TIN107 Material Teknik. h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n. w e b l o g. e s a u n g g u l. a c. i d

(1)

6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n

TIN107 – Material Teknik

Materi #12

h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n

Definisi Keramik

2

 Sebuah klasifikasi dari material yang berbahan dasar

tanah liat (

clays

), pasir (

sands

) dan

feldspar

.

 Tanah liat (

clays

) mengandung beberapa hal sebagai

berikut:

Silikon & Aluminium sebagai silikat Senyawa potassium

Senyawa magnesium Senyawa calcium

 Pasir mengadung Silica dan Feldspar atau Aluminium

(2)

Klasifikasi Keramik

Materi #12 TIN107 - Material Teknik

3 Material Keramik Glasses Clay Products Refractories Abrasive Cements Advance

Ceramics Bearing, sensor

Komposit, rangka struktur Ampelas, alat potong dan penghalus

(poles)

Bata untuk tungku (temp. tinggi) Keramik putih, struktur rangka Optik, wadah/alat rumah tangga

Perbandingan Logam & Keramik (1)

4

Logam Keramik

Struktur kristal Struktur kristal

Jumlah elektron bebas

banyak Elektron tidak bebas (captive)

Ikatan logam Ikatan ionik/kovalen

Daya hantar listrik baik Daya hantar listrik buruk

(3)

Perbandingan Logam & Keramik (2)

5

Logam Keramik

Tidak tembus cahaya Tembus cahaya pada _{bagian tipis} Kekuatan tarik tinggi Kekuatan tarik rendah Tegangan geser rendah Tegangan geser tinggi

Keuletan baik Keuletan rendah (rapuh)

Memiliki alur plastis Tidak memiliki alur plastis

Perbandingan Logam & Keramik (3)

6

Logam Keramik

Memiliki tegangan kejut Tegangan kejut rendah

Berat relatif tinggi Beratnya rendah

Kekerasan sedang Kekerasan tinggi (ekstrim)

Tidak berpori Berpori tinggi

(4)

Keramik

Clay

7



Terbuat dari tanah liat alami dan campuran

tanah liat dengan menambahkan keramik

kristal.



Contoh:



Keramik putih (

Whitewares

).



Produk struktur tanah liat.



Keramik

dengan

pembakaran

(

Refractory

).

Whitewares

(Keramik Putih)



Barang tembikar.



Keramik lantai dan

dinding.



Perangkat pembersih

(

sanitary

).



Porselen/keramik

untuk listrik.



Keramik untuk hiasan.

(5)

Pengecoran Slip (

Slip Casting

)

9 Proses Sintering dan Serving Merakit cetakan Menuangkan slip ke dalam cetakan Membuang residu

Memangkas Memindahkan cetakan

Refractories

(1)

10



Batu bata pembakaran (

firebricks

) untuk tungku

dan oven. Mengandung Silicon atau Aluminium

Oxide yang tinggi.



Produk batu bata ini digunakan dalam pabrik

untuk besi dan baja, logam non-ferrous, kaca,

semen, keramik, konversi energi, perminyakan,

dan industri kimia.



Digunakan untuk memberikan perlindungan

panas dari bahan lain pada aplikasi temperatur

yang sangat tinggi, seperti pembuatan baja

(Tm=1500°C), proses pengecoran logam, dll.

(6)

Refractories

(2)



Biasanya terdiri dari

alumina (Tm=2050°C)

dan silika bersama

dengan oksida lainnya:

MgO (Tm=2850°C),

Fe

₂

O3, TiO

₂

, dll, dan

memiliki porositas

yang intrinsik,

biasanya lebih besar

dari 10% volumenya.



Selaian itu, khusus untuk

refractories

, BeO, ZrO

₂

,

mullite

, SiC, dan

graphite

yang memiliki porositas

rendah juga digunakan.

Materi #12

11

TIN107 - Material Teknik

Amorphous Ceramics

(

Glasses

)

12

 Kandungan utamanya adalah Silica (SiO2).

 Jika didinginkan sangat lambat akan membentuk struktur kristal.

 Jika didinginkan lebih cepat akan membentuk struktur amorf (amorphous) yang terdiri dari rantai tidak teratur dan berhubungan dari atom Silicon dan Oksigen.

 Hal ini menyebabkannya menjadi transparan, karena batas-batas kristal menghamburkan cahaya, menyebabkan refleksi.

 Jenis ini dapat di temper untuk meningkatkan ketangguhan dan ketahanan terhadap retak.

(7)

Tipe Keramik Kaca (

Glass

)

13

Secara umum terdapat 3 (Tiga) jenis dari kaca:



Kaca soda-kapur (

Soda-lime glass

)



Sekitar

95%

dari

semua

jenis

kaca,

jendela, kontainer (wadah), dll.



Kaca timbal (

Lead glass

)



Berisi oksida timbal untuk meningkatkan indeks

bias.



Borosilicate



Berisi oksida boron (

boron oxide

), yang dikenal

sebagai

Pyrex

.

Contoh Keramik Kaca (

Glasses

)

14



Kaca datar (

flat glass

)

► jendela.



Kaca untuk wadah (

container glass

)

► botol.



Kaca tekan dan tiup (

pressed and blown glass

)

► alat makan, seperti: piring, gelas, dll.



Kaca serat (

glass fibres

)

► penyekat rumah.



Kaca khusus (

advanced/specialty glass

)

►

(8)

Gambar Keramik Kaca (

Glasses

)

15 h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n

Gambar Contoh Kaca Stuktur

(9)

Gambar Contoh Kaca

Materi #12

17

Kaca Lapis Baja

(Armoured Glass) Kaca Dengan Timbal(Leaded Glass)

Proses Kaca Tekan (

Pressed Glass

)

18 Gob yang lunak di masukkan ke dalam cetakan Gob mengendap dan plunger turun Penekanan

(10)

Cetakan Tiup (

Blow Molding

)

Materi #12

19

Proses Kaca Datar (

Plate Glass

)

(11)

Kaca Temper (

Tempered Glass

)

 Kekuatan kaca dapat ditingkatkan dengan

menginduksi tekanan

tegangan sisa pada

permukaan.

 Permukaan tetap dalam kompresi yang menutup goresan kecil dan retak.

Goresan kecil

Materi #12

21

Proses Pengerasan (

Hardening

)

22

 Tempering

Kaca dipanaskan di atas suhu Tg tetapi di bawah titik pelunakan.

Didinginkan sampai suhu kamar dengan udara atau minyak.

Permukaan mendingin hingga di bawah suhu Tg sebelum interior (lapisan dalam).

Ketika mendinginkan dan mengkontraksi interior , hal tersebut menarik eksterior (lapisan luar) ke kompresi.  Penguatan Kimia (Chemical Hardening)

Kation dengan jari-jari ionik yang besar menyebar ke permukaan.

Hal ini membuat "kisi (lattice)“ menginduksi tegangan dan tekanan.

(12)

Kristal Keramik

23

 Isolator listrik yang baik dan

refractories

(mampu

dibakar).

 Oksida Magnesium (

Magnesium Oxide

) digunakan

sebagai bahan isolasi di elemen pemanas dan kabel.

 Oksida Aluminium (

Aluminium Oxide

).  Oksida Berilium (

Beryllium Oxides

).  Karbida Boron (

Boron Carbide

).

 Karbida Tungsten (

Tungsten Carbide

).

 Digunakan sebagai ampelas dan tips alat pemotong.

Abrasives

24



Alami/Natural (garnet, berlian, dll).



Sintetis (karbida silicon/

silicon carbide

,

berlian, leburan alumina, dll) digunakan

untuk penggilingan (

grinding

), pemotongan

(

cutting

), pemolesan (

polishing

),

lapping

,

(13)

Semen (

Cements

)

Materi #12 25



Banyak digunakan

untuk:



jalan beton,



jembatan,



bangunan,



bendungan, dll.

Advanced Ceramics

...(1)

26

 Material advanced ceramic telah dikembangkan selama

setengah abad terakhir

 Diterapkan sebagai lapisan penghalang panas untuk

melindungi struktur logam, permukaan peralatan, atau sebagai komponen integral sendiri.

 Aplikasi mesin sangat umum untuk jenis bahan yang

mencakup silikon nitrida/silicon nitride(Si3N4), silikon karbida/silicon carbide (SiC), Zirkonia/Zirconia (ZrO2) dan Alumina (Al2O3).

 Ketahanan panas dan sifat yang diinginkan lainnya telah

mengarah pada pengembangan metode untuk

menguatkan material melalui penguatan dengan serat dan serabut (whiskers), membuka lebih banyak aplikasi untuk keramik.

(14)

Advanced Ceramics

...(2)

27



Struktur rangka: biokeramik, alat pemotong,

komponen mesin, lapis baja.



Listrik: kapasitor,

insulators, paket sirkuit

terpadu

(

integrated

circuit

packages

),

piezoelectrics

, magnet dan superkonduktor.



Lapisan: komponen mesin, alat pemotong, dan

bagian komponen industri.



Kimia

dan

lingkungan:

filter

(saringan),

membran, katalis, dan katalis pendukung.

Komponen Mesin Dari Keramik ...(1)

28

(15)

Komponen Mesin Dari Keramik ...(2)

Materi #12

29

Turbocharger Rem Cakram

Rotor/kipas dari keramik (Ceramic Rotor) h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n

Silicon Carbide

30 Dipilih untuk ketahanan panas dan aus Gambar komponen otomotif dari Silicon

(16)

Keramik Lapis Baja (

Armour

) ...(1)

31



Sistem keramik lapis baja digunakan untuk

melindungi personil dan peralatan militer.



Keuntungan: kepadatan rendah dari material dapat

menyebabkan efisiensi bobot sistem lapis baja.



Bahan keramik yang umum digunakan dalam sistem

lapis baja antara lain alumina, boron carbide, silicon

carbide, dan titanium diboride.



Bahan keramik terputus dan diapit antara keuletan

kulit luar dan dalam.



Kulit luar harus cukup keras untuk menghancurkan

proyektil.

Keramik Lapis Baja (

Armour

) ...(2)

32

 Sebagian besar energi benturan/kejut diserap oleh patahan/retakan dari keramik dan setiap energi kinetik yang tersisa diserap oleh kulit bagian dalam, yang juga berfungsi untuk menahan beberapa bagian keramik dan proyektil, sehingga mencegah dampak yang parah terhadap personil/peralatan yang dilindungi.

 Keramik alumina/sistem komposit kevlar sistem komposit dalam lembaran setebal sekitar 20mm digunakan untuk

melindungi bidang utama pesawat Hercules

(kokpit kru/instrumen dan pompa utama bahan bakar).  Karena ringan, keramik memberikan solusi sistem lapis

baja yang efisien dan mudah dipindahkan/diganti. Sistem serupa juga digunakan pada pengangkut personil (kendaraan) lapis baja.

(17)

Gabungan Keramik Lapis Baja

33

Ceramic–Discontinuous (Keramik yang terputus)

Personil dan Peralatan Kulit luar yang keras

Kulit dalam yang ulet Proyektil h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n