KERAMIK A. PENGER PENGERTI TIAN AN KERAMI KERAMIK K Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang arinya suau benuk dari anah lia yang elah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedia ahun !"#$%an mende&inisikan keramik sebagai suau hasil seni dan eknologi unuk menghasilkan barang dari anah lia yang dibakar seperi gerabah' geneng' embikar dan sebagainya. Teapi saa ini idak semua keramik berasal dari anah lia. (e&inisi pengerian keramik erbaru men)akup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbenuk pada. Pada umumnya senyawa keramik lebih sabil dalam lingkungan ermal dan kimia diband dibanding ingkan kan elemenny elemennya. a. *ahan *ahan baku baku keramik keramik yang yang umum umum dipakai dipakai adalah adalah &elspard' ball' )lay' kwarsa' kaolin' dan air. +i&a keramik sanga dienukan oleh srukur krisal' komposisi kimia dan mineral bawaannya. ,leh karena iu si&a keramik -uga erganung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. +e)ara umum umum sruk sruku urny rnyaa sang sanga a rumi rumi deng dengan an sedik sediki i elek elekro ron% n%el elek ekr ron on beba bebas. s. Kurang Kurangny nyaa beberap beberapaa elekro elekron n bebas bebas kerami keramik k membua membua sebagi sebagian an besar besar bahan bahan keram keramik ik se)ara se)ara kelis kelisri rika kan n buka bukan n meru merupa paka kan n kond konduk uko orr dan dan -uga -uga men-a men-adi di konduk kondukor or panas panas yang yang -elek. -elek. (isamp (isamping ing iu kerami keramik k mempun mempunyai yai si&a si&a rapuh' rapuh' keras' dan kaku. *. +EA +EARA RA/ / KERA KERAMIK MIK Isilah Isilah keramik' keramik' sesuai koneks koneks modern' modern' men)ak men)akup up
maeria maeriall anorga anorganik nik yang
sanga luas' keramik mengandung elemen non mealik dan mealik yang dibua berbagai eknik manu&akur. +e)ara radisional' keramik dibua dari mineral +ilika' seperi lempung' yang dikeringkan dan di bakar pada emperaure !0$$1 % !2$$13 agar keras. Keramik berasal dari kaa Yunani Keramos' yang berari 4 bahan yang dibakar5 aau 4 maerial yang dibakar di ungku 6 anur5. Keramik merupakan maerial yang erbenuk dari hasil senyawa 7)ompound8 anara sau s au aau lebih unsur%unsur logam
1
7ermasuk +i dan Ge8 dengan sau aau lebih unsur%unsur non logam. maerial -enis keramik semakin se makin banyak digunakan' mulai berbagai abrasi9e' abras i9e' paha poong' bau ahan api' ka)a' dan lain%lain' bahkan eknologi roke dan penerbangan luar angkasa sanga memerlukan keramik. Namun demikian keramik modern seringkali dibua dengan proses anpa ahap pembakaran di ungku 7misalnya penekanan panas' sinering : reaksi' deri&ikasi: gelas' dan sebagainya8. sebagainya8. Meskipun keramik kadang : kadang dikaakan memiliki karak karaker er nonmea nonmealik lik se)ara se)ara sederh sederhana ana unuk unuk membed membedakan akanny nyaa dari dari logam logam dan paduan ini idak memadai lagi karena kini elah dikembangkan dan digunakan keramik dengan si&a yang luar biasa. Keramik perama kali diemukan sekiar ;$$$ ahun yang lalu. Pada saa iu' keramik masih ber)orak primii9e' berwarna hiam' dan mudah pe)ah. Penemuan keramik perama kali' kali' pada pada umumny umumnyaa er-ad er-adii di Timu Timurr Teng Tengah' ah' dimana dimana perdag perdagang angan an kerami keramik k sudah sudah ber-alan begiu )epa 7pesa8. +alah sau proses kema-uan dari e9olusi keramik adalah proses pera ?0$$ +M8 dan Meksiko 7 > 0$$$ +M8 dan beberapa saa kemudian' sekiar > #$$ Masehi' keramik sudah banyak diemukan di Amerika Tenggara. 3oraknya -uga masih serupa dengan keramik yang ada di belahan bumi lainnya' yaiu dibua dengan garis : garis lengkung yang serupa. Konsruksinya yang melingkar : lingkar bahkan masih berahan sampai sekarang.
2
3. +I@AT KERAMIK
+e)ara umum kramik merupakan paduan anara logam dan non logam ' senyawa paduan ersebu memiliki ikaan ionik dan ikaan ko9alen . nuk lebih -elasnya mengenai si&a%si&a kramik beriku ini akan di-elaskan lebih deail' yaiu B •
+i&a Mekanik
Keramik merupakan maerial yang kua' keras dan -uga ahan korosi. +elain iu keramik memiliki kerapaan yang rendah dan -uga iik lelehnya yang inggi. Keerbaasan uama keramik adalah kerapuhannya' yakni ke)enderungan unuk paah iba%iba dengan de&ormasi plasik yang sediki. (i dalam keramik' karena kombinasi dari ikaan ion dan ko9alen' parikel%parikelnya idak mudah bergeser. @akor
rapuh
er-adi
bila
pembenukan
dan
propagasi
kereakan
yang )epa.(alam padaan krisalin' reakan umbuh melalui buiran 7rans granular8 dan sepan-ang bidang )lea9age 7kereakan8 dalam krisalnya. Permukaan empa puus yang dihasilkan mungkin memiliki eksur yang penuh buiran aau kasar. Maerial yang amor& idak memiliki buiran dan bidang krisal yang eraur' sehingga permukaan puus kemungkinan besar er-adi. Kekuaan ekan pening unuk keramik yang digunakan unuk srukur seperi bangunan. Kekuaan ekan keramik biasanya lebih besar dari kekuaan ariknya. nuk memperbaiki si&a ini biasanya keramik di%preekan dalam keadaan erekan •
+i&a Termal
+i&a ermal bahan keramik adalah kapasias panas' koe&isien ekspansiermal' dan konduki9ias ermal. Kapasias panas bahan adalah kemampuan bahan unuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan olehpadaan anara lain dalam benuk 9ibrasi 7gearan8 aom6ion penyusun padaan ersebu. Keramik biasanya memiliki ikaan yang kua dan aom%aom yang ringan. adigearan%gearan aom%aomnya akan ber&rekuensi inggi dan karena ikaannya
3
kua maka gearan yang besar idak akan menimbulkan gangguan yang erlalu banyak padakisi krisalnya. +ebagian besar keramik memiliki iik leleh yang inggi' arinya walaupun pada emperaur yang inggi maerial ini dapa berahan dari de&ormasi dan dapa berahan dibawah ekanan inggi. Akan eapi perubahan emperaur yang besar dan iba%iba dapa melemahkan keramik. Konraksi dan ekspansi pada perubahan emperaur ersebulah yang dapa membua keramik pe)ah. •
+i&a elekrik
+i&a lisrik bahan keramik sanga ber9ariasi. Keramik dikenal sanga baik sebagai solaor. *eberapa isolaor keramik 7seperi *aTi, ?8 dapa dipolarisasi dan digunakan ebagai kapasior. Keramik lain menghanarkan elekron bila energi ambangnya di)apai' dan oleh karena iu disebu semikondukor. Tahun !"2C' keramik -enis baru' yakni superkondukor emperaur kriis inggi diemukan. *ahan -enis ini di bawah suhu kriisnya memiliki hambaan D $. Akhirnya' keramik yang disebu sebagai pieoelekrik dapa menghasilkan respons lisrik akiba ekanan mekanik aau sebaliknya. Elekron 9alensi dalam keramik idak berada di pia konduksi'sehingga sebagian besar keramik adalah isolaor. Namun' konduki9ias keramik dapa diingkakan dengan memberikan keakmurnian. Energi ermal -uga akanmempromosikan elekron ke pia konduksi' sehingga dalam keramik' konduki9ias meningka 7hambaan menurun8 dengan kenaikan suhu. *eberapa keramik memiliki si&a pieoelekrik' aau kelisrikan ekan. +i&a ini merupakan bagian bahan 4)anggih5 yang sering digunakan sebagai sensor. (alambahan pieoelekrik' penerapan gaya aau ekanan di permukaannya akan menginduksipolarisasi dan akan er-adi medan lisrik' -adi bahan ersebu mengubah ekananmekanis men-adi egangan lisrik. *ahan pieoelekrik digunakan unuk randuser'yang diemui pada mikro&on' dan sebagainya.
4
(alam bahan keramik' muaan lisrik dapa -uga dihanarkan oleh ion%ion. +i&a ini dapa
diubah%ubah
dengan
merubah
komposisi'
dan
merupakan
dasar
banyakaplikasi komersial' dari sensor a kimia sampai generaor daya lisrik skala besar.+alah sau eknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar. •
+i&a ,pik
*ila )ahaya mengenai suau obyek )ahaya dapa diransmisikan' diabsorbsi' aaudipanulkan. *ahan ber9ariasi dalam kemampuan unuk menransmisikan )ahaya' danbiasanya dideskripsikan sebagai ransparan' ranslusen' aau opa=ue. Maerial yang ransparan' seperi gelas'menransmisikan )ahaya dengan di&us' seperi gelaser&rosed' disebu bahan ranslusen. *auan yang opa=ue idak menransmisikan )ahaya.(ua mekanisme pening ineraksi )ahaya dengan parikel dalam padaan adalahpolarisasi elekronik dan ransisi elekron anar ingka energi. Polarisasi adalahdisorsi awan elekron aom oleh medan lisrik dari )ahaya. +ebagai akiba polarisasi'sebagian energi dikon9ersikan men-adi de&ormasi elasik 7&onon8' dan selan-unya panas. •
+i&a kimia
+alah sau si&a khas dari keramik adalah kesabilan kimia. +i&a kimia dari permukaan keramik dapa diman&aakan se)ara posii&. Karbon aki&' silika gel' eoli' dsb' mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan pengabsorb. Kalau oksida logam dipanaskan pada kira%kira #$$ 3' permukaannya men-adi bersi&a asam aau bersi&a basa. Alumina g ' eoli' lempung asam aau + 0, 0 : Ti, 0 demikian -uga berbagai oksida biner dipakai sebagai kaalis' yang meman&aakan aksi kaaliik dari iik bersi&a asam dan basa pada permukaan. •
+i&a &isik
+ebagian besar keramik adalah ikaan dari karbon' oksigen aau nirogen dengan maerial lain seperi logam ringan dan semilogam. /al ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densias yang ke)il. +ebagian keramik yang ringan mungkin dapa sekeras logam yang bera. Keramik yang keras -uga ahan erhadap gesekan.
5
+enyawa keramik yang paling keras adalah berlian' diikui boron nirida pada uruan kedua dalam benuk krisal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan unuk memoong' menggiling' menghaluskan dan menghaluskan maerial%maerial keras lain. (. KARAKTERI+TIK KERAMIK Keramik memiliki karakerisik yang memungkinkannya digunakan unuk berbagai aplikasi' ermasuk B !8 Kapasias panas yang baik dan konduki9ias panas yang rendah. 08 Tahan erhadap korosi. ?8 +i&a lisriknya dapa insulaor' semi%kondukor' kondukor' bahkan super kondukor. ;8 +i&anya dapa magneik maupun non%magneik. #8 Keras dan kua' namun rapuh. E. KFA+I@IKA+I KERAMIK Keramik dapa di klasi&ikasikan kedalam lima kelas yaiu B !. Glass Glass adalah benda yang ransparan' lumayan kua' biasanya idak bereaksi dengan barang kimia' dan idak aki& se)ara biologi yang bisa dibenuk dengan permukaan yang sanga halus dan kedap air. Glass bersumber dari bau kuarsa yang mengalami proses pemanasan unuk membenuknya men-adi glass 6 ka)a. 3onoh keramik -enis glass adalah soda lime glass' dan borosilicate glass. Aplikasi keramik -enis glass ini adalah unuk peralaan makan' -endela' bool dan lain%lain.
0. Keramik radisional
6
Keramik radisional merupakan keramik yang elah lama di sempurnakan oleh orang%orang pada aman dahulu. Keramik radisional sendiri bersumber dari anah lempung yang mengalami proses pemanasan sehinnga men-adi lebih keras. 3onoh keramik radisional yaiu bau baa' gu))i buaan )ina' dan embikar. Aplikasi keramik -enis ini banyak diemukan pada karya%karya seni' dan bidang konsruksi.
?. Keramik baru dengan per&orma inggi Keramik baru adalah -enis keramik yang mengalami proses pengembangan unuk meningkakan kerakerisik keramik iu sendiri. Keramik baru bersumber dari aluminium' mangan' dan sili)on yang dipadukan bersama unsur lain. 3onoh keramik -enis ini adalah diamond' sili)on )arbide yang banyak digunakan sebagai ala pemoong. ;.+emen dan beon +emen dan beon banyak diaplikasikan pada berbagai -enis bangunan. +emen sendiri mengandung sili)a dan aluminium. @. *A/AN *AK (A+AR KERAMIK Tiga bahan baku uama yang digunakan unuk membua produk keramik klasik' aau riaksialH' adalah lempung' &eldspar dan pasir. Fempung adalah aluminium silika hidra yang idak erlalu murni yang erbenuk sebagai hasil pelapukan dari bauan beku yang mengandung &eldspar sebagai salah sau mineral asli yang pening. Reaksinya dapa dilukiskan sebagai beriku B K 0,.Al0+,?.C+i,0 3,0 0/0, J K 03,? Al0,?.0+i,0.0/0, ;+i,0 Ada se-umlah speises mineral yang disebu mineral lempung 7clay mineral 8 yang mengandung eruama )ampuran kaolini 7Al0,?.0+i,0.0/0,8' monmoriloni <7Mg'3a8,.Al0,?.#+i,0.n/0, dan ili 7K 0,' Mg,' Al 0,?' +i,0.0/0,8 masing%
7
masing dalam berbagai kuanias. (ari sudu pandang keramik' lempung berwu-ud plasik dan bias dibenuk bila )ukup halus dan basah' kaku bila kering' dan ka)a 7vitreous8 bila dibakar pada suhu yang )ukup inggi. Prosedur pembuaannya mengandalkan kepada si&a%si&a ersebu diaas. (i dalam lempung yang diperdagangkan' disamping mineral lempung erdapa pula &eldspar' kuarsa dan berbagai keidakmurnian seperi oksida%oksida besi' semuanya dalam -umlah yang beragam. (alam hampir semua lempung yang digunakan di dalam indusri keramik' mineral lempung dasar adalah kaolini' walaupun lempung benoni yang berdasarkan aas monmoriloni digunakan -uga sediki unuk memberikan si&a plasisias yang sanga inggi bila perlu. +i&a plasisias ini sanga dipengaruhi oleh kondisi &isik lempung' dan sanga berbeda% beda pada berbagai -enis lempung. Fempung sanga beraneka ragam dalam si&a &isiknya' dan dalam kandungan keidakmurniannya' sehingga biasanya harus diingkakan muunya erlebih dahulu melalui prosedur benefisiasi. Ada iga -enis feldspar yang umum' yaiu poas 7K 0,.Al0,?.+i,08' soda 7Na,.Al0,?.C+i,08' baua gamping 73a,.Al 0,?.C+i,08' yang semuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sanga pening sebagai pemberi si&a &luks dalam &ormulasi keramik. Feldspar bias erdapa di dalam lempung hasil penambangan' aau bisa -uga diambahkan sesuai keperluan. Penyusun keramik yang keiga yang pening adalah pasir aau flin 7 flint 8. +i&a% si&anya yang pening dari segi indusri keramik diun-ukkan pada able beriku B
@. TEKNIK PEMR,+E+AN KERAMIK a8
Pembubukan
8
*ahan%bahan dasar keramik umumnya berbenuk bubukan. *ahan dasar ersebu dapa diperoleh dengan meode kon9ensional aau non kon9ensional. Meode kon9ensional misalnya kalsinasiL yaiu menguraikan suau bahan padaan men-adi beberapa
bagian
yang lebih sederhanaL
Milling yaiu menggiling aau
menghaluskan bahanL miing yaiu men)ampurkan beberapa bahan men-adi sau bahan. +edangkan meode nonkon9ensional misalnya eknik laruan sepaeri meode sol%gel' meode &ase uap' aau dekomposisi garam. (alam proses pembubukan ersebu ' seringkali harus diambahkan bahan pensabil agar suhu dapa diurunkan aau bahan organik yang ber&ungsi sebagai pengika aau pelunak bubukan sehingga mudah dibenuk. b8
Pembenukan
Meode pembenukan ini berma)am%ma)am' misalnya meode pres isosaik dan aksialL meode )eak lepas' yaiu di)eak hingga kering lalu dilepasL meode )eak balu yaiu bahn dibiarkan eap berada daalm )eakn aau )eak in-eksi yaiu bahan dimasukan ke dalam )eakan dengan )ara diin-eksikan ke dalamnya. )8
Penekanan
Penekanan aau disebu -uga kompaksi dilaukan unuk membenuk serbuk keramik men-adi suau benuk padaan berupa pele menah. Pele menah adalah serbuk yang elah men-adi benuk pada eapi belum disiner. Prosedur dasar penekanan dibagi men-adi ? yaiuB %
niaial
+erbuk dibenuk dalam )eakan logam dengan penekanan sau arah. Penenkanan ini dapa memproduksi banyak pele dan idak mahal dibanding meode lain. *erdasarka )ara ker-anya' penekanan ini dibagi men-adi ? yaiu B single a)ion uniaial pressing' double a)ion uniaial pressing' dan uniaial pressing wih a &loaing mould or die. %
Isosaik
9
Penekanan serbuk dilakukan dengan menggunakan )airan. % /o pressing Penekanan dilakukan se)ar simulan denga perlakuan panas pada serbuk. d8
+inering
+inering adalah meode pemanasan yang dilakukan erhadap suau maerial 7 biaasnya dalam benuk serbuk8 pada suhu dibawah iik lelehnya sehingga men-adi benuk padaan . +erbuk berubah men-adi padaan karena pada suhu ersebu parikel%parikel akan saling meleka. +eelah disinering benuk porosias berubah )enderung berbrnuk bola. +elain iu semakin lama dipanaskan benuk pori akan semakin ke)il. Karena iu ukuran sampel yang elah disiner akan semakin ke)il -uga. +inering erbagi men-adi 0 -enis' yaiu berdassarkan ada idaknya &ase )air selama proses sinering. +inering yang er-adi diserai adanya &ase )air disebu sinering &ase )air' dan sinering yang er-adi anpa &ase )air disebu sinering pada. Tahap sinering dilakukan unuk memada kompakan bahan' yang sudah di)eak dan dikeringkan dengan suhu inggi. e8
Anneling dan Aging
Anealing adalah proses pemanasan yang lebih rendah dari sebelumnya. (engan maksud agar parameer dan si&a yang diinginkan men)apai opimum. +edangkan aging adalah proses pendinginan selama beberapa waku erenu. &8
Tahap akhir
Pada ahap ini' bahan keramik dikenakan berbagai perlakuan akhir sehingga sipa dipalikasika sesuai dengan si&a bahan yang diinginkan. Perlakuan ersebu misalnya mengasah' memoles' memberi lapisan logam' memberi manel unuk perlindungan dan lain%lain G. KARAKTERI+TIK +TRKTR KERAMIK
10
Gambar 1.1 Struktur Keramik +rukur krisal keramik 7erdiri dari berbagai ukuran aom yang berbeda aau minimal erdiri dari 0 -enis unsur8 merupakan salah sau yang paling kompleks dari semua srukur bahan. Ikaan anara aom%aom ini umumnya ikaan ko9alen 7berbagi elekron' sehingga ikaan ini kua8 aau ion 7eruama ikaananara ion bermuaan' sehingga ikaan ini kua8. Ikaan ini -auh lebih kua daripada ikaan logam. Akibanya' si&a%si&a seperi kekerasan dan keahanan panas dan lisrik se)ara signi&ikan lebih inggi keramik dari pada logam. Keramik dapa berikaan krisal unggal aaudalam benuk polikrisalin. kuran buir mempunyai pengaruh besar erhadap kekuaan dan si&a%si&a keramikL ukuran buir yang halus 7sehingga dikaakan keramik halus8' semakin inggi kekuaan dan keangguhannya. Kebanyakan bahan pembenuk keramik memiliki ikaan ion' ikaan ko9alen dan ikaananara. +ebagai missal' bagian ikaan ion dalam sisem Mg%,' Al%,' n%, dan +i%, dapa dikaakan masing%masing O$' C$' C$ dan #$. Yang sanga menarik adalah bahwa pada Re, ?'Q0,? dan Ti,' yang merupakan oksida dan idak pernah menun-ukkan si&a lia aaudapa di de&ormasikan' eapi memiliki hanaran lisrik yang relai& dapa disamakan dengan logam biasa. (alam Krisal yang rumi' berbagai ma)am aom berperan dan ikaannya merupakan ikaan )ampuran dalam banyak hal. +rukur Krisal demikian dapa dimengeri apabila menginga bahwa Krisal ersusun oleh kombinasi dari polyhedron koordinasi' dimana sauan ke)il dari kaion dikelilingi oleh beberapa
11
anion. +alah sau )onoh adalah silika yang merupakan bahan baku pening bagi keramik.
KOMPOSIT A. PENGERTIAN K,MP,+IT
12
Komposi adalah suau maerial yang erbenuk dari kombinasi dua aau lebih maerial sehingga dihasilkan maerial komposi yang mempunyai si&a mekanik dan karakerisik yang berbeda dari maerial pembenuknya. *ahan komposi memiliki banyak keunggulan' dianaranya bera yang lebih ringan' kekuaan dan kekuaan yang lebih inggi' ahan korosi dan memiliki biaya perakian yang lebih murah karena berkurangnya -umlah komponen dan bau%bau penyambung. Kekuaan arik dari komposi sera karbon lebih inggi daripada semua paduan logam. +emua iu menghasilkan bera pesawa yang lebih ringan' daya angku yang lebih besar' hema bahan bakar dan -arak empuh yang lebih -auh. Milier Amerika +erika adalah pihak yang perama kali mengembangkan dan memakai
bahan
komposi.
Pesawa AQ%2( mempunyai
kandungan
bahan
komposi 0O dalam srukur rangka pesawa pawa awal ahu !"2$%an. Penggunaan bahan komposi dalam skala besar perama kali er-adi pada ahun !"2#. Keika iu Airbus A?0$ perama kali erbang dengan sabiliser horisonal dan 9erikal yang erbua dari bahan komposi. Airbus elah menggunakan komposi sampai dengan !# dari bera oal rangka pesawa unuk seri A?0$' A??$ dan A?;$. Komposi erdiri dari 0 bagian uama yaiu B Matriks' ber&ungsi unuk pereka aau pengika dan pelindung &iller 7pengisi8 dari
kerusakan eksernal. Mariks yang umum digunakan B )arbon' glass' ke9lar' dll Filler (pengisi)' ber&ungsi sebagai Pengua dari mariks. @iller yang umum
digunakan B )arbon' glass' aramid' ke9lar
*. TAN (I*ENTKNYA K,MP,+IT Komposi dibua dengan u-uan unuk B 13
!. Memperbaiki si&a mekanik dan6aau si&a spesi&ik erenu 0. Mempermudah design yang suli pada manu&akur ?. Keleluasaan dalam benuk6design yang dapa menghema biaya ;. Men-adikan bahan lebih ringan 3. +I@AT MATERIAF K,MP,+IT Ada iga &akor yang menenukan si&a%si&a dari maerial komposi' yaiuB !. Maerial pembenuk. +i&a%si&a inrinsik maerial pembenuk memegang peranan yang sanga pening erhadap pengaruh si&a komposinya. 0. +usunan srukural komponen. (imana benuk sera orienasi dan ukuran iapiap komponen penyusun srukur dan disribusinya merupakan &akor pening yang memberi konribusi dalam penampilan komposi se)ara keseluruhan. ?. Ineraksi anar komponen. Karena komposi merupakan )ampuran aau kombinasi komponen%komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya maupun benuknya' maka si&a kombinasi yang diperoleh pasi akan berbeda. (alam pembuaan sebuah maerial komposi' suau pengkombinasian opimum dari si&a%si&a bahan penyusunnya unuk mendapakan si&a%si&a unggal sanga diharapkan. *eberapa maerial komposi polymer diperkua serbuk yang memiliki kombinasi si&a%si&a yang ringan' kaku' kua dan mempunyai nilai kekerasan yang )ukup inggi. (isamping iu -uga si&a dari maerial komposi dipengaruhi oleh beberapa &akor yaiu maerial yang digunakan sebagai benuk komponen dalam komposi' benuk geomeri dari unsur%unsur pokok dan akiba srukur dari sisem komposi' )ara dimana benuk sau mempengaruhi benuk lainnya Menuru Agarwal dan *rouman' yaiu menyaakan bahwa bahan komposi mmpunyai )irri%)iri yang berbeda dan komposisi unuk menghasilkan suau bahan yang mempunyai si&a dan )irri erenu yang berbeda dari si&a dan )iri konsiuen asalnya. (isamping iu konsiuen asal masi kekal dan dihubungkan melalui suau anara muka.
14
(engan kaa lain' bahan komposi adalah bahan yang heerogen yang erdiri dari &asa yang ersebar dan &asa yang bererusan. @asa ersebar selalu erdiri dari sera aau bahan pengukuh' manakalah yang bererusannya erdiri dari mariks. (. KEGNAAN MATERIAF K,MP,+IT Penggunaan maerial komposi sanga luas' yaiu unuk B %
Angkasa luar D Komponen kapal erbang' Komponen /elikoper'
% % %
Komponen saeli. Kesehaan D Kaki palsu' +ambungan sendi pada pinggang Marine 6 Kelauan D Kapal layar' Kayak Indusri Perahanan D Komponen -e empur' Peluru' Komponen kapal
% % % %
selam Indusri Pembinaan D embaan' Terowongan' Rumah' Tanks. ,lah raga dan rekreasi D +epeda' +i)k gol&' Rake enis' +epau olah raga Auomobile D Komponen mesin' Komponen kerea Angkasa luar D Komponen kapal erbang' Komponen /elikoper' Komponen satelit.
E. KFA+I@IKA+I K,MP,+IT - Berdasarkan Matriks yang digunakan : •
MM3 B Meal Mariks 3omposie 7menggunakan mariks logam8
Meal Mari )omposies adalah salah sau -enis komposi yang memiliki marik logam. Maerial MM3 mulai dikembangkan se-ak ahun !""C. Pada mulanya yang dielii adalah 3oninous @ilamen MM3 yang digunakan dalam aplikasi aerospa)e.
•
3M3 B 3erami) Mariks 3omposie 7menggunakan mariks )erami)8
3M3 merupakan maerial 0 &asa dengan ! &asa ber&ungsi sebagai reinforcement dan ! &asa sebagai mariks' dimana mariksnya erbua dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada 3M3 adalah oksida' )arbide' dan
15
nirid. +alah sauproses pembuaan dari 3M3 yaiu dengan proses (IM,' yaiu proses pembenukan komposi dengan reaksi oksidasi leburan logam unuk perumbuhan mariks keramik disekeliling daerah &iller 7pengua8. •
PM3 B Polymer Mariks 3omposie 7menggunakan mariks polymer8
PM3 7Polymer Mariks 3omposie8 merupakan mariks yang paling umum digunakan pada maerial komposi. Karena memiliki si&a yang lebih ahan kara' korosi dan lebih ringan. Mariks polymer erbagi 0 yaiu ermose dan ermoplasikPerbedaannya polymer ermose idak dapa didaur ulang sedangkan ermoplasik dapa didaur ulang sehingga lebih banyak digunakan belakangan ini. enis0 ermoplasik yang biasa digunakan B polypropylene 7PP8' polysryrene 7P+8' polyehylene 7PE8' dll. *eriku lambang dari masing0 -enis polymer.
- Berdasarkan Strukturnya :
16
•
Pari)ulae 3omposie Maerials 7komposi parikel8 merupakan -enis Komposi yang menggunakan parikel6buiran sebagai &iller 7pengisi8.
•
Parikel berupa logam aau non logam dapa digunakan sebagai &iller. @ibrous 3omposie Maerials 7komposi sera8 erdiri dari dua komponen
•
penyusun yaiu mariks dan sera. +ru)ural 3omposie Maerials 7komposi berlapis8 erdiri dari sekurang% kurangnya dua maerial berbeda yang direkakan bersama%sama. Proses pelapisan dilakukan dengan mengkombinasikan aspek erbaik dari masing% masing lapisan unuk memperoleh bahan yang berguna.
-
Berdasarkan enis Penguatnya
a! Partikel se"agai penguat ( Particulate composites)
Keunungan dari komposi yang disusun oleh reinforcement berbenuk parikelB a8 Kekuaan lebih seragam pada berbagai arah b8 (apa digunakan unuk meningkakan kekuaan dan meningkakan kekerasan maerial )8 3ara penguaan dan pengerasan oleh parikula adalah dengan menghalangi pergerakan dislokasi. "! Fi"er se"agai penguat (Fi"er #$%p$sites)
@ungsi uama dari sera adalah sebagai penopang kekuaan dari komposi' sehingga inggi rendahnya kekuaan komposi sanga erganung dari sera yang digunakan' karena egangan yang dikenakan pada komposi mulanya dierima
17
oleh marik akan dieruskan kepada sera' sehingga sera akan menahan beban sampai beban maksimum. ,leh karena iu sera harus mempunyai egangan arik dan moduluselasisias yang lebih inggi daripada marik penyusun komposi. @iber yang digunakan harus memiliki syara sebagai beriku B a8 Mempunyai diameer yang lebih ke)il dari diameer bulknya 7mariksnya8 namun harus lebih kua dari bulknya b8 /arus mempunyai ensile srengh yang inggi #! Fi"er se"agai sturktural (Stru#tute #$%p$sites)
Komposi srukural dibenuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki benuk lembaran%lembaran. *erdasarkan srukur' komposi dapa dibagi men-adi dua yaiu srukur laminate dan srukur sandwich. !8 Faminae Faminae adalah gabungan dari dua aau lebih lamina 7sau lembar komposi dengan arah sera erenu8 yang membenuk elemen srukur se)ara inegral pada komposi. Proses pembenukan lamina ini men-adi laminae dinamakan proses laminai. +ebagai elemen sebuah srukur' lamina yang sera penguanya
searah
sa-a
7unidire)ional
lamina8
pada
umumnya
idak
mengunungkan karena memiliki si&a yang buruk. nuk iulah srukur komposi dibua dalam benuk laminae yang erdiri dari beberapa ma)am lamina aau lapisan yang diorienasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah uni srukur. Terdapa beberapa lamina' yaiuB a) &$ntin$us 'i"er la%inate' lamina -enis ini mempunyai lamina penyusun
dengan sera yang idak erpuus hingga men)apai u-ung%u-ung lamina. 3oninous &iber laminae erdiri dari B
18
!. nidire)ional laminae 7sau arah8' yaiu benuk laminae dengan iap lamina mempunyai arah sera yang sama. Kekuaan erbesar dari komposi lamina ini adalah searah seranya. 0. 3rossplien =uasi%isoropoi) 7silang8' lamina ini mempunyai susunan sera yang saling silang egak lurus sau sama lain anara lamina. ?. Random6wo9en &iber )omposie' lamina ini mempunyai susunan sera. ") is#$ntin$us 'i"er #$%p$site ' berbeda dengan -enis sebelumnya maka
laminae ini pada masing%masing lamina erdiri dari poongan sera pendek yang erpuus dan mempunyai dua -enis yaiu B !. +hor Alighned @iber' poongan sera ersusun dalam arah erenu' sesuai dengan keperluan seiap lamina. 0. In%Plane Random @iber' poongan sera disebarkan se)ara a)ak aau arahnya idak eraur. 08 +andwi)h panels Komposi sandwi)h merupakan komposi yang ersusun dari ? lapisan yang erdiri dari &la )omposie 7meal shee8 sebagai kuli permukaan 7skin8 sera meerial ini 7)ore8 di bagian engahnya 7berada di anaranya8. 3ore yang biasa dipakai adalah )ore impor' seperi polyurean 7P8' poly9ynil 3lorida 7PQ38' dan honey)omb. Komposi sandwi)h dibua dengan u-uan unuk e&isiensi bera yang opimal' namun mempunyai kekakuan dan kekuaan yang inggi. +ehinggga unuk mendapakan karakerisik ersebu' pada bagian engah dianara kedua skin dipasang )ore. Komposi sandwi)h merupakan -enis komposi yang sanga )o)ok unuk menahan beban lenur' impak' meredam gearan dan suara. Komposi sandwi)h dibua unuk mendapakan srukur yang ringan eapi mempunyai kekakuan dan kekuaan yang inggi. *iasanya pemilihan bahan unuk komposi sandwi)h' syaranya adalah ringan' ahan panas dan korosi' sera harga -uga diperimbangkan. (engan menggunakan maerial ini yang sanga ringan' maka akan dihasilkan komposi yang mempunyai si&a kua' ringan' dan kaku. Komposi 19
sandwi)h dapa diaplikasikan sebagai srukural maupun non%srukural bagian inernal dan eksernal pada kerea' bus' ruk' dan -enis kendaraan yang lainnya. @. *A/AN K,MP,+IT PARTIKEF (alam srukur komposi' bahan komposi parikel ersusun dari parikel:parikel disebu bahan komposi parikel 7 particulate composite8 menuru de&inisinya parikel ini berbenuk beberapa ma)am seperi bula' kubik' eragonal aau bahkan berbenuk yang idak berauran se)ara a)ak' eapi raa:raa berdimensi sama. *ahan komposi parikel umunya digunakan sebagai pengisi dan pengua bahan komposi keramik 7ceramic matrik composites8. *ahan komposi parikel pada umunya lebih lemah dibanding bahan komposi sera. bahan komposi parikel mempunyai keunggulan' seperi keahanan erhadap aus' idak muda r eak dan mempunyai daya pengika dengan marik yang baik. G. *A/AN K,MP,+IT +ERAT nsur uama komposi adalah sera yang mempunyai banyak keunggulan' oleh karena iu bahan komposi sera yang paling banyak dipakai. *ahan komposi sera erdiri dari sera:sera yang erika oleh marik yang saling berhubungan. *ahan komposi sera ini erdiri dari dua ma)am' yaiu sera pan-ang 7 continous fiber 8 dan sera pendek 7 short fiber dan whisker 8. (alam laporan ini diambil bahan komposi sera 7 fiber composite8. Penggunaan bahan komposi sera sanga e&esien dalam menerima beban dan gaya. Karena iu bahan komposi sera sanga kua dan kaku bila dibebani searah sera' sebaliknya sanga lemah bila dibebani dalam arah egak lurus sera.
Komposi sera
dalam
dunia
indusry
mulai
dikembangkan dari
pada
menggunakan bahan parikel. *ahan komposi sera mempunyai keunggulan yang uama yaiu strong 7kua8' stiff 7angguh8' dan lebi ahan erhadap panas pada saa didalam marik 7+)hwar' !"2;8. (alam penggembangan eknologi pengolahan sera' membua sera sekarang semakin diunggulkan dibandingkan maerial:
20
maerial yang digunakan. 3ara yang digunakan unuk mengkombinasi sera berkekuaan arik inggi dan bermodulus elasisias inggi dengan marik yang bermassa ringan' berkekuaan arik renda' sera bermodulus elasisias rendah makin banyak dikembangkan guna unuk memperoleh hasil yang maksimal. Komposi pada umumnya mengunakan bahan plasik yang merupakan maerial yang paling sering digunakan sebagai bahan pengika seranya selain iu plasi) mudah didapa dan mudah perlakuannya' dari pada bahan dari logam yang membuuhkan bahan sendiri. /. TIPE K,MP,+IT +ERAT nuk memperoleh komposi yang kua harus dapa menempakan sera dengan benar. *erdasarkan penempaanya erdapa beberapa ipe sera pada komposi yaiu B !.
ontinuous Fiber omposite
ontinuous aau uni-directional! mempunyai sera pan-ang dan lurus' membenuk lamina diaara mariknya. enis komposi ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan anar lapisan. /al ini dikarnakan kekuaan anar lapisan dipengaruhi oleh mariknya. 0.
"oven Fiber omposite 7bi-dirtectional 8
Komposi ini idak mudah dipengaruhi pemisahan anar lapisan karena susunan seranya -uga mengika sera anar lapisan. Akan eapi susunan sera meman-angnya yang idak begiu lurus mengakibakan kekuaan dan kekakuan akan melemah.
?.
#iscontinuous Fiber omposite
#iscontinuous Fiber omposite adalah ipe komposi dengan sera pendek. Tipe ini dibedakan lagi men-adi ? 7 Gibson' !""; B !#O 8 B
21
a.
$ligned discontinuous fiber
b.
%ff-a&is aligned discontinuous fiber
).
Randomly oriented discontinuous fiber
;.
'ybrid Fiber omposite
'ybrid Fiber omposite merupakan komposi gabungan anara sera ipe sera lurus dengan sera a)ak. Tipe ini digunakan supaya dapa menggani kekurangan si&a dari kedua ipe dan dapa menggabungkan kelebihan I. *AGIAN TAMA (ARI K,MP,+IT %
Reinforcement
+alah sau bagian uama dari komposi adalah reinforcement 7pengua8 yang ber&ungsi sebagai penanggung beban uama pada komposi. -
Glass Fiber
Glass fiber adalah bahan yang idak mudah erbakar. +era -enis ini biasanya digunakan sebagai pengua marik -enis polymer . Komposisi kimia sera gelas sebagain besar adalah +i,0 dan sisanya adalah oksida%oksida alumunium 7Al8' kalsium 73a8' magnesium 7Mg8' narium 7Na8' dan unsur%unsur lainnya. *erdasarkan benuknya sera gelas dapa dibedakan men-adi beberapa ma)am anaralain 7+anoso' 0$$08B a.
Roving
*erupa benang pan-ang yang digulung mengelilingi silinder. b.
(arn
*erupa benuk benang yang leka dihubungkan pada &ilamen. ).
hopped Strand
22
Adalah strand yang dipoong%poong dengan ukuran erenu kemudian digabung men-adi sau ikaan. d.
Reinforcing )at
*erupa lembaran chopped strand dan continuous strand yang ersusun se)ara a)ak. e. Soven Roving *erupa benang pan-ang yang dianyam dan digulung pada silinder &.
"oven Fabric
*erupa sera yang dianyam seperi kain enun. *erdasarkan -enisnya sera gelas dapa dibedakan men-adi beberapa ma)am anara lain B a.
+era E%Glass
+era E%Glass adalah salah sau -enis sera yang dikembangkan sebagai penyeka aau bahan isolasi. enis ini mempunyai kemampuan benuk yang baik. b.
+era 3%Glass
+era 3%Glass adalah -enis sera yang mempunyai keahanan yang inggi erhadap korosi. ).
+era +%Glass
+era +%Glass adalah -enis sera yang mempunyai kekakuan yang inggi.
. KEFE*I/AN MATERIAF K,MP,+IT Maerial komposi mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan kon9ensional seperi logam. Kelebihan ersebu pada umumnya dapa diliha
23
dari beberapa sudu yang pening seperi si&a%si&a mekanikal dan &isikal dan biaya. +eperi yang diuraikan dibawah ini B a.
+i&a%si&a mekanikal dan &isikal
Pada umumnya pemilihan bahan mariks dan sera memainkan peranan pening dalam menenukan si&a%si&a mekanik dan si&a komposi. Gabungan mariks dan sera dapa menghasilkan komposi yang mempunyai kekuaan dan kekakuan yang lebih inggi dari bahan kon9ensional seperi keluli. b.
*iaya
@akur biaya -uga memainkan peranan yang sanga pening dalam membanu perkembangan indusri komposi. *iaya yang berkaian era dengan penghasilan suau produk yang seharusnya memperhiungkan beberapa aspek seperi biaya bahan menah' pemrosesan' enaga manusia' dan sebagainya. K. KEKRANGAN MATERIAF K,MP,+IT a.
Tidak ahan erhadap beban sho)k 7ke-u8 dan )rash 7abrak8 dibandingkan
dengan meal. b.
Kurang elasis
).
Febih suli dibenuk se)ara plasis.
RAP*E+E
24
Teknologi oomoi& kini makin berkembang. *ila sebelumnya produsen oomoi& masih per)aya sera karbon sebagai bahan yang ringan namun kua' kini ada lagi maerial baru yang diklaim !$ kali lebih kua dibanding meal. Maerial yang diberi nama grap,ene ini dikembangkan oleh im dari ni9ersiy o& Te)hnology +ydney 7T+8 dan disuper9isi oleh Pro&essor Guoiu Sang ini diprediksi akan sanga poensial digunakan oleh indusri oomoi& masa depan. Material ini seperti dipu"likasi dari $urnal $' Applied P,ysi#s %erupakan ,asil dari peng$la,an grap,ite yang ke%udian di%urnikan dan disaring dengan "a,an ki%ia tertentu yang ke%udian ditrans'$r%asi %enadi grap,ene nan$s,eets!
(engan menggunakan berbagai proses ersebu T+ %engklai% kalau %aterial "aru yang %ereka te%ukan itu ena% kali le"i, ringan di"anding "aa tapi li%a sa%pai ena% kali le"i, padat! Selain itu %aterial ini uga dua kali le"i, keras dari "aa dan sepulu, kali le"i, kuat serta ./ kali le"i, rigid di"anding "aa.
+i&a mekanik yang luar biasa dari keras graphene membua bahan ini men-an-ikan unuk diaplikasi se)ara komersial'5 ungkap kepala penelii Ali Rea Ran-baroreh seperi dikuip dari 4*ukan hanya karena ringan' kua' lebih keras dan lebih &leksibel daripada ba-a api -uga merupakan produk manu&a)ur yang bisa didaur ulang dan bisa berkelan-uan sera ramah lingkungan dan hema biaya dalam penggunaannya'5 ambahnya. 3onoh maerial graphene dapa diliha pada halaman selan-unya.
25
ontoh material graphene *ila maerial ini diaplikasi dalam indusri oomoi&' Ran-baroreh mengaakan bahwa di masa depan akan memungkinkan er-adinya pengembangan kendaraan ringan yang dapa mengkonsumsi sediki bahan bakar' memproduksi lebih sediki emisi 3,0 dan enunya mengurangi biaya operasi.
26