Bahan Konstruksi Kimia – Keramik 35
1
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kalau kita berbicara tentang keramik, maka yang terbayang adalah alat-alat rumah tangga, bahan bangunan, atau guci keramik Cina, padahal perkembangan keramik sudah lebih maju. Asal kata keramik berasal dari bahasa Yunani "keramos" yang berarti periuk atau belanga yang terbuat dari tanah liat yang dibakar. Secara sederhana keramik adalah suatu benda atau barang yang terbuat dari tanah liat atau lempung yang diproses sedemikian rupa kemudian dibakar. Hal ini menunjukkan bahwa keramik itu hanya dapat dibuat dari tanah liat atau lempung, padahal saat ini telah dilakukan penelitian untuk membuat keramik dari bahan baku lainnya dengan teknik pembuatan yang sesuai dengan perkembangan teknologi. Maka dibuatlah pengertian dari keramik yang terbaru yaitu bahan padat nonorganik yang merupakan campuran metal dan non metal yang terikat secara ionik dan kovalen.
Keramik memiliki struktur organik dan non organik seperti gelas tetapi kebanyakan memiliki struktur kristal. Struktur mikro keramik selalu kompleks dan dibedakan oleh adanya batas butir (grain boundaries), renik (pores), ketidakmurnian dan kondisi multifasa yang membuatnya lebih bervariasi. Pada daerah batas butir energi bertambah sehingga ketidakmurnian cenderung berkumpul di sana. Ketidakmurnian merupakan fasa kedua dan ketiga, antara partikel penyusun (konstituen) ke dalam batas butir. Dengan adanya penambahan ketidakmurnian dan zat aditif lainnya, mikrostruktur dapat berubah, jika diamati pada batas butirnya maupun porositasnya. Kondisi mikrostruktur ini menggambarkan keadaan terhadap sifat fisis dan kimia dari keramik.
Rumusan Masalah
Mengetahui pengertian dari keramik.
Menyebutkan bahan baku yang digunakan untuk membuat keramik.
Menuliskan reaksi yang terjadi pembuatan keramik.
Menjelaskan proses pembuatan keramik.
Menyebutkan sifat-sifat keramik.
Menyebutkan dan jelaskan klasifikasi dari keramik.
Menyebutkan aplikasi serta contoh dari masing-masing klasifikasi, berikan contoh gambarnya.
Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah:
Menjelaskan yang lebih detail mengenai proses fisika dan kimia yang terjadi pada pengolahan keramik.
Menjelaskan mengenai jenis-jenis serta bahan baku apa yang digunakan dalam pembuatan keramik
Menjelaskan informasi tentang sifat-sifat dari bahan konstruksi kimia keramik
Menjelaskan aplikasi serta reaksi kimia yang terjadi pada pembuatan keramik
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Keramik
Keramik pada awalnya berasala dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengaami proses pembakaran.
Kamus dan ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai salah satu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dab anorganik yang berbentuk padat. (Yusuf,1998:2)
Umumnya senyawa keramik lebi stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingankan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawannya. 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 keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Disamping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibandingkan kekuatan tariknya.
2.2 Bahan Baku Dasar Pembuatan Keramik
Pada dasarnya bahan dasar keramik antara lain :
Tanah Liat (lempung)
Tanah liat (lempung) sebagai bahan pokok untuk pembuatan keramik, merupakan salah satu bahan yang kegunaannya sangat menguntungkan bagi manusia karena bahannya yang mudah didapat dan pemakaian hasilnya yang sangat luas. Kira-kira 70% atau 80% dari kulit bumi terdiri dari batuan merupakan sumber tanah liat. Tanah liat banyak ditemukan di areal pertanian terutama persawahan. Dilihat dari sudut ilmu kimia, tanah liat termasuk hidrosilikat alumina dan dalam keadaan murni mempunyai rumus: Al2O3 2SiO2 2H2O dengan perbandingan berat dari unsur-unsurnya: Oksida Silinium (SiO2) 47%, Oksida Aluminium (Al2O3) 39%, dan Air (H2O) 14%.
Tanah liat memiliki sifat-sifat yang khas yaitu bila dalam keadaan basah mempunyai sifat plastis tetapi bila dalam keadaan kering akan menjadi keras, sedangkan bila dibakar akan menjadi padat dan kuat. Pada umumnya, masyarakat memanfaatkan tanah liat (lempung) sebagai bahan baku pembuatan bata dan gerabah.
Kaolin (Al2O3 2SiO2 2H2O)
Kaolin diklasifikasikan dalam 2 jenis yaitu pertama suatu endapan residu berasal dari perubahan batu-batuan. Kedua adalah jenis pengendapan yang mana batu bagus dan partikel-partikel clay telah dipisahkan dari endapan. Kaolin yang berasal dari preshidrotermal yaitu pengikisan yang terjadi akibat pengaruh air panas yang terdapat pada retakan dan patahan serta daerah permeable lainnya dalam batu-batuan. Kaolin yang berasal dari proses pelapukan (sedimentasi) yaitu pelapukan batuan beku dan batuan metamorpik yang reaksinya adalah sebagai berikut :
KalSi3O8 HAlSi3O8 + KOH (Hydrolysis)
HAlSi3O8 HAlSiO4 + 2SiO2 (Desilikation)
(Sumber : jurnalUniversitas Sumatera Utara)
Kaolin adalah jenis lempung yang mengandung mineral kaolinit dan terbentuk melalui proses pelapukan. Kaolin merupakan jenis tanah liat primer digunakan sebagai bahan utama dalam pembuatan keramik putih, dan mengandung mineral kaolinit (Al2Si2O5(OH)4 ) sebagai bagian yang terbesar, sehingga kaolin biasanya disebut sebagai lempung putih.
Kaolin adalah bahan keramik yang harus dicampur dengan bahan lainnya, misalnya ball clay. Hal ini dilakukan untuk menambah keplastisan dan mengurangi ketahanan api karena bahan ini bersifat kurang plastis dan sangat tahan api. Titik lelehnya lebih kurang 1800°C. Kaolin digunakan untuk membuat gerabah, porselin dan tegel.
Kuarsa (SiO2 )
Pasir kuarsa adalah bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika (SiO2) dan mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih merupakan hasil pelapukan batuan yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan feldspar. Hasil pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin yang terendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau laut. Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada senyawa pengotornya, kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65, titik lebur 1715oC, bentuk kristal hexagonal, panas sfesifik 0,185, dan konduktivitas panas 12 – 1000 C. Dalam kegiatan industri, penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang meluas, baik langsung sebagai bahan baku utama maupun bahan ikutan. Sebagai bahan baku utama, misalnya digunakan dalam industri gelas kaca, semen, tegel, mosaik keramik, bahan baku fero silikon, silikon carbide bahan abrasit (ampelas dan sand blasting). Sedangkan sebagai bahan ikutan, misal dalam industri cor, industri perminyakan dan pertambangan, bata tahan api (refraktori), dan lain sebagainya. (sumber : jurnal http://nurhakim.zoomshare.com/files/bgi/bahankuliah_bgi-07.pdf )
Kuarsa (mineral silica) adalah salah satu komponen utama dalam pembentukan keramik dan banyak terdapat di permukaan bumi (sekitar 60%). Bentuk umum fasa kristal kuarsa adalah tridimit, quartz dan kristobalit, tergantung pada temperaturnya. Jenis kristal silica yang ada di alam adalah kuarsa, sedangkan tridimit dan kristobalit jarang dijumpai. Kuarsa memiliki keplastisan rendah dan titik lebur tinggi sekitar 1728°C, tetapi hasil pembakarannya kuat dan keras. Bahan baku kuarsa dapat diperoleh dari batuan atau pasir kuarsa dengan kandungan silica tinggi.
Feldspat
Feldspat adalah suatu kelompok mineral yang berasal dari batu karang yang ditumbuk dan dapat memberikan sampai 25 % flux (pelebur) pada badan keramik. Bila keramik dibakar, feldspat akan meleleh (melebur) dan membentuk leburan gelas yang menyebabkan partikel tanah dan bahan lainnya melekat satu sama lain. Pada saat membeku, bahan ini memberikan kekuatan pada badan keramik. Feldspat tidak larut dalam air, mengandung alumina, silica dan flux yang digunakan untuk membuat gelasir suhu tinggi, tetapi agar lebih memuaskan harus dicampur dengan kaolin. Bahan ini banyak dipakai dalam keramik halus, gelas dan email.
Sebagai mineral silikat pembentuk batuan, felspar mempunyai kerangka struktur tektosilikat yang menunjukkan 4 (empat) atom oksigen dalam struktur tetraheral SiO2 yang dipakai juga oleh struktur tetraheral lainnya. Kondisi ini menghasilkan kisi-kisi kristal seimbang terutama bila ada kation lain yang masuk ke dalam struktur tersebut seperti penggantian silikon oleh aluminium.
Terlepas dari bentuk strukturnya, apakah triklin atau monoklin, felspar secara kimiawi dibagi menjadi empat kelompok mineral yaitu kalium felspar (KAlSi3O8), natrium felspar (NaAlSi3O8), kalsium felspar (CaAl2Si2O8) dan barium felspar (Ba Al2Si2O8) sedangkan secara mineralogi felspar dikelompokkan menjadi plagioklas dan K-felspar. Plagioklas merupakan seri yang menerus suatu larutan padat tersusun dari variasi komposisi natrium felspar dan kalsium felspar.
Plagioklas felspar hampir selalu memperlihatkan kenampakan melidah yang kembar (lamellar twinning) bila sayatan tipis mineral tersebut dilihat secara mikroskopis. Sifat optis yang progresif sejalan dengan berubahnya komposisi mineralogi memudahkan dalam identifikasi mineral-mineral felspar yang termasuk ke dalam kelompok plagioklas tersebut. Na-plagioklas banyak ditemukan dalam batuan kaya unsur alkali (granit, sienit).
Andesin dan oligoklas terdapat pada batuan intermediate seperti diorit sedangkan labradorit, bitownit dan anortit biasanya sebagai komponen batuan basa (gabro) dan anortosit. Mineral yang termasuk kelompok K-felspar diklasifikasikan berdasarkan suhu ristalisasinya, mulai dari sanidin (suhu tinggi), ortoklas, mikroklin sampai adu-laria (suhu rendah). Keempat mineral mempunyai rumus kimia sama yaitu KAlSi3O8 dan (terutama) Bahan Galian Industri ditemukan pada batuan beku asam seperti granit dan sienit, selain itu ditemukan pula pada batuan metamorfosis dan hasil re-work pada batuan sedimen. Sumber :Nurhakim, Draft Modul BGI Teknik Kimia, Hal. 7 ~ 4
Keberadaan felspar dalam kerak bumi cukup melimpah. Walaupun demikian untuk keperluan komersial dibutuhkan felspar yang memiliki kandungan (K2O + Na2O) > 10%. Selain itu, material pengotor oksida besi, kuarsa, oksida titanium dan pengotor lain yang berasosiasi dengan felspar diusahakan sesedikit mungkin. Felspar dari alam setelah diolah dapat dimanfaatkan untuk batu gurinda dan felspar olahan untuk keperluan industri tertentu. Mineral ikutannya dapat dimanfaatkan untuk keperluan industri lain sesuai spesifikasi yang ditentukan. Industri keramik halus dan kaca/gelas merupakan dua industri yang paling banyak mengkonsumsi felspar olahan, terutama yang memiliki kandungan K2O tinggi dan CaO rendah. (sumber : jurnal http://nurhakim.zoomshare.com/files/bgi/bahankuliah_bgi-07.pdf)
2.3 Reaksi Pembuatan Keramik
Semua produk keramik dibuat dengan mencpurkan berbagai kuantitas bahan baku yang tersebut diatas, membentuknya dan memanaskannya sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 700oC untuk beberapa jenis glasial luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu setinggi 2000oC. Pada suhu vitrifikasi terjad sejumlah reaksi, yang merupakan dasar kimia bagi konversi kimia.
1. Dehidrasi, atau penguapan air kimia pada suhu 150 sampai 650oC.
2. Kalsinasi, misalnya CaCO3 pada suhu 600 sampai 900oC.
3. Oksidasi besi fero dan bahan organik pada suhu 350 sampai 900oC.
4. Pembentukan silika pada suhu 900oC atau lebih
Beberapa diantara perubahan awal tersebut cukup sederhana, misalnya kalsinasi CaCO3 dan dehidrasi serta dekomposisi kaolinit. Reksi-reaksi lain, misalnya pembentukan silikat, cukup rumit dan berubah-ubah sesuai dengan suhu dan perbandingan penyusunnya.
Produk keramik hampir semua mempunyai sifat refraktori, artinya tahan terhadap panas, dan tingkat kerefraktorian dari suatu produk tertentu bergantung pada perbandingan kuantitas oksida refraktori terhadap oksida fluks didalamnya. Oksida refraktori yang terpenting adalah SiO2, Al2O3, CaO dan MgO, disamping ZrO2, TiO2, Cr2O3, serta BeO yang lebih jarang dipakai. Oksida fluks yang terpenting adalah Na2O, K2O, B2O3 dan SnO2, disamping fluorida yang juga digunakan dalam komposisi beberapa fluks tertentu.
Pewaris umum dalam semua produk keramik adalah lempung (biasanya kaolinit), dan karena itu reaksi kimia yang berlangsung pada pemansan lempung sangat penting artinya. Efek yang pertama dari panas ialah mendorong air hidrasi keluar; ini terjadi pada suhu 600 sampai 650oC dengan menyerap sejumlah besar kalor, meninggalkan suatu campuran amorf alumina dan silica, seperti terlihat dari penelitian sinar X.
Al2O3.2SiO2.2H2O Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O
Bahkan, sebagian besar alumina dapat diekstraksi dengan asam klorida pada tahap ini. Jika pemanasan dilanjutkan, alumina amorf tersebut berubah dengan cepat pada suhu 940oC menjadi alumina kristal, yaitu γ-alumina sambil mengeluarkan sejumlah besar kalor. Pada suhu yang sedikit lebih tinggi, mulai kira-kira 1000oC, alumina dan silica bergabung membentuk mulit (3Al2O3.2SiO2). Pada suhu yang lebih tinggi lagi, silika yang tersisa berubah menjadi kristobalit kristal. Jadi, keseluruhan reaksi fundamental yang terjadi pada pemanasan lempung adalah :
3(Al2O3.2SiO2.2H2O) 3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2 + 6 H2O
(Sumber : http://irma-teknikkimia.blogspot.com/2013/04/proses-industri-kimia-keramik.html)
Pada pembuatan keramik terjadi reaksi :
Bahan Baku
K2OAL2O3 . 6SiO2 + CO2 + 2H2O K2CO2 + Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O + 4SiO2
Produk
AL2O3 . 2SiO2 . 2H2O Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O
(Sumber : http://crimoet90.blogspot.com/2010/06/proses-industri-keramik.html)
2.4 Proses Pembuatan Keramik
Semua produk keramik dibuat dengan mencampurkan berbagai kuantitas bahanbaku yang sudah disebutkan di atas, membentuknya lalu memanaskan sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 700oC untuk beberapa glasir luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu 2000oC. Pada suhu vitrifikasi terjadi sejumlah reaksi, yang merupakan dasar kimia bagi konversi kimia:
1. Dehidrasi, atau " penguapan air kimia" pada suhu 150-650oC
2. Kalsinasi, misal CaCO3 pada suhu 600-900oC
3. Oksidasi besi fero dan bahan organic pada suhu 350-900oC
4. Pembentukan silica pada suhu 900oC lebih.
5. Tahapan proses dalam membuat keramik saling berkaitan antara satu dengan lainnya.
Proses awal yang dikerjakan dengan baik, akan menghasilkan produk yang baik juga. Demikian sebaliknya, kesalahan di tahapan awal proses akan mengasilkan produk yang kurang baik juga.
Tahap-tahap membuat keramik :
Ada beberapa tahapan proses yang harus dilakukan untuk membuat suatu produk keramik, yaitu:
Pengolahan Bahan
Tujuan pengolahan bahan ini adalah untuk mengolah bahan baku dari berbagai material yang belum siap pakai menjadi badan keramik plastis yang telah siap pakai. Pengolahan bahan dapat dilakukan dengan metode basah maupun kering, dengan cara manual ataupun masinal. Didalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain pengurangan ukuran butir, penyaringan, pencampuran, pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air.Pengurangan ukuran butir dapat dilakukan dengan penumbukan atau penggilingan dengan ballmill. Penyaringan dimaksudkan untuk memisahkan material dengan ukuran yang tidak seragam. Ukuran butir biasanya menggunakan ukuran mesh. Ukuran yang lazim digunakan adalah 60 – 100 mesh.
Pencampuran dan pengadukan bertujuan untuk mendapatkan campuran bahan yang homogen/seragam. Pengadukan dapat dilakukan dengan cara manual maupun masinal dengan blunger maupun mixer.
Pengurangan kadar air dilakukan pada proses basah, dimana hasil campuran bahan yang berwujud lumpur dilakukan proses lanjutan, yaitu pengentalan untuk mengurangi jumlah air yang terkandung sehingga menjadi badan keramik plastis. Proses ini dapat dilakukan dengan diangin-anginkan diatas meja gips atau dilakukan dengan alat filterpress.
Tahap terakhir adalah pengulian.
Pengulian dimaksudkan untuk menghomogenkan massa badan tanah liat dan membebaskan gelembung-gelembung udara yang mungkin terjebak. Massa badan keramik yang telah diuli, disimpan dalam wadah tertutup, kemudian diperam agar didapatkan keplastisan yang maksimal.
Pembentukan
Tahap pembentukan adalah tahap mengubah bongkahan badan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki. Ada tiga keteknikan utama dalam membentuk benda keramik: pembentukan tangan langsung (handbuilding), teknik putar (throwing), dan teknik cetak (casting).
Pembetukan Tangan Langsung
Dalam membuat keramik dengan teknik pembentukan tangan langsung, ada beberapa metode yang dikenal selama ini: teknik pijit (pinching), teknik pilin (coiling), dan teknik lempeng (slabbing).
Pembentukan dengan Teknik Putar
Pembentukan dengan teknik putar adalah keteknikan yang paling mendasar dan merupakan kekhasan dalam kerajinan keramik. Secara singkat tahap-tahap pembentukan dalam teknik putar adalah: centering (pemusatan), coning (pengerucutan), forming (pembentukan), rising (membuat ketinggian benda), refining the contour (merapikan).
Pembentukan dengan Teknik Cetak
Dalam keteknikan ini, produk keramik tidak dibentuk secara langsung dengan tangan; tetapi menggunakan bantuan cetakan/mold yang dibuat dari gipsum. Teknik cetak dapat dilakukan dengan 2 cara: cetak padat dan cetak tuang (slip). Pada teknik cetak padat bahan baku yang digunakan adalah badan tanah liat plastis sedangkan pada teknik cetak tuang bahan yang digunakan berupa badan tanah liat slip/lumpur. Keunggulan dari teknik cetak ini adalah benda yang diproduksi mempunyai bentuk dan ukuran yang sama persis. Berbeda dengan teknik putar atau pembentukan langsung,
Pengeringan
Setelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik. Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting: (1) Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti; (2) Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan (3) Air yang terserap pada permukaan partikel hilang. Tahap-tahap ini menerangkan mengapa harus dilakukan proses pengeringan secara lambat untuk menghindari retak/cracking terlebih pada tahap 1 (Norton, 1975/1976).
Karena produk keramik hampir semuanya punya sifat refraktori, artinya tahan terhadap panas dan sifaat ini bergantung pada oksida refraktori terhadap oksida fluks di dalamnya.
Efek dari pemanasan yang utama yaitu mendorong air hidrasi keluar , ini terjadi pada suhu 600-650oC dengan menyerap sejumlah besar kalor, meninggalkan suatu campuaran amorf alumunia dan silica, seperti terlihat dari penelitian dengan sinar X.
Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O
Keseluruhan reaksi yang terjadi pada pemanasan lempung adalah :
3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O.3(Al2O3.2SiO2.2H2O)
Kaonit Munit kristobalit
Pembakaran
Pembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku/furnace suhu tinggi.
Pembakaran biscuit
Pembakaran biskuit merupakan tahap yang sangat penting karena melalui pembakaran ini suatu benda dapat disebut sebagai keramik. Biskuit (bisque) merupakan suatu istilah untuk menyebut benda keramik yang telah dibakar pada kisaran suhu 700 – 1000oC. Pembakaran biskuit sudah cukup membuat suatu benda menjadi kuat, keras, kedap air. Untuk benda-benda keramik berglasir, pembakaran biskuit merupakan tahap awal agar benda yang akan diglasir cukup kuat dan mampu menyerap glasir secara optimal.
Pengglasiran
Pengglasiran merupakan tahap yang dilakukan sebelum dilakukan pembakaran glasir. Benda keramik biskuit dilapisi glasir dengan cara dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas. Untuk benda-benda kecil-sedang pelapisan glasir dilakukan dengan cara dicelup dan dituang; untuk benda-benda yang besar pelapisan dilakukan dengan penyemprotan. Fungsi glasir pada produk keramik adalah untuk menambah keindahan, supaya lebih kedap air, dan menambahkan efek-efek tertentu sesuai keinginan.
K2OAl3O3 6SIO2 + CO2 + H2O è K2CO3 + Al2O3 2SIO2 2H2O + 4SIO2
K2OAl3O3 6SIO2 + CO2 + H2O è K2CO3 + Al2O3 2SIO2 2H2O + 4SIO2
(sumber : http://crimoet90.blogspot.com/2010/06/proses-industri-keramik.html)
Material keramik umumnya berupa senyawa polikristal yang proses pembuatannya dapat dikelompokkan menjadi beberapa tahap yaitu: Preparasi serbuk, pembentukan, pengeringan dan pembakaran (sintering). Pada proses pembentukan keramik terjadi perubahan structural dari butiran-butirannya yang semula renggang menjadi padat dan memiliki batas butiran (saat terjadi sintering), seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1 berikut :
Proses pembuatan keramik
Sumber : buku industri proses kimia hal : 156
2.5 Sifat-Sifat Keramik
Sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, coba jatuhkan piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, pasti keramik mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam. sifat lainya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari clay, flint dan feldfar tahan sampai dengan suhu 1200oC, keramik engineering seperti keramik oksida mampu tahan sampai dengan suhu 2000oC. kekuatan tekan tinggi, sifat ini merupakan salah satu faktor yang membuat penelitian tentang keramik terus berkembang
Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkannya digunakan untuk berbagai aplikasi termasuk :
kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah,
Tahan korosi,
Sifat listriknya dapat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor,
Sifatnya dapat magnetik dan non-magnetik, dan e) Keras dan kuat, namun rapuh.
Ada pula Sifat Keramik sebagai berikut :
Keramik memiliki sifat kimia, mekanik, fisika, panas, elektrik, dan magnetik yang membedakan mereka dari material lain seperti logam dan plastik. Industri keramik merubah sifat keramik dengan cara mengontrol jenis dan jumlah material yang digunakan untuk pembuatan.
A. Sifat Kimia
Keramik industri sebagian besar adalah oksida (senyawa ikatan oksigen), akan tetapi ada juga senyawa carbida (senyawa ikatan karbon dan logam berat), nitrida (senyawa ikatan nitrogen), borida (senyawa ikatan boron) dan silida (senyawa ikatan silikon). Sebagai contoh, pembuatan keramik alumina menggunakan 85 sampai 99 persen aluminum oksida sebagai bahan utama dan dikombinasikan dengan berbagai senyawa kompleks secara kimia. Beberapa contoh senyawa kompleks adalah barium titanate (BaTiO3) dan zinc ferrite (ZnFe2O4). Material lain yang dapat disebut juga sebagai jenis keramik adalah berlian dan graphite dari karbon.
Keramik lebih resisten terhadap korosi dibanding plastik dan logam. Keramik biasanya tidak bereaksi dengan sebagian besar cairan, gas, aklali dan asam. Jenis-jenis keramik memiliki titik leleh yang tinggi dan beberapa diantaranya masih dapat digunakan pada temperatur mendekati titik lelehnya. Keramik juga stabil dalam waktu yang lama.
B. Sifat Mekanik
Ikatan keramik dapat dibilang sangat kuat, dapat kita lihat dari kekakuan ikatan dengan mengukur kemampuan keramik menahan tekanan dan kelengkungan. Bend Strength atau jumlah tekanan yang diperlukan untuk melengkungkan benda biasanya digunakan untuk menentukan kekuatan keramik. Salah satu keramik yang keras adalah Zirconium dioxide yang memiliki bend strength mendekati senyawa besi. Zirconias (ZrO2) mampu mempertahankan kekuatannya hingga temperatur 900oC (1652oF), dan bahkan silikon carbida dan silikon nitrida dapat mempertahankan kekuatannya pada temperatur diatas 1400oC (2552oF). Material-material silikon ini biasanya digunakan pada peralatan yang memerlukan panas tinggi seperti bagian dari Gas-Turbine Engine. Walaupun keramik memiliki ikatan yang kuat dan tahan pada temperatur tinggi, material ini sangat rapuh dan mudah pecah bila dijatuhkan atau ketika dipanaskan dan didinginkan seketika.
C. Sifat Fisik
Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan. Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain.
D. Sifat Panas
Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah. Silikon karbida dan silikon nitrida lebih dapat bertahan dari kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tinggi daripada keramik-keramik lain. Oleh karena itu material ini digunakan pada bagian-bagian mesin seperti rotor pada turbin dalam mesin jet yang memiliki variasi perubahan temperatur yang ekstrim.
E. Sifat Elektrik
Beberapa jenis keramik dapat menghantarkan listrik. Contohnya Chromium dioksida yang mampu menghantarkan listrik sama baiknya dengan sebagian besar logam. Jenis keramik lain seperti silikon karbida, kurang dapat menghantarkan listrik tapi masih dapat dikatakan sebagai semikonduktor. Keramik seperti aluminum oksida bahkan tidak menghantarkan listrik sama sekali. Beberapa keramik seperti porcelain dapat bertindak sebagai insulator (alat untuk memisahkan elemen-elemen pada sirkuit listrik agar tetap pada jalurnya masing-masing) pada temperatur rendah tapi dapat menghantarkan listrik pada temperatur tinggi.
F. Sifat Magnetik
Keramik yang mengandung besi oksida (Fe2O3) dapat memiliki gaya magnetik mirip dengan magnet besi, nikel dan cobalt. Keramik berbasis besi oksida ini biasa disebut ferrite. Keramik magnetis lainnya adalah oksida-oksida nikel, senyawa mangan dan barium. Keramik ber-magnet biasanya digunakan pada motor elektrik dan sirkuit listrik dan dapat dibuat dengan resistensi tinggi terhadap demagnetisasi. Ketika elektron-elektron disejajarkan sedemikian rupa, keramik dapat menghasilkan medan magnet yang sangat kuat dan sukar demagnetisasi (menghilangkan medan magnet) dengan memecah barisan elektron tersebut.
(Sumber : (http://irma-teknikkimia.blogspot.com/2013/04/proses-industri-kimia-keramik.html )
2.6 Klasifikasi Keramik
Sampai saat ini, telah bermacam-macam keramik yang dihasilkan sesuai dengan perkembangan teknologi yang ada. Pengelompokannya didasari atas beberapa kriteria, antara lain :
Berdasarkan teknik pembuatannya, keramik dibedakan atas dua jenis, yaitu:
Keramik kuno
Keramik kuno adalah keramik yang terbuat dari tanah liat (lempung) yang dibakar dengan teknik pembuatan sangat sederhana dan peralatan yang dipakai sangat tradisional. Keramik jenis ini biasanya berupa alat-alat rumah tangga seperti guci, gerabah , kendi, belanga, dan lain-lain.
Keramik Modern (Fine Ceramics)
Keramik modern adalah keramik yang terbuat dari bahan tertentu selain tanah liat atau lempung yang teknik pengerjaannya sesuai kemajuan teknologi dan peralatan yang dipakai juga lebih modern (canggih). Penggunaannya tidak terbatas hanya peralatan rumah tangga tetapi telah meluas ke berbagai bidang, misalnya konstruksi, elektronika dan sebagainya.
Berdasarkan sifat dan kegunaannya, keramik terbagi atas enam jenis yaitu :
Keramik konstruksi
Keramik konstruksi adalah keramik yang digunakan untuk bahan konstruksi bangunan karena sifatnya yang keras, kuat dan tidak korosi. Contohnya, tegel, ubin, genteng, batu bata dan lain sebagainya.
Keramik Berpori
Keramik berpori adalah keramik yang memiliki banyak pori, umumnya sangat ringan dan digunakan sebagai filter (penyaring). Biasanya keramik jenis ini digunakan sebagai isolator panas dan knalpot mesin.
Keramik berpori memiliki sifat-sifat yang dibutuhkan sebagai filter antara lain tahan korosi, tidak bereaksi dengan campuran yang dipisahkan serta pori dan kekuatannya dapat diatur. Porositas dapat diatur antara lain dengan menambahkan bahan aditif seperti serbuk kayu dan bahan lain misalnya grog yang dapat menghasilkan gas pada saat dibakar sehingga meninggalkan rongga yang disebut pori. Hasil pengukuran keramik cordierite berpori menunjukkan bahwa densitas berkisar 0,75-1,17 gr/cm3, porositas 58µ½, kekuatan patah 0,5-2 MPa, kekerasan (HV) 0,3-1,8 GPa (Sebayang.P, 2006).
Swedish Ceramic Institute dapat membuat keramik berpori dengan tehnik yang berbeda yang dinamakan tehnik protein suspensi hingga memperoleh porositas antara 50-80% dari volume keramik. Refractron Technologies Corp New York USA adalah badan yang meneliti dan memproduksi keramik berpori, dimana mereka memproduksi keramik berpori dengan karakteristik standar porositas antara 40-50% sedangkan HP Technical Ceramics memproduksi keramik berpori dengan standar porositas 35-50%. Pembuatan keramik berpori dari bahan limbah juga telah dilakukan oleh Sasai, dkk (2003) dengan mencampur limbah pabrik kertas, serbuk gergajian kayu (K2CO3) sebagai activator dan clay sebagai aditif dan dikalsinasi pada suhu 8500C selama 1 jam pada tekanan 2 atmosfer. (Sasai,dkk. 2003)
(Sumber : Universitas Sumatera Utara)
Keramik Elektronik
Keramik elektronik adalah keramik yang digunakan sebagai bahan komponen elektronika karena sifat listriknya dapat menjadi isolator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor. Contohnya, resistor, kapasitor dan dioda.
Keramik Optik
Keramik optik adalah keramik yang terbuat dari bahan gelas dan dapat tembus cahaya. Contohnya, kaca jendela, peralatan gelas, gelas optik dan serat optik.
Keramik Refraktori
Keramik refraktori adalah keramik yang tahan api atau tahan terhadap suhu yang tinggi dan banyak mengandung silika. Biasanya keramik jenis ini banyak digunakan sebagai bahan tungku pada industri dengan temperatur tinggi, misalnya industri peleburan besi dan baja.
Komposit Keramik
Komposit keramik adalah keramik yang diperkuat dengan matriks yang diproses pada suhu bakar rendah dan biasanya digunakan sebagai bahan bangunan konstruksi ringan.
Derajat Vitrifikasi, atau berkurangnya porositas secara berangsur merupakan dasar yang berguna untuk menggolongkan produk keramik sebagai berikut :
Keramik Putih
Kuantitas fluks beragam, pemanasan pada suhu tinggi sedang, vitrifikasi beragam.
Joseon baekja atau keramik putih.
Joseon adalahjenis keramik berwarna putih yang awalnya diproduksi pada masa Dinasti Joseon (1392-1910) di Korea. Kemunculan keramik putih Joseon dikaitkan dengan penyebaran paham Konfusianisme secara luas sebagai ideologi negara yang menolak Buddhisme setelah kejatuhan Dinasti Goryeo. Pihak kerajaan Joseon mengagungkan warna putih sebagai perlambang Konfusianisme dan menggunakan keramik putih sebagai perabot penting dalam lingkungan mereka. Keramik putih kemudian menjadi barang pecah belah yang paling banyak diproduksi dan diminati di periode Joseon.
Keramik putih (whitewere) adalah nama umum yang diberikan untuk sejenis produk keramik yang biasanya berwarna putih dan mempunyai tekstur (jaringan) halus. Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung kualitas terpilih dan fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan pada suhu cukup tinggi (1200-1500oC) di dalam tanur (kiln). Oleh karena jumlah dan macam fluksnya beragam, terdapat pula keragaman dalam tingkat vitrifikasi diantara keramik putih ini, mulai dari keramik tanah sampai pada keramikcina kekaca. Jenis-jenis ini dapat dikelompokkan sebagai berikut :
Keramik tanah (carthenware), kadang-kadang disebut barang pecah belah semi kekaca (semivitreous dinnerwarei), adalah keramik berpori dan tidak transulen dengan glasir lunak.
Keramik cina (chinaware) adalah keramik vitrifikasi transulen dengan glasir sedangan dan tahan terhadap abrasi tertent; digunakan untuk tugas nonteknik.
Porselin (porcelain) adalah keramik vitrifikasi transulen dengan glasir keras yang tahan abrasi pada tingkat maksimum. Dalam kelompok ini termasuk porselin kimia,isolasi,dan dental (pergigian).
Keramik saniter ( sanitrayware), dulu dibuat dari lempung, biasanya berpori; oleh karena itu sekarang menggunkan komposisi kekaca. Kadang-kadang bersama komposisi triaksial ditambahkan juga grog kekaca ukuran tertentu yang telah mengalami pembakaran pendahuluan.
Keramik batu (stoneware), adalah jenis yang tertua diantara barang keramik,dan telah digunakan jauh sebelum pengembangan porselin; bahkan, keramik ini dapat dianggap sebagai porselin kasar yang pembuatannya tidak dilakukan dengan teliti dan terbuat dari bahan baku bermutu rendah.
Ubin keramik-putih (whiteware tilri), terdapat dalam berbagai jenis khusus, biasanya dikelompokkan atas ubin lantai yang tahan terhadap abrasi dan kedap terhadap peresapan noda, ada yang diglasir ada yang tidak; dan ubin dinding juga mempunyai permukaan keras dan permanen dengan berbagai macam warna dan tekstur.
(Sumber : industri proses kimia Jilid 1 , George T.Austin-hal 159)
Untuk menggambarkan proses pembuatan kelompok keramik putih ini, di sini dilukiskan proses pembuatan porselin menurut definisi diatas. Ada tiga cara produksi: porselin proses basah, porselin proses kering dan porselin cetak. 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 mencapai1500°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 keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.
Proses pembuatan Porselin :
Yang dilapisi pada waktu terkena suhu diatas normal, pelapisnya akan retak (bentuk retaknya kecil memanjang) yang disebut crazing. Retak ini akan menurunkan kekuatan mekanik benda. yang lebih besar dari pada yang dilapiskan, akan terjadi kompresi pada ketika suhu rendah. Sedangkan jika kaca pelapis mempunyai lebih kecil daripada Proses pembuatan perangkat dari porselin secara garis besar yaitu, setelah tanah liat dibersihkan dari kotoran-kotoran 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 terbentuk, dikeringkan lalu diadakan pelapisan dengan gelas (glazing) dan terakhir adalah tahap pembakaran. Perlu di ingat bahwa proses pembuatan perangkat dari keramik sejak masih basah hingga selesai di bakar 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 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 retak-retak 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. Jika gelas pelapisnya mempunyai
Untuk pelapisan benda-benda porselin yang besar dapat dilakukan dengan menuangkan bahan pelapis pada permukaannya. Selanjutnya setelah benda itu dilapis, 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 feldpar. Feldpar 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 1300oC hingga 1500oC dalam jangka waktu 20 hingga 70 jam. Kenaikan suhu dari normal hingga suhu diatas adalah 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 di buat (sebelumnya dikeringkan) diletakkan dalam ruang bakar agar tidak 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 dilapis dengan gelas agar tidak melekat dengan dasar ruang pembakaran jika sudah dingin.
Ada dua macam oven untuk pembakaran porselin, yaitu jenis pemanggang (kiln) dan jenis terowongan. Pada oven jenis pemanggang, proses pembakaran dan pendinginan dilakukan secara serentak untuk beberapa benda kerja. Untuk industri kecil, oven ini tepat digunakan. Oven jenis kedua yaitu jenis terowongan pemanggangan. Dalam oven ini, benda yang dipanaskan dilewatkan melalui oven secara perlahan-lahan. Panjang oven ini dapat mencapai 100 meter, terdiri dari tiga bagian proses yaitu : daerah pemanasan, daerah pemanggang dan daerah pendinginan. .
Suhu tertinggi adalah di daerah tengah, yaitu daerah pemanggang dan bagian pinggir lebih dingin. Dengan demikian selama perjalanan benda-benda kerja akan terjadi pemanasan dan pendinginan secara bertahap dan perlahan-lahan. Karena pada oven jenis terowongan ada bagian yang selalu begerak (untuk menempatkan benda kerja), maka pemanasan terhadap benda kerja adalah terus menerus, demikian pula pengambilan bagi benda kerja yang selesai dipanasi tidak perlu memadamkan oven. Pengecilan yang terjadi selama proses pembuatan benda porselin dari keadaan basah hingga pembakaran adalah sebesar 20%. Karena itu untuk pembuatan benda porselin pada waktu mentah harus lebih besar dari ukuran akhir yang dikehendaki. Namun, pada prakteknya sulit didapat ukuran yang presisi, karena hal ini dipengaruhi komposisi bahan dan kondisi pembakarannya. Umumnya produk-produk porselin toleransi yang masih dapat ditolerir berkisar antara 2 hingga 5%. Benda-benda porselin disarankan tidak disambung dengan menggunakan sekrup, tetapi untuk menyambungnya menggunakan lem, semen atau diikat dengan logam.
(Sumber : http://yandi-sage.blogspot.com/2009/09/kaca-dan-porselin.html)
Sifat-sifat poselin adalah sebagai berikut :
1. Massa jenisnya berkisar antara 2,3 hingga 2,5 g/cm3.
2. Koefisien muai panjang (ά) 3 . 10-6 hingga 4,5 . 10-6 per oC. Hal ini perlu mendapatkan perhatian jika dilem dengan semen atau diikat dengan logam, karena ά semen = 11 . 10-6 per oC, ά baja = 14 . 10-6 per oC.
3. Kekuatan tekan porselin adalah 4000 hingga 6000 kg/cm2.
4. Kekuatan tarik 300 hingga 500 kg/cm2 untuk yang menggunakan pelapis, 200 hingga 300 kg/cm2 yang tanpa pelapis.
5. Kekuatan tekuk 80 hingga 100 kg/cm2. Porselin lebih regas daripada kaca.
Sedangkan, sifat kelistrikan porselin antara lain :
1. Tegangan tembus berkisar antara 10 hingga 30 kV/mm.
2. Resistifitas 1011 hingga 1014 Ώ cm.
3. Permitifitas (ε) berkisar antara 6 hingga 7, tan σ 0,015 hingga 0,02.
4. Sudut kerugian dielektrik akan naik jika suhu dinaikkan.
Penggunaan isolator pada tegangan tinggi, yang juga harus menjadikan pertimbangan adalah tegangan pelepasan (discharge-voltage). Tegangan pelepasan adalah tegangan yang dikenakan pada isolator yang menyebabkan mengalirnya arus listrik melalui permukaan di antara elektroda-elektroda. Dalam banyak kasus, pelepasan ini menyebabkan busur api pada permukaan isolator. Busur api ini dapat terjadi pada keadaan kering maupun basah (curah hujan 4,5 hingga 5,5 mm/menit).
Pada pengujian busur api dilaboratorium kondisi ini dapat diciptakan, untuk mengetahui kelayakan suatu isolator digunakan dilapangan. Isolator gantung atau isolator tarik pada tegangan tinggi (bentuknya seperti cakram) pada bagian bawahnya dibuat berlekuk-lekuk agar air hujan tidak merambat melaluinya. Banyak isolator gantung atau isolator tarik tergantung besarnya tegangan yang diisolasi. Contoh : untuk tegangan 110 kV diperlukan 10 hingga 12 isolator, sedangkan untuk 400 kV terdiri dari 20 hingga 24 isolator. Hubungan atau kolerasi antara besarnya tegangan kerja dengan banyaknya isolator yang diperlukan.
Kelebihan dan Kekurangan Porselin. Beberapa kelebihan isolator porselin/keramik antara lain:
Stabil, adanya ikatan ionik yang kuat antaratom yang menyusun keramik, seperti silikon dan oksigen dalam silica dan silicates, membuat strukturnya sangat stabil dan biasanya tidak mengalami degradasi karena pengaruh lingkungan. Ini berarti bahwa isolator keramik tidak akan rusak oleh pengaruh UV, kelembaban, aktivitas elektrik, dsb.
2. Mempunyai kekuatan mekanik yang baik, merupakan ciri alami bahwa bahan
keramik mempunyai sifat mekanik yang kuat, sehingga pada pemakaian isolator porselin sebagai terminal kabel, bushing, dan arrester surya tidak memerlukan material lain untuk meyokongnya.
3. Harganya relatif murah, penyusun porselin seperti clay, feldspar dan quartz
harganya relatif murah dan persediaannya berlimpah.
4. Tahan lama, proses pembuatan porselin yang terdiri dari beberapa proses seperti pencetakan dan pembakaran dalam mengurangi kadar air menyebabkan porselin mempunyai sifat awet.
Namun, ada pula kekurangan dari isolator porselin/keramik yaitu:
Mudah pecah, isolator porselin rentan pecah pada saat dibawa maupun saat instalasi. Vandalisme merupakan faktor utama yang menyebabkan isolator pecah.
Berat, salah satu sifat dari keramik adalah mempunyai massa yang berat. Oleh karenanya, pada isolator porselin berukuran besar dan berat biasanya mahal karena biaya yang dikeluarkan lebih besar untuk pengiriman dan instalasi.
Berlubang akibat pembuatan kurang sempurna, berdasarkan pengalaman isolator porselin yang berlubang dapat meyebabkan terjadinya tegangan tembus internal (internal dielectric breakdown).
Bentuk geometri kompleks, porselin mempunyai relatif mempunyai karakteristik jarak rayap yang kecil, oleh karenanya untuk memperpanjang jarak rayap tidak dilakukan dengan memperbesar diameter atau memperpanjang isolator melainkan mendesain isolator dengan membuat shed-shed. Hal ini membuat bentuknya menjadi kompleks.
Mudah terpolusi, permukaan porselin bersifat hidrophilik, yang berarti bahwa permukaan porselin mudah untuk menangkap air, sehingga pada kondisi lingkungan yang berpolusi mudah untuk terbentuk lapisan konduktif di permukaannya. Hal ini yang dapat menyebabkan kegagalan isolasi yaitu flashover.
(Sumber : http://yandi-sage.blogspot.com/2009/09/kaca-dan-porselin.html)
Produk lempung-berat.
Fluks banyak, pemanasan pada suhu rendah, vitrifikasi sedikit.Barang-barang murah tetapi tahan pakai, seperti bata bangunan, bata muka dinding, terakota, pipa got, ubin comber, biasanya dibuat dari lempung biasa yang paling murah dengan atau tanpa glasir. Lempung tersebu biasanya mengandung beberapa ketakmurian yang jenis dan jumlahnya cukup untuk memberikan daya fluks dan daya rekat. Untuk menglasir lempung tersebut, seperti dalam hal pipa got ubin comber, hal ini dapat dilakukan dnegan melemparkan garam (" glasir garam") ke api tanur. Garam yang menguap bereasksi membentuk salut lebur atau galsir diatas permukaan barang.
Pembuatan Bata bangunan :
Bahan baku yang diguanakan adalah tiga macam lempung :
Lempung bakar merah
Lempungt bakar putih
Lempung bakar buf yang biasanya refraktori.
Persyaratan untuk lempung bata muka dinding (luar ) ialah tidak boleh membengkak, tidak mengandung garam terlarut, dan harus cukup keras bila dibakar pada suhu sedang, dan warnanya, setelah dibakar, harus tetap seragam. Untuk bata bangunan, persyaratannya tidak terlalu ketat, dan untuk itu biasanya digunakan lempung bakar merah. Pembuatan bata dilakukan menurut salah satu dari 3 cara berikut : lumpur lembut, lempur kaku dan pres kering. Dalam proses lumpur – kaku (stieff-mud) yang banyak dipakai sekrang, lempung dibuat hanya cukup basah (12-15%) agar dapat saling lengket dalam pengerjaannya. Lempung tersebut didorong melalui ekstruder. Degan mengeluarkan kandungan udaranya, kemampukerjaan, plastisitas, dan kekuatan bata sebelum dikeringkan bertambah karena rongga-rongga nya berkurang. Bata itu dapat di kempa kembali untuk membuat bata luar; dengan pengempaan bentuknya menjadi makin seragam dan tidak lagi megandung tegangan dalam yang biasanya terjadi pada waktu ekstrusi. Pengeringan bata dilakukan dengan berbagai cara: ter4buka didalam bangsal, atau didalam pengering terowongan. Setelah dilakukan pengeringan, bata dibakar didalam tanur, yang akan diuraikan nanti, pada suhu mulai 875oC sampai lebih dari 1000oC. Dewasa ini teerdapat kecendrungan untuk menggabungkan pengering dengan tanur. Proses lumpur kaku digunakan untuk membuat hampir semua jenis produk lempung, termasuk segala jenis bata, pipa got, ubin comber, ubin berlubang, penahan api, dan terakota. Lempung pada umumnya dapat dikerjakan langsung kedalam mesin lumpur kaku, tetapi untuk mendapatkan produk yang lebih baik, lempung itu sebaiiknya dikirim dan dilunakan terlebih dahulu. Jenis lempung yang etrsedia setempat, biasanya yang menentukan jenis keramik yang dapat dibuat secara ekonomis. Pembuatan produk lempung bangunan sekarang sudah baik; pabrik yang tidak dimodernisasi akan kalah bersaing.
Refraktori. Sedikit Fluks, pemanasan pada suhu tinggi, sedikit vitrifikasi.
Refaktori adalah bahan yang diperlukan sebagai bahan yang tahan suhu tinggi. Kata " refaktori" dari segi bahasa berarti " keras kepala", sinonim lain dalam bahasa inggris adalah "stubborn". Kemungkinan nama refaktori diberikan kepada bahan keramik tertentu yang tidak dipengaruhi pada suhu tinggi tertentu. Dalam bahasa Indonesia refaktori diterjemahkan barang tahan api, batu/bata tahan api, namun istilah refaktori sudah dikenal dikalangan industri maupun perguruan tinggi.
Refraktori, diistilahkan asam, basa, dan netral dan juga superrefraktori, mencakup bahan-bahan yang digunakan untuk menahan pengaruh termal, kimia, dan fisika yng berlangsung di dalam tanur. Refraktori dijual dalam bentuk bata tahan api, bata silika, magnesit, kromit, dan magnesit-kromit; refraktori silikon karbida dan zirkonia. Prosuk aluminium slikat dan alumina. Fluks yang diperlukan untuk mengikat partikel-partikel di dalam refraktori diushakan agar sesedikit mungkin tidak terjadi verifikasi yang tidak terlalu jauh. Dengan adanya peluang untuk membentuk barang-barang dari bahan keramik tanpa keramik dan tidak mengandung plastisitas, sekarang sudah bisa dibuat keramik komponen tunggal dengan kualitas tinggi, misalnya refraktori oksida murni. Barang-barang ini adalah barang-barang monokristal dengan perekatan sendiri dan berbeda dengan refraktori konvensional dengan ikatan vitreo.
Sifat-sifat refraktori
Untuk membuat refraktori yang paling cocok dalam operasi tertentu, perlu diperhatikan bahan baku yang digunakan, suhu pengerjaan didalam tanur, dan beban yang diberikan pada waktu pemanasan, serta reaksi kimia yang berlangsung. Biasanya, untuk membuat satu tanur, diperlukan beberapa jenis refraktori karena satu jenis refraktori saja tidak ada yang dapat tahan terhadap berbagai kondisi yang terdapat diberbagai bagian tanur.
Sifat-sifat kimia
Biasanya, refraktori diklasifikasikan atas tiga jenis, yaitu jenis asam, basa, dan netral, walaupun pada umumnya pemisahan tidak dapat dibuat dengan jelas. Bata silika tentulah bersifat asam, bata magnesit sangat basa, namun bata tahan api biasanya dimasukkan ke dalam kelompo netral walaupun sebenarnya mungkin termasuk salah satu dari dua kelompok itu, bergantung pada perbandingan kandungan silika-alumina di dalamnya. Biasanya bata asam sebaiknya tidak berkontak dengan produk alkali, atau sebaliknya. Sebagai kriteria untuk menentukan perangai yang dikehendaki kita tidak boleh hanya melihatnya dari sifat fisika atau sifat kimia saja, keduanya harus dipertimbangkan. Aksi kimia mungkin terjadi karena kontak dengan kerak, atau abu bahan bakar, gas tanur, di samping dengan produk-produk sepertikaca atau baja.
Porosita
Porositas berkaitan langsung dengan berbagai sifat fisika bata lainnya, termasuk ketahanannya terhadap serangan kimia. Makin tinggi porositas suatu bata, makin mudah bata itu dipenetrasi oleh fluks cair dan gas. Untuk setiap jenis bata tertentu, bata yang porositasnya yang paling rendah adalah yang paling keras dan paling tinggi konduktivitas termal dan kapasitas kalornya.
Titik Lebur
Titik lebur (fusion point) ditentukan dengan menggunakan kerucut pirometrik yang titik lunaknya (softening point) diketahui.kebanyakan refraktori komersial melunak secara berangsur dalam jangkauan suhu yang cukup luas dan tidak mempunyai titik cair yang tajam karena biasanya terdiri dari berbagai mineral, bak yang amorf maupun yang kristal. Titik lebur kerucut pirometrik itu bisa didapatkan dari literatur. Titik lebur beberapa contoh umum refraktori, baik yang berupa zat murni maupun produk teknis.
Penyerpihan
Blok atau bata refraktori sering mengalami retak atau terkelupas karena kompresi atau tegangan panas yang tidak seragam, peristiwa itu dikenal sebagai penyerpihan (spalling). Refraktori biasanya memuai bila dipanaskan. Bata yang mengalami ekspansi paling besar dengan laju yang amat tidak seragam paling mudah mengalami ekspansi apabila mendapatkan pemansan atau pendinginan cepat.
Kekuatan
Kekuatan pada waktu dingin sedikit sekali hubungannya dengan kekuatan pada suhu tinggi. Ketahanan terhadap abrasi atau erosi juga sangat penting bagi berbagai konstruksi tanur, misalnya pada dinding pabrik kokas hasil samping dan pada pelapis dinding tanur semen putar pada ujung pengeluaran.
Ketahanan terhadap Perubahan Suhu
Bata yang mempunyai ekspansi termal paling rendah, dan teksturnya paing kasar, paling tahan terhadap perubahan termal yang berlangsung mendadak, dan juga paling sedikit mengalami regangan. Bata yang sudah lama digunakan biasanya mencair menjadi kerak vitreo pada permukaan luarnya, dan bahkan kadang-kadang juga aus karena korosi.
Konduktivitas Termal
Bata yang paling padat dan tidak berpori mempunyai konduktivitas termal paling tinggi. Walaupun konduktivitas termal diperlukan pada berbagai konstruksi tanur, seperti misalnya pada dinding tanur redup (muffle), sifat ini tidak terlalu dikehendaki seperti sifat-sifat refraksi lainnya, misalnya ketahanan terhadap kondisi pembakaran. Beberapa refraktori khusus justri memerlukan isolasi.
Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor tanur bergantung pada konduktivitas termal, kalor spesifik, dan gravitasi spesifik refraktori yang dipakai. Bata ringan lebih sedikit menyerap kalor daripada yang berat, dan ini merupakan suatu keuntungan apabila tanur dioperasikan secara randik (terputus-putus), karena dengan demikian suhu operasi tanur bisa dicapai dalam waktu yang lebih cepat dan dengan bahan bakar lebih sedikit. Sebaliknya, bata lempung-berat yang padat lebih cocok digunakan sebagai pengisi regenerator, seperti pada pabrik kokas, tanur kaca, dan tungku tanur tinggi.
Pembuatan Refraktori
Operasi kimia dan konversi kimia yang dilakukan dalam pembuatan refraktori adalah: penggilingan dan pengayakan, pencampuran, pengempaan (pres) atau pencetakan dan pengempaan ulang, pengeringan, dan pembakaran atau vitrifikasi. Biasanya sifat yang paling penting yang harus diciptakan pada pembuatan refraktori adalah densitas tindak yang tinggi, stablitas volume, ketahanan terhadap terak dan penyerpihan, di samping juga kapasitas kalornya. Untuk refraktori isolasi, diperlukan struktur berpori, yang berarti densitas rendah.
Penggilingan
Salah satu faktor yang terpenting tentulah ukuran partikel didalam tumpukan. Menurut pengetahuan, campuran yang paling rapat adalah yang terdiri dari partikel kasar dan halus dalam perbandingan 55:45, dengan hanya sedikit saja partikel ukuran tengahan. Hal ini dapat diatur dengan mengendalikan pengayakan, pemisahan dan pendaurulangan secara teliti. Cara ini cukup berhasil untuk bahan-bahan kristal tetapi tidak mudah untuk campuran yang mempunyai plastisitas tinggi.
Pencampuran
Fungsi pokok pencampuran ialah untuk mengatur distrbusi bahan plastik sehingga dapat menyalut secara sempurna bahan yang tidak plastik. Hal ini perlu untuk pelumasan pada waktu operasi pencetakan sehingga pelekatan massa terjadi tanpa terdapat terlalu banyak rongga-rongga kosong.
Pencetakan
Beruhubung besarnya kebutuhan akan bata refraktori yang mempunyai densitas yang lebih tinggi, demikian pula kekuatan, volume, dan keseragamannya, maka berkembanglah metode pencetakan pres kering dengan mesin pers mekanik. Metode pres kering sangat cocok untuk tumpuk campuran yang terdiri terutama dari bahan nonplastik. Untuk dapat membentuk bahan dengan tekanan tinggi, bata tersebut harus dikeluarkan kandungan udaranya agar tidak terjadi laminasi atau perengkahan bila tidak ada tekanan lagi. Pada waktu diberi tekanan, lempung menyerap gas atau gas itu terkondensasi. Vakum ditarik melalui lubang-lubang ventilasi pada kotak cetakan. Bentuk-bentuk khusus dan besar tidak mudah dibuat dengan cetak mesin.
Pengeringan
Pengeringan digunakan untuk mengeluarkan air yang ditambahkan sebelum pencetakan sehingga memberikan sifat plastisitas. Dengan keluarnya air, terdapat rongga-rongga kosong dan terjadi regangan dalam. Dalam beberpa hal, kadang-kadang pengeringan itu tidak dilakukan sama sekali, dan sedikit pengeringan yang diperlukan dilakukan pada tahap pemanasan dalam siklus pembakaran.
Pembakaran
Pembakaran dapat dilakukan didalam tanur bulat yang biasa atau dalam tanur terowongan kontinu. Ada dua hal penting yang berlangsung pada waktu pembakaran terbentuknya ikatan permanen karena terjadi virifikasi parsial campuran, dan terjadinya bentuk-bentuk mineral stabil yang dapat digunakan kemudian. Seperti yang terlihat pada diagram dibawah ini . perubahan yang terjadi ialah dikeluarkannya air hidrasi, yang diikuti oleh klasinas karbonat dan oksidasi besi fero. Selama perubahan ini, vulume massa mungikin mengkeruk sebanyak 30%, dan terjadi regangan-regangan didalam refraktor. Pengkerutan dapat dihindarkan dengan melakukan stabilisasi pendahuluan terhadap bahan yang digunakan.
Bahan refaktori memenuhi beberapa fungsi di seluruh cabang industri sebagai berikut:
Mengisolasi ruangan reaksi panas dengan sekelilingnya untuk mencegah kehilangan panas seminimum mungkin.
Menyimpan panas di regenerator untuk kemuadian dilepaskan
Untuk transfer panas pada rekuperator.
Memisahkan ruang api dengan ruang reaksi.
Melindungi bagian lain yang lebih mahal seperti steel dll.
Suhu proses pada industri tertentu berkisar antara 1000-1800ºC
Fungsi utama refaktori
Berdasarkan fungsi utama refaktori dapat dibagi atas:
Refaktori kerja
Refaktori ini disebut juga "heavy refactory" atau"working refactory". Fungsi utamanya adalah menahan suhu tinggi tanpa lebur.
Refaktori Isolasi
Fungsi utamanya adalah untuk mencegah panas keluar dari sistem.
Pemakaian refaktori
Refaktori dipakai pada industri yang beroperasi pada suhu tinggi antara lain:
Industri semen
Industri baja
Industri non-besi
Industri kapur
Industri kertas
Industri kimia
Industri gelas
Industri minyak
Incinerator
(Sumber : http://nunulasa.wordpress.com/2011/03/09/pengetahuan-dasar-refraktori/)
Email.
Sangat banyak fluks, pemanasan pada suhu sedang, vitirifikasi sempurna. Porselen atau email vitreo atau email kekaca (vitreous enamel) adalah campuran keramik yang mengandung banyak fluks, yang dipasangkan dalam keadaan digin atau cair kepada logam yang berada dalam keadaan panas merah sedang. Disini berlangsung vitrifikasi sempurna. Penerapan email pada emas, perak dan tembaga sudah ada sejak dahulu kala. Bahan ini sudah lama digemari sebagai bahan dekorasi yang indah dan digunakan secara komersial karena merupakan produk yang tahan pakai, penerapannya luas, mudah dibersihkan, dan tahan terhadap korosi, baja berlapis email kaca untuk penggunaan di bidang kimia. Pasarnya dibidang peralatan rumah tangga sudah berkurang dengan dikembangkannya lapisan organik bakar yang lebih modern, tetapi pasaran baru telah terbuka dibidang lampu elektro-luminisensi dan dalam industri kendaraan bermotor. Yang tersebut terakhir ini merupakan pasaran jutaan dolar sebagai firit (glasir) email pada knalpot (peredam suara) dan pipa buang kendaraan bermotor.
Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan tidak saja harus bersih dan murni, tetapi juga harus mempunyai sifat kehalusan, komposisi mineral yang tepat, bentuk butiran yang tepat, dan berbagai sifat fisika lain, sesuai dengan jenis email yang dikehendaki. Bahan baku yang digunakan dalam industri email dapat dibagi menjadi 6 kelompok : refraktri, fluks, opasifikator, warna, bahan pengambang, dan elektrolit. Refraktori mencangkup bahan-bahan seperti kuarsa, feldspar, dan lempung yang memberikan sifat asam kepada leburan dan memberikan tubuh kepada kaca. Fluks adalah bahan-bahan seperti boraks, soda abu, kriolit, dan fluorspar yang bersifat basa dan bereaksi dengan refraktori asam sehingga membentuk kaca. Bahan ini cenderung menurunkan titik lebur email. Opasifikator, adalah senyawa yang ditambahkan kepada kaca untuk memberikan warna putih buram yang menjadi ciri email vitreo. Ada dua jenis opasifikator : opasifikator tidak larut (titanium oksida, timah oksida, dan zikronium oksida) dam opsifiktor devitrifikasi (kriolit dan fuorspar). Keunggulan bahan ini terutama ialahb bahwa pemasangan dapat dibuat lebih tipis dari opasifikator yang ada sebelumnya, dan karena oleh itu lebih sukar pecah, disamping lebih halus dan lebih cerah.
Kaca. Fluks sedang, pemanasan pada suhu tinggi, vitirifikasi sempurna.
2.7 Kegunaan Keramik dan Aplikasi Keramik
Keramik banyak digunakan dalam berbagai bidang terutama dalam bidang konstruksi dan rumah tangga. Pada umumnya keramik banyak dipakai sebagai peralatan rumah tangga seperti periuk, belanga, kendi dan berbagai jenis gerabah lainnya. Selain itu banyak pula yang menggunaannya sebagai barang-barang seni dan dekorasi, misalnya guci, vas bunga, piring dan gelas hias. Bahan-bahan bangunan juga banyak yang terbuat dari keramik seperti batu bata, tegel, ubin dan sebagainya. Karena sifatnya yang tahan panas, tidak korosi dan bersifat isolator, keramik digunakan sebagai bahan pembuatan komponen elektronika misalnya untuk resistor, kondensator dan dioda.
Keramik dinilai dari propertinya. Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan daya tahannya. Keramik dengan properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai insulator, semikoncuktor, 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 rotorturbocharger diesel temperatur tinggi dan Gas-Turbine Engine.
Keramik sebagai insulator adalah aluminum oksida (AlO3). 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).
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.
Peranan Keramik
Keramik yang dibuat untuk tujuan yang murni bernilai ungkap termasuk sebagai " seni murni " atau fine art, yang lazim disebut sebagai kramik ekspresi" karena identitas dan emosional penciptanyamenonjol serta tidak mengulang-ulang (tidak digandakan secara massal)yang dibuat oleh individu yang bebas dan tidak terikat (merdeka). Keramik jenis ini melayani kebutuhan atau kehidupan jiwa seperti adanya suasana hati atau batin atau perasaan, hasrat dan ekspresi atau ungkapan serta emosi, secara sadar atow tidak merupakan perwujudan nilai2 tertentu dari kehidupan manusia itu sendiri.
Kramik pakai dibuat untuk tujuan yang bersifat praktis dan fungsional, terutama untuk kebutuhan sehari-hari. Sebagai " seni pakai" keramik jenis ini merupakan produk hasil dari suatu rancangan atau disain baik untuk keperluan yang bersifat fisik atau material seperti peralatan rumah tangga (wadah atau perabotan), maupun sebagai bahan dan komponen suatu rancang bangun. Keramik pakai bersifat umum dengan kegunaan khusus dan bervariasi, dimana setiap produknya mementingkan segi praktis dan fungsi yang optimal serta efisien. Karena bersifat umum yaitu untuk kepentingan umum, maka keramik pakai harus memenuhi standart industri yang berlaku disetiap negara, kalau dalam negeri disebut Standar Nasional Indonesia (SNI), ada pula Standar Industri Internasional , misalnya ISO dan lain-lain.
(Sumber : http://putradnyana-karyasiswa.blogspot.com/2010/12/proses-fisika-dan- kimia-pada-pengolahan.html)
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dari bahasan diatas dapat kita tarik beberapa kesimpulan diantara lain :
Pada awalnya banyak orang mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah,genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat.
Pada prinsipnya keramik terbagi atas: Keramik tradisional dan Keramik Modern.
Sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya.
Pada saat ini banyak aplikasi keramik yang digunakan dalam Teknik diantanya :
Komponen Dapur/Oven (furnace)
Komponen Mesin Otomotif
Komponen Gas Turbin
Penahan Panas
Komponen tahan aus
Keramik Tangguh
Keramik Optik
Keramik Elektromagnetik
Keramik Bangunan
Biokeramik
Saringan dan Selaput Keramik
Keramik Nuklir
3.2 Saran
Penulis berharap, makalah ini dapat meningkatkan pengetahuan tentang keramik. Dalam pembuatan makalah ini, mahasiswa dituntut supaya bersifat mandiri untuk meningkatkan pengetahuan yang berguna dan membawa kemajuan kepada kehidupan sehari-hari. Makalah ini diharapkan dapat dengan mudah dimengerti dan dapat diterima oleh para pembaca. Serta melalui makalah ini juga mahasiswa dapat menimba pengatahuan dan sifat-sifat material dari keramik.
