MAKALAH KIMIA BAHAN INDUSTRI KERAMIK
Disusun oleh: Natasya Andalucki
(M0312050)
Nurul Apri I.A.
(M0312051)
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
DAFTAR ISI DAFTAR ISI...................................................................................................ii
i
DAFTAR TABEL..........................................................................................iii DAFTAR GAMBAR.....................................................................................iv BAB I PENDAHULUAN...............................................................................1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.....................................................................2 2.1 Definisi Keramik......................................................................................2 2.2 Sifat Keramik............................................................................................3 2.3 Jenis-jenis Keramik..................................................................................3 2.4 Bahan Baku Keramik................................................................................8 2.5 Sifat-sifat Bahan Mentah Keramik.........................................................11 2.6 Produk Keramik Khusus.........................................................................13 BAB III PROSES PEMBUATAN................................................................14 3.1 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dna Produk......................................14 3.2 Reaksi yang Terjadi.................................................................................16 3.3 Proses Pembuatan Keramik....................................................................16 3.4 Keramik Putih.........................................................................................24 3.5 Pembuatan Porselin................................................................................25 3.6 Refraktori................................................................................................27 BAB IV KEGUNAAN.................................................................................31 BAB V KESIMPULAN................................................................................33 DAFTAR PUSTAKA....................................................................................34 LAMPIRAN.................................................................................................36
DAFTAR TABEL Tabel 1. Jenis-jenis feldspar..........................................................................10 Tabel 2. Klasifikasi refraktori berdasarkan komposisi kimianya.................27
ii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Keramik........................................................................................2 Gambar 2. Gerabah.........................................................................................5 Gambar 3. Porselin.........................................................................................6 Gambar 4. Tanah liat.......................................................................................8 Gambar 5. Feldspar.......................................................................................10 Gambar 6. Kwarsa........................................................................................10 Gambar 7. Batu kapur...................................................................................11 Gambar 8. Teknik pijit..................................................................................19 Gambar 9. Teknik pilin.................................................................................20 Gambar 10. Teknik putar..............................................................................21 Gambar 11. Teknik lempeng.........................................................................21 Gambar 12. Teknik tuang..............................................................................22
iii
iv
v
BAB I PENDAHULUAN Material teknik dewasa ini mengalami perkembangan yang begitu pesat. Perkembangan tersebut meliputi di dalam struktur, komposisi, sifat-sifat fisik dan mekanik. Sifat-sifat fisik yaitu berkaitan dengan berat jenis material tersebut, manakala sifat mekanik berkaitan dengan kemampuannya untuk digunakan di dalam produk teknik. Para engineer material dewasa ini sedang giat-giatnya mengadakan penelitian terhadap bahan-bahan yang terbuat daripada non metal. Salah satunya adalah keramik. Keramik adalah sejenis bahan yang telah lama digunakan, yaitu sejak 4000 SM. Barang-barang yang dibuat dari keramik adalah pot bunga dan bata. Dalam industri otomotif modern, keramik telah digunakan sejak berpuluh-puluh tahun yang lalu, yaitu untuk menghasilkan ignition park di dalam proses pembakaran otomotif. Keramik juga berfungsi sebagai isolator listrik. Dewasa ini bahan keramik menjadi bahan yang penting di dalam mesin, karena sifatnya yang kuat dan dapat merintangi kehausan pada temperatur yang tinggi. Keramik pada dasarnya terbuat dari tanah liat dan umumnya digunakan untuk perabot rumah tangga dan bata untuk pembangunan perumahan. Pada masa kini keramik tidak lagi hanya terbatas penggunaannya untuk keperluan tradisional seperti tersebut di atas, malah sekarang keramik telah mengalami kemajuan dan dikenal dengan bahan keramik termaju. Bahan keramik sudah digunakan dalam bidang teknik elektro, sipil, mekanik, nuklir bahkan bahan keramik ini digunakan juga dalam bidang kedokteran. Bahan keramik sebagian sudah digunakan dalam motor bakar seperti untuk komponen-komponen mesin diesel misalnya untuk turbo charge, klep dan kepala piston.
BAB II 1
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Definisi Keramik Pada buku Dictionary of Art yang ditulis Bernard S. Myers menyatakan bahwa, kata keramik berasal dari bahasa Yunani Kuno yaitu “keramos” yang berarti tanah liat (Mayer, 1969:429). Dictionary of Art tulisan Mills J.F.M. menyebutkan bahwa kata keramik berasal dari bahasa Gerika yaitu kata “keramikos” yang berarti benda-benda yang terbuat dari tanah liat; yang merupakan suatu istilah umum untuk studi seni dari pottery dalam arti kata yang luas, termasuk segala macam bentuk benda yang terbuat dari tanah liat dan dibakar serta mengeras oleh api ( Mills, 1965:39). Pengertian keramik adalah cakupan untuk semua benda yang terbuat dari tanah liat (lempung), yang mengalami proses panas/pembakaran sehingga mengeras. Balai Besar Keramik Bandung mendefinisikan keramik sebagai berikut: “Keramik adalah produk yang terbuat dari bahan galian anorganik non - logam yang telah mengalami proses panas yang tinggi. Dan bahan jadinya mempunyai struktur kristalin dan non-kristalin atau campuran dari padanya” (Praptopo Sumitro, dkk, 1984).
Gambar 1. Keramik Istilah keramik sesuai konteks modern, mencakup material anorganik yang sangat luas, keramik mengandung elemen non metalik dan metalik yang dibuat dengan berbagai teknik manufaktur. Secara tradisional, keramik dibuat dari
2
mineral silikat, seperti lempung, yang dikeringkan dan dibakar pada temperatur 1200-1800°C agar keras (M. Gade, 2006). 2.2 Sifat Keramik Menurut Suh (1998) keramik merupakan bahan dengan kekuatan dan kekerasan yang tinggi, sehingga tahan terhadap keausan. Selain itu, keramik juga tahan terhadap bahan kimia dan kaku (Isman dkk, 2000). Pada umumnya keramik tahan terhadap temperatur tinggi, kekerasan yang sangat tinggi, massa jenis yang rendah dan mempunyai konduktivitas termal yang rendah daripada logam. Kelemahan dari keramik adalah cacat (flaws), seperti retak (cracks), ruang hampa (voids), terperangkapnya kotoran/udara (inclusion) dan mudah pecah karena sangat rapuh (Fatahul, dkk, 2009). Keramik merupakan bahan komposit yang memiliki tahanan terhadap suhu tinggi, keausan dan korosi yang lebih baik daripada super alloy, namun memiliki sifat getas. Material keramik mempunyai sifat mekanik dan listrik tertentu yang dibuat khusus untuk beberapa penggunaan insulator pada industri listrik dan elektronika. Baik ikatan ionik dan kovalen pada material ini membatasi gerak pada elektron dan ionnya. Hal ini dapat menjadikan keramik mempunyai sifat insulator listrik yang baik (Hari S., 2003). Pada umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi dan mineral bawaannya. Oleh karena itu, sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek (Adi, dkk, 2013). 2.3 Jenis-Jenis Keramik Berdasarkan jenis bahan, metode pembuatan dan jenis penggunaannya, keramik diklasifikasikan menjadi 2, yaitu keramik konvensional dan keramik modern.
3
2.3.1 Keramik Konvensional a) Keramik Berstruktur Keramik jenis ini mempunyai sifat mekanik yang baik. Antara bahan yang termasuk di dalam golongan ini ialah alumina, silikon karbida, silikon nitrida, komposit dan bahan yang dilapisi dengan keramik. Bahan ini sangat potensi digunakan di dalam mesin diesel sebagai piston dan ruang pra pembakaran, turbo charge dan turbin gas. Ia digunakan juga sebagai bahan penyekat ruang pembakaran bersuhu tinggi dan mata pahat potong logam (Cutting tool). b) Keramik Putih Jenis keramik ini biasanya berwarna putih dan mempunyai tekstur jaringan yang halus. Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung kualitas terpilih dan fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan pada suhu 1200-1500°C di dalam tanur (kiln). Contoh dari keramik jenis ini adalah keramik tanah, porselin, keramik china, ubin keramik putih, dan sebagainya. c) Keramik Refraktori Keramik refraktori merupakan keramik yang mencakup bahan-bahan yang digunakan untuk menahan pengaruh termal, kimia dan fisik. Keramik refraktori merupakan bahan padat anorganik bukan logam yang sukar meleleh pada suhu tinggi dan banyak digunakan di dalam industri temperatur tinggi sebagai material dinding batu tahan api. Refraktori dibuat dalam bentuk bata tahan api, seperti bata silika, magnesit, kromit, refraktori silikon karbida dan zirkonia, produk alumina silikat dan alumina (Athanasius, 2009). d) Keramik Listrik Yang termasuk dalam kategori keramik listrik mempunyai fungsi elektromagnet
dan
optik,
serta
fungsi
kimia
yang berkaitan
dengan
penggunaannya secara langsung. Keramik ini digunakan sebagai bahan penyekat, magnet, tranducer, dan pensemikonduksi. 2.3.2 Keramik Modern a) Keramik oksida, yaitu keramik yang sering digunakan sebagai alat listrik khusus dan komponen peleburan logam. Oksida yang umum digunakan adalah alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2), thoria (ThO2), berillia (BeO), magnesia (MgO), spinel (MgAl2O4) dan forsterit (Mg2SiO4). b) Keramik elektrooptik, seperti Lithium Niobate (LiNbO3) dan Lanthanum Zirconat Titanat (PLZT) memberikan sebuah media yang dapat merubah informasi elektrik menjadi informasi optik atau yang dapat menggerakkan fungsi optik dengan perintah dari sinyal elektrik.
4
c) Keramik magnetik, merupakan bahan dasar dari unit memori magnetik pada komputer yang besar. Keunikan sifat elektriknya terutama digunakan pada aplikasi elektronik gelombang mikro frekuensi tinggi. d) Bahan bakar nuklir yang berbasis Uranium Oksida (UO2) sudah sangat luas digunakan. Bahan tersebut mempunyai kemampuan yang unik untuk menjaga sifat-sfat yang unggul setelah penggunaan yang lama sebagai bahan bakar pada reaktor nuklir. e) Kristal tunggal dari berbagai jenis bahan sekarang mulai diproduksi untuk mengantikan kristal alami. Rubi dan kristallaser garnet dan tabung sapir dan substrat (substrat: sejenis semikonduktor) dikembangkan dari sebuah peleburan: kristal kwarsa (quartz) yang besar dikembangkan dengan proses hidrotermal. f) Keramik nitrida untuk refraktori (refractory: bahan tahan api), dan turbin gas. g) Enamel untuk aluminium pada industri arsitektur. h) Komposit logam-keramik untuk refraktori
(http://tears-of-
mydreams.blogspot.co.id/2013/06/bab-i.html). Keramik juga dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis badan keramik, diantaranya: a) Gerabah (earthenware)
Gambar 2. Gerabah Jenis keramik ini dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000°C. Struktur dan tekstur jenis keramik ini sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk jenis keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, paso, pot, anglo, kendi,
5
gentong dan sebagainya termasuk jenis keramik gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya. b) Keramik Batu (stoneware) Jenis keramik ini dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi (1200-1300°C). Jenis keramik ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis ini termasuk keramik kualitas golongan menengah. c) Porselin (porcelain)
Gambar 3. Porselin Porselin adalah bahan anorganik dengan elektron-elektron pada atom penyusunnya terikat dengan kuat, sehingga ion-ionnya tidak terdifusi. Porselin adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika. Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis jenis keramik ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Selain itu bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir. Bahan keramik porselin mempunyai kekuatan mekanik yang tinggi, dan pada umumnya mempunyai ketahanan termal yang tinggi juga (Eva, dkk, 2009). d) Keramik Baru Keramik baru adalah keramik yang secara teknis diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong 6
pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material jenis keramik ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknis lainnya (http://goo-cleansalon-kamar-mandi.blogspot.co.id/2011/10/mengenal-jenis-keramik.html). Dalam bidang industri, keramik dikelompokkan sebagai gerabah produk lempung keras (bata, pipa keramik dan sebagainya), bahan tahan api (bata tahan api, silika, alumina, basa, netral), semen, beton, gelas dan enamel vitrous, serta keramik rekayasa (Smallman, R.E dan Bishop, R.J, 1999). Keramik dari kelompok keramik rekayasa memiliki kekuatan sangat tinggi dan keras, memiliki stabilitas kimia yang luar biasa dan dapat dibuat dengan toleransi dimensi sangat ketat. Berdasarkan komposisi kimia, keramik dapat diklasifikasikan dalam lima kategori utama, yaitu: a) Oksida, misalnya alumina, Al2O3 (isolasi busi, grit batu gerinda), magnesia, MgO (lapisan tahan api untuk tanur, kowi), zirkonia, ZrO 2 (kepala piston, lapisan tahan api tanur tangki gelas), zirkonia/alumina (media gerinda), spinel (ferit, magnet, transistor, pita rekam), gelas silika (peralatan laboratorium). b) Karbida, misalnya silika karbida, SiC (industri kimia kowi, pelindung keramik), silikon nitrida, Si3N4 (corong untuk aluminium cair, bantalan temperatur tinggi), boron nitrida, BN (kowi, batu gerinda untuk baja kekuatan tinggi). c) Silikat, misalnya porselin (komponen listrik), steatit (isolator), mullit (bahanbahan api). d) Sialon, berbasis Si-Al-O-N dan M-Si-Al-O-N, dimana M: Li, Be, Mg, Ca, Sc, Y, tanah jarang (mata pahat untuk pemotongan kecepatan tinggi). e) Keramik gelas, misal piroceram, cercon, pirosil (cakram rekuperator untuk alat penukar kalor) (Smallman, R.E dan Bishop, R.J, 1999). 2.4 Bahan Baku Keramik Bahan baku keramik berupa oksida-oksida mineral yang terdapat di alam berupa batuan maupun pelapukan dari batuan. Jenis oksida tersebut adalah: SiO2,
7
Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O dan Na2O. Oksida-oksida ini banyak terdapat pada tanah liat (lempung), yang terdapat dalam bentuk batuan adalah feldspar, kwarsa dan batu kapur. Ada tiga bahan utama yang digunakan dalam pembuatan keramik, yaitu: 2.4.1 Tanah liat (clay)
Gambar 4. Tanah Liat Tanah liat merupakan jenis tanah hasil penguraian batuan alam terutama batuan feldspar yang mengandung alumina silikat hidrat. Lempung didefinisikan sebagai tanah yang menjadi koheren dan lengket bila dicampur dengan air, ketika basah tanah ini mudah dibentuk, tetapi jika dikeringkan maka akan menjadi keras dan rapuh serta mempertahankan bentuknya (Worral, 1986). Lempung terdiri dari butiran-butiran halus yang mengandung bermacam-macam mineral sehingga pada umumnya lempung tidak mempunyai susunan kimia tertentu. Jenis-jenis tanah liat menurut susunan mineralnya : Lempung Kaolinit Susunan kimianya adalah Al2O3.2SiO2.2H2O disebut juga mineral kaolin. Lempung ini berwarna putih bila kadar besinya rendah. Kaolin merupakan hasil pelapukan dari feldspar, yang disebut juga proses kaolinisasi. Proses kaolinisasi terjadi oleh naiknya larutan atau uap panas yang mengandung CO 2 dan SO2 melalui rekahan batuan feldspatik pada temperatur dan tekanan tinggi (Evi, dkk, 2009). Lempung Monmorilonit Berwarna kelabu sampai hijau, bila basah bersifat sangat plastis dan mudah mengembang, bila kering keras dan mudah hancur. Karena sifatnya yang mudah mengembang, serta sifat susut kering yang tinggi maka lempung jenis ini, dalam bidang keramik jarang dipakai. Lempung Illit Lempung ini mengandung illit yaitu sejenis kristal hidromika yang mempunyai sifat susut muainya rendah. Lempung Klorit
8
Bentuk kristalnya monokolin, warna khas hijau dan berkilap kaca hingga pudar seperti tanah. Bersifat susut bakar rendah sehingga baik untuk bahan keramik. Jenis tanah liat berdasarkan proses terbentuknya: Lempung Primer Lempung primer disebut lempung residu, merupakan lempung yang terdapat di sekitar batuan induknya yang lapuk. Lempung ini tidak tercampur dengan bahan lain. Sebagai contoh misalnya, lapuknya feldspar akan membentuk kaolin yang bercampur silika. Lempung kaolin ini bersifat baik sebagai keramik putih. Lempung Endapan atau Lempung Sekunder Lempung ini berasal dari lempung lapukan batuan induk yang kemudian terbawa arus air, angin atau es sehingga jauh dari batuan asalnya kemudian mengendap di suatu tempat. Jenis lempung ini antara lain: lempung alluvial (lempung yang mengendap sepanjang aliran sungai, rawa atau cekungan di darat), lempung estuarin ( lempung yang mengendap di muara sungai), lempung lakustrin (lempung danau atau rawa), lempung marine ( lempung yang mengendap di laut ), lempung glacial (lempung yang terbawa angin atau aliran es). 2.4.2
Feldspar
Gambar 5. Feldspar Feldspar merupakan jenis batuan yang tidak terlalu keras, tersusun dari mineral alumina silikat. Ada dua jenis feldspar, yaitu feldspar kalium (mengandung K2O) yang disebut orthoclase feldspar dan feldspar natrium (mengandung Na2O) disebut plagioclase feldspar. Feldspar di industri keramik dipakai sebagai sebagai bahan pelebur (merendahkan suhu leleh), glasir, gelas
9
atau kaca. Rumus kimia feldspar secara umum adalah Xal(Al,Si)Si 2O8 dengan X adalah potasium, sodium, kalsium atau barium. Secara khusus rumus kimia feldspar dapat dilihat pada Tabel 1 (Worral, 1986). Tabel 1. Jenis-jenis feldspar Jenis feldspar Albite Anorthite Orthoclase Celsian 2.4.3
Rumus kimia Na(Si3Al)O8 Ca(Si2Al2)O8 K(Si3Al)O8 Ba(Si2Al2)O8
Kwarsa (pasir)
Gambar 6. Kwarsa Kwarsa berbentuk batuan keras atau pasir. Pemakaian dalam industri keramik yaitu : Campuran dalam pembuatan keramik putih dan keramik halus. Campuran pembuatan glasir dan email. Bahan dasar pembuatan batu tahan api jenis silika. Batu pasir kwarsa yang berkadar kwarsa tinggi dapat dipakai sebagai bata silika alam untuk bata tahan api. 2.4.4 Batu Kapur
Gambar 7. Batu Kapur Dalam industri keramik digunakan sebagai bahan campuran. 2.5 Sifat-Sifat Bahan Mentah
10
Sifat bahan mentah keramik yang diperlukan adalah sifat fisik dan sifat kimianya, tetapi yang lebih dominan adalah sifat fisiknya. Sifat fisik yang menonjol untuk industri keramik adalah susunan butiran. Susunan butiran bahan akan mempengaruhi sifat fisik lainnya, misalnya keplastisan, susut kering, susut bakar, titik lebur, kekuatan masa keramik dan daya serap air. Suatu jenis lempung yang sama bila susunan butirannya berbeda maka pemakaian untuk pembuatan produk keramik juga berbeda. Sifat kimia dari bahan mentah juga harus diketahui karena erat hubungannya dengan susunan material yang dikandung serta produk yang dituju. Susunan kimia bahan berhubungan dengan sifat susut, titik lebur, kelakuan selama pembakaran serta sifat ketahanan kimia dari produk akhir.
Jenis-jenis tungku pembakaran, yaitu : Tungku Berkala (Periodik) Tungku berkala digunakan untuk pembakaran secara berkala, dimana sejumlah bahan keramik dibakar sekaligus sampai masak kemudian tungku didinginkan lagi dan hasil bakarannya dibongkar. Demikian dilakukan berulang secara berkala. Cara ini terlalu boros karena panas yang hilang banyak sekali, terutama panas untuk memanasi badan tungku dan sewaktu tungku dingin kembali. Jenis-jenis tungku berkala : Tungku ladang, yaitu tungku yang biasa digunakan untuk membakar bata merah, bersifat tidak permanen. Lamanya pembakaran dari mulai memanasi tungku sampai tungku dingin kembali adalah 5-7 hari. Hasil pembakaran pada umumnya menghasilkan rendemen rendah (60%). Tungku berkala permanen, yaitu tungku yang berbentuk ruangan permanen (berbentuk segi empat dan lingkaran). Pada sisi bawah tungku diberi lubanglubang pembakaran. Hasil pembakaran pada umunya menghasilkan rendemen antara 70-85%. Tungku Kontinu
11
merata dan
Tungku yang bekerja secara terus menerus (tak berhenti), kecuali produksi berhenti. Proses pembakaran berlangsung berhari-hari, berbulanbulan, dan hasilnya diambil setiap hari atau dalam jangka waktu tertentu. Jenis tungku ini ada 2, yaitu: Tungku kamar, dikenal dengan tungku Hofman. Berbentuk lorong yang bersekat-sekat ,menjadi beberapa ruangan. Dengan tungku ini hasil produksi cukup besar, dimana 1 kamar menghasilkan ± 3500 bata dan lebih hemat bakan bakar. Umumnya dipakai untuk produksi keramik bangunan skala besar (bata dan genteng). Tungku terowongan, berbentuk terowongan yang betahap. Pembakaran dari samping, masa yang dibakar berjalan melalui lorong tersebut dengan kereta/lori. Jenis tungku ini termasuk modern untuk produksi keramik halus, produk-produk keramik misal yang mutu dan harganya tinggi seperti produk sanitair. 2.6 Produk Keramik Khusus 2.6.1 Komposit Keramik Struktur sarang lebah atau jaringan logam, yang diserap dengan fase keramik, mengandung sifat-sifat kekuatan dari logam paduan tinggi dan sifat-sifat termal yang baik dari busa keramik. Komposit keramik-logam dengan ikatan reaksi dibuat dengan reaksi yang mengikatkan dua bahan bila dipanaskan pada suhu yang lebih rendah dari titik cair masing-masing. Keramik juga berfungsi sebagai katalis yang mendorong korosi logam menjadi oksida logam. 2.6.2 Keramik Feroelektrik dan Feromagnetik Keramik yang paling umum yang termasuk golongan ini ialah barium titanat (BaTiO3). Titania dan senyawanya mempunyai sifat istimewa yang sangat berguna dalam penerapan listrik, yang terpenting diantaranya ialah yang menyangkut kapasitas tinggi pada berbagai frekuensi. 2.6.3 Keramik Alumina Tinggi Bahan ini kuat dan padat (rapat), tidak seperti refraktori yang biasanya berpori. Kebanyakan keramik alumina tinggi digunakan untuk memanfaatkan sifat tahan ausnya serta sifat-sifat tahan korosi, dan stabilitas dimensinya, dan bukan karena
ketahanannya
menanggung
suhu
mydreams.blogspot.co.id/2013/06/bab-i.html).
12
yang
tinggi
(http://tears-of-
BAB III PROSES PEMBUATAN 3.1 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk 3.1.1
Bahan baku Ada tiga bahan utama yang digunakan untuk membuat produk keramik
klasik, yaitu lempung, feldspar, dan pasir. Lempung adalah aluminium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari bahan baku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya dilukiskan sebagai berikut : K2CO3 + Al2O3.2SiO2.2H2O + 4SiO2 K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + 2H2O Terdapat tiga jenis lempung/tanah liat utama yang dibedakan oleh warna, ukuran partikel, sifat keliatan dan komposisi kimianya yaitu :
Tanah liat kaolin, berwarna putih, berukuran partikel sederhana, kurang keliatannya/sifat plastis, serta mengandung komposisi besi yang kurang dari 1%.
Tanah liat bola (ball clay), berwarna hitam atau kelabu, berukuran partikel halus, keliatan yang tinggi, dan kandungan besi oksida diantara 0-2 %.
Tanah liat api (fire clay) berwarna kemerahan, berukuran partikel antara sederhana dan besar, serta komposisi besi oksida yang tinggi. 13
Tanah liat kaolin ini kebanyakan digunakan dalam industri keramik konvensional seperti industri pembuatan piring, mangkuk, peralatan kamar mandi, lantai dan dinding, perhiasan rumah seperti pot bunga porselin, peralatan listrik untuk voltan rendah dan tinggi. Ada tiga jenis feldspar yang umum, yaitu potas (K 2O.Al2O3.SiO2), soda (NaO.Al2O3.6SiO2), dan gamping (CaO. Al2O3.6SiO2), yang kesemuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sendiri berfungsi sebagai pemberi sifat fluks dalam formulasi keramik. Bahan-bahan ini termasuk bahan mentah yang digunakan dalam pembuatan barang keramik konvensional seperti, feldspar, silicon, kalsium karbonat. Selain dari pada bahan di atas, berbagai mineral lain, seperti garam dan oksida juga digunakan sebagai bahan fluks dan perawis refraktori. Seperti alumina, zirkonia, silicon karbida, silicon nitrida, barium titanat adalah merupakan sebagian bahan keramik berteknologi tinggi. Bahan mentah ini mempunyai kemurnian yang tinggi, mahal dan kegunaannya tertumpu kepada industri teknik, mekanik, biological, elektronik dan listrik. Bahan-bahan ini mempunyai potensi dan reputasi masa depan yang tinggi bagi menggantikan bahan-bahan yang telah ada seperti besi dan baja. Hasil penggunaan bahan mentah ini dapat membentuk komponen atau produk yang mempunyai sifat-sifat kekuatan yang amat tinggi, kekerasan yang kuat, tidak bertindak balas dengan bahan kimia, kadar kehalusan yang rendah, mempunyai unsur ketahanan panas dan temperatur cair yang tinggi. Diantara bahan fluks yang biasa digunakan untuk menurunkan suhu vitrifikasi, suhu lebur, dan suhu reaksi adalah boraks (Na 2B4O7.10H2O), soda abu (Na2CO3), tulang kalsinasi, fluorspar (CaF2), kriolit (Na3AlF6), oksida besi, mineral litium, dll. Sedangkan beberapa bahan perawis refraktori khusus misalnya alumina (Al2O3), magnesit (MgCO3), zirnkonia (ZrO2), titania, alumunium silikat, dll.
14
Berikut ini adalah bahan baku dasar pembuatan keramik, beserta sifat-sifat lempung dan feldspar secara urut.
Rumus: Al2O3.2SiO2.2H2O, K2O.Al2O3.6SiO2, SiO2
Plastisitas: Plastic, Non plastic, Non plastic.
Fusibilitas: Refraktori, Perekat mudah lebur, Refraktori.
Titik cair: 1785oC, 1150oC, 1710oC.
Ciut pada pembakaran: Sangat ciut, Lebur, Tidak ciut. Banyak lagi bahan baku lain yang digunakan daalam berbagai susunan,
sedikitnya 450 macam yang sudah diklasifikasi.
3.1.2
Produk Sifat-sifat umum keramik:
Tahan terhadap suhu tinggi.
Dapat digunakan sebagai bahan insulasi listrik atau semikonduktor dengan variasi sifat-sifat magnetik dan dielektrik.
Tahan terhadap demormasi, rapuh.
Ketergantungan rendah.
Kekerasan tinggi.
3.2 Reaksi Yang Terjadi Pada pembuatan keramik terjadi reaksi berikut:
Bahan Baku
15
K2O.Al2O3. 6SiO2 + CO2+ 2H2O K2CO2 + Al2O3.2SiO2.2H2O + 4SiO2
Produk Al2O3.2SiO2.2H2O Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O Karena produk keramik hampir semuanya punya sifat refraktori, artinya
tahan terhadap panas dan sifat ini bergantung pada oksida refraktori terhadap oksida fluks di dalamnya. Efek dari pemanasan yang utama yaitu mendorong air hidrasi keluar, ini terjadi pada suhu 600-650°C dengan menyerap sejumlah besar kalor, meninggalkan suatu campuaran amorf alumunia dan silika, seperti terlihat dari penelitian dengan sinar X. Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O Al2O3.2 SiO2.2 H2O Keseluruhan reaksi yang terjadi pada pemanasan lempung adalah : 3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O 3(Al2O3.2SiO2.2H2O) 3.3 Proses Pembuatan Keramik Proses pembuatan keramik secara mendasar dengan urutan: penyiapan material, pembentukan dan perlakuan panas. Penyiapan material tergantung pada karakteristik yang dibutuhkan untuk menyelesaikan bagian-bagian keramik. Proses pembentukkan keramik dapat dibuat dengan bermacam-macam metoda baik dengan pengeringan, plastis atau kondisi cair. Untuk metode dry pressing sangat berpengaruh terhadap kepadatan (density) dan kekuatan keramik. Perlakuan panas pada keramik, sintering merupakan salah satu tahap terpenting dalam pembuatan keramik. Selama sintering terjadi dua fenomena utama, yaitu penyusutan sehingga terjadi proses eliminasi porositas dan penggabungan antar dua permukaan partikel atau lebih (Hari S., 2003).
Penyiapan Bahan Mentah
16
Penyiapan bahan mentah meliputi penggalian bahan mentah, penimbunan dan penggilingan. Penggalian bahan mentah Bahan mentah yang digunakan untuk keramik pada umumnya adalah lempung/tanah liat. Sebagian besar lempung merupakan bentuk endapan yang terletak di permukaan bumi sehingga penggaliannya dilakukan dengan cara terbuka. Penimbunan Bahan mentah hasil galian sebaiknya ditimbun dahulu. Selama dalam penimbunan, lempung diberi air, jika perlu direndam dalam air. Hal ini perlu dilakukan agar partikel-partikel yang semula di bawah dan kurang menyerap air menjadi lebih lapuk dan menyerap air. Selain itu juga untuk melarutkan garam sulfat yang merugikan. Pada saat proses penimbunan, biasanya juga dilakukan pencampuran dengan bahan lain, misalnya pasir. Penggilingan Untuk lempung yang berbentuk bongkahan yang keras, sebelum ditimbun digiling terlebih dahulu. Penggilingan dilakukan dengan menggunakan kollegrang yang dasarnya berlubang dengan tujuan mendapatkan ukuran butiran yang lebih homogen. Selama proses penggilingan, bahan yang sudah menjadi tepung ditambah dengan air sambil digiling, sehingga bahan sudah berbentuk lempung basah setelah keluar dari kollegrang. Untuk mendapatkan lempung yang lebih homogen, dilakukan penggilingan lagi di pugmill (mixer). Selesai dari pugmill, bahan diolah lagi di dalam extruder. Di dalam alat tersebut lempung diaduk dan ditekan, sehingga dihasilkan lempung yang benar-benar padi berbentuk kolom segi empat atau bulat.
Pembentukan Produk Keramik Proses pembentukan produk keramik sangat menentukan sifat fisik suatu
produk keramik. Cara pembuatan keramik tergantung pada tujuan pemakaian, sifat bentuknya dan bahan dasarnya. Ada empat cara pembentukan produk keramik, yaitu : Cara pembentukan dengan proses lempung lembek (soft mud process)
17
Cara ini biasanya digunakan untuk membentuk produk keramik yang pembentukkannya dikehendaki dengan lembek sehingga dapat dilakukan pembentukkan dengan tangan. Cara ini biasanya dipakai untuk benda-benda khusus yang tidak dapat dikerjakan dengan alat lain, misalnya untuk produk keramik halus yang cara pembentukkannnya dengan proses putar. Di dalam proses ini, lempung bersifat lembek dengan kandungan air 25-40% dengan syarat lempung masih cukup kuat menahan beratnya sendiri sehingga tidak terjadi perubahan bentuk. Cara pembuatan dengan proses lempung kaku (stiff mud process) Masa yang dipakai berupa lempung kaku yang cukup berat bila dicetak dengan tangan. Kadar air lempung kaku dalam cara ini kurang lebih 15-30%. Biasanya cara ini memerlukan alat pembentuk extruder, sehingga dari alat ini dikeluarkan suatu kolom tanah yang kaku. Kemudian kolom tanah ini dibentuk kembali menjadi produk tertentu. Cara ini biasanya dipakai dalam pembuatan produk keramik berat dan keramik bahan bangunan, misalnya genteng keramik, bata merah, bata berlubang, pipa tanah dan bentuk produk keramik kasar lainnya. Cara pembuatan dengan masa slip Cara ini dipakai bila lepung yang dipakai dalam bentuk bubur yang halus sekali dan berbentuk lumpur cair. Biasanya lempung terdiri dari susunan butiran yang halus sekali. Kandungan air dalam lempung ini 12-50%. Cara ini biasanya dilakukan dengan membuat cetakan dari gips yang telah dibakar, sehingga diperoleh produk yang sama. Selain itu, juga memungkinkan untuk membentuk benda-benda yang sulit dibentuk dengan tangan atau mesin. Cara pembuatan ini biasanya digunakan untuk membuat produk seperti closet, wastafel, dll. Cara pembuatan dengan proses kering Dalam cara ini dipakai lempung/masa campuran yang berkadar air rendah 4-12%, sehingga masa tersebut lembab. Cara membentuknya biasanya dengan alat kempa (press) yang bertekanan tinggi untuk mendapatkan produk yang mempunyai kepadatan tinggi. Cara ini umumnya dipakai untuk membuat produk keramik yang mempunyai kepadatan tinggi, tetapi hasil pembakarannya tidak sampai meleleh, misalnya dalam pembuatan produk ubin keramik, bata klinker dan bata tahan api. Secara umum terdapat beberapa teknik dalam pembentukkan keramik, yaitu: Teknik Pijit (Pinching) 18
Teknik pijit atau yang disebut pinching adalah teknik membentuk keramik dengan tangan langsung tanpa menggunakan alat bantu. Proses pembuatan keramik dengan teknik pijit dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 8. Teknik pijit Teknik pijit diawali dengan mengambil tanah secukupnya yang dibentuk menjadi bulatan dan kemudian ditekan dengan jari sehingga membentuk dinding keramik. Pemijitan dilakukan terus-menerus sampai membentuk benda yang diinginkan. Setelah benda terbentuk dengan sempurna maka perlu dihaluskan dengan cara memoleskan sedikit air. Teknik Pilin (Coiling) Sesuai dengan namanya, keramik pilin terbuat dari susunan pilinan yang sambung-menyambung sampai membentuk benda yang diinginkan. Proses membuat keramik pilin diawali dengan membuat alas benda. Bentuk alas dapat disesuaikan keinginan sesuai dengan bentuk yang akan dibuat. Kemudian membentuk tanah liat menjadi bulatan-bulatan yang kemudian dibentuk menjadi pilinan. Selanjutnya memasang pilinan satu-persatu sampai membentuk bodi keramik. Gambar 9. Teknik pilin
Teknik Putar (Throwing) Teknik dengan menggunakan alat putar ini biasanya digunakan untuk membuat benda-benda silindris. Untuk membuat keramik dengan teknik putar memerlukan alat bantu berupa subang pelarik atau alat putar elektrik. Tahap-tahap yang dilakukan pada teknik ini adalah sebagai berikut: Memusatkan tanah dengan cara meletakkan tanah pada pusat alat putar.
19
Menekan dengan menggunakan kedua tangan, tangan yang satu menekan dari bagian atas, sedangkan yang satu dari arah samping. Coning yakni tahap pembentukan tanah seperti kerucut (cone) dengan cara menekan tanah liat pada bagian samping menggunakan kedua tangan kemudian menekan tanah ke bawah, sehingga membentuk seperti mangkuk. Opening dan raising adalah tahap melubangi (open up) dan menaikkan (pulling up) tanah liat ke bagian atas tangan. Tangan yang di dalam menekan keluar, sedangkan tangan yang diluar menahan sehingga membentuk silinder. Forming disebut juga tahap membentuk (shaping) yang sangat penting untuk menentukan bentuk keramik sesuai dengan desain. Refining the Contour yakni pengecekan sisi dan bentuk keramik dengan menggunakan penggaris atau kawat untuk mengukur tinggi dan jangka lengkung unutk mengukur diameter. Gambar 10. Teknik putar
Teknik Lempeng (Slabing) Teknik lempeng merupakan teknik yang digunakan untuk membuat benda gerabah berbentuk kubus dengan permukaan yang rata. Teknik ini diawali dengan cara memipihkan tanah dengan menggunakan alat rol kayu penggilas dengan tujuan untuk mendapatkan ketebalan tanah yang sama. Berikut tahapannya: Memipihkan tanah untuk menghasilkan ketebalan yang sama dengan alat bantu rol. Memotong tanah menjadi beberapa bagian sesuai dengan yang diinginkan. Menggores bagian tanah yang akan disambung dengan menggunakan jarum atau kayu yang berukuran kecil. Menyambungkan satu demi satu bagian dengan cara memberi lem (bubur tanah sejenis) pada bagian tanah yang digores. Menyempurnakan bentuk keramik yang telah jadi dengan merapikan sisi permukaannya untuk memberikan dekorasi.
20
Gambar 11. Teknik lempeng Teknik Tuang (Sliping) Pembuatan keramik dengan teknik cetak sangat bevarisai tergantung dengan bentuk yang diinginkan. Salah satu teknik cetak adalah dengan menggunakan model cetakan sebagai acuan dalam pembuatan benda keramik yang akan dibuat. Berikut adalah prosesnya: Tuang tanah cair ke dalam cetakan. Diamkan beberapa menit, kemudian tuang sisa tanah cair dari cetakan. Balik cetakan untuk membersihkan sisa tanah cair. Buang sisa tanah yang tidak perlu. Copot cetakan dari tanah. Rapikan benda hasil cetakan dengan butsir.
Gambar 12. Teknik tuang file:///D:/tugas%20industri/Teknik%20Membuat%20Keramik.htm
Pengeringan 21
Pada saat keramik selesai dibentuk, biasanya mengandung air antara 730% tergantung cara pembentukkannya. Keramik tersebut masih dalam kondisi mentah dan basah, sehingga untuk mengurangi kadar airnya perlu dikeringkan terlebih dahulu. Tujuan pengeringan adalah menguapkan air yang masih terkandung di dalam produk mentah tadi, sehingga pada saat pembakaran tidak banyak terjadi kerusakan, tidak berubah sifat maupun bentuknya. Pada saat pengeringan akan terjadi penyusutan karena air di dalam bahan mentah akan menguap, sehingga butir-butir masa lempung akan mendekat satu sama lain. Penyusutan akan terhenti apabila air yang menguap telah mencapai ± 1/2 - 1/3 kali. Apabila penyusutan telah selesai, maka produk kering sudah tidak mengalami perubahan bentuk lagi. Pengeringan produk mentah dilakukan dengan 2 cara, yaitu : Pengeringan alami, yaitu suatu cara pengeringan yang memanfaatkan matahari dan suhu di sekitar benda tersebut. Kecepatan pengeringan alami tergantung oleh suhu udara di sekitarnya, kelembaban udara, kecepatan gerakan udara. Pengeringan buatan, yaitu cara pengeringan yang menggunakan tungku pemanas,
sehingga
radiasi
panas
dari
tungku
dimanfaatkan
untuk
mengeringkan keramik mentah.
Pembakaran Pembakaran produk keramik bertujuan untuk mendapatkan produk yang
bersifat tidak berubah bentuknya, keras, cukup kuat menahan beban, tahan air, padat dan tahan pengaruh cuaca lainnya. Proses yang terjadi pada keramik selama pembakaran terdiri dari beberapa tahap, yaitu: Tahap penguapan air mekanis sisa pengeringan Jumlah air yang terkandung di dalam bahan mentah keramik setelah pengeringan ± 3-10%. Pada tahap ini, pembakaran dilakukan secara perlahanlahan dengan suhu relatif rendah (40-150°C) untuk menghindari penguapan secara mendadak yang menyebabkan benda retak. Kenaikan suhu pembakaran biasanya diatur antara 5-10°C per jam.
22
Tahap penguapan air mineral Pada umumnya air yang terkandung di dalam masa lempung tidak lepas pada suhu di bawah 200°C dan umumnya lepas pada suhu di atas 500-700°C. pada tahap ini, keramik menjadi lebih berpori dan kurang kuat. Tahap pembakaran cepat Pada tahap ini dimaksudkan agar terjadi sedikit peleburan pada dinding partikel lempung, sehingga partikel satu dengan yang lainnya melekat. Untuk beberapa produk keramik yang memerlukan penyerapan air rendah, maka dilakukan peleburan lebih lanjut, sehingga pori-pori yang ditinggalkan air bebas maupun air mineral menjadi tertutup.
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, sedangkan 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. K2OAl3O3 6SiO2 + CO2 + H2O K2CO3 + Al2O3 2SiO2 2H2O + 4SiO2
3.4 Keramik Putih Keramik putih (whiteware) adalah nama yang umum diberikan untuk sejenis keramik yang biasanya berwarna putih dan berstruktur (jaringan) halus. Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung kualitas terpilih dan fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan pada suhu yang cukup tinggi (1200-1500 °C) di dalam tanur (klin). Oleh karena jumlah macam fluks yang beragam, terdapat pula keragaman dalam tingkat vitrifikasi diantara keramik putih ini, mulai dari keramik tanah sampai keramik cina kekaca. Jenis-jenis ini dapat dikelompokkan menjadi 6, yaitu: 3.4.1
Keramik tanah (carthenware) Kadang-kadang disebut barang pecah belah semi kaca (semivitreous
dinerware) adalah keramik berpori dan tidak translusen dengan glasir lunak.
23
3.4.2
Keramik-cina (chinaware) Keramik vitrifikasi translusen dengan glasir keras yang tahan abrasi
tertentu dinggunakan ntuk tugas nonteknik. 3.4.3
Porselin (porcelain) Keramik virtifikasi transullen dengan glasir keras yang tahan abrasi pada
tingkat maksimum. Dalam kelompok ini termasuk porselin kimia, isolasi dan dental (pergigian). 3.4.4
Keramik saniter (sanitary ware) Dulu terbuat dari lempung, biasanya berpori oleh karena itu sekarang
menggunakan komposisi kekaca. Kadang-kadang bersama komposisi triaksial ditambahkan juga grog kekaca ukuran tertentu yang telah mengalami pembakaran pendahuluan. 3.4.5
Keramik batu (stone ware) Adalah jenis yang tertua diantara barang keramik yang telah jauh
digunakan sebelum porselin, bahkan keramik ini dapat dianggap sebagai porselin kasar yang pembuatannya tidak dilakukan dengan teliti dan terbuat dari bahan baku bermutu rendah. 3.4.6
Ubin keramik putih (whiteware tile) Terdapat dari bebagai jenis khusus, biasanya dikelompokkan atas ubin
lantai yang tahan atas abrasi dan kedap terhadap peresapan noda, ada yang diglasir ada yang tidak dan ubin dinding yang juga mempunyai permukaan keras dan permanen dengan berbagai macam warna dan tekstur. 3.5 Pembuatan Porselin Keramik yang dilapisi pada waktu terkena suhu diatas normal, pelapisnya akan retak (bentuk retaknya kecil memanjang) yang disebut crazing. Keretakan ini akan menurunkan kekuatan mekanik benda. Proses pembuatan perangkat dari porselin secara garis besar yaitu, setelah tanah liat dibersihkan dari kotorankotoran misalnya kerikil, kemudian dicampur dengan air hingga homogen (tetapi tidak terlalu encer seperti bubur). Selanjutnya adalah tahap pembentukan, yaitu dengan putaran, penekanan, cetakan, dan ekstrusi. Selanjutnya setelah perangkat 24
terbentuk, dikeringkan lalu diadakan pelapisan dengan gelas (glazing) dan terakhir adalah tahap pembakaran. Proses pembuatan perangkat dari keramik sejak masih basah hingga selesai dibakar akan terjadi pengecilan dimensi. Sedangkan pada proses pelapisan dengan gelas dan pembakaran menentukan sekali kualitas produk. Pada pelapisan dengan gelas, kaca halus atau bahan dasar kaca atau campuran keduanya dipanaskan hingga meleleh, kemudian digunakan untuk melapisi perangkat yang dikehendaki dengan cara mencelupkan benda atau permukaan yang diinginkankan untuk dilapisi. Dengan pelapisan gelas seperti ini digunakan untuk memperkuat dan sekaligus menghiasi permukaan, akan menjadikan produk porselin makin sedikit kemampuannya menyerap air, mudah dibersihkan, menghilangkan retakretak yang ada di permukaan. Dengan pelapisan gelas, arus bocor yang melalui permukaan isolator akan lebih kecil terutama pada keadaan basah dan sekaligus dapat menaikkan tegangan terjadinya busur api (flashover). Seperti pada penggunan kaca bersama-sama dengan logam koefisien termal antar pelapis dan yang dilapisi harus sama. Untuk pelapisan benda-benda porselin yang besar dapat dilakukan dengan menuangkan bahan pelapis pada permukaannya. Selanjutnya setelah benda itu dilapisi, dikeringkan dan dilakukan pembakaran. Maksud dari pembakaran adalah untuk mendapatkan kekuatan mekanik, kemampuan isolasi dan ketahanan terhadap air yang lebih tinggi. Selama pembakaran, struktur kristal dari tanah liat (bahan dasar keramik) akan berubah, air yang dikandung akan hilang. Selama pembakaran juga akan terjadi lubang-lubang kecil. Untuk menutup lubang-lubang tersebut digunakan bahan yang disebut feldspar. Feldspar selama pembakaran akan meleleh sehingga mengisi lubang-lubang kecil yang terjadi tersebut sekaligus berfungsi sebagai bahan penguat. Untuk pembuatan isolator porselin diperlukan suhu berkisar antara 1300-1500°C dalam jangka waktu 20-70 jam. Kenaikan suhu dilakukan secara perlahan-lahan. Setelah mencapai suhu yang diinginkan, pendinginannya dilakukan secara perlahan-lahan sebelum di keluarkan dari oven. Untuk pembakaran atau pemanasan dalam oven dapat digunakan solar, gas, batu bara atau listrik. Cara pembakaran pada benda yang akan dibuat (sebelumnya dikeringkan) diletakkan dalam ruang bakar agar tidak
25
berhubungan langsung dengan nyala api atau lilitan elemen pemanas yang digunakan pemanas listrik. Hal ini untuk menghindari pemanasan yang tidak merata dan pembentukan jelaga. Bagian-bagian dasar dari benda tidak perlu dilapisi dengan gelas agar tidak melekat dengan dasar ruang pembakaran jika sudah dingin. Umumnya produk-produk porselin toleransi yang masih dapat ditolerir berkisar antara 2-5%. Benda-benda porselin disarankan tidak disambung dengan menggunakan sekrup, tetapi untuk menyambungnya menggunakan lem, semen atau diikat dengan logam. 3.6 Refraktori Refraktori dapat
digolongkan
berdasarkan
komposisi
kimianya,
pengguna akhir dan metoda pembuatannya sebagaimana diperlihatkan pada Tabel 2. Tabel 2. Klasifikasi Refraktori berdasarkan komposisi kimianya (Diambil dari Gilchrist) Metoda klasifikasi C Komposisi kimia ASAM, yang siap bergabung Silika, Semisilika, Aluminosilikat dengan basa BASA,
terutama
yang Magnesit, Khrom- magnesit, Magnesit-chromit,
Mengandung oksida logam Dolomit NETRAL, yang basatidak Batu bata tahan api, K hrom, Alumina Murni yang tahan terhadap bergabung
dengan
Khusus ataupun basa Pengguna Akhir Metoda pembuatan
asam Karbon, Silikon Karbid, Zirkon Blast furnaee easting pit Proses kempa kering, fused east , cetakan tangan, pembentukan
3.6.1
Refraktori semen tahan api Batubata tahan api merupakan bentuk yang umum dari bahan refraktori.
26
Bahan ini digunakan secara luas dalam industri besi dan baja, metalurgi non besi, industri kaca, kiln barang tembikar, industri semen, dan masih banyak yang lainnya. Refraktori semen tahan api, seperti batu bata tahan api, semen tahan api silika dan refraktori tanah liat alumunium dengan kandungan silika (SiO2) yang bervariasi sampai mencapai 78% dan kandungan Al2O 3 sampai mencapai 44%. Tabel 5 memperlihatkan bahwa titik leleh (PCE) batu bata tahan api berkurang dengan meningkatnya bahan pencemar dan menurunkan Al2O 3. Bahan ini seringkali digunakan dalam tungku, kiln dan kompor sebab bahan tersebut tersedia banyak dan relatif tidak mahal. 3.6.2
Refraktori alumina tinggi Refraktori silikat alumina yang mengandung lebih dari 45% alumina
biasanya dikatakan sebagai bahan-bahan alumina tinggi. Konsentrasi alumina berkisar dari 45-100%. Penerapan refraktrori alumina tinggi meliputi perapian dan batang as tungku hembus, kiln keramik, kiln semen, tangki kaca dan wadah tempat melebur berbagai jenis logam. 3.6.3
Batu bata silika Batu bata silika merupakan suatu refraktori yang mengandung paling
sedikit 93% SiO2. Bahan bakunya merupakan batu yang berkualitas. Batu bata silika berbagai kelas memiliki penggunaan yang luas dalam tungku pelelehan besi dan baja dan industri kaca. Sebagai tambahan terhadap refraktori jenis multi dengan titik fusi yang tinggi, sifat penting lainnya adalah ketahanannya yang tinggi terhadap kejutan panas (spalling) dan kerefraktoriannya. Sifat batu bata silika yang terkemuka adalah bahwa bahan ini tidak melunak pada beban tinggi sampai titik fusi terdekati. Sifat ini sangat berlawanan dengan beberapa refraktori lainnya, contohnya bahan silikat alumina, yang mulai berfusi dan retak pada suhu jauh lebih rendah dari suhu fusinya. Keuntungan lainnya adalah tahanan flux dan stag, stabilitas volum dan tahanan spalling tinggi. 3.6.4
Magnesit Refraktori magnesit merupakan bahan baku kimia, yang mengandung
paling sedikit 85% magnesium oksida. Tersusun dari magnesit alami (MgCO3). Sifat-sifat refraktori magnesit tergantung pada konsentrasi ikatan silikat pada suhu
27
operasi. Magnesit kualitas bagus biasanya dihasilkan dari perbandingan CaO/SiO2 yang kurang dari dua dengan konsentrasi ferrit yang minimum, terutama jika tungku yang dilapisi refraktori beroperasi pada kondisi oksidasi dan reduksi. Perlawanan terak sangat tinggi terutama terhadap kapur dan terak yang kaya dengan besi. 3.6.5
Refraktori Khromit Refraktori khromit dikelompokkan menjadi dua, yaitu:
Refraktori khrom-magnesit, yang biasanya mengandung 15-35% Cr2O 3 dan 42-50% MgO. Senyawa-senyawa tersebut dibuat dengan kualitas yang bermacam- macam dan digunakan untuk membentuk bagian-bagian kritis pada tungku bersuhu tinggi. Bahan tersebut dapat tahan terhadap terak dan gas yang korosif dan memiliki sifat refaktori yang tinggi.
Refraktori magnesit-khromit, yang mengandung paling sedikit 60% MgO dan 8-18% Cr2O3 . Bahan tersebut cocok untuk pelayanan pada suhu paling tinggi dan untuk kontak dengan terak/slag yang sangat dasar yang digunakan dalam pelebur a n baja. Magnesit- khromit biasanya memiliki tahanan spalling yang lebih baik daripada k hrom- magnesit.
3.6.6
Refraktori Zirkonia Zirkonium dioksida (ZrO2) merupakan bahan polymorphie. Penting
untuk menstabilkan bahan ini sebelum penggunaannya sebagai refraktori, yang dicapai dengan mencampurkan sejumlah kecil kalsium, magnesium dan cerium oksida, dll. Sifatnya tergantung terutama pada derajat stabilisasi, jumlah penstabil/stabiliser dan jumlah bahan baku orisinalnya. Refraktori zirkonia memiliki kekuatan yang sangat tinggi pada suhu kamar, yang dicapai sampai suhu setinggi 1500°C. Oleh karenanya bahan tersebut berguna sebagai bahan konstruksi bersuhu tinggi dalam tungku dan kiln. Konduktivitas panas zirkonium dioksid lebih rendah dari kebanyakan refraktori oleh karena itu bahan ini digunakan sebagai refraktori isolasi suhu tinggi. Zirkonia memperlihatkan kehilangan panas yang sangat rendah dan tidak bereaksi dengan logam cair, dan terutama berguna untuk pembuatan wadah tempat melebur logam pada refraktori dan tempat lainnya untuk keperluan metalurgi. Tungku kaca menggunakan zirkonia sebab bahan ini tidak mudah basah oleh kaca yang 28
meleleh dan tidak mudah bereaksi dengan kaca. 3.6.7
Refraktori oksida (Alumina) Bahan refraktori alumina yang terdiri dari alumunium oksida dengan
sedikit kotoran dikenal sebagai alumina murni. Alumina merupakan satu dari bahan kimia oksida yang dikenal paling stabil. Bahan ini secara mekanis sangat kuat, tidak dapat larut dalam air, steam lewat jenuh, dan hampir semua asam anorganik dan alkali. Sifatnya membuatnya cocok untuk pembentukan wadah tempat melebur logam untuk fusi sodium karbonat, sodium hidroksida dan sodium peroksida. Bahan ini memiliki tahanan tinggi dalam oksidasi dan reduksi pada kondisi atmosfir. Alumina digunakan dalam industri dengan proses panas. Alumina yang sangat berpori digunakan untuk melapisi tungku dengan suhu operasi sampai mencapai 1850°C. 3.6.8
Monolitik Refraktori monolitik adalah sebuah cetakan tunggal dalam pembentukan
peralatan, seperti sendok besar. Refraktori ini secara cepat menggantikan refraktori jenis kovensional dalam banyak digunakan termasuk tungku-tungku industri. Keuntungan utama monolitik adalah: Penghilangan sambungan yang merupakan titik kelemahan. Metoda penggunaannya lebih cepat. Tidak diperlukan keak hlian khusus untuk pemasangannya. Mudah dalam penanganan dan pengangkutan. Cakupan yang lebih baik untuk mengurangi waktu penghentian dalam perbaikan. Cakupannya sungguh mengurangi tempat penyimpanan dan menghilangkan bentuk khusus. Penghematan panas. Tahanan spalling yang lebih baik. Stabilitas volum yang lebih besar. Penempatan monolitik menggunakan berbagai macam metoda, seperti ramming, penuangan, gunniting, penyemprotan, dan sand slinging. Ramming memerlukan tool yang baik dan kebanyakan digunakan pada penggunaan dingin 29
dimana penggabungan bahan merupakan hal yang penting. Dikarenakan semen kalsium aluminat merupakan bahan pengikat, maka bahan ini harus disimpan secara benar untuk mencegah penyerapan kadar air. Kekuatannya mulai berkurang setelah 6-12 bulan. BAB IV KEGUNAAN Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan daya tahannya. Keramik dengan properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai insulator, semikonduktor, konduktor dan magnet. Keramik dengan properti yang berbeda dapat digunakan pada aerospace, biomedis, konstruksi bangunan, dan industri nuklir. Beberapa contoh penggunaan keramik industri:
Peralatan yang dibuat dari alumina dan silikon nitrida dapat digunakan sebagai pemotong, pembentuk dan penghancur logam.
Keramik tipe zirconias, silikon nitrida maupun karbida dapat digunakan untuk saluran pada rotor turbo charger diesel temperatur tinggi dan GasTurbine Engine.
Keramik sebagai insulator adalah aluminum oksida (Al2O3). Keramik sebagai semikonduktor adalah barium titanate (BaTiO3) dan strontium titanate (SrTiO3). Sebagai superkonduktor adalah senyawa berbasis tembaga oksida.
Keramik dengan campuran semen dan logam digunakan untuk pelapis pelindung panas pada pesawat ulang-alik dan satelit.
Keramik biomedical jenis porous alumina digunakan sebagai implants pada tubuh manusia. Porous alumina dapat berikatan dengan tulang dan jaringan tubuh.
Butiran uranium termasuk keramik yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Butiran ini dibentuk dari gas uranium hexafluorida (UF6).
30
Keramik berbasis feldspar dan tanah liat digunakan pada industri bahan bangunan.
Keramik juga digunakan sebagai coating (pelapis) untuk mencagah korosi. Keramik yang digunakan adalah jenis enamel. Peralatan rumah tangga yang menggunakan pelapisan enamel ini diantaranya adalah kulkas, kompor gas, mesin cuci, mesin pengering. Dalam kehidupan sehari-hari, keramik memiliki banyak kegunaan,
misalnya saja dapat dibuat sebagai guci, genteng, maupun peralatan lainnya. Sebelum produk keramik diedarkan, keramik tersebut harus memenuhi syarat mutu yang sudah ditentukan seperti yang tertera pada SNI 03-1331-2001. Ada beberapa aspek yang masuk dalam syarat mutu diantaranya keadaan permukaan, ukuran keramik, penyerapan air, kekerasan, ketahanan terhadap kejut suhu, ketahanan retak glasir, ketahanan terhadap bahan kimia, kuat lentur, ketahanan terhadap gesekan, dan lembaran keramik.
31
BAB V KESIMPULAN Dari makalah ini dapat disimpulkan :
Keramik merupakan suatu kesenian dan sains yang sebagian besar komponennya adalah bahan tak organik (porselin, lempung, semen, kaca, feroelektrik, superkonduktor dan sebagainya).
Keramik tradisional adalah keramik yang berdasarkan lempung.
Keramik modern adalah keramik yang mempunyai sifat-sifat fisik, mekanik, kimia dan listrik yang istimewa.
Bahan keramik tradisional adalah tembikar, lempung, semen, refraktori dan berbagai hasil berkaitan dengan silikat. Bahan keramik modern terdiri daripada keramik oksida (Al2O3, ZrO2, TiO2,
BaTiO2, dan sebagainya) dan keramik bukan oksida (Si3N4, TiN, SiC, B4C dan sebagainya). Keramik yang sudah diproduksi dan akan diedarkan harus diuji kelayakan mutunya dengan berdasarkan prosedur yang sudah ditentukan.
32
DAFTAR PUSTAKA Adi, I, dkk. 2013. Pengaruh Oil Sludge Pertamina Surabaya terhadap Kuat Tekan Keramik Tradisional. Jurnal Teknik Kimia. Vol 11, No 1: 11-15. Athanasius, P.B. 2009. Pengembangan dan Karakterisasi Material Keramik untuk Dinding Bata Tahan Api Tungku Hoffman Ki. Rotasi. Vol 11, No 4: 5-10. Eva, I dan Ngurah, A.K.U. 2009. Keramik Porselen Berbasis Feldspar sebagai Bahan Isolator Listrik. Telkomnika. Vol 7, No 2: 83-92. Fatahul A. dan Eka S.M. 2009. Keramik (Advance Ceramics) sebagai Material Alternatif di Bidang Kesehatan. Hari, S. dan Subowo. 2003. Pengaruh Temperatur Sintering terhadap Sifat Mekanik Keramik Insulator Listrik. Jurnal Teknik Mesin. Vol 3, No 1. Hal 16-19. Isman M.T., dkk. 2000. Penentuan Kompoisi Bahan Mineral Penyusun Keramik untuk Immobilisasi Limbah Radioaktif. ISSN 0216-3128, hal 35-38. Mayer, Ralph. 1969. A Dictionary of Art Term and Techniques. Adan and Charler Black Ltd: London. Mills, John Fitz Maurice. 1965. The Pergamon Dictionary of Art. Pergamon Press Ltd: London.
33
M. Gade. 2006. Karakteristik dan Klasifikasi Material Keramik. FKIP UMN AlWashliyah: Medan. Smallman, R.E dan Bishop, R.J. 1999. Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material. Erlangga : Jakarta. Suh, H. 1998. Recent Advance in Biomaterials. Yonsei Medical Journal. Vol 39, no 2, pp 87-96. Worral, W. E. 1986. Clays and Ceramic Raw Materials 2ndedition. Elsevier Applied Science Publishers: London. http://tears-of-mydreams.blogspot.co.id/2013/06/bab-i.html,
diakses
pada
18
Maret 2016. http://goo-clean-salon-kamar-mandi.blogspot.co.id/2011/10/mengenal-jeniskeramik.html, diakses pada 18 Maret 2016. http://www.kamusilmiah.com/teknologi/teknologi-pembuatan-keramik/ ,
diakses pada 18 Maret 2016. http://yandi-sage.blogspot.com/2009/09/kaca-dan-porselin.html , diakses
pada 18 Maret 2016. http://regest.wordpress.com/2010/04/19/refraktori-bata-tahan-api/ ,
diakses pada 18 Maret 2016. http://ariffadholi.blogspot.com/2009/10/industri-keramik.html , diakses
pada 18 Maret 2016. Aninom. 2013. ”Keramik”. http://id.wikipedia.org/wiki/Keramik [19 Maret 2016] Eko. 2013. “Kliping Seni Rupa Terapan Keramik”. http://www.slideshare.net/eko123/kliping-seni-rupa-terapan-keramik [20 Maret 2016] Sergio.2011.”Proses Pembuatan Produk Keramik”. http://www.ilmusipil.com/proses-pembuatan-produk-keramik [20 Maret 2016]
34
35
