MAKALAH PENGETAHUAN BAHAN “ KERAMIK “
OLEH : KELOMPOK 1
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SRIWIJAYA INDERALAYA 2010
NAMA KELOMPOK 1. Febri Irawan ( 05091002006 )
14. Juheri ( 05091002013 )
2. Yuswarni
15. Pantas Simarmata ( 05091002026 )
Sidabalok
( 050910020017 )
16. Debby Anugrah ( 05091002038 )
3. Risma Sihombing ( 05091002007 )
17. Andri Sutendi ( 05091002024 )
4. Rema Sunarya ( 05091002016 )
18. Novhera Putriani ( 05091002035 )
5. Septi Efrika Sari ( 05091002011 )
19. Ahmad Artanto ( 05091002041 )
6. I Putu Yuliwan ( 05091002001 )
20. Dody Irawan ( 05091002046 )
7. Wahyu
21. M. Shaleh Saragih ( 05091002029 )
Tri
Ambarini
( 05091002028 )
22. Meilyane Utami ( 05091002041 )
8. Meliza Fitrianti ( 05091002012 )
23. Sartika Laelasari ( 05091002010 )
9. Puspita
24. Aprilya Eka R S ( 05091002031 )
Ayu
Indah
Sari
(05091002043)
25. Wahyu Octaryan ( 05091002040 )
10. Pangidoan S ( 05091002042 )
26. Engrawan
11. Siti Aslamiah ( 05091002004 )
Syahputra( 05091002018 )
12. Affan Budiawan ( 05091002002 )
27. Husnul Fajri ( 05091002044 )
13. Ade Tri Utami ( 05091002023 )
28. Firmansyah( 05091002034 )
KATA PENGANTAR Berkat rahmat Allah SWT. Penyusuna makalah presentasi pengetahuan bahan mengenai “ KERAMIK “ dapat diselesaikan dengan baik. Makalah ini merupakan hasil yang diperoleh oleh mahasiswa dalam mengikuti pembelajaran pengetahuan bahan dan dapat juga dijadikan panduan dalam mengikuti pengetahuan bahan. Penyusunan makalah ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang telah memberikan masukan sehingga makalah ini dapat diselesaikan dengan baik. Ucapan terimakasih diucapkan penyusun kepada orang tua, dan teman – teman
yang telah
memberikan partisipasi demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa dalam mengikuti pengetahuan bahan.
Inderalaya, 13 Desember 2010
Penyusun
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................................... 1 NAMA KELOMPOK ................................................................................................... 2 KATA PENGANTAR .................................................................................................. 3 DAFTAR ISI ................................................................................................................. 4 BAB I
PENDAHULUAN ....................................................................................5 A. Latar Belakang..................................................................................5 B. Tujuan...............................................................................................6
BAB II
STRUKTUR BAHAN KERAMIK .......................................................... 7
BAB III SIFAT – SIFAT KERAMIK .................................................................... 9 BAB IV KERAMIK KHUSUS (KERAMIK ELEKTRONIK) ............................. 16 PROSES PEMBUATAN KERAMIK............................................................................ BAB V
PENGGUNAAN BAHAN KERAMIK ................................................... 26
BAB VI
PENUTUP................................................................................................ 28
KESIMPULAN ............................................................................................................. 29 LAMPIRAN TABEL .................................................................................................... 30 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 32
22
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar belakang Perkataan keramik diambil dari perkataan bahasa inggris “ceramic” berasal dari yunani, dan secara harafiahnya merujuk kepada semua bentuk tanah liat. Bagaimanapun penggunaan istilah modern meluaskan penggunaannya untuk merangkumi bahan bukan logam bukan organik. Bahan keramik terdiri dari fasa yang merupakan senyawa unsur logam dan bukan logam. Contohnya adalah Al2O3, gelas anorganik, produk lempung sampai bahan piezo elektrik yang rumit seperti Pb (Zr,Ti) O3. Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan dengan elemennya Al2O3 adalah senyawa yang terdiri dari elemen aluminium dan oksigen. Karena senyawa mempunyai koordinasi atom yang lebih komplek dari masingmasing komponen, daya tahan terhadap slip umumnya lebih baik, sehingga pada umunya keramik lebih keras dan selalu kurang ulet dibandingkan dengan bahan logam atau polimer. Karakteristik dielektrik, semikonduktip dan magnetik dari beberapa jenis keramik tertentu sangat penting artinya untuk ilmuwan dan teknisi yang merancang atau menggunakan alat peralatan untuk rangkaian elektronik. Keramik adalah campuran yang terdiri dari unsur logam dan bukan logam. Banyak sekali contoh bahan keramik, mulai dari semen beton (termasuk batu-batuannya), gelas, bahan isolasi busi sampai oksida bahan-bahan nuklir UO2. Setiap jenis bahan tersebut tadi, keras dan rapuh. Memang, kekerasan dan kerapuhan merupakan ciri umum keramik, disamping itu keramik juga lebih tahan terhadap suhu tinggi dan lingkungan yang lebih berat persyaratannya, dibandingkan dengan logam atau polimer. Dasar dari pada karakteristik ini ialah sifat elektronik atom-atomnya. Sesuai dengan sifat-sifat dasarnya, unsur logam dapat melepaskan elektron kulit luar dan memberikannya pada atom non-logam yang mengikatnya. Akibatnya elektron-elektron
tersebut tidak dapat bergerak sehingga bahan keramik umumnya isolator listrik dan isolator panas yang baik. Sama pentingnya, ion logam positip (atom yang kehilangan elektronnya) dan ion bukan logam negatip (atom yang bertambah elektronnya) saling tarik menarik. Setiap kation (positip) dikelilingi oleh anion (negatip) diperlukan energi (jadi juga gaya) yang cukup besar untuk memutuskan ikatan tersebut. Oleh karena itu tidak mengherankan bahwa bahan keramik itu keras (daya tahan mekanis besar), tahan api (tahan panas) dan tahan kimia. Struktur dasar dari silikat adalah tetrahedron (SiO4)4-. Ikatan Si-O pada koordinasi tetrahedron memenuhi keduanya baik keterarahan dari ikatan kovalen maupun perbandingan dari radius atom relatif. Ada berbagai jenis struktur silikat karena berbagai cara kombinasi mungkin terjadi di antara tetrahedron SiO4 atau antara tetrahedron SiO2 dengan ion lain. Karena besarnya muatan ion Si4+ dan bilangan koordinasinya yang rendah, tetrahedron SiO4 jarang dihubungkan dengan sudut bersamanya dan tak pernah dihubungkan dengan bidang bersamanya.
B. Tujuan Dapat mengetahui berbagai hal tentang keramik.
BAB II STRUKTUR BAHAN KERAMIK Keramik adalah senyawa dari unsur-unsur logam dan bukan logam. Istilah keramik (dari kata Yunani keramos, yang berarti pembuat barang tembikar tanah liat, dan keramikos, artinya produk tanah liat) keduanya mengacun kepada bahan dan produk keramik itu sendiri. Karena banyaknya kemungkinan kombinasi dari unsur-unsur, beragam keramik sekarang tersedia untuk berbagai aplikasi industri dan konsumen. Keramik paling awal digunakan untuk membuat tembikar dan batu bata, sekitar sebelum 4.000 SM Keramik telah digunakan selama bertahun-tahun dalam otomotif sebagai busi baik sebagai isolator listrik dan kekuatan terhadap suhu yang tinggi. Mereka telah menjadi semakin penting dalam alat dan bahanbahan kuat bertahan, heat engines, komponen otomotif (seperti exhaust-port liners, pelapis piston, dan cylinder liners). Struktur kristal keramik (terdiri dari berbagai ukuran atom yang berbeda) merupakan salah satu yang paling kompleks dari semua struktur bahan. Ikatan antara atom-atom ini umumnya ikatan kovalen (berbagi elektron, sehingga ikatan ini kuat) atau ion (terutama ikatan antara ion bermuatan, sehingga ikatan ini kuat). Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik dari pada logam. Keramik dapat berikatan kristal tunggal atau dalam bentuk polikristalin. Ukuran butir mempunyai pengaruh basar terhadap kekuatan dan sifat-sifat keramik; ukuran butir yang halus (sehingga dikatakan keramik halus), semakin tinggi kekuatan dan ketangguhannya.
Gambar Variasi dari komponen komponen keramik (a) Alumina sangat kuat untuk penggunaan pada temperature tinggi. (b) Gas-Turbine Rotors Dibuat dari Silikon Nitrida. Sumber : Courtesy of Wesgo Div., GTE Kebanyakan bahan pembentuk keramik memiliki ikatan ion, ikatan kovalen dan ikatan antara. Sebagai missal, bagian ikatan ion dalam sistem Mg-O, Al-O, Zn-O dan Si-O dapat dikatakan masing-masing 70%, 60%, 60% dan 50%. Yang sangat menarik adalah bahwa pada ReO3,V2O3 dan TiO, yang merupakan oksida dan tidak pernah menunjukkan sifat liat atau dapat di deformasikan, tetapi memiliki hantaran listrik yang relatif dapat disamakan dengan logam biasa. Dalam Kristal yang rumit, berbagai macam atom berperan dan ikatannya merupakan ikatan campuran dalam banyak hal. Struktur Kristal demikian dapat dimengerti apabila mengingat bahwa Kristal tersusun oleh kombinasi dari polyhedron koordinasi, dimana satuan kecil dari kation dikelilingi oleh beberapa anion. Salah satu contoh adalah silikat yang merupakan bahan baku penting bagi keramik. Keramik dapat dibagi menjadi dua kategori umum: 1. Keramik tradisional-seperti whiteware, ubin, batu bata, sewer pipe, keramik, dan roda pengasah. 2. Keramik Industri (juga disebut keramik teknik , keramik teknologi tinggi, atau keramik halus) seperti turbin, otomotif, dan komponen kedirgantaraan; heat exchangers; semikonduktor; seals; prosthetics; dan alat pemotong.
BAB III SIFAT-SIFAT BAHAN KERAMIK A. Sifat Listrik Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi. Keramik dikenal sangat baik sebagai isolator. Beberapa isolator keramik (seperti BaTiO3) dapat dipolarisasi dan digunakan sebagai kapasitor. Keramik lain menghantarkan elektron bila energi ambangnya dicapai, dan oleh karena itu disebut semikonduktor. Tahun 1986, keramik jenis baru, yakni superkonduktor temperatur kritis tinggi ditemukan. Bahan jenis ini di bawah suhu kritisnya memiliki hambatan = 0. Akhirnya, keramik yang disebut sebagai piezoelektrik dapat menghasilkan respons listrik akibat tekanan mekanik atau sebaliknya. Sering pula digunakan bahan yang disebut dielektrik. Bahan ini adalah isolator yang dapat dipolarisasi pada tingkat molekular. Material semacam ini digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Kekuatan dielektrik bahan adalah kemampuan bahan tersebut untuk menyimpan elektron pada tegangan tinggi. Bila kapasitor dalam keadaan bermuatan penuh, hampir tidak ada arus yang lewat. Namun dengan tegangan tinggi dapat mengeksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Bila hal ini terjadi arus mengalir dalam kapasitor, dan mungkin disertai dengan kerusakan material karena meleleh, terbakar atau menguap. Medan listrik yang diperlukan untuk menghasilkan kerusakan itu disebut kekuatan dielektrik. Beberapa keramik mempunyai kekuatan dielektrik yang sangat besar.Porselain misalnya sampai 160 kV/cm. Sebagian besar hantaran listrik dalam padatan dilakukan oleh elektron. Di logam, elektron penghantar dihamburkan oleh vibrasi termal meningkat dengan kenaikan suhu, maka hambatan logam meningkat pula dengan kenaikan suhu.
Sebaliknya, elektron valensi dalam keramik tidak berada di pita konduksi, sehingga sebagian besar keramik adalah isolator. Namun, konduktivitas keramik dapat ditingkatkan dengan memberikan ketakmurnian. Energi termal juga akan mempromosikan elektron ke pita konduksi, sehingga dalam keramik, konduktivitas meningkat (hambatan menurun) dengan kenaikan suhu. Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan. Sifat ini merupakan bagian bahan "canggih" yang sering digunakan sebagai sensor. Dalam bahan piezoelektrik, penerapan gaya atau tekanan dipermukaannya akan menginduksi polarisasi dan akan terjadi medan listrik, jadi bahan tersebut mengubah tekanan mekanis menjadi tegangan listrik. Bahan piezoelektrik digunakan untuk tranduser, yang ditemui pada mikrofon, dan sebagainya. Dalam bahan keramik, muatan listrik dapat juga dihantarkan oleh ion-ion. Sifat ini dapat diubah-ubah dengan merubah komposisi, dan merupakan dasar banyak aplikasi komersial, dari sensor zat kimia sampai generator daya listrik skala besar. Salah satu teknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar. Kemampuan penghantaran ion didasarkan kemampuan keramik tertentu untuk memungkinkan anion oksigen bergerak, sementara pada waktu yang sama tetap berupa isolator. Zirkonia, ZrO2, yang distabilkan dengan kalsia (CaO), adalah contoh padatan ionik. B. Sifat Non Listrik 1.
Sifat Mekanik Berbagai jenis keramik termasuk semen, bata untuk bangunan, bata tahan api dengan
gelas telah dipergunakan sejak lama sebagai bahan konstruksi bangunan. Bidang penggunaan baru bagi keramik sebagai bahan konstruksi telah dikembangkan, sebagaimana telah terlihat dalam studi yang luas mengenai karbida silikon (SiC) dan nitrida silikon (Si 3N4) sebagai bahan untuk turbin dan motor yang sangat efisien. Pada umumnya keramik memiliki sifatsifat yang baik yaitu: keras, kuat dan stabil pada temperatur tinggi. Tetapi keramik bersifat getas dan mudah patah seperti halnya pada porselen, keramik cina ataupun gelas. Dalam tingkatan atom, patahan suatu zat padat merupakan pemisahan ikatan masingmasing dari atom dan ion untuk membentuk dua permukaan baru. Griffith menjelaskan bahwa retakan pada permukaan atau bagian dalam dari benda padat memberikan perbedaan yang besar antara kekuatan terukur dan kekuatan teoritis. Kalau tegangan bekerja pada bahan, bahan menjalani deformasi elastik dan daya disimpan sebagai energi elastik.
Kekerasan yang dimiliki intan (kekerasan Mohs 10) dan korundum (kekerasan Mohs 9), adalah salah satu ciri khas bahan keramik dengan kekerasannya yang tinggi. Kekerasan adalah ukuran tahanan bahan terhadap deformasi plastis pada permukaan bahan. Beberapa cara pengukuran kekerasan telah ditetapkan dengan cara deformasi yang berbeda, salah satu cara ialah kekerasan Mohs. Penekanan pada bahan getas seperti keramik dalam banyak hal mengakibatkan retakan lokal mengikuti deformasi elastik. Sukar sekali menghubungkan secara teoritis antara kekerasan yang memiliki proses rumit tersebut dengan sifat-sifat fisiknya. Walaupun beberapa permasalahan dalam pembuatan dan ketegasan masih belum dapat dipecahkan, keramik memiliki ketahanan termal dan kestabilan kimia, dan mempunyai kemungkinan penggunaan pada temperatur tinggi sebagai bahan teknik yang baru, yang tidak dapat dilaksanakan oleh bahan logam. Penurunan yang cepat dari kekuatan dan deformasi plastis sering juga ditemukan dalam bahan keramik pada temperatur melebihi 1000 oC. gejala deformasi plastis yang meningkat menurut waktu pada tegangan tetap pada temperatur tinggi, disebut melar (creep). Melar adalah suatu gejala yang rumit yang melibatkan pergeseran pada batas butir, dislokasi dalam kristal, difusi dari pori dan lainnya. Sifat Sifat Dari Berbagai Jenis Keramik Pada Temperature Ruangan Kekuatan Material
Lam-
Putus
bang
Melintang (Mpa)
Alumunium
Al2O
Oksida
3
Cubic Boron Nitrida Intan Paduan Silika Silikon Karbida Silikon Nitrida
140-240
Kekuatan
Modulus
Tekan
Elastisits
(Mpa)
(Gpa)
1000-2900 310-410
Poisson Kekerasan
's
(HK)
Ratio (v)
2000-3000
0.26
Kep adat an (kg/ m3) 4000 4500
CBN
725
7000
850
4000-5000
-
3480
-
1400
7000
830-1000 7000-8000
-
3500
SiO2
-
1300
70
550
0.25
-
SiC
100-750
700-3500
240-480
2100-3000
0.14
3100
480-600
-
300-310
2000-2500
0.24
3300
Si3N 4
Titanium Karbida
Tungsten Karbida
5500 TiC
1400-1900
3100-3850 310-410
1800-3200
-
5800 1000
WC
1030-2600
4100-5900 520-700
1800-2400
-
01500 0
Partially Stabilized
PSZ
620
-
200
1100
0.30
5800
Zirkonia Tidak seperti kebanyakan logam dan termoplastik, keramik secara umum berdampak kurangnya ketangguhan dan ketahanan shock thermal karena kurangnya keuletan inheren; pertama dimulai, dari retakan yang menjalar dengan cepat. Selain mengalami kegagalan fatik di bawah siklik muatan, keramik (terutama kaca) memperlihatkan fenomena yang disebut kelelahan statis. Ketika mengalami beban tarik statis selama periode waktu tertentu, bahanbahan ini tiba-tiba mungkin gagal. Fenomena ini terjadi di lingkungan di mana uap air hadir. Kelelahan Statis, yang tidak terjadi dalam ruang hampa atau udara kering, telah dikaitkan dengan suatu mekanisme yang mirip dengan stress corrosion cracking dari logam. Komponen keramik yang akan dikenai tegangan tarik mungkin dapat pra-tekan dalam banyak cara yang sama seperti beton pra-tekan. Prestressing komponen keramik yang berbentuk subjek mereka untuk tekanan kompresi. Metode yang digunakan meliputi: • Perlakuan panas dan Perubahan kimia • Perlakuan Laser permukaan • Pelapisan dengan keramik yang memiliki koefisien ekspansi termal yang berbeda • Penyelesaikan operasi Permukaan (seperti grinding) di mana akibat tegangan tekan sisa pada permukaan Kemajuan besar telah dilakukan dalam meningkatkan ketangguhan dan sifat-sifat keramik lainnya, termasuk pengembangan penggunaan mesin dan penggerindaan keramik. Di antara kemajuan ini adalah pilihan yang tepat dan pengolahan bahan baku, pengawasan kemurnian dan struktur, dan penggunaan bala bantuan dengan penekanan khusus pada metode analisa tegangan lanjutan selama desain komponen keramik. 2. Sifat Termal
Semua keramik boleh dikatakan dibuat dengan melalui pemanasan pada temperatur tinggi dan sejumlah keramik dimanfaatkan karena sifat termalnya yang unggul, seperti sifat tahan panas, hantaran panas, ketahanan terhadap kejutan termal, dan sebagainya. Titik cair dari kristal adalah temperatur dimana energi bebas Gibbs dari fasa padat dan fasa cair (G=H-TS) adalah sama. Sejalan dengan itu titik cair tidak dapat ditentukan dari analisa sederhana pada fasa padat saja. Ada dua mekanisme dari penyerapan panas oleh kristal, yang pertama adalah oleh getaran atom yang kedua oleh pergerakan elektron. Umumnya yang pertama relatif sangat besar. Dengan mengumpamakan semua atom dalam kristal bergetar secara harmonis pada frekuensi tunggal yang sama, secara teoritis Einstein menurunkan harga kapasitas panas volum tetap sama dengan nol pada temperatur nol derajat Kelvin dan mendekati harga 3 R (5,96 kal.mol1.
der-1) pada temperatur tinggi. Debye mengumpamakan bahwa ada distribusi tertentu pada
frekuensi getaran atom dan menurunkan persamaan
yang menjelaskan kapasitas panas
terukur lebih baik dari rumus Einstein. Gejala pertambahan volume bahan mengikuti peningkatan temperatur disebut pemuaian termal. Kristal yang bukan sistem kubus memiliki susunan atom berbeda menurut arah, oleh karena itu memiliki pula anisotropi dalam pemuaian termal dan juga dalam sifat lainnya. Kebanyakan keramik mempunyai isotropi dalam pemuaian termal walaupun terdiri dari kristal anisotropi, karena sifat-sifat adalah sebagai rata-rata dari keseluruhan bahan polikristal. Dalam hal ini koefisien pemuaian panjang dari bahan polikristal kira-kira 1/3 dari koefisien pemuaian volum dari kristal pembentuk. Panas dipindahkan dengan tiga macam mekanisme, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Ketiga mekanisme tersebut secara umum terlibat dalam proses perpindahan panas secara umum. Perpindahan panas dalam keramik hanya mencakup konduksi dan radiasi saja. Dalam zat padat ada tiga pembawa energi bagi konduksi termal, yaitu elektron, getaran kisi dan foton. Gelombang elastik meneruskan panas karena perbedaan dalam getaran termal dari atom pada daerah temperatur tinggi dan daerah temperatur rendah. Ini adalah konduksi termal karena vibrasi kisi. Dengan menganggap gelombang elastik ini sebagai pertikel yang bergerak pada kecepatan tinggi, partikel terkuantisasi, dan disebut fonon. Pada temperatur tinggi perpindahan panas dengan radiasi dari gelombang elektromagnetik menjadi sangat berarti. Gelombang elektromagnetik yang yang dikuantumkan disebut foton. Pada umumnya hantaran termal dari logam adalah besar, karena panas dipindahkan oleh elektron yang bergerak bebas dalam kristal. Keramik adalah isolator yang hantaran termalnya karena elektron dapat diabaikan. Fonon mempunyai peranan bagi hantaran termal dalam keramik.
Hantaran termal alumina sangant kecil pada temperatur sangat rendah, dan cenderung meningkat sangat cepat menurut temperatur, menurun kembali pada atau diatas 40oK, dan meningkat lagi pada atau diatas 1000oK. Perubahan ini dapat dihubungkan dengan perubahan panas jenis dan menurunnya lintasan bebas rata-rata oleh antaraksi fonon dengan fonon. Meningkatnya hantaran panas pada temperatur tinggi disebabkan oleh foton yang terutama penting bagi bahan tembus cahaya.
3.Sifat Optik Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, atau dipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, dan biasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas, mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelas terfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan cahaya. Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalah polarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalah distorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi, sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas. Seperti dalam atom elektron-elektron dalam bahan berada dalam tingkat-tingkat energi tertentu. Absorbsi energi menghasilkan perpindahan elektron dari tingkat dasar ke tingkat tereksitasi. Ketika elektron kembali ke keadaan dasar disertai dengan pemancaran radiasi elektromagnetik. Dalam padatan elektron yang energinya tertinggi ada dalam orbital-orbital dalam pita valensi dan orbital-orbital yang tidak terisi biasanya dalam pita konduksi. Gap antara pita valensi dan pita konduksi disebut gap energi. Range energi cahaya tampak 1,8 sampai 3,1 eV. Bahan dengan gap energi di daerah ini akan mengabsorbsi energi yang berhubungan. Bahan itu akan tampak transparan dan berwarna. Contohnya, gap energi CdS sekitar 2,4 eV dan mengabsorbsi komponen cahaya biru dan violet dari sinar tampak. Tampak bahan tersebut berwarna kuning-oranye. Bahan dengan gap energi kurang dari 1,8 eV akan opaque, sebab semua cahaya tampak akan diabsorbsi. Material dengan gap energi lebih besar 3,1 eV tidak akan menyerap range sinar tampak dan akan tampak transparan dan tak berwarna. Cahaya yang diemisikan dari transisi elektron dalam padatan disebut luminesensi. Bila terjadi dalam selang waktu yang
pendek disebut flouresensi, bila didalam selang waktu yang lebih panjang disebut fosforisensi. Cahaya yang ditransmisikan dari satu medium ke medium lain, misalnya dari gelas ke air akan mengalami pembiasan. Pembelokan cahaya ini adalah akibat perubahan kecepatan rambat yang asal mulanya dari polarisasi elektronik. Karena polarisasi meningkat dengan naiknya ukuran atom. Gelas yang mengandung ion-ion berat (seperti kristal timbal) memiliki indeks bias yang lebih besar dari gelas yang mengandung atom-atom ringan (seperti gelas soda). Hamburan cahaya internal dalam bahan yang sebenarnya transparan mungkin dapat mengakibatkan bahan menjadi translusen atau opaque. Hamburan semacam ini terjadi antara lain di batas butiran, batas fasa, dan pori-pori. Banyak aplikasi memanfaatkan sifat optik bahan keramik ini. Transparansi gelas membuatnya bermanfaat untuk jendela, lensa, filter, alat masak, alat lab, dan objek-objek seni. Pengubahan antara cahaya dan listrik adalah dasar penggunaan bahan semikonduktor seperti GaAs dalam laser dan meluasnya penggunaan LED dalam alat-alat elektronik. Keramik fluoresensi dan fosforisensi digunakan dalam lampu-lampu listrik dan layar-layar tv. Akhirnya serat optik mentransmisikan percakapan telepon dan data komputer yang didasarkan atas refleksi internal total sinyal cahaya. 4.Sifat Kimia Salah satu sifat khas dari keramik adalah kestabilan kimia. Sifat kimia dari permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif. Karbon aktif, silika gel, zeolit, dsb, mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan pengabsorb. Kalau oksida logam dipanaskan pada kira-kira 500 0C, permukaannya menjadi bersifat asam atau bersifat basa. Alumina γ , zeolit, lempung asam atau S2O2 – TiO2 demikian juga berbagai oksida biner dipakai sebagai katalis, yang memanfaatkan aksi katalitik dari titik bersifat asam dan basa pada permukaan.
BAB IV KERAMIK KHUSUS (KERAMIK ELEKTRONIK)
A. Bahan Mentah Di antara bahan mentah yang paling pertama digunakan untuk pembuatan keramik adalah tanah liat, yang mana memiliki struktur seperti lembaran halus. Contoh yang paling umum adalah kaolin (dari Kaoling, sebuah bukit di Cina). Ini adalah tanah liat putih yang terdiri dari silikat aluminium, dengan lapisan ikatan lemah berselang-seling silikon dan ion aluminium. Bila ditambahkan ke kaolin, air meresap pada lapisan (adsorpsi). Hal ini membuat lapisan licin dan memberi tanah liat basah yang terkenal baik kelembutan dan sifat plastik (hydroplasticity) yang membuatnya formable. Bahan mentah utama lainnya untuk keramik yang ditemukan di alam adalah flint (sebuah batu yang tersusun dari silica sangat halus,SiO2) dan feldspar (kelompok kristalin mineral yang tersusun dari aluminium silikat ditambah kalium, kalsium, atau natrium). Porselen adalah keramik putih terdiri dari kaolin,Quartz, dan feldspar; penggunaan paling besar
pada alat alat kesehatan. Dalam keadaan alami, bahan mentah ini umumnya
mengandung kotoran dari berbagai jenis, yang harus dihilangkan sebelum bahan bahan diproses lebih lanjut menjadi produk-produk bermanfaat dengan kinerja yang handal.
B. Bahan Isolasi Isolator, soket, tombol kontak adalah jenis keramik isolasi yang mempunyai sejarah paling tua. Kebanyakan dibuat dari barang tanah dan porselen, dan sekarang juga masih dipakai secara luas sebagai isolator frekuensi rendah. Sedangkan isolator yang memerlukan ketahanan yang baik terhadap kejutan termal seperti pada pelindung busur listrik dan inti pembatas arus dipakai keramik kordierit.
Bahan keramik peralatan putih diatas tidak dapat dipakai sebagai isolator dalam daerah frekuensi tinggi karena kerugian daya listriknya besar. Dalam pada itu berbagai bahan isolasi telah dikembangkan untuk memenuhi berbagai persyaratan sesuai dengan perkembangan dalam bidang elektronik. Penggunaanya bervariasi luas dan yang utama adalah: busi, kotak alas IC, alas semikonduktor, alas tahanan, berbagai alas komponen rangkaian, bola lampu natrium tekanan tinggi (alumina baur cahaya). Sifat khas yang diinginkan sedikit berubah menurut penggunaan, tetapi pada umumnya adalah sebagai berikut: Tan δ yang menyebabkan kerugian listrik harus kecil Kekuatan mekanik yang tinggi Tidak ada perubahan terhadap waktu Tahan panas, dan Tegangan/voltase putusnya tinggi Sebagai tambahan terhadap sifat diatas, untuk beberapa jenis pemakaian diperlukan sifat berikut: Konstanta dielektrik yang kecil (untuk memperkecil berkurangnya propagasi sinyal). Konduktivitas termal yang tinggi (untuk memperbaiki radiasi termal dalam isolator daya tinggi). Koefisien pemuaiannya kira-kira sama dengan Si (kalau menempel pada Si). Dapat dilogamkan dengan baik (ini penting untuk penyesuaian dan pemisahan kabel penyalur). Alumina merupakan bahan isolasi yang sangat baik yang dapat memenuhi hampir semua persyaratan yang diminta diatas. B. Bahan Dielektrik Bahan dielektrik memisahkan dua konduktor listrik tanpa ada aliran listrik diantaranya. Jadi, logam bukan bahan dielektrik; tetapi beberapa jenis keramik dan polimer termasuk kelompok ini. Dielektrik adalah isolator, dan memegang peran inert dalam rangkaian listrik. Sifat utama suatu isolator adalah “kekuatan” dielektrik. Yaitu nilai gradient potesial, V/mm, yang dapat digunakan oleh perancang untuk menghindarkan terjadinya kegagalan listrik. Suatu isolator memiliki nilai yang tinggi untuk kekuatan dielektrik dan resistivitasnya; akan tetapi, tidak ada korelasi antara keduanya karena akhirnya kegagalan listrik terjadi karena ada ketidakmurnian, retak atau cacat dan ketidaksempurnaan lainnya, dan
bukan merupakan karakteristik listrik khas dari bahan. Selain itu, kekuatan dielektrik merupakan fungsi ketebalan. Pengguanaan paling penting dari dielektrik keramik adalah untuk kapasitor. Kapasitor keramik secara garis besar diklasifikasikan menurut bentuk yaitu yang berbentuk piringan atau pelat dielektrik satu lapisan dan yang lapisannya banyak disebut jenis laminasi. Selain itu diklasifikasikan juga oleh sifat khas dielektrik yaitu untuk kompensasi temperatur dan untuk konstanta dielektrik yang tinggi. Kapasitor kompensasi temperatur dipakai untuk kompensasi perubahan temperatur dari komponen elektronik seperti lilitan, tahanan dan osilator kristal. Polarisasi listrik Bahan dielektrik bukan penghantar listrik. Tetapi mereka tidak inert terhadap medan listrik. Elektron dan proton akan bergeser tempat akibat medan listrik tersebut. Sebagai contoh, tempat kedudukan (rata-rata) dari elektron akan bergeser mendekati elektroda positif, sedang inti atom sendiri, yang mengandung proton, akan bergeser mendekati elektroda negatif. Peristiwa ini disebut polarisasi. Bila ada medan arus bolak-balik, muatan tadi akan bergeser bolak-balik mengikuti frekuensi medan listrik. Polarisasi dapat digolongkan dalam beberapa jenis tergantung pada pergeseran satuan. Yang telah dibahas tadi adalah polarisasi elektronik. Karena kecil, elektron memiliki frekuensi dasar yang sangat tinggi ( ≈ 1016 Hz) dan membentuk gelombang berdiri disekitar atom. Jadi, polarisasi ini dapat terjadi pada rangkaian 60 Hz dan frekuensi radio dan akibat frekuensi cahaya ( ≈ 1015 Hz). Polarisasi ionik meruakan pergeseran ion negatif dan positif ke elektroda positif dan negatif. Sama dengan polarisasi elektronik, polarisasi ionik ditimbulkan oleh medan listrik luar. Karena ion lebih berat dibandingkan dengan elektron, ion tak mungkin berpolarisasi dengan cepat. Polimerisasi ion terbatas hingga frekuensi maksimum sebesar ~1013 Hz. Ini berada di bawah frekuensi sinar biasa. Oleh karena itu, berkas sinar tak mungkin menghasilkan polarisasi ionik dan hanya akan menghasilkan polarisasi elektronik. Polarisasi molekul terjadi bila molekul polar berada dalam medan listrik. Pada molekul polar, “titik pusat gravitasi” muatan positif dan negatif tidak berimpit. Selalu ada dwikutub (dipole) kecil. Contohnya adalah metil khlorida (CH3Cl). Atom khlorin yang memiliki 17 elektron dan setiap atom hidrogen merupakan proton “terbuka” dan terletak pada ujung ikatan kovalen. Polarisasi ini permanen atau tetap karena merupakan bagian dari struktur molekul. Dwikutub dapat berorientasi sesuai medan. Selain itu, setiap setengah siklus medan bolak-
balik molekul bergeser. Karena massa ditentukan oleh ukuran molekul, frekuensi maksimum sangat berbeda tergantung pada jenis bahan. Tetapi, selalu lebih kecil dibandingkan dengan polarisasi elektron dan ion. Disamping itu, polarisasi sangat peka terhadap temperatur. Muatan ruangan (atau polarisasi antarpermukaan) terjadi bila ada penghantaran muatan lokal dalam dielektrik. Sebagai contoh, Al2O3, bahan bukan penghantar, mengandung partikel aluminium yang sangat kecil, elektron induksi dapat bergeser kearah elektroda positif dalam medan bolak-balik. Akan tetapi, mereka tetap terikat didalam partikel metal. Contoh ini hanya untuk penjelasan belaka, dan jarang dijumpai pada bahan rekayasa. Namun, sering juga dijumpai dalam fasa keramik yang mengandung oksida semi penghantar seperti Ti2O3 didalam TiO2. Hal ini harus dihindarkan karena akan menghasilkan kerugian dielektrik dalam rangkaian frekuensi tinggi. C. Bahan Piezoelektrik BaTiO3 adalah bahan keramik pertama yang dipergunakan sebagai bahan piezoelektrik. Kemudian ditemukan bahwa larutan padat PbTrO3-PbTiO3 (PZT) mempunyai sifat piezoelektrik lebih unggul, dan dengan demikian memperluas penggunaan keramik piezoelektrik secara lebih berarti. Dengan menambah komponen ketiga Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, Pb(Y1/3Nb2/3)O3, dst kepada PZT maka daerah pemilihan lebih diperluas dalam: titik curie, konstanta dielektrik, koefisien kopeling elektromekanik, koefisien kualitas mekanik dan konstanta lainnya. D. Bahan Semikonduktor Dalam bahan keramik semikonduktor, termistor, varistor dan sensor digunakan secara praktis. Termistor, resistor yang peka sepenuhnya secara termal, secara harfiah berarti semikonduktor keramik dengan variasi termal yang tinggi. Ada termistor dengan koefisien temperatur negatif (NTC), dalam mana tahanan berkurang dengan bertambahnya temperatur, termistor dengan koefisien temperatur positif (PTC), yang tahanannya bertambah menurut temperatur dan resistor temperatur kritik (CTR) yang tahanannya berubah tajam pada temperatur kritik. NTC dibuat dengan mencampurkan berbagai oksida logam, dari logam Mn, Co, Ni, Cu, Fe, dan sebagainya, dan disinter dalam atmosfir pengoksid. PTC yang khas adalah keramik BaTiO3, yang dibuat menjadi semikonduktor oleh penambahan sedikit Y2O3. Komponen utama dari CTR adalah VO2, yang ditambah oksida Sr, P atau B dan disinter dalam atmosfir yang mereduksi dan dicelup dingin. Kebanyakan termistor dibuat dalam
bentuk butiran, piringan, cincin, dan batang. Butiran dipergunakan untuk pengukuran dan pengendalian temperatur secara teliti sekali. Piringan dipakai untuk kompensasi temperatur bagi transistor dan lilitan pembelok pesawat TV. Cincin dipakai untuk pengendalian arus pada penyalaan lampu, sedangkan CTR dipergunakan untuk sensor panas yang sangat dapat diandalkan. PTC dalam bentuk sarang tawon memiliki fungsi pengendalian sendiri dari temperatur dan didistribusikan sebagai pemanas yang aman. Varistor dipakai untuk tahanan variabel, merupakan istilah umum bagi bahan yang memiliki perubahan tahanan yang sangat karena adanya tegangan listrik. Salah satu bahan ini adalah SiC dan ZnO. Hubungan antara arus (A) dan tegangan (V) dari varistor dinyatakan dalam persamaan A=(V/C) α , dimana
α diinginkan sebesar mungkin dan C adalah
konstanta. Varistor SiC dibuat dari bubuk SiC dengan menambahkan lempung atau pengikat lainnya diaduk dan disinter dalam atmosfir pengoksid. Harga
α pada umumnya 3,3-5.
Varistor ZnO dibuat dari ZnO dibubukan secara halus dan ditambahkan kepadanya sedikit Bi2O3 atau CoO, MnO, Sb2O3 dan kemudian disinter. Harga
α umunya sekitar 30-50.
Varistor menyerap tegangan tandingan yang terjadi pada saat pemutusan arus pada beban. Contoh khas adalah peniadaan loncatan api listrik terjadi pada kontak reli. Juga dipergunakan secara luas untuk menahan suara brisik pada motor ukuran kecil, tegangan lebih, pelindung pada berbagai rangkaian listrik dan komponen, dst. Varistor SiC memiliki harga
α yang kecil, tetapi mempunyai ciri khas bahwa dapat dipakai untuk keadaan beban
tetap dan untuk daya yang besar. Di samping termistor tersebut diatas, berbagai sensor semikonduktor sedang dikembangkan. Sensor untuk menditeksi gas propan atau gas kota adalah bahan porus yang terutama terdiri dari SnO2, ZnO atau Fe2O3. Perubahan tahanan dari semikonduktor karena adanya kontak dengan gas dimanfaatkan untuk mengetahui adanya gas. Sensor lembaman dipergunakan untuk pengendalian alat penyegar udara dan tungku elektronik. Bahan sensor lembaman adalah MgCr2O4-TiO2, TiO2-V2O5 dan keramik porus lainnya, dipergunakan dengan memanfaatkan sifat penurunan tahanan dengan bertambahnya lembaman. E. Jenis Bahan Semikonduktor 1. Semikonduktor ion Berbagai semikonduktor ion telah dikenal dan penelitian serta pengembangan untuk bahan yang lebih unggul masih berlanjut. Kebanyakan penggunaan semikonduktor ion tersebut masih sedang dipelajari. Sebagai contoh, keramik alumina β dicatat sebagai
elektriolit untuk diafragma pada batere Na/S. Di antara konduktor ion, ZrO2 yang distabilkan banyak dipergunakan karena keunggulannya dalam konduktivitas ion oksigen sebagai detektor kadar oksigen dalam besi cair, dalam gas buang kendaraan dan berbagai gas yang sedang dibakar. 2.
Gelas konduktor Gelas yang permukaannya dilapisi film SnO2 atau In2O3 dengan berbagi cara, bersifat tembus cahaya dan dapat mengalirkan listrik. Sifat ini dipergunakan untuk elektroda pada panel petunjuk kristal cair.
3.
Elemen pemanas Karbon dipergunakan sejak lama sebagai elemen pemanas, tetapi tidak dapat dipakai didalam udara seperti halnya tungsten, molibden dan elemen pemanas lainnya dari logam tahan temperatur tinggi.
PROSES PEMBUATAN KERAMIK
Membuat keramik memerlukan teknik-teknik yang khusus dan unik. Hal ini berkaitan dengan sifat tanah liat yang plastis dimana diperlukan ketrampilan tertentu dalam pengolahan maupun penanganannya. Membuat keramik berbeda dengan membuat kerajinan kayu, logam, maupun yang lainnya. Proses membuat keramik adalah rangkaian proses yang panjang yang didalamnya terdapat tahapan-tahapan kritis. Kritis, karena tahapan ini paling beresiko terhadap kegagalan. Tahapan proses dalam membuat keramik saling berkaitan antara satu dengan lainnya. Proses awal yang dikerjakan dengan baik, akan menghasilkan produk yang baik juga. Demikian sebaliknya, kesalahan di tahapan awal proses akan mengasilkan produk yang kurang baik juga. Tahap-tahap membuat keramik Ada beberapa tahapan proses yang harus dilakukan untuk membuat suatu produk keramik, yaitu: 1. Pengolahan bahan Tujuan pengolahan bahan ini adalah untuk mengolah bahan baku dari berbagai material yang belum siap pakai menjadi badan keramik plastis yang telah siap pakai. Pengolahan bahan dapat dilakukan dengan metode basah maupun kering, dengan cara manual ataupun masinal. Didalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain pengurangan ukuran butir, penyaringan, pencampuran, pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air. Pengurangan ukuran butir dapat dilakukan dengan penumbukan atau
penggilingan dengan ballmill. Penyaringan dimaksudkan untuk memisahkan material dengan ukuran yang tidak seragam. Ukuran butir biasanya menggunakan ukuran mesh. Ukuran yang lazim digunakan adalah 60 – 100 mesh.
Pencampuran dan pengadukan bertujuan untuk mendapatkan campuran bahan yang homogen/seragam. Pengadukan dapat dilakukan dengan cara manual maupun masinal dengan blunger maupun mixer. Pengurangan kadar air dilakukan pada proses basah, dimana hasil campuran bahan yang berwujud lumpur dilakukan proses lanjutan, yaitu pengentalan untuk mengurangi jumlah air yang terkandung sehingga menjadi badan keramik plastis. Proses ini dapat dilakukan dengan diangin-anginkan diatas meja gips atau dilakukan dengan alat filterpress. Tahap terakhir adalah pengulian. Pengulian dimaksudkan untuk menghomogenkan massa badan tanah liat dan membebaskan gelembung-gelembung udara yang mungkin terjebak. Massa badan keramik yang telah diuli, disimpan dalam wadah tertutup, kemudian diperam agar didapatkan keplastisan yang maksimal. 2. Pembentukan Tahap pembentukan adalah tahap mengubah bongkahan badan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki. Ada tiga keteknikan utama dalam membentuk benda keramik: pembentukan tangan langsung (handbuilding), teknik putar (throwing), dan teknik cetak (casting). Pembetukan tangan langsung Dalam membuat keramik dengan teknik pembentukan tangan langsung, ada beberapa metode yang dikenal selama ini: teknik pijit (pinching), teknik pilin (coiling), dan teknik lempeng (slabbing). Pembentukan dengan teknik putar Pembentukan dengan teknik putar adalah keteknikan yang paling mendasar dan merupakan kekhasan dalam kerajinan keramik. Karena kekhasannya tersebut, sehingga keteknikan ini
menjadi semacam icon dalam bidang keramik. Dibandingkan dengan keteknikan yang lain, teknik ini mempunyai tingkat kesulitan yang paling tinggi. Seseorang tidak begitu saja langsung bisa membuat benda keramik begitu mencobanya. Diperlukan waktu yang tidak sebentar untuk melatih jari-jari agar terbentuk ’feeling’ dalam membentuk sebuah benda keramik. Keramik dibentuk diatas sebuah meja dengan kepala putaran yang berputar. Benda yang dapat dibuat dengan keteknikan ini adalah benda-benda yang berbentuk dasar silinder: misalnya piring, mangkok, vas, guci dan lain-lain. Alat utama yang digunakan adalah alat putar (meja putar). Meja putar dapat berupa alat putar manual mapupun alat putar masinal yang digerakkan dengan listrik. Secara singkat tahap-tahap pembentukan dalam teknik putar adalah: centering (pemusatan), coning (pengerucutan), forming (pembentukan), rising (membuat ketinggian benda), refining the contour (merapikan). Pembentukan dengan teknik cetak Dalam keteknikan ini, produk keramik tidak dibentuk secara langsung dengan tangan; tetapi menggunakan bantuan cetakan/mold yang dibuat dari gipsum. Teknik cetak dapat dilakukan dengan 2 cara: cetak padat dan cetak tuang (slip). Pada teknik cetak padat bahan baku yang digunakan adalah badan tanah liat plastis sedangkan pada teknik cetak tuang bahan yang digunakan berupa badan tanah liat slip/lumpur. Keunggulan dari teknik cetak ini adalah benda yang diproduksi mempunyai bentuk dan ukuran yang sama persis. Berbeda dengan teknik putar atau pembentukan langsung, 3. Pengeringan Setelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik. Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting: (1) Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti; (2) Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan (3) air yang terserap pada permukaan partikel hilang. Tahap-tahap ini menerangkan mengapa harus dilakukan proses pengeringan secara lambat untuk menghindari retak/cracking terlebih pada tahap 1 (Norton, 1975/1976). Proses yang terlalu cepat akan mengakibatkan keretakkan dikarenakan hilangnya air secara tiba-tiba tanpa diimbangi penataan partikel tanah liat secara sempurna, yang mengakibatkan penyusutan mendadak.
Untuk menghindari pengeringan yang terlalu cepat, pada tahap awal benda keramik dianginanginkan pada suhu kamar. Setelah tidak terjadi penyusutan, pengeringan dengan sinar matahari langsung atau mesin pengering dapat dilakukan. 4. Pembakaran Pembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku/furnace suhu tinggi. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi hasil pembakaran: suhu sintering/matang, atmosfer tungku dan tentu saja mineral yang terlibat (Magetti, 1982). Selama
pembakaran,
badan
keramik
mengalami
beberapa
reaksi-reaksi
penting,
hilang/muncul fase-fase mineral, dan hilang berat (weight loss). Secara umum tahap-tahap pembakaran maupun kondisi api furnace dapat dirinci dalam tabel. Pembakaran biscuit Pembakaran biskuit merupakan tahap yang sangat penting karena melalui pembakaran ini suatu benda dapat disebut sebagai keramik. Biskuit (bisque) merupakan suatu istilah untuk menyebut benda keramik yang telah dibakar pada kisaran suhu 700 – 1000oC. Pembakaran biskuit sudah cukup membuat suatu benda menjadi kuat, keras, kedap air. Untuk benda-benda keramik berglasir, pembakaran biskuit merupakan tahap awal agar benda yang akan diglasir cukup kuat dan mampu menyerap glasir secara optimal. 5. Pengglasiran Pengglasiran merupakan tahap yang dilakukan sebelum dilakukan pembakaran glasir. Benda keramik biskuit dilapisi glasir dengan cara dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas. Untuk benda-benda kecil-sedang pelapisan glasir dilakukan dengan cara dicelup dan dituang; untuk benda-benda yang besar pelapisan dilakukan dengan penyemprotan. Fungsi glasir pada produk keramik adalah untuk menambah keindahan, supaya lebih kedap air, dan menambahkan efek-efek tertentu sesuai keinginan. Kesemua proses dalam pembuatan keramik akan menentukan produk yang dihasilkan. Oleh karena itu kecermatan dalam melakukan tahapan demi tahapan sangat diperlukan untuk menghasilkan produk yang memuaskan.
BAB V PENGGUNAAN BAHAN KERAMIK Keramik mempunyai berbagai penggunaan, dapat di gunakan sebagai barangan harian perumahan maupun dalam industri. Beberapa jenis keramik di gunakan dalam kelistrikan oleh sebab keramik mempunyai sifat rintangan listrik yang tinggi. Kekuatan listrik dan sifat magnet yang tinggi sesuai di gunakan sebagai magnet dalam alat pembesar suara (loud speaker). Oleh karena keramik dapat mengekalkan kekuatan dan ketegarannya pada temperatur yang tinggi, keramik banyak di gunakan pada keadaan temperatur tinggi dan sifat ketahanan aus yang tinggi sangat sesuai di gunakan sebagai pelapis silinder. Keramik di gunakan juga di dalam mesin diesel sebagai komponen-komponen pemutar (rotor) dan juga pada turbin. Di samping itu keramik mempunyai sifat-sifat yang menarik seperti kerapatan (density) yang rendah dan modulus elastisitas yang tinggi. Dengan itu berat mesin dapat di kurangkan sehingga performance mesin bisa meningkat. Keramik juga dapat di gunakan sebagai alat pemotong logam-logam keras pada kecepatan potong yang tinggi. Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkannya digunakan untuk berbagai aplikasi termasuk : kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah. Tahan korosi. Sifat listriknya dapat insulator,semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor. Sifatnya dapat magnetik dan non-magnetik. Keras dan kuat, namun rapuh. Bahan-bahan keramik dapat digunakan membuat berbagai komponen/produk seperti dibawah ini : 1. Keramik Konvensional
a. Keramik berstruktur Penggunaan : batu bata, riol , pot bunga, lantai dan dinding. b. Keramik putih Penggunaan : peralatan meja makan (seperti piring, teko, mangkuk), peralatan kamar mandi, perhiasan rumah. c. Keramik refraktori Penggunaan : sebagai batu untuk tanur kupola, serabut keramik, semen mortar, liner yang di gunakan pada temperatur tinggi seperti di tanur peleburan besi, aluminium dan sebagainya. d. Keramik listrik Contohnya insulator, switch dan kepingan penyekat 2. Keramik Termaju a. Keramik Oksida Contohnya: Abrasif, Substrat elektronik, Mata pahat, Komponen mesin. b. Keramik Bukan Oksida Contohnya ialah Turbin gas, Komponen mesin, Abrasif, Mata pahat, Nozel roket dll. c. Keramik Komposit Contohnya ialah rotor dan komponen mesin, mata pahat, komponen untuk industri. d. Keramik Kaca Contohnya ialah recrystallized glasses for instrument bagian-bagian mekanik dalam kapal terbang. Bahan keramik kemungkinan merupakan timbunan bahan yang terbesar di gunakan oleh manusia. Di sekeliling kita jika kita perhatikan penggunaan harian banyak memakai bahan keramik. Seperti rumah, gedung-gedung, peralatan meja makan, perhiasan rumah dll.
BAB VI PENUTUP Karena keramik merupakan senyawa unsur logam dan bukan logam, ternyata bahwa tidak mudah untuk membuat suatu hubungan antar struktur dan sifatnya. Logam, misalnya, selalu merupakan penghantar listrik atau panas, kebanyakan keramik adalah isolator akan tetapi beberapa diantaranya memiliki sifat semikonduktivitas yang mempunyai nilai teknis. Polimer organik selalu melakukan cahaya bila tipis, keramik dapat tembus cahaya (gelas optik) atau tidak tembus cahaya seperti spinel maknit. Keramik tahan terhadap tekanan akan tetapi tidak tahan gaya tarik. Gelas serat (fiberglass) mempunyai kekuatan tarik melebihi baja sehingga dapat digunakan sebagai penguat; sedang gelas sangat rapuh dan bahan yang mudah pecah sehingga perlu ditangani dengan hati-hati. Contoh-contoh tersebut diatas sangat terbatas akan tetapi menggambarkan bahwa bahan keramik mempunyai berbagai karakteristik. Berbagai jenis keramik memegang peran yang berarti dalam penggunaan teknologi dan kebutuhan masyarakat. Akan tetapi keramik lebih rumit dibandingkan bahan lainnya oleh karena itu memerlukan pengenalan dan pengertian teknis yang lebih baik.
KESIMPULAN Isolator keramik dibuat demikian rupa sehingga tidak bereaksi terhadap listrik. Ion-ion yang terdapat didalamnya peka terhadap medan listrik. Dengan demikian terjadi polarisasi dalam bahan dielektrik tersebut. Konstanta dielektrik yang dihasilkan dimanfaatkan dalam kapasitor; akan tetapi dapat timbul kehilangan tenaga bila pemindahan ion tertinggal dengan medan listrik. Polarisasi permanen mengakibatkan piezoelektrik dan menghasilkan transduser elektromekanik. Atom-atom dengan keadaan valensi ganda menghasilkan keramik semikonduktor. Keramik magnetik mempersyaratkan adanya ion dengan kulit sub-valensi yang tidak terisi. Tiap atom menjadi maknit kecil; pasangann maknit menghasilkan domain magnetik yang bereaksi dibawah pengaruh medan maknit. Senyawa, baik keramik maupun antar-logam, tahan terhadap deformasi geser. Akibatnya, bahan ini peka terhadap takik (atau retak). Oleh karena itu kekuatan tariknya rendah. Namun, ketahanan terhadap geseran mengakibatkan kekuatan tekan yang tinggi. Oleh karena itu bahan keramik dipilih untuk penggunaan dibawah tekanan. Biasanya, bahan keramik dibuat demikian rupa sehingga mempunyai tekanan pada permukaannya. Keramik tradisional adalah keramik yang berdasarkan lempung, yang mana terdiri dari tembikar, lempung, semen, refraktori dan berbagai hasil yang berkaitan dengan silikat. Keramik modern adalah keramik yang mempunyai sifat-sifat fisik, mekanik, kimia dan listrik yang istimewa. Bahan keramik modern terdiri daripada keramik oksida (Al2O3, ZrO2, TiO2, BaTiO2, dan sebagainya) dan keramik bukan oksida (Si3N4, TiN, SiC, B4C dan sebagainya).
LAMPIRAN TABEL Tabel Jenis dan Karakteristik umum keramik Jenis
Karakteristik umum
Keramik oksida Alumina
kekerasan tinggi
dan kekuatan sedang; paling banyak
digunakan untuk keramik; alat pemotong; Alat Pengamplas; isolasi listrik dan termal. Zirconia
kekuatan dan ketangguhan tinggi; pemuaian panas dekati besi cor; cocok untuk aplikasi temperatur tinggi
Karbida Tungsten karbida
Kekerasan, kekuatan, dan ketahanan aus tergantung pada kandungan pengikat kobaltya; sering digunakan untuk alat pemotong.
Titanium karbida
Tidak setangguh Tungsten karbida; memiliki nikel dan Molybdenum
sebagai
pengikat;
digunakan
sebagai
alat
pemotong. Silikon karbida
Kuat terhadap temperature tinggi dan ketahanan aus; digunakan untuk heat engines dan sebagai alat pengamplas.
Nitrida Cubic boron nitride
Bahan kedua paling keras yang diketahui, setelah intan; digunakan sebagai alat pengamplas dan alat pemotong.
Titanium nitride
Berwarna emas digunakan sebagai lapisan karena karakteristik gesekannya rendah.
Silikon nitrida
Ketahanannya tinggi terhadap perlahan maupun shock thermal; digunakan dalam aplikasi temperatur tinggi.
Sialon Terdiri dari silikon nitrida dan oksida dan karbida; digunakan sebagai alat pemotong.
Sermet
Terdiri dari oksida, karbida dan nitrida; digunakan dalam aplikasi temperaturtinggi.
Silika Tahan terhadap temperatur tinggi; quartz menunjukan efek piezoelektrik; silikat yang mengandung berbagai oksida digunakan dalam aplikasi nonstructural tempertur tinggi. Kaca Mengandung paling sedikit 50 persen silika; struktur tak beraturan; beberapa jenis tersedia luas dengan berbagai sifat mekanis dan fisik. Keramik kaca
Mempunyai komponen kristal tinggi dalam struktunya; ketahanan shock thermal yang baik dan kuat.
Grafit Komponen kristal terdiri dari karbon; konduktivitas listrik dan termal tinggi; ketahanan shock thermal yang baik. Intan
Bahan paling keras yang diketahui; tersedia sebagai kristal Tunggal atau bentuk polikristalin; digunakan sebagai alat pemotong dan alat pengamplas
DAFTAR PUSTAKA http://ariffadholi.blogspot.com/2009/10/industri-keramik.html ( diakses 10 Desember 2010 ) http://www.scribd.com/doc/24973211/SIFAT-%E2%80%93-SIFAT-BAHAN-KERAMIKILMU-BAHAN ( diakses 10 Desember 2010 ) http://www.scribd.com/doc/32927716/Bab-8-Keramik-Grafit-Dani-Prabowo-5315077640 ( diakses 10 Desember 2010 ) Surdia tata, Saito shinroku, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta, 2005. Van Vlack Lawrence H, Elemen-elemen Ilmu Dan Rekayasa Material, Erlangga, Jakarta, 2004 Van Vlack Lawrence H, Ilmu Dan Teknologi Bahan, Erlangga, Jakarta, 1995. .
