas

kedalam permukaan bahan dan ini dapat berfungsi meredusir

energi permukaan. Ion-ion asing pada senyawa keramik tertentu

akan tertarik kesusunan permukaan bidang kristal dan tentunya

akan merubah komposisi bahan.

Proses teknologi

Prinsip dasar teknik pembentukan dalam proses teknologi untuk manufacturing bahan keramik :

1. Teori Viskositas

Artinya, bahan gelas dengan cara pemanasan dijadikan dalam kondisi

“Termoplastik” agar mudah dibentuk.

Setelah persiapan bahan ini mencapai homogenisasi yang baik, baru dapat dilaksanakan proses lanjut manufacturing dengan teknik tertenu

seperti : teknik penekanan, teknik penarikan, tknik peniupan, dll.

Proses teknologi

2. Partikel Halus (Powder)

Bahan keramik (bukan kaca, gelas), dibuat dalam kondisi hidro plastik menjadi liat dan basah kemudian dicetak lalu

melakukan pembakaran.

Yang termasuk pada pembentukan ini :

1. pressing 4. jigeering

2. slip casting 5. sintering

3. extrusion

Proses teknologi

Berdasarkan teori fiskositas dan teori partikel halus maka

selama proses perubahan suhu akan terjadi perubahan berat.

Kehilangan berat selama perubahan suhu dari

berbagai material bahan

keramik

Proses teknologi

Proses pembentukan dengan menggunakan bahan keramik.

Gambar (a) :

Menyatakan proses rolling da diakhiri dengan heat treatment ke dapur

annealing

Gambar (b) :

Telaga kaca dengan proses panas

dan dingin dan berlanjut ke dapur

annealing.

Process for shaping crystaline ceramik

a. Pressing

b. Isotatic Processing c. Extursion

d. Jigerring

e. Slip Casting

Grinding

Kini keramik diketahui sebagai bahan industri yang memiliki kelebihan-kelebihan : keras, tahan panas, isolator dan memiliki susunan kimia yang stabil.

Keramik unggul untuk :

1. Cutting tools

2. Mechanical parts

Grinding resistance pada

bahan keramik

Ceramics materials for high temperature heat exchanges

Proses operasi penggunaan heat exchanges dengan temperatur di atas 1000˚C memerlukan material dengan sifat mekanis

yang sangat baik.

Sifat mekanis itu diantaranya:

1. kekuatan bahan dalam temperatur tinggi 2. High heat impact

3. Creep dan heat fatigue resistance

Sifat-sifat diatas hanya dimiliki oleh keramik monoksida

Lanjutan…...

Untuk mendapatkan bahan yang siap digunakan harus diproses dengan cara sintering, baik normal presure sintering dan hot pressurized sintering

Bahan keramik akan tahan terhadap beban panas yang

ditimbulkn akibat efek panas yang mengalir dari dinding sisi

satu ke sisi lain dari heat exchanges ini.

Ceramic piston engine

Distribusi temperatur pada Ceramic Piston Engine

Proses Pembentukan Keramik

penutup

Karena sifat keramik yang sangat getas, maka pada umumnya cara manufacturnya dilakukan dengan penekanan pada

kondisi hidroplastik.

Bagi bahan gelas keramik cara pemrosesannya lebih banyak dilakukan dengan metode forming process berdasarkan kondisi viskositas.

Dengan berbagai perkembangan dan R&D yang terus menerus, bahan keramik kini merupakan salah satu engineering

materials yang memiliki masa depan.