Keramik Dan Komposit

KERAMIK  A. PENGER PENGERTI TIAN AN KERAMI KERAMIK  K  Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang arinya suau  benuk dari anah lia yang elah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedia ahun !"#$%an mende&inisikan keramik sebagai suau hasil seni dan eknologi unuk menghasilkan barang dari anah lia yang dibakar seperi gerabah' geneng' embikar dan sebagainya. Teapi saa ini idak semua keramik berasal dari anah lia. (e&inisi pengerian keramik erbaru men)akup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbenuk pada. Pada umumnya senyawa keramik lebih sabil dalam lingkungan ermal dan kimia diband dibanding ingkan kan elemenny elemennya. a. *ahan *ahan baku baku keramik keramik yang yang umum umum dipakai dipakai adalah adalah &elspard' ball' )lay' kwarsa' kaolin' dan air. +i&a keramik sanga dienukan oleh srukur krisal' komposisi kimia dan mineral bawaannya. ,leh karena iu si&a keramik -uga erganung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. +e)ara umum umum sruk sruku urny rnyaa sang sanga a rumi rumi deng dengan an sedik sediki i elek elekro ron% n%el elek ekr ron on beba bebas. s. Kurang Kurangny nyaa beberap beberapaa elekro elekron n bebas bebas kerami keramik k membua membua sebagi sebagian an besar besar bahan bahan keram keramik ik se)ara se)ara kelis kelisri rika kan n buka bukan n meru merupa paka kan n kond konduk uko orr dan dan -uga -uga men-a men-adi di konduk kondukor or panas panas yang yang -elek. -elek. (isamp (isamping ing iu kerami keramik k mempun mempunyai yai si&a si&a rapuh' rapuh' keras' dan kaku. *. +EA +EARA RA/ / KERA KERAMIK  MIK  Isilah Isilah keramik' keramik' sesuai koneks koneks modern' modern' men)ak men)akup up

maeria maeriall anorga anorganik nik yang

sanga luas' keramik mengandung elemen non mealik dan mealik yang dibua  berbagai eknik manu&akur. +e)ara radisional' keramik dibua dari mineral +ilika' seperi lempung' yang dikeringkan dan di bakar pada emperaure !0$$1 % !2$$13 agar keras. Keramik berasal dari kaa Yunani Keramos' yang berari 4 bahan yang dibakar5 aau 4 maerial yang dibakar di ungku 6 anur5. Keramik merupakan maerial yang erbenuk dari hasil senyawa 7)ompound8 anara sau s au aau lebih unsur%unsur logam

1

7ermasuk +i dan Ge8 dengan sau aau lebih unsur%unsur non logam. maerial  -enis keramik semakin se makin banyak digunakan' mulai berbagai abrasi9e' abras i9e' paha poong'  bau ahan api' ka)a' dan lain%lain' bahkan eknologi roke dan penerbangan luar  angkasa sanga memerlukan keramik.  Namun demikian keramik modern seringkali dibua dengan proses anpa ahap  pembakaran di ungku 7misalnya penekanan panas' sinering : reaksi' deri&ikasi:  gelas' dan sebagainya8. sebagainya8. Meskipun keramik kadang : kadang dikaakan memiliki karak karaker er nonmea nonmealik lik se)ara se)ara sederh sederhana ana unuk unuk membed membedakan akanny nyaa dari dari logam logam dan  paduan ini idak memadai lagi karena kini elah dikembangkan dan digunakan keramik dengan si&a yang luar biasa. Keramik perama kali diemukan sekiar ;$$$ ahun yang lalu. Pada saa iu' keramik  masih ber)orak primii9e' berwarna hiam' dan mudah pe)ah. Penemuan keramik perama kali' kali' pada pada umumny umumnyaa er-ad er-adii di Timu Timurr Teng Tengah' ah' dimana dimana perdag perdagang angan an kerami keramik k sudah sudah  ber-alan begiu )epa 7pesa8. +alah sau proses kema-uan dari e9olusi keramik adalah proses pera ?0$$ +M8 dan Meksiko 7 > 0$$$ +M8 dan beberapa saa kemudian' sekiar > #$$ Masehi' keramik sudah banyak diemukan di Amerika Tenggara. 3oraknya -uga masih serupa dengan keramik yang ada di belahan bumi lainnya' yaiu dibua dengan garis : garis lengkung yang serupa. Konsruksinya yang melingkar :  lingkar bahkan masih berahan sampai sekarang.

2

3. +I@AT KERAMIK 

+e)ara umum kramik merupakan paduan anara logam dan non logam ' senyawa  paduan ersebu memiliki ikaan ionik dan ikaan ko9alen . nuk lebih -elasnya mengenai si&a%si&a kramik beriku ini akan di-elaskan lebih deail' yaiu B •

+i&a Mekanik 

Keramik merupakan maerial yang kua' keras dan -uga ahan korosi. +elain iu keramik memiliki kerapaan yang rendah dan -uga iik lelehnya yang inggi. Keerbaasan uama keramik adalah kerapuhannya' yakni ke)enderungan unuk   paah iba%iba dengan de&ormasi plasik yang sediki. (i dalam keramik' karena kombinasi dari ikaan ion dan ko9alen' parikel%parikelnya idak mudah bergeser. @akor

rapuh

er-adi

bila

pembenukan

dan

propagasi

kereakan

yang )epa.(alam padaan krisalin' reakan umbuh melalui buiran 7rans granular8 dan sepan-ang bidang )lea9age 7kereakan8 dalam krisalnya. Permukaan empa puus yang dihasilkan mungkin memiliki eksur yang penuh buiran aau kasar. Maerial yang amor& idak memiliki buiran dan bidang krisal yang eraur' sehingga permukaan puus kemungkinan besar er-adi. Kekuaan ekan pening unuk keramik yang digunakan unuk srukur seperi  bangunan. Kekuaan ekan keramik biasanya lebih besar dari kekuaan ariknya. nuk memperbaiki si&a ini biasanya keramik di%preekan dalam keadaan erekan •

+i&a Termal

+i&a ermal bahan keramik adalah kapasias panas' koe&isien ekspansiermal' dan konduki9ias ermal. Kapasias panas bahan adalah kemampuan bahan unuk  mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan olehpadaan anara lain dalam benuk 9ibrasi 7gearan8 aom6ion penyusun padaan ersebu. Keramik biasanya memiliki ikaan yang kua dan aom%aom yang ringan. adigearan%gearan aom%aomnya akan ber&rekuensi inggi dan karena ikaannya

3

kua maka gearan yang besar idak akan menimbulkan gangguan yang erlalu  banyak padakisi krisalnya. +ebagian besar keramik memiliki iik leleh yang inggi' arinya walaupun pada emperaur yang inggi maerial ini dapa berahan dari de&ormasi dan dapa  berahan dibawah ekanan inggi. Akan eapi perubahan emperaur yang besar  dan iba%iba dapa melemahkan keramik. Konraksi dan ekspansi pada perubahan emperaur ersebulah yang dapa membua keramik pe)ah. •

+i&a elekrik 

+i&a lisrik bahan keramik sanga ber9ariasi. Keramik dikenal sanga baik sebagai solaor. *eberapa isolaor keramik 7seperi *aTi, ?8 dapa dipolarisasi dan digunakan ebagai kapasior. Keramik lain menghanarkan elekron bila energi ambangnya di)apai' dan oleh karena iu disebu semikondukor. Tahun !"2C' keramik -enis baru' yakni superkondukor emperaur kriis inggi diemukan. *ahan -enis ini di bawah suhu kriisnya memiliki hambaan D $. Akhirnya' keramik yang disebu sebagai pieoelekrik dapa menghasilkan respons lisrik akiba ekanan mekanik aau sebaliknya. Elekron 9alensi dalam keramik idak berada di pia konduksi'sehingga sebagian  besar keramik adalah isolaor. Namun' konduki9ias keramik dapa diingkakan dengan memberikan keakmurnian. Energi ermal -uga akanmempromosikan elekron ke pia konduksi' sehingga dalam keramik' konduki9ias meningka 7hambaan menurun8 dengan kenaikan suhu. *eberapa keramik memiliki si&a pieoelekrik' aau kelisrikan ekan. +i&a ini merupakan bagian bahan 4)anggih5 yang sering digunakan sebagai sensor. (alambahan pieoelekrik' penerapan gaya aau ekanan di permukaannya akan menginduksipolarisasi dan akan er-adi medan lisrik' -adi bahan ersebu mengubah ekananmekanis men-adi egangan lisrik. *ahan pieoelekrik  digunakan unuk randuser'yang diemui pada mikro&on' dan sebagainya.

4

(alam bahan keramik' muaan lisrik dapa -uga dihanarkan oleh ion%ion. +i&a ini dapa

diubah%ubah

dengan

merubah

komposisi'

dan

merupakan

dasar 

 banyakaplikasi komersial' dari sensor a kimia sampai generaor daya lisrik  skala besar.+alah sau eknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar. •

+i&a ,pik 

*ila )ahaya mengenai suau obyek )ahaya dapa diransmisikan' diabsorbsi' aaudipanulkan. *ahan ber9ariasi dalam kemampuan unuk menransmisikan )ahaya' danbiasanya dideskripsikan sebagai ransparan' ranslusen' aau opa=ue. Maerial yang ransparan' seperi gelas'menransmisikan )ahaya dengan di&us' seperi gelaser&rosed' disebu bahan ranslusen. *auan yang opa=ue idak  menransmisikan )ahaya.(ua mekanisme pening ineraksi )ahaya dengan parikel dalam padaan adalahpolarisasi elekronik dan ransisi elekron anar ingka energi. Polarisasi adalahdisorsi awan elekron aom oleh medan lisrik dari )ahaya. +ebagai akiba polarisasi'sebagian energi dikon9ersikan men-adi de&ormasi elasik 7&onon8' dan selan-unya panas. •

+i&a kimia

+alah sau si&a khas dari keramik adalah kesabilan kimia. +i&a kimia dari  permukaan keramik dapa diman&aakan se)ara posii&. Karbon aki&' silika gel' eoli' dsb' mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan  pengabsorb. Kalau oksida logam dipanaskan pada kira%kira #$$ 3' permukaannya men-adi bersi&a asam aau bersi&a basa. Alumina g ' eoli' lempung asam aau + 0, 0 : Ti, 0 demikian -uga berbagai oksida biner dipakai sebagai kaalis' yang meman&aakan aksi kaaliik dari iik bersi&a asam dan basa pada permukaan. •

+i&a &isik 

+ebagian besar keramik adalah ikaan dari karbon' oksigen aau nirogen dengan maerial lain seperi logam ringan dan semilogam. /al ini menyebabkan keramik   biasanya memiliki densias yang ke)il. +ebagian keramik yang ringan mungkin dapa sekeras logam yang bera. Keramik yang keras -uga ahan erhadap gesekan.

5

+enyawa keramik yang paling keras adalah berlian' diikui boron nirida pada uruan kedua dalam benuk krisal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan unuk memoong' menggiling' menghaluskan dan menghaluskan maerial%maerial keras lain. (. KARAKTERI+TIK KERAMIK  Keramik memiliki karakerisik yang memungkinkannya digunakan unuk   berbagai aplikasi' ermasuk B !8 Kapasias panas yang baik dan konduki9ias panas yang rendah. 08 Tahan erhadap korosi. ?8 +i&a lisriknya dapa insulaor' semi%kondukor' kondukor' bahkan super  kondukor. ;8 +i&anya dapa magneik maupun non%magneik. #8 Keras dan kua' namun rapuh. E. KFA+I@IKA+I KERAMIK  Keramik dapa di klasi&ikasikan kedalam lima kelas yaiu B !. Glass Glass adalah benda yang ransparan' lumayan kua' biasanya idak bereaksi dengan barang kimia' dan idak aki& se)ara biologi yang bisa dibenuk dengan  permukaan yang sanga halus dan kedap air. Glass bersumber dari bau kuarsa yang mengalami proses pemanasan unuk membenuknya men-adi glass 6 ka)a. 3onoh keramik -enis glass adalah  soda lime glass' dan borosilicate glass. Aplikasi keramik -enis glass ini adalah unuk peralaan makan' -endela' bool dan lain%lain.

0. Keramik radisional

6

Keramik radisional merupakan keramik yang elah lama di sempurnakan oleh orang%orang pada aman dahulu. Keramik radisional sendiri bersumber dari anah lempung yang mengalami proses pemanasan sehinnga men-adi lebih keras. 3onoh keramik radisional yaiu bau baa' gu))i buaan )ina' dan embikar. Aplikasi keramik -enis ini banyak diemukan pada karya%karya seni' dan bidang konsruksi.

?. Keramik baru dengan per&orma inggi Keramik baru adalah -enis keramik yang mengalami proses pengembangan unuk  meningkakan kerakerisik keramik iu sendiri. Keramik baru bersumber dari aluminium' mangan' dan sili)on yang dipadukan bersama unsur lain. 3onoh keramik -enis ini adalah diamond' sili)on )arbide yang banyak digunakan sebagai ala pemoong. ;.+emen dan beon +emen dan beon banyak diaplikasikan pada berbagai -enis bangunan. +emen sendiri mengandung sili)a dan aluminium. @. *A/AN *AK (A+AR KERAMIK  Tiga bahan baku uama yang digunakan unuk membua produk keramik klasik' aau riaksialH' adalah lempung' &eldspar dan pasir. Fempung adalah aluminium silika hidra yang idak erlalu murni yang erbenuk sebagai hasil pelapukan dari  bauan beku yang mengandung &eldspar sebagai salah sau mineral asli yang  pening. Reaksinya dapa dilukiskan sebagai beriku B K 0,.Al0+,?.C+i,0  3,0  0/0, J K 03,?  Al0,?.0+i,0.0/0,  ;+i,0 Ada se-umlah speises mineral yang disebu mineral lempung 7clay mineral 8 yang mengandung eruama )ampuran kaolini 7Al0,?.0+i,0.0/0,8' monmoriloni <7Mg'3a8,.Al0,?.#+i,0.n/0, dan ili 7K 0,' Mg,' Al 0,?' +i,0.0/0,8 masing%

7

masing dalam berbagai kuanias. (ari sudu pandang keramik' lempung berwu-ud  plasik dan bias dibenuk bila )ukup halus dan basah' kaku bila kering' dan ka)a 7vitreous8 bila dibakar pada suhu yang )ukup inggi. Prosedur pembuaannya mengandalkan kepada si&a%si&a ersebu diaas. (i dalam lempung yang diperdagangkan' disamping mineral lempung erdapa  pula &eldspar' kuarsa dan berbagai keidakmurnian seperi oksida%oksida besi' semuanya dalam -umlah yang beragam. (alam hampir semua lempung yang digunakan di dalam indusri keramik' mineral lempung dasar adalah kaolini' walaupun lempung benoni yang berdasarkan aas monmoriloni digunakan -uga sediki unuk memberikan si&a plasisias yang sanga inggi bila perlu. +i&a  plasisias ini sanga dipengaruhi oleh kondisi &isik lempung' dan sanga berbeda%  beda pada berbagai -enis lempung. Fempung sanga beraneka ragam dalam si&a &isiknya' dan dalam kandungan keidakmurniannya' sehingga biasanya harus diingkakan muunya erlebih dahulu melalui prosedur benefisiasi. Ada iga -enis  feldspar  yang umum' yaiu poas 7K 0,.Al0,?.+i,08' soda 7Na,.Al0,?.C+i,08' baua gamping 73a,.Al 0,?.C+i,08' yang semuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sanga pening sebagai pemberi si&a &luks dalam &ormulasi keramik. Feldspar bias erdapa di dalam lempung hasil penambangan' aau bisa -uga diambahkan sesuai keperluan. Penyusun keramik yang keiga yang pening adalah pasir aau  flin 7 flint 8. +i&a% si&anya yang pening dari segi indusri keramik diun-ukkan pada able beriku B

@. TEKNIK PEMR,+E+AN KERAMIK  a8

Pembubukan

8

*ahan%bahan dasar keramik umumnya berbenuk bubukan. *ahan dasar ersebu dapa diperoleh dengan meode kon9ensional aau non kon9ensional. Meode kon9ensional misalnya kalsinasiL yaiu menguraikan suau bahan padaan men-adi  beberapa

bagian

yang lebih sederhanaL

Milling yaiu menggiling aau

menghaluskan bahanL miing yaiu men)ampurkan beberapa bahan men-adi sau  bahan. +edangkan meode nonkon9ensional misalnya eknik laruan sepaeri meode sol%gel' meode &ase uap' aau dekomposisi garam. (alam proses  pembubukan ersebu ' seringkali harus diambahkan bahan pensabil agar suhu dapa diurunkan aau bahan organik yang ber&ungsi sebagai pengika aau  pelunak bubukan sehingga mudah dibenuk.  b8

Pembenukan

Meode pembenukan ini berma)am%ma)am' misalnya meode pres isosaik dan aksialL meode )eak lepas' yaiu di)eak hingga kering lalu dilepasL meode )eak   balu yaiu bahn dibiarkan eap berada daalm )eakn aau )eak in-eksi yaiu  bahan dimasukan ke dalam )eakan dengan )ara diin-eksikan ke dalamnya. )8

Penekanan

Penekanan aau disebu -uga kompaksi dilaukan unuk membenuk serbuk  keramik men-adi suau benuk padaan berupa pele menah. Pele menah adalah serbuk yang elah men-adi benuk pada eapi belum disiner. Prosedur dasar   penekanan dibagi men-adi ? yaiuB %

niaial

+erbuk dibenuk dalam )eakan logam dengan penekanan sau arah. Penenkanan ini dapa memproduksi banyak pele dan idak mahal dibanding meode lain. *erdasarka )ara ker-anya' penekanan ini dibagi men-adi ? yaiu B single a)ion uniaial pressing' double a)ion uniaial pressing' dan uniaial pressing wih a &loaing mould or die. %

Isosaik  

9

Penekanan serbuk dilakukan dengan menggunakan )airan. % /o pressing Penekanan dilakukan se)ar simulan denga perlakuan panas pada serbuk. d8

+inering

+inering adalah meode pemanasan yang dilakukan erhadap suau maerial 7 biaasnya dalam benuk serbuk8 pada suhu dibawah iik lelehnya sehingga men-adi benuk padaan . +erbuk berubah men-adi padaan karena pada suhu ersebu parikel%parikel akan saling meleka. +eelah disinering benuk porosias  berubah )enderung berbrnuk bola. +elain iu semakin lama dipanaskan benuk   pori akan semakin ke)il. Karena iu ukuran sampel yang elah disiner akan semakin ke)il -uga. +inering erbagi men-adi 0 -enis' yaiu berdassarkan ada idaknya &ase )air selama  proses sinering. +inering yang er-adi diserai adanya &ase )air disebu sinering &ase )air' dan sinering yang er-adi anpa &ase )air disebu sinering pada. Tahap sinering dilakukan unuk memada kompakan bahan' yang sudah di)eak  dan dikeringkan dengan suhu inggi. e8

Anneling dan Aging

Anealing adalah proses pemanasan yang lebih rendah dari sebelumnya. (engan maksud agar parameer dan si&a yang diinginkan men)apai opimum. +edangkan aging adalah proses pendinginan selama beberapa waku erenu. &8

Tahap akhir 

Pada ahap ini' bahan keramik dikenakan berbagai perlakuan akhir sehingga sipa dipalikasika sesuai dengan si&a bahan yang diinginkan. Perlakuan ersebu misalnya mengasah' memoles' memberi lapisan logam' memberi manel unuk   perlindungan dan lain%lain G. KARAKTERI+TIK +TRKTR KERAMIK 

10

Gambar 1.1 Struktur Keramik  +rukur krisal keramik 7erdiri dari berbagai ukuran aom yang berbeda aau minimal erdiri dari 0 -enis unsur8 merupakan salah sau yang paling kompleks dari semua srukur bahan. Ikaan anara aom%aom ini umumnya ikaan ko9alen 7berbagi elekron' sehingga ikaan ini kua8 aau ion 7eruama ikaananara ion  bermuaan' sehingga ikaan ini kua8. Ikaan ini -auh lebih kua daripada ikaan logam. Akibanya' si&a%si&a seperi kekerasan dan keahanan panas dan lisrik  se)ara signi&ikan lebih inggi keramik dari pada logam. Keramik dapa berikaan krisal unggal aaudalam benuk polikrisalin. kuran buir mempunyai pengaruh  besar erhadap kekuaan dan si&a%si&a keramikL ukuran buir yang halus 7sehingga dikaakan keramik halus8' semakin inggi kekuaan dan keangguhannya. Kebanyakan bahan pembenuk keramik memiliki ikaan ion' ikaan ko9alen dan ikaananara. +ebagai missal' bagian ikaan ion dalam sisem Mg%,' Al%,' n%, dan +i%, dapa dikaakan masing%masing O$' C$' C$ dan #$. Yang sanga menarik adalah bahwa pada Re, ?'Q0,? dan Ti,' yang merupakan oksida dan idak pernah menun-ukkan si&a lia aaudapa di de&ormasikan' eapi memiliki hanaran lisrik yang relai& dapa disamakan dengan logam biasa. (alam Krisal yang rumi' berbagai ma)am aom berperan dan ikaannya merupakan ikaan )ampuran dalam banyak hal. +rukur Krisal demikian dapa dimengeri apabila menginga bahwa Krisal ersusun oleh kombinasi dari  polyhedron koordinasi' dimana sauan ke)il dari kaion dikelilingi oleh beberapa

11

anion. +alah sau )onoh adalah silika yang merupakan bahan baku pening bagi keramik.

KOMPOSIT A. PENGERTIAN K,MP,+IT

12

Komposi adalah suau maerial yang erbenuk dari kombinasi dua aau lebih maerial sehingga dihasilkan maerial komposi yang mempunyai si&a mekanik  dan karakerisik yang berbeda dari maerial pembenuknya. *ahan komposi memiliki banyak keunggulan' dianaranya bera yang lebih ringan' kekuaan dan kekuaan yang lebih inggi' ahan korosi dan memiliki biaya  perakian yang lebih murah karena berkurangnya -umlah komponen dan bau%bau  penyambung. Kekuaan arik dari komposi sera karbon lebih inggi daripada semua paduan logam. +emua iu menghasilkan bera pesawa yang lebih ringan' daya angku yang lebih besar' hema bahan bakar dan -arak empuh yang lebih  -auh. Milier Amerika +erika adalah pihak yang perama kali mengembangkan dan memakai

bahan

komposi.

Pesawa AQ%2( mempunyai

kandungan

bahan

komposi 0O dalam srukur rangka pesawa pawa awal ahu !"2$%an. Penggunaan bahan komposi dalam skala besar perama kali er-adi pada ahun !"2#. Keika iu Airbus A?0$ perama kali erbang dengan sabiliser horisonal dan 9erikal yang erbua dari bahan komposi. Airbus elah menggunakan komposi sampai dengan !# dari bera oal rangka pesawa unuk seri A?0$' A??$ dan A?;$. Komposi erdiri dari 0 bagian uama yaiu B Matriks' ber&ungsi unuk pereka aau pengika dan pelindung &iller 7pengisi8 dari

kerusakan eksernal. Mariks yang umum digunakan B )arbon' glass' ke9lar' dll Filler (pengisi)' ber&ungsi sebagai Pengua dari mariks. @iller yang umum

digunakan B )arbon' glass' aramid' ke9lar 

*. TAN (I*ENTKNYA K,MP,+IT Komposi dibua dengan u-uan unuk B 13

!. Memperbaiki si&a mekanik dan6aau si&a spesi&ik erenu 0. Mempermudah design yang suli pada manu&akur  ?. Keleluasaan dalam benuk6design yang dapa menghema biaya ;. Men-adikan bahan lebih ringan 3. +I@AT MATERIAF K,MP,+IT Ada iga &akor yang menenukan si&a%si&a dari maerial komposi' yaiuB !. Maerial pembenuk. +i&a%si&a inrinsik maerial pembenuk memegang  peranan yang sanga pening erhadap pengaruh si&a komposinya. 0. +usunan srukural komponen. (imana benuk sera orienasi dan ukuran iapiap komponen penyusun srukur dan disribusinya merupakan &akor pening yang memberi konribusi dalam penampilan komposi se)ara keseluruhan. ?. Ineraksi anar komponen. Karena komposi merupakan )ampuran aau kombinasi komponen%komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya maupun  benuknya' maka si&a kombinasi yang diperoleh pasi akan berbeda. (alam pembuaan sebuah maerial komposi' suau pengkombinasian opimum dari si&a%si&a bahan penyusunnya unuk mendapakan si&a%si&a unggal sanga diharapkan. *eberapa maerial komposi polymer diperkua serbuk yang memiliki kombinasi si&a%si&a yang ringan' kaku' kua dan mempunyai nilai kekerasan yang )ukup inggi. (isamping iu -uga si&a dari maerial komposi dipengaruhi oleh  beberapa &akor yaiu maerial yang digunakan sebagai benuk komponen dalam komposi' benuk geomeri dari unsur%unsur pokok dan akiba srukur dari sisem komposi' )ara dimana benuk sau mempengaruhi benuk lainnya Menuru Agarwal dan *rouman' yaiu menyaakan bahwa bahan komposi mmpunyai )irri%)iri yang berbeda dan komposisi unuk menghasilkan suau bahan yang mempunyai si&a dan )irri erenu yang berbeda dari si&a dan )iri konsiuen asalnya. (isamping iu konsiuen asal masi kekal dan dihubungkan melalui suau anara muka.

14

(engan kaa lain' bahan komposi adalah bahan yang heerogen yang erdiri dari &asa yang ersebar dan &asa yang bererusan. @asa ersebar selalu erdiri dari sera aau bahan pengukuh' manakalah yang bererusannya erdiri dari mariks. (. KEGNAAN MATERIAF K,MP,+IT Penggunaan maerial komposi sanga luas' yaiu unuk B %

Angkasa luar D Komponen kapal erbang' Komponen /elikoper'

% % %

Komponen saeli. Kesehaan D Kaki palsu' +ambungan sendi pada pinggang Marine 6 Kelauan D Kapal layar' Kayak  Indusri Perahanan D Komponen -e empur' Peluru' Komponen kapal

% % % %

selam Indusri Pembinaan D embaan' Terowongan' Rumah' Tanks. ,lah raga dan rekreasi D +epeda' +i)k gol&' Rake enis' +epau olah raga Auomobile D Komponen mesin' Komponen kerea Angkasa luar D Komponen kapal erbang' Komponen /elikoper' Komponen satelit.

E. KFA+I@IKA+I K,MP,+IT - Berdasarkan Matriks yang digunakan : •

MM3 B Meal Mariks 3omposie 7menggunakan mariks logam8

Meal Mari )omposies adalah salah sau -enis komposi yang memiliki marik  logam. Maerial MM3 mulai dikembangkan se-ak ahun !""C. Pada mulanya yang dielii adalah 3oninous @ilamen MM3 yang digunakan dalam aplikasi aerospa)e.

•

3M3 B 3erami) Mariks 3omposie 7menggunakan mariks )erami)8

3M3 merupakan maerial 0 &asa dengan ! &asa ber&ungsi sebagai reinforcement  dan ! &asa sebagai mariks' dimana mariksnya erbua dari keramik.  Reinforcement yang umum digunakan pada 3M3 adalah oksida' )arbide' dan

15

nirid. +alah sauproses pembuaan dari 3M3 yaiu dengan proses (IM,' yaiu  proses pembenukan komposi dengan reaksi oksidasi leburan logam unuk   perumbuhan mariks keramik disekeliling daerah &iller 7pengua8. •

PM3 B Polymer Mariks 3omposie 7menggunakan mariks polymer8

PM3 7Polymer Mariks 3omposie8 merupakan mariks yang paling umum digunakan pada maerial komposi. Karena memiliki si&a yang lebih ahan kara' korosi dan lebih ringan. Mariks polymer erbagi 0 yaiu ermose dan ermoplasikPerbedaannya polymer ermose idak dapa didaur ulang sedangkan ermoplasik dapa didaur ulang sehingga lebih banyak digunakan belakangan ini. enis0 ermoplasik yang biasa digunakan B polypropylene 7PP8' polysryrene 7P+8'  polyehylene 7PE8' dll. *eriku lambang dari masing0 -enis polymer.

- Berdasarkan Strukturnya :

16

•

Pari)ulae 3omposie Maerials 7komposi parikel8 merupakan -enis Komposi yang menggunakan parikel6buiran sebagai &iller 7pengisi8.

•

Parikel berupa logam aau non logam dapa digunakan sebagai &iller. @ibrous 3omposie Maerials 7komposi sera8 erdiri dari dua komponen

•

 penyusun yaiu mariks dan sera. +ru)ural 3omposie Maerials 7komposi berlapis8 erdiri dari sekurang% kurangnya dua maerial berbeda yang direkakan bersama%sama. Proses  pelapisan dilakukan dengan mengkombinasikan aspek erbaik dari masing% masing lapisan unuk memperoleh bahan yang berguna.

-

Berdasarkan enis Penguatnya

a! Partikel se"agai penguat ( Particulate composites)

Keunungan dari komposi yang disusun oleh reinforcement berbenuk parikelB a8 Kekuaan lebih seragam pada berbagai arah  b8 (apa digunakan unuk meningkakan kekuaan dan meningkakan kekerasan maerial )8 3ara penguaan dan pengerasan oleh parikula adalah dengan menghalangi  pergerakan dislokasi. "! Fi"er se"agai penguat (Fi"er #$%p$sites)

@ungsi uama dari sera adalah sebagai penopang kekuaan dari komposi' sehingga inggi rendahnya kekuaan komposi sanga erganung dari sera yang digunakan' karena egangan yang dikenakan pada komposi mulanya dierima

17

oleh marik akan dieruskan kepada sera' sehingga sera akan menahan beban sampai beban maksimum. ,leh karena iu sera harus mempunyai egangan arik  dan moduluselasisias yang lebih inggi daripada marik penyusun komposi. @iber yang digunakan harus memiliki syara sebagai beriku B a8 Mempunyai diameer yang lebih ke)il dari diameer bulknya 7mariksnya8 namun harus lebih kua dari bulknya  b8 /arus mempunyai ensile srengh yang inggi #! Fi"er se"agai sturktural (Stru#tute #$%p$sites)

Komposi srukural dibenuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki benuk  lembaran%lembaran. *erdasarkan srukur' komposi dapa dibagi men-adi dua yaiu srukur laminate dan srukur sandwich. !8 Faminae Faminae adalah gabungan dari dua aau lebih lamina 7sau lembar  komposi dengan arah sera erenu8 yang membenuk elemen srukur se)ara inegral pada komposi. Proses pembenukan lamina ini men-adi laminae dinamakan proses laminai. +ebagai elemen sebuah srukur' lamina yang sera  penguanya

searah

sa-a

7unidire)ional

lamina8

pada

umumnya

idak 

mengunungkan karena memiliki si&a yang buruk. nuk iulah srukur komposi dibua dalam benuk laminae yang erdiri dari beberapa ma)am lamina aau lapisan yang diorienasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah uni srukur. Terdapa beberapa lamina' yaiuB a) &$ntin$us 'i"er la%inate' lamina -enis ini mempunyai lamina penyusun

dengan sera yang idak erpuus hingga men)apai u-ung%u-ung lamina. 3oninous &iber laminae erdiri dari B

18

!. nidire)ional laminae 7sau arah8' yaiu benuk laminae dengan iap lamina mempunyai arah sera yang sama. Kekuaan erbesar dari komposi lamina ini adalah searah seranya. 0. 3rossplien =uasi%isoropoi) 7silang8' lamina ini mempunyai susunan sera yang saling silang egak lurus sau sama lain anara lamina. ?. Random6wo9en &iber )omposie' lamina ini mempunyai susunan sera. ") is#$ntin$us 'i"er #$%p$site ' berbeda dengan -enis sebelumnya maka

laminae ini pada masing%masing lamina erdiri dari poongan sera pendek yang erpuus dan mempunyai dua -enis yaiu B !. +hor Alighned @iber' poongan sera ersusun dalam arah erenu' sesuai dengan keperluan seiap lamina. 0. In%Plane Random @iber' poongan sera disebarkan se)ara a)ak aau arahnya idak eraur. 08 +andwi)h panels Komposi sandwi)h merupakan komposi yang ersusun dari ? lapisan yang erdiri dari &la )omposie 7meal shee8 sebagai kuli permukaan 7skin8 sera meerial ini 7)ore8 di bagian engahnya 7berada di anaranya8. 3ore yang biasa dipakai adalah )ore impor' seperi polyurean 7P8' poly9ynil 3lorida 7PQ38' dan honey)omb. Komposi sandwi)h dibua dengan u-uan unuk e&isiensi bera yang opimal' namun mempunyai kekakuan dan kekuaan yang inggi. +ehinggga unuk  mendapakan karakerisik ersebu' pada bagian engah dianara kedua skin dipasang )ore. Komposi sandwi)h merupakan -enis komposi yang sanga )o)ok  unuk menahan beban lenur' impak' meredam gearan dan suara. Komposi sandwi)h dibua unuk mendapakan srukur yang ringan eapi mempunyai kekakuan dan kekuaan yang inggi. *iasanya pemilihan bahan unuk komposi sandwi)h' syaranya adalah ringan' ahan panas dan korosi' sera harga -uga diperimbangkan. (engan menggunakan maerial ini yang sanga ringan' maka akan dihasilkan komposi yang mempunyai si&a kua' ringan' dan kaku. Komposi 19

sandwi)h dapa diaplikasikan sebagai srukural maupun non%srukural bagian inernal dan eksernal pada kerea' bus' ruk' dan -enis kendaraan yang lainnya. @. *A/AN K,MP,+IT PARTIKEF (alam srukur komposi' bahan komposi parikel ersusun dari parikel:parikel disebu bahan komposi parikel 7 particulate composite8 menuru de&inisinya  parikel ini berbenuk beberapa ma)am seperi bula' kubik' eragonal aau  bahkan berbenuk yang idak berauran se)ara a)ak' eapi raa:raa berdimensi sama. *ahan komposi parikel umunya digunakan sebagai pengisi dan pengua  bahan komposi keramik 7ceramic matrik composites8. *ahan komposi parikel  pada umunya lebih lemah dibanding bahan komposi sera. bahan komposi  parikel mempunyai keunggulan' seperi keahanan erhadap aus' idak muda r eak  dan mempunyai daya pengika dengan marik yang baik. G. *A/AN K,MP,+IT +ERAT nsur uama komposi adalah sera yang mempunyai banyak keunggulan' oleh karena iu bahan komposi sera yang paling banyak dipakai. *ahan komposi sera erdiri dari sera:sera yang erika oleh marik yang saling berhubungan. *ahan komposi sera ini erdiri dari dua ma)am' yaiu sera pan-ang 7 continous  fiber 8 dan sera pendek 7 short fiber dan whisker 8. (alam laporan ini diambil bahan komposi sera 7 fiber composite8. Penggunaan bahan komposi sera sanga e&esien dalam menerima beban dan gaya. Karena iu bahan komposi sera sanga kua dan kaku bila dibebani searah sera' sebaliknya sanga lemah bila dibebani dalam arah egak lurus sera.

Komposi sera

dalam

dunia

indusry

mulai

dikembangkan dari

pada

menggunakan bahan parikel. *ahan komposi sera mempunyai keunggulan yang uama yaiu strong 7kua8' stiff 7angguh8' dan lebi ahan erhadap panas pada saa didalam marik 7+)hwar' !"2;8. (alam penggembangan eknologi pengolahan sera' membua sera sekarang semakin diunggulkan dibandingkan maerial: 

20

maerial yang digunakan. 3ara yang digunakan unuk mengkombinasi sera  berkekuaan arik inggi dan bermodulus elasisias inggi dengan marik yang  bermassa ringan' berkekuaan arik renda' sera bermodulus elasisias rendah makin banyak dikembangkan guna unuk memperoleh hasil yang maksimal. Komposi pada umumnya mengunakan bahan plasik yang merupakan maerial yang paling sering digunakan sebagai bahan pengika seranya selain iu plasi) mudah didapa dan mudah perlakuannya' dari pada bahan dari logam yang membuuhkan bahan sendiri. /. TIPE K,MP,+IT +ERAT nuk memperoleh komposi yang kua harus dapa menempakan sera dengan  benar. *erdasarkan penempaanya erdapa beberapa ipe sera pada komposi yaiu B !.

ontinuous Fiber omposite

ontinuous aau uni-directional! mempunyai sera pan-ang dan lurus' membenuk  lamina diaara mariknya. enis komposi ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan anar lapisan. /al ini dikarnakan kekuaan anar lapisan dipengaruhi oleh mariknya. 0.

"oven Fiber omposite 7bi-dirtectional 8

Komposi ini idak mudah dipengaruhi pemisahan anar lapisan karena susunan seranya -uga mengika sera anar lapisan. Akan eapi susunan sera meman-angnya yang idak begiu lurus mengakibakan kekuaan dan kekakuan akan melemah.

?.

 #iscontinuous Fiber omposite

 #iscontinuous Fiber omposite adalah ipe komposi dengan sera pendek. Tipe ini dibedakan lagi men-adi ? 7 Gibson' !""; B !#O 8 B

21

a.

 $ligned discontinuous fiber 

 b.

%ff-a&is aligned discontinuous fiber 

).

 Randomly oriented discontinuous fiber 

;.

 'ybrid Fiber omposite

 'ybrid Fiber omposite merupakan komposi gabungan anara sera ipe sera lurus dengan sera a)ak. Tipe ini digunakan supaya dapa menggani kekurangan si&a dari kedua ipe dan dapa menggabungkan kelebihan I. *AGIAN TAMA (ARI K,MP,+IT %

 Reinforcement 

+alah sau bagian uama dari komposi adalah reinforcement 7pengua8 yang  ber&ungsi sebagai penanggung beban uama pada komposi. -

Glass Fiber  

Glass fiber adalah bahan yang idak mudah erbakar. +era -enis ini biasanya digunakan sebagai pengua marik -enis polymer . Komposisi kimia sera gelas sebagain besar adalah +i,0 dan sisanya adalah oksida%oksida alumunium 7Al8' kalsium 73a8' magnesium 7Mg8' narium 7Na8' dan unsur%unsur lainnya. *erdasarkan benuknya sera gelas dapa dibedakan men-adi beberapa ma)am anaralain 7+anoso' 0$$08B a.

 Roving 

*erupa benang pan-ang yang digulung mengelilingi silinder.  b.

(arn

*erupa benuk benang yang leka dihubungkan pada &ilamen. ).

hopped Strand 

22

Adalah strand yang dipoong%poong dengan ukuran erenu kemudian digabung men-adi sau ikaan. d.

 Reinforcing )at 

*erupa lembaran chopped strand dan continuous strand yang ersusun se)ara a)ak. e. Soven Roving  *erupa benang pan-ang yang dianyam dan digulung pada silinder  &.

"oven Fabric

*erupa sera yang dianyam seperi kain enun. *erdasarkan -enisnya sera gelas dapa dibedakan men-adi beberapa ma)am anara lain B a.

+era E%Glass

+era E%Glass adalah salah sau -enis sera yang dikembangkan sebagai penyeka aau bahan isolasi. enis ini mempunyai kemampuan benuk yang baik.  b.

+era 3%Glass

+era 3%Glass adalah -enis sera yang mempunyai keahanan yang inggi erhadap korosi. ).

+era +%Glass

+era +%Glass adalah -enis sera yang mempunyai kekakuan yang inggi.

. KEFE*I/AN MATERIAF K,MP,+IT Maerial komposi mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan kon9ensional seperi logam. Kelebihan ersebu pada umumnya dapa diliha

23

dari beberapa sudu yang pening seperi si&a%si&a mekanikal dan &isikal dan  biaya. +eperi yang diuraikan dibawah ini B a.

+i&a%si&a mekanikal dan &isikal

Pada umumnya pemilihan bahan mariks dan sera memainkan peranan pening dalam menenukan si&a%si&a mekanik dan si&a komposi. Gabungan mariks dan sera dapa menghasilkan komposi yang mempunyai kekuaan dan kekakuan yang lebih inggi dari bahan kon9ensional seperi keluli.  b.

*iaya

@akur biaya -uga memainkan peranan yang sanga pening dalam membanu  perkembangan indusri komposi. *iaya yang berkaian era dengan penghasilan suau produk yang seharusnya memperhiungkan beberapa aspek seperi biaya  bahan menah' pemrosesan' enaga manusia' dan sebagainya. K. KEKRANGAN MATERIAF K,MP,+IT a.

Tidak ahan erhadap beban sho)k 7ke-u8 dan )rash 7abrak8 dibandingkan

dengan meal.  b.

Kurang elasis

).

Febih suli dibenuk se)ara plasis.

RAP*E+E

24

Teknologi oomoi& kini makin berkembang. *ila sebelumnya produsen oomoi&  masih per)aya sera karbon sebagai bahan yang ringan namun kua' kini ada lagi maerial baru yang diklaim !$ kali lebih kua dibanding meal. Maerial yang diberi nama grap,ene ini dikembangkan oleh im dari ni9ersiy o& Te)hnology +ydney 7T+8 dan disuper9isi oleh Pro&essor Guoiu Sang ini diprediksi akan sanga poensial digunakan oleh indusri oomoi& masa depan. Material ini seperti dipu"likasi dari $urnal $' Applied P,ysi#s %erupakan ,asil dari peng$la,an grap,ite yang ke%udian di%urnikan dan disaring dengan "a,an ki%ia tertentu yang ke%udian ditrans'$r%asi %enadi grap,ene nan$s,eets!

(engan menggunakan berbagai proses ersebu T+ %engklai% kalau %aterial "aru yang %ereka te%ukan itu ena% kali le"i, ringan di"anding "aa tapi li%a sa%pai ena% kali le"i, padat! Selain itu %aterial ini uga dua kali le"i, keras dari "aa dan sepulu, kali le"i, kuat serta ./ kali le"i, rigid di"anding "aa.

+i&a mekanik yang luar biasa dari keras graphene membua bahan ini men-an-ikan unuk diaplikasi se)ara komersial'5 ungkap kepala penelii Ali Rea Ran-baroreh seperi dikuip dari 4*ukan hanya karena ringan' kua' lebih keras dan lebih &leksibel daripada ba-a api -uga merupakan produk manu&a)ur yang bisa didaur ulang dan bisa  berkelan-uan sera ramah lingkungan dan hema biaya dalam penggunaannya'5 ambahnya. 3onoh maerial graphene dapa diliha pada halaman selan-unya.

25

ontoh material graphene *ila maerial ini diaplikasi dalam indusri oomoi&' Ran-baroreh mengaakan  bahwa di masa depan akan memungkinkan er-adinya pengembangan kendaraan ringan yang dapa mengkonsumsi sediki bahan bakar' memproduksi lebih sediki emisi 3,0 dan enunya mengurangi biaya operasi.

26