Keramik. Ikatan atom pada keramik. Sifat-sifat bahan keramik 04/10/2016. Lukhi mulia s

Transkripsi

1 Ikatan atom pada keramik Keramik Lukhi mulia s O Ikatan ion O Ikatan kovalen O Ikatan logam O Ikatan dipol O Ikatan antar atom dan sifat-sifat kristal Pendahuluan O Keramik merupakan bahan padat anorganik non logam. O Contoh barang yang terbuat dari keramik : porselen, gelas, semen, refraktori, keramik cina. O Bahan penyusun keramik contoh : SiO 2, Al 2 O 3, CaO, MgO, K 2 O dsb Sifat-sifat bahan keramik O Sifat umum keramik : keras, kuat, dan stabil pada suhu tinggi, akan tetapi getas dan mudah patah

2 O Sifat-sifat mekanik Kekuatan dan patahan teoritis Sifat-sifat mekanik O Persamaan Orowan : menunjukan bahwa kekuatan teoritis meningkat jika jarak ikatan antar atom berkurang, energi permukaan dan modulus Young meningkat. σ th = γer r 0 =jarak keseimbangan antar atom γ=jumlah energi permukaan E=modulus Young σ th =kekuatan teoritis

3 Retakan O Tegangan patah minimum (σ f ) σ f = 2γEπC 1/2 O Jika suatu retak dalam bahan, maka tegangan dinyatakan sbb: σ = K I / πc O K I =faktor intensitas tegangan O σ=σ f =faktor intensitas tegangan kritis O F E : jumlah energi yang dibebaskan O F S : energi permukaan yang baru terbentuk O C : panjang retakan O Pertumbuhan retakan akan terjadi jika F C 0 Kekuatan dan struktur Faktor utama yang mempengaruhi struktur dan kekuatan keramik : O kehalusan permukaan O volum dan bentuk dari pori O ukuran dan bentuk butir O jenis dan bentuk fasa batas butir

4 Hubungan antara keporusan dan kekuatan σ 0 = kekuatan pada keporusan nol V p = kekuatan pada keporusan V P b = konstanta O σ = σ + kd 1/2 O σ=kekuatan O σ dan k = konstanta O d=diameter hubungan antara diameter butir ratarata dan kekuatan lentur Kekerasan O Kekerasan : ukuran tahanan bahan terhadap deformasi plastis pada permukaan bahan

5 Kekuatan pada temperatur tinggi O Gejala deformasi plastis yang meningkat menurut waktu pada tegangan tetap pada temperatur tinggi, disebut melar (creep) O Melar melibatkan pergeseran pada batas butir, dislokasi dalam kristal, difusi dari pori dan lainnya 1. Titik cair Sifat termal O Titik cair dari kristal adalah temperatur di mana energi bebas Gibbs dari fasa padat dan fasa cair (G:H-TS) adalah sama

6 O Dalam kristal ada hubungan O C p C v =β 2 KVT O β=koefisien pemuaian volum O K=modulus elastik volum O V=volum molar Kapasitas panas O kapasitas panas : Energi yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 K dari bahan. O Harga tersebut pada tekanan tetap disebut kapasitas panas tekanan tetap (C p ) sedangkan pada kondisi volume tetap disebut kapasitas panas volum tetap (C v ) O panas jenis : Kapasitas panas per gram (c p, c v ) Pemuaian Termal O Pemuaian termal : gejala pertambahan volume bahan mengikuti peningkatan temperatur. O Koefisien pemuaian volum ( ) dan koefisien pemuaian panjang (α) dinyatakan sbb: β = 1 dv V dt P α = 1 dl l dt P

7 4. Konduksi termal O Perpindahan panas pada keramik : konduksi dan radiasi q = dq dt = ka dt dx q=fluks energi panas A=luas penampang dt =gradien temperatur dx k=koefisien konduksi termal O T > T g : keofisien pemuaian meningkat O > T g = gelas mudah sekali berubah bentuk

8 O Jika T a < T s maka tegangan permukaan dinyatakan sbb σ = Eα 1 μ (T a T s ) O temperatur permukaan (T s ) O temperatur di bagian yang tidak menerima tegangan termal (T a ) O μ : perbandingan Poisson Tegangan termal dan tahanan kejut termal O Kalau satu benda padat ditahan bagian luarnya dan temperaturnya dinaikkan T, maka terjadi tegangan tekan ( ) dalam benda padat karena penahanan pemuaian termal. O σ = E. α T O E= modulus Young benda padat O α= koefisien pemuaian panjang O Jika melampaui kekuatan patah (s) maka akan terjadi retakan patahan O Perbedaan temperatur maksimal yang dapat diterima tanpa retak ( T maks ) dinyatakan sbb O R = T maks = S(1 μ) Eα O R=koefisien tahanan retak kejut termal

9 Sifat Listrik Kemagnetan O Kebanyakan keramik tidak menghantarkan listrik sehingga keramaik dipakai sebagai bahan isolasi. O Akan tetapi sejumlah senyawa termasuk oksida dan sulfida memiliki sifat listrik : bersifat konduktor listrik tinggi, semikonduktor, dielektrik, magnet atau konduktor ion O Kebanyakan bahan keramik yang tidak mengandung logam transisi ataupun elektron asmiteri seperti MgO, Al 2 O 3 dan SiO 2 disebut diamagnetik, dimana hanya terjadi pemagnetan yang lemah karena adanya medan magnet luar Konduktor ion Semen O Konduktor ion : bahan yang menghantarkan listrik karena pergerakan ion melalui bentuk padat Definisi O Semen : bahan anorganik yang mengeras pada pencampuran dengan air atau larutan garam. O Contoh : semen portland

10 Klasifikasi semen portland Penggunaan dan penyiapan mortar Mortar dan Beton Perancangan campuran beton Definisi Mortar dan beton dibuat dari semen dan agregatnya yang dicampur dengan air O Agregat mencakup pasir sungai, kerikil sungai atau makadam dan sebagainya dan dibagi ke dalam agregat kasar dan halus menurut ukuran butirannya O Bagian yang lewat saringan sebanyak 85 % atau lebih disebut agregat halus, O bagian yang tinggal di saringan disebut agregat kasar O Bila agregat hanya terdiri dari agregat halus saja, disebut mortar semen atau mortar saja O bila mengandung agregat yang kasar disebut beton Tentukan perbandingan campuran dengan menggunakan teori perbandingan air semen atau hukum Lyse kemudian campuran diuji 2. Buat campuran beton secara empiris menggunakan tabel campuran atau perkiraan berdasarkan rongga cacat dalam agregat

11 Sifat-sifat beton O Sifat paling penting pada beton : sifat mekanik Produk semen dan produk beton O Produk semen diperkuat serat O Beton otoklaf ringan (ALC)