Bab 7 Keramik Part 1

Transkripsi

1 Bab 7 Keramik Part 1

2 Pendahuluan Pada masa lalu, keramik yang hanya dapat berperan dalam industri elektronik kini sudah dapat dinyatakan sebagai bahan yang dapat digunakan pada seluruh industri manufacturing Bahan-bahan keramik dan komposit telah menjadi bahan yang sangat komersial karena penggunaannya sangat meluas menyangkut berbagai bidang industri

3 Bahan keramik Bahan keramik adalah bahan anorganik dan non logam yang dapat tersusun pula dari bahan logam dan non logam Sifat baik keramik : 1. kuat 2. keras 3. stabil pada temperatur tinggi

4 Sifat-sifat 1. Keras 2. Rapuh 3. memiliki suhu cair tinggi 4. bersifat isolator listrik 5. penghantar panas yang kurang baik 6. memiliki komposisi kimia yang stabil 7. memiliki sifat menahan panas yang stabil 8. memiliki daya tekan yang tinggi

5 Ruang lingkup 1. Peralatan Rumah Tangga 2. Peralatan Tungku Pemasak 3. Pipa-pipa Pengairan 4. Peralatan Pecah Belah 5. Barang-barang Tahan Panas 6. Mesin-mesin Perkakas 7. Bahan Elektronik 8. Penerbangan dan Persenjataan

6 Fasa keramik Umumnya fasa keramik memiliki struktur kristal, dimana kristal keramik tidak memiliki elektron bebas karena elektronelektronnya berpindah dari atom satu ke atom lainnya dan membentuk ion. Karena ikatan ion ini maka bahan keramik memiliki stabilitas tinggi. Ikatan atom bahan keramik lebih kuat dibandingkan dengan logam, karena itu reaksi kimianya berlangsung lebih lambat.

7 Fasa keramik Struktur kristal Tetrahaden SiO4 Struktur Kristobalit SiO2 Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 162

8 Kristal bahan keramik Bangun kristal keramik yang terjadi dari senyawa logam dan non logam yang paling sederhana adalah apabila perbandingannya antar unsur logam dan non logam sebagai 1:1. Cara penyusunan atom yang utama memiliki 3 cara, contoh: Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 163

9 Kristal bahan keramik Bangun kristal jenis : ZnS Bilangan Koordinasi : 4 Konstanta Kisi : a = 4 (r+r) Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 163

10 Kristal bahan keramik Bangunan Kristal Jenis : NaCl Bilangan Koordinasi : 6 Konstanta Kisi : a = (2r+2R) Bangun Kristal Jenis : CsCl Bilangan Koordinasi : 8 Konstanta Kisi F a = (r+r) Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 164

11 Bilangan koordinat dan perbandingan jari-jari Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 165

12 Bilangan koordinat dan perbandingan jarijari Bangunan Kristal Jenis : NaCl Bilangan Koordinasi : 6 Bangunan Kristal Jenis : CsCl Bilangan Koordinasi : 8 Konstanta Kisi : a = (2r+2R) Konstanta Kisi : a = 2(r+R) Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 166

13 Struktur kristal keramik Keterangan : a. Struktur Kristal Cesium Chlorida (CsCl) b. Struktur Kristal Natrium Chlorida (NaCl) c. Struktur Kristal Zink Sulphur (SnS) d. Struktur Kristal Fluroit e. Struktur Kristal Wurtzite Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 168

14 Koordinat atom-atom kristal keramik Pada bahan apapun letak atom-atom pada koordinat sel satuan dan bilangan koordinat sangat penting diketahui. Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 169

15 Sifat elektron magnetik keramik Pada awalnya bahan keramik hanya banyak dipergunakan untuk rangkaian elektromagnetik dan terdapat berbagai oksida yang berperan sebagai isolator yang baik. Pengembangan IPTEK pada saat ini akan membawa bahan keramik ke tingkat yang lebih membawa kemanfaatan sumber alam yang tak terkira itu jumlahnya bagi kehidupan manusia lebih baik.

16 Sifat elektron magnetik keramik Diagram Binair di atas hanya sebagai perbandingan bagaimana sulitnya dan rumitnya bahan-bahan keramik, leboh-lebih yang menyangkut diagram tertier. Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 170

17 Silika (SiO2) Transformasi senyawa keramik Kristal keramik tipe SiO 2 berbentuk : tetraheder silica dapat memiliki berbagai bentuk alotropi. Apabila temperature naik, maka silica akan berobah dari : Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 171

18 Diagram tretier Bentuk stabil silica disesuaikan dengan tekanan temperature kesetimbangan dapat diproses pembentukannya sebagai berikut: Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 172

19 Transformasi senyawa keramik Transformasi dari kristalin ke kristalin berupa transformasi pergeseran, dimana transformasi bentuk ini identik dengan reaksi martensit.transformasi ini juga terjadi pada trydimite dan cristobolite. kristobalit adalah polimorf temperatur tinggi dari silika, yang berarti bahwa ia memiliki rumus yang sama kimia, SiO2, tetapi struktur kristal yang berbeda. Kristobalit stabil hanya di atas C, tetapi dapat mengkristal dan bertahan metastably pada suhu yang lebih rendah. Tridimit adalah polimorf temperatur tinggi dari kuarsa dan biasanya terjadi sebagai kristal menit tabular putih atau berwarna pseudo-heksagonal, atau timbangan, dalam rongga dalam batuan vulkanik felsic. Rumus kimia adalah SiO2. Makin tinggi temperatur struktur kristal pergeserannya (perpindahan) umumnya makin terbuka struktur kristalnya, makin rendah kerapatan, makin tinggi kapasitas panas dan akan terjadi bentuk dan struktur kristal yang makin simetris.

20 Polymorf Polimorfisme atau Polymorf adalah kemampuan suatu benda padat ada di lebih dari satu bentuk struktur kristal. Polimorfisme dapat berpotensi ditemukan dalam bahan kristal termasuk polimer, mineral, dan logam, dan berkaitan dengan allotropy, yang mengacu pada unsurunsur kimia

21 Allotrophy Allotropy atau allotropism (dari ἄλλος Yunani (allos), yang berarti "lain", dan τρόπος (tropos), yang berarti "cara, bentuk") adalah properti dari beberapa unsur kimia ada di dua atau lebih yang berbeda bentuk, yang dikenal sebagai elemen. contoh, alotrop karbon termasuk berlian (di mana atom karbon terikat bersama-sama dalam susunan kisi tetrahedral), grafit (di mana atom karbon terikat bersama-sama dalam lembar kisi heksagonal), graphene (satu lembar grafit), dan fullerene (di mana atom karbon terikat bersama dalam bola, tubular, atau formasi ellipsoidal). The allotropy istilah digunakan untuk elemen saja, bukan untuk senyawa. Istilah yang lebih umum, digunakan untuk bahan kristal, adalah polimorfisme. Allotropy hanya merujuk pada berbagai bentuk elemen dalam fase yang sama (yaitu bentuk padat, cair atau gas yang berbeda); ini negara yang berbeda tidak, sendiri, dianggap sebagai contoh allotropy.

22 Tridimit dan Kristobalit Kristobalit Tridimit

23 Transformasi senyawa keramik Transformasi pergeseran menimbulkan dimensi ini berbentuk ekspansi linier dan untuk sislika cukup besar dibandingkan dengan yang terjadi pada kaca, perhatikan gambar : Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 174

24 Cacat kristal Pada bahan keramik terjadi juga ketidaksempurnaan pada bangun struktur kristalnya. a. Cacat Titik Cacat disini terjadi pada peristiwa intersial atau subtitusional, yaitu penggantian atom yang satu terhadap yang lain. Contoh : Senyawa keramik pada kesetimbangan NiO - MgO

25 Cacat kristal 2. Cacat Garis / Dislokasi Cacat seperti ini banyak terjadi pada senyawa-senyawa seperti LiF, Al 2 O 3 dan Kristal MgO. Walaupun pada temperature tinggi, bahan keramik tetap saja memiliki sifat getas sebelum terjadi pergeseran atom-atomnya untuk bersifat plastis deformasi.

26 Cacat kristal 3. Cacat Bidang Diketahui bahwa keramik dengan susunan kristal yang halus akan memiliki sifat-sifat mekanis, lebih menguntungkan dibandingkan dengan kristal-kristal keramik yang kasar. Sebagai contoh peristiwa pengikatan molekuk-molekul gas kedalam permukaan bahan dan ini dapat berfungsi meredusir energi permukaan. Ion-ion asing pada senyawa keramik tertentu akan tertarik kesusunan permukaan bidang kristal dan tentunya akan merubah komposisi bahan.

27 Proses teknologi Prinsip dasar teknik pembentukan dalam proses teknologi untuk manufacturing bahan keramik : 1. Teori Viskositas Artinya, bahan gelas dengan cara pemanasan dijadikan dalam kondisi Termoplastik agar mudah dibentuk. Setelah persiapan bahan ini mencapai homogenisasi yang baik, baru dapat dilaksanakan proses lanjut manufacturing dengan teknik tertenu seperti : teknik penekanan, teknik penarikan, tknik peniupan, dll.

28 Proses teknologi 2. Partikel Halus (Powder) Bahan keramik (bukan kaca, gelas), dibuat dalam kondisi hidro plastik menjadi liat dan basah kemudian dicetak lalu melakukan pembakaran. Yang termasuk pada pembentukan ini : 1. pressing 4. jigeering 2. slip casting 5. sintering 3. extrusion

29 Proses teknologi Berdasarkan teori fiskositas dan teori partikel halus maka selama proses perubahan suhu akan terjadi perubahan berat. Kehilangan berat selama perubahan suhu dari berbagai material bahan keramik Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 177

30 Proses teknologi Proses pembentukan dengan menggunakan bahan keramik. Gambar (a) : Menyatakan proses rolling da diakhiri dengan heat treatment ke dapur annealing Gambar (b) : Telaga kaca dengan proses panas dan dingin dan berlanjut ke dapur annealing. Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 178

31 Process for shaping crystaline ceramik a. Pressing b. Isotatic Processing c. Extursion d. Jigerring e. Slip Casting Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 180

32 Grinding Kini keramik diketahui sebagai bahan industri yang memiliki kelebihan-kelebihan : keras, tahan panas, isolator dan memiliki susunan kimia yang stabil. Keramik unggul untuk : 1. Cutting tools 2. Mechanical parts Grinding resistance pada bahan keramik Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 181

33 Ceramics materials for high temperature heat exchanges Proses operasi penggunaan heat exchanges dengan temperatur di atas 1000 C memerlukan material dengan sifat mekanis yang sangat baik. Sifat mekanis itu diantaranya: 1. kekuatan bahan dalam temperatur tinggi 2. High heat impact 3. Creep dan heat fatigue resistance Sifat-sifat diatas hanya dimiliki oleh keramik monoksida

34 Lanjutan... Untuk mendapatkan bahan yang siap digunakan harus diproses dengan cara sintering, baik normal presure sintering dan hot pressurized sintering Bahan keramik akan tahan terhadap beban panas yang ditimbulkn akibat efek panas yang mengalir dari dinding sisi satu ke sisi lain dari heat exchanges ini. Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 182

35 Ceramic piston engine Distribusi temperatur pada Ceramic Piston Engine Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met, Bab 7 : Hal 183

36 Proses Pembentukan Keramik

37 penutup Karena sifat keramik yang sangat getas, maka pada umumnya cara manufacturnya dilakukan dengan penekanan pada kondisi hidroplastik. Bagi bahan gelas keramik cara pemrosesannya lebih banyak dilakukan dengan metode forming process berdasarkan kondisi viskositas. Dengan berbagai perkembangan dan R&D yang terus menerus, bahan keramik kini merupakan salah satu engineering materials yang memiliki masa depan.