TIN107 Material Teknik. h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n. w e b l o g. e s a u n g g u l. a c. i d

Transkripsi

1 1 TIN107 Material Teknik Definisi Keramik 2 Sebuah klasifikasi dari material yang berbahan dasar tanah liat (clays), pasir (sands) dan feldspar. Tanah liat (clays) mengandung beberapa hal sebagai berikut: Silikon & Aluminium sebagai silikat Senyawa potassium Senyawa magnesium Senyawa calcium Pasir mengadung Silica dan Feldspar atau Aluminium Potassium Silicate Taufiqur Rachman 1

2 Klasifikasi Keramik 3 Material Keramik Glasses Clay Products Refractories Abrasive Cements Advance Ceramics Optik, wadah/alat rumah tangga Keramik putih, struktur rangka Bata untuk tungku (temp. tinggi) Ampelas, alat potong dan penghalus (poles) Komposit, rangka struktur Bearing, sensor Perbandingan Logam & Keramik (1) 4 Logam Struktur kristal Jumlah elektron bebas banyak Ikatan logam Daya hantar listrik baik Ukuran atom seragam Keramik Struktur kristal Elektron tidak bebas (captive) Ikatan ionik/kovalen Daya hantar listrik buruk Ukuran atom berbeda Taufiqur Rachman 2

3 Perbandingan Logam & Keramik (2) 5 Logam Tidak tembus cahaya Kekuatan tarik tinggi Tegangan geser rendah Keuletan baik Memiliki alur plastis Keramik Tembus cahaya pada bagian tipis Kekuatan tarik rendah Tegangan geser tinggi Keuletan rendah (rapuh) Tidak memiliki alur plastis Perbandingan Logam & Keramik (3) 6 Logam Memiliki tegangan kejut Berat relatif tinggi Kekerasan sedang Tidak berpori Kepadatan tinggi Keramik Tegangan kejut rendah Beratnya rendah Kekerasan tinggi (ekstrim) Berpori tinggi Kepadatan rendah Taufiqur Rachman 3

4 Keramik Clay 7 Terbuat dari tanah liat alami dan campuran tanah liat dengan menambahkan keramik kristal. Contoh: Keramik putih (Whitewares). Produk struktur tanah liat. Keramik dengan pembakaran (Refractory). Whitewares (Keramik Putih) 8 Barang tembikar. Keramik lantai dan dinding. Perangkat pembersih (sanitary). Porselen/keramik untuk listrik. Keramik untuk hiasan Taufiqur Rachman 4

5 Pengecoran Slip (Slip Casting) 9 Merakit cetakan Membuang residu Proses Sintering dan Serving Menuangkan slip ke dalam cetakan Memangkas Memindahkan cetakan Refractories (1) 10 Batu bata pembakaran (firebricks) untuk tungku dan oven. Mengandung Silicon atau Aluminium Oxide yang tinggi. Produk batu bata ini digunakan dalam pabrik untuk besi dan baja, logam non-ferrous, kaca, semen, keramik, konversi energi, perminyakan, dan industri kimia. Digunakan untuk memberikan perlindungan panas dari bahan lain pada aplikasi temperatur yang sangat tinggi, seperti pembuatan baja (Tm=1500 C), proses pengecoran logam, dll Taufiqur Rachman 5

6 Refractories (2) 11 Biasanya terdiri dari alumina (Tm=2050 C) dan silika bersama dengan oksida lainnya: MgO (Tm=2850 C), Fe 2 O3, TiO 2, dll, dan memiliki porositas yang intrinsik, biasanya lebih besar dari 10% volumenya. Selaian itu, khusus untuk refractories, BeO, ZrO 2, mullite, SiC, dan graphite yang memiliki porositas rendah juga digunakan. Amorphous Ceramics (Glasses) 12 Kandungan utamanya adalah Silica (SiO2). Jika didinginkan sangat lambat akan membentuk struktur kristal. Jika didinginkan lebih cepat akan membentuk struktur amorf (amorphous) yang terdiri dari rantai tidak teratur dan berhubungan dari atom Silicon dan Oksigen. Hal ini menyebabkannya menjadi transparan, karena batas-batas kristal menghamburkan cahaya, menyebabkan refleksi. Jenis ini dapat di temper untuk meningkatkan ketangguhan dan ketahanan terhadap retak Taufiqur Rachman 6

7 Tipe Keramik Kaca (Glass) 13 Secara umum terdapat 3 (Tiga) jenis dari kaca: Kaca soda-kapur (Soda-lime glass) Sekitar 95% dari semua jenis kaca, jendela, kontainer (wadah), dll. Kaca timbal (Lead glass) Berisi oksida timbal untuk meningkatkan indeks bias. Borosilicate Berisi oksida boron (boron oxide), yang dikenal sebagai Pyrex. Contoh Keramik Kaca (Glasses) 14 Kaca datar (flat glass) jendela. Kaca untuk wadah (container glass) botol. Kaca tekan dan tiup (pressed and blown glass) alat makan, seperti: piring, gelas, dll. Kaca serat (glass fibres) penyekat rumah. Kaca khusus (advanced/specialty glass) serat optik, yang berhubungan dengan optik Taufiqur Rachman 7

8 Gambar Keramik Kaca (Glasses) 15 Gambar Contoh Kaca Stuktur Taufiqur Rachman 8

9 Gambar Contoh Kaca 17 Kaca Lapis Baja (Armoured Glass) Kaca Dengan Timbal (Leaded Glass) Proses Kaca Tekan (Pressed Glass) 18 Gob yang lunak di masukkan ke dalam cetakan Gob mengendap dan plunger turun Penekanan bentuk akhir Produk jadi Taufiqur Rachman 9

10 Cetakan Tiup (Blow Molding) 19 Proses Kaca Datar (Plate Glass) Taufiqur Rachman 10

11 Kaca Temper (Tempered Glass) 21 Kekuatan kaca dapat ditingkatkan dengan menginduksi tekanan tegangan sisa pada permukaan. Permukaan tetap dalam kompresi yang menutup goresan kecil dan retak. Goresan kecil Proses Pengerasan (Hardening) 22 Tempering Kaca dipanaskan di atas suhu Tg tetapi di bawah titik pelunakan. Didinginkan sampai suhu kamar dengan udara atau minyak. Permukaan mendingin hingga di bawah suhu Tg sebelum interior (lapisan dalam). Ketika mendinginkan dan mengkontraksi interior, hal tersebut menarik eksterior (lapisan luar) ke kompresi. Penguatan Kimia (Chemical Hardening) Kation dengan jari-jari ionik yang besar menyebar ke permukaan. Hal ini membuat "kisi (lattice) menginduksi tegangan dan tekanan Taufiqur Rachman 11

12 Kristal Keramik 23 Isolator listrik yang baik dan refractories (mampu dibakar). Oksida Magnesium (Magnesium Oxide) digunakan sebagai bahan isolasi di elemen pemanas dan kabel. Oksida Aluminium (Aluminium Oxide). Oksida Berilium (Beryllium Oxides). Karbida Boron (Boron Carbide). Karbida Tungsten (Tungsten Carbide). Digunakan sebagai ampelas dan tips alat pemotong. Abrasives 24 Alami/Natural (garnet, berlian, dll). Sintetis (karbida silicon/silicon carbide, berlian, leburan alumina, dll) digunakan untuk penggilingan (grinding), pemotongan (cutting), pemolesan (polishing), lapping, atau bahan tekanan peledakan (blasting) Taufiqur Rachman 12

13 Semen (Cements) 25 Banyak digunakan untuk: jalan beton, jembatan, bangunan, bendungan, dll. Advanced Ceramics...(1) 26 Material advanced ceramic telah dikembangkan selama setengah abad terakhir Diterapkan sebagai lapisan penghalang panas untuk melindungi struktur logam, permukaan peralatan, atau sebagai komponen integral sendiri. Aplikasi mesin sangat umum untuk jenis bahan yang mencakup silikon nitrida/silicon nitride (Si3N4), silikon karbida/silicon carbide (SiC), Zirkonia/Zirconia (ZrO2) dan Alumina (Al2O3). Ketahanan panas dan sifat yang diinginkan lainnya telah mengarah pada pengembangan metode untuk menguatkan material melalui penguatan dengan serat dan serabut (whiskers), membuka lebih banyak aplikasi untuk keramik Taufiqur Rachman 13

14 Advanced Ceramics...(2) 27 Struktur rangka: biokeramik, alat pemotong, komponen mesin, lapis baja. Listrik: kapasitor, insulators, paket sirkuit terpadu (integrated circuit packages), piezoelectrics, magnet dan superkonduktor. Lapisan: komponen mesin, alat pemotong, dan bagian komponen industri. Kimia dan lingkungan: filter (saringan), membran, katalis, dan katalis pendukung. Komponen Mesin Dari Keramik...(1) 28 Rotor/kipas (Alumina) Roda Gigi (Alumina) Taufiqur Rachman 14

15 Komponen Mesin Dari Keramik...(2) 29 Turbocharger Rem Cakram Rotor/kipas dari keramik (Ceramic Rotor) Silicon Carbide 30 Gambar komponen otomotif dari Silicon Carbide Dipilih untuk ketahanan panas dan aus Taufiqur Rachman 15

16 Keramik Lapis Baja (Armour)...(1) 31 Sistem keramik lapis baja digunakan untuk melindungi personil dan peralatan militer. Keuntungan: kepadatan rendah dari material dapat menyebabkan efisiensi bobot sistem lapis baja. Bahan keramik yang umum digunakan dalam sistem lapis baja antara lain alumina, boron carbide, silicon carbide, dan titanium diboride. Bahan keramik terputus dan diapit antara keuletan kulit luar dan dalam. Kulit luar harus cukup keras untuk menghancurkan proyektil. Keramik Lapis Baja (Armour)...(2) 32 Sebagian besar energi benturan/kejut diserap oleh patahan/retakan dari keramik dan setiap energi kinetik yang tersisa diserap oleh kulit bagian dalam, yang juga berfungsi untuk menahan beberapa bagian keramik dan proyektil, sehingga mencegah dampak yang parah terhadap personil/peralatan yang dilindungi. Keramik alumina/sistem komposit kevlar sistem komposit dalam lembaran setebal sekitar 20mm digunakan untuk melindungi bidang utama pesawat Hercules (kokpit kru/instrumen dan pompa utama bahan bakar). Karena ringan, keramik memberikan solusi sistem lapis baja yang efisien dan mudah dipindahkan/diganti. Sistem serupa juga digunakan pada pengangkut personil (kendaraan) lapis baja Taufiqur Rachman 16

17 Gabungan Keramik Lapis Baja 33 Kulit luar yang keras Ceramic Discontinuous (Keramik yang terputus) Personil dan Peralatan Proyektil Kulit dalam yang ulet Daftar Referensi Taufiqur Rachman 17