BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Keramik Keramik dapat didefinisikan sebagai campuran padat yang dibentuk oleh perlakuan panas dan tekanan, terdiri dari setidaknya satu unsur logam dan satu unsur padat non logam, campuran setidaknya dua unsur padat non logam, atau sebuah campuran setidaknya dua unsur padat non logam dan satu non logam. Kebanyakan orang mengasosiasikan kata keramik dengan gerabah, patung, peralatan sanitasi, ubin dan lainnya. Dan sedangkan pendapat ini tidak benar, tidak lengkap rasanya karena hanya mempertimbangkan secara tradisional, atau berbasis silika, keramik.sekarang bidang ilmu keramik atau rekayasa meliputi lebih dari silika dan dapat dibagi menjadi keramik tradisional dan keramik maju. Keramik tradisional sebagian besar berbasis silika mikrostruktur berpori yang cukup kasar, tidak merata, dan multifase. Biasanya dibentuk dengan mencampur tanah liat dan feldspar, dibentuk baik dengan slip casting atau roda tembikar, pembakaran dalam tungku api untuk menyinternya, dan akhirnya glasir. Dalam perkembangannya, keramik lain yang bukan tanah liat atau berbasis silika tergantung pada bahan baku yang lebih canggih, seperti oksida biner, karbida, perovskit, dan bahkan bahannya sepenuhnya sintetis yang sama dengan bahan alami. Mikrostruktur keramik maju setidaknya kekuatannya lebih kuat dan lebih homogen dan lebih sedikit pori dibandingkan keramik tradisional. Sebagai klasifikasi, keramik keras, tahan aus, rapuh, rentan terhadap panas berlebih, tahan api, isolator listrik dan termal, sebagian transparan, non magnetik, secara kimiawi stabil, dan tahan oksidasi. Karena secara umum, akan ada pengecualian, beberapa keramik elektrik dan termal yang cukup konduktif, sementara yang lain bahkan superkonduktor (Barsoum,1997). Bahan keramik terdiri dari fasa kompleks yang merupakan senyawa unsur logamdan non logam yang terikat secara ionik maupun kovalen. Keramik pada umumnya mempunyai struktur kristalin dan sedikit elektron bebasnya. Susunan kimia keramik sangat bermacam-macam yang terdiri dari senyawa yang sederhana

2 hingga campuran beberapa fasa kompleks. Hampir semua keramik merupakan senyawa-senyawa antara unsur elektropositif dan elektronegatif. Keramik memiliki sifat-sifat antara lain mudah pecah dan getas. Kekuatan dan ikatan keramik menyebabkan tingginya titik lebur, tahan korosi, rendahnya konduktivitas termal, dan tingginya kekuatan kompresif dari material tersebut. Secara umum keramik mempunyai senyawa-senyawa kimia antara lain: SiO2, Al2O3, CaO,Na2O, TiC, UO2, PbS, MgSiO3 dan lain-lain (Sembiring,2010). 2.2 Keramik Berpori Keramik berpori merupakan keramik yang memiliki pori-pori dengan distribusi ukuran tertentu dan porositas yang relatif tinggi. Secara luas keramik berpori telah digunakan untuk keperluan insulasi termal dan sebagai bahan bangunan. Penggunaan keramik berpori yang semakin meningkat dewasa ini adalah sebagai filter dan membran. Keramik dengan ukuran pori sekitar µm dapat digunakan sebagai filter (Purbasari, 2005). Kualitas suatu produk keramik berpori ditentukan oleh jenis, komposisi, ukuran partikel dan suhu pembakarannya. Adapun sifat-sifat keramik berpori yang diamati meliputi sifat fisis, mekanik, termal dan analisis mikrostruktur strukturnya. Pembuatan keramik berpori yang telah dilakukan P. Sebayang, Muljadi, serta Anggito P. Tetuko (2009) dengan bahan baku zeolit alam dan arang sekam sekam padi dengan suhu pembakaran 900 o C dan 1000 o C dengan penahanan selama 2 jam. Dari penelitian mereka didapatkan bahwa = 2,16 g/cm³, susut bakar = 35,94%, porositas = 66,05%, penyerapan air = 31,10%, kuat patah = 7,47 MPa, kuat tekan = 4,38 MPa. Tiar Delimawati Tambunan (2008) telah melakukan penelitian dengan membuat keramik berpori menggunakan aditif karbon aktif sebagai filter gas buang kendraan bermotor. Dari hasil penelitiannya tersebut semakin besar penambahan karbon aktif maka semakin besar harga porositasnya dan besarnya daya absorbsi terhadap gas radikal sebanding dengan banyaknya porositas pada keramik berpori.

3 2.3 Bahan Baku Keramik Kaolin Kaolin merupakan salah satu mineral tanah liat (lempung) yang mengandung beberapa lapis aluminium silikat. Kaolin adalah jenis tanah liat berifat lunak, halus dan berwarna putih. Proses terbentuknya kaolin terjadi melalui pelapukan dan proses hidrotermal alterasi batuan beku feldspartik. Kaolin dibagi menjadi dua jenis, yaitu : 1. Kaolin yang bearsal dari proses hidrotermal, yaitu pengikisan yang terjadi akibat pengaruh air panas yang terdapat pada retakan, patahan dan daerah permeabel lainnya dalam batuan. 2. Kaolin yang berasal dari proses pelapukan (sedementasi) yaitu proses pelapukan batuan beku dan batuan metamorphic. Sifat kaolin yaitu plastis, mempunyai daya hantar termal dan listrik yang rendah. Kaolin digunakan untuk bahan baku keramik, bahan obat, pelapis kertas, sebagai aditif pada makan dan pada pasta gigi. Bahan kaolin ketika sudah dibakar maka terjadi perubahan fase bila diamati pola difraksinya seperti amorf Alumina (Al 2 O 3 ) Alumina (Al 2 O 3 ) adalah senyawa terdiri dari aluminium dan oksigen, sehingga alumina disebut juga senyawa oksida logam. Alumina diperoleh secara komersial dari bauksit dan pada prinsipnya digunakan untuk pembuatan keramik, bahan penggosok dan kromatografi. Keramik alumina yang sering digunakan umumnya mempunyai fasa corundum (α-al 2 O 3 ) dengan struktur tumpukan heksagonal (Hexagonal Closed Packed, HCP).Alumina (Al 2 O 3 ) tergolong salah satu jenis bahan keramik oksida yang aplikasinya cukup luas baik dalam bidang elektronik dan bidang mekanik. Alumina memiliki sifat dapat meningkatkan ketahanan kimiawi, menurunkan koefisien muai dan meningkatkan ketahanan terhadap kekuatan mekanik. Alumina memiliki sifat-sifat antara lain titk lebur sekitar 2050 o C, sangat keras, kekuatan mekanik tinggi dan sifat isolator listrik. Alumina memiliki beberapa karakterisasi :

4 Tabel 2.1 Karakterisasi Alumina Densitas 3,96 gr/cm 3 Koefisien Termal Ekspansi C o C o Kekuatan Patah 350 MPa Sifat daya hantar panas Konduktor Kekerasan (Hv) kgf/mm 2 Titik lebur 2050 o C Ketangguhan 4,9 MPa Senyawa alumina secara komersial dihasilkan melalui proses ekstraksi (bayer process) dari bahan alam yaitu mineral bauksit. Mineral tersebut mengandung Al 2 O 3 bervariasi pada kisaran 40-60% berat dan sisanya bahan ikutan misalnya : SiO 2, Fe 2 O 3, dan TiO 2 (Maghfirah, 2007). Bentuk struktur yang lain dari alumina, γ dan β, akan dijelaskan ketika berhubungan dengan bahan-bahan ini, agar tidak menghilangkan titik dimana hanya ada satu bentuk bahan murni. Tidak ada yang polimorf dari alumina murni. Itu sudah cukup pada tahap ini untuk mengatakan bahwa γ-al 2 O 3 terjadi sebelum pembentukan α selama kalsinasi dari gipsit, sementara β-al 2 O 3 hasil dari reaksi Al 2 O 3 dengan Na 2 CO 3 sekitar 1100 o C (McColm, 1983) Debu Vulkanik Gunung Sinabung Gunung Sinabung adalah gunung api di dataran tinggi Karo, Kabupaten Karo, Sumatera Utara, Indonesia. Gunung Sinabung bersama gunung Sibayak adalah dua gunung berapi aktif di Sumatera Utara dan menjadi puncak tertinggi di provinsi itu. Ketinggian gunung ini adalah meter. Gunung ini tidak pernah tercatat meletus sejak tahun 1600, tetapi mendadak aktif kembali dengan meletus pada tahun Letusan terakhir gunung ini terjadi sejak September 2013 dan berlangsung hingga kini. Gunung Sinabung terletak pada kordinat 3 o LU dan 98 o BT (Wikipedia, 2015). Beberapa tahun belakangan ini aktivitas gunung Sinabung meningkat setelah kurang lebih 400 tahun tertidur. Peningkatan aktivitas ini pertama kali

5 terjadi pada tanggal 27 Agustus Peningkatan aktivitas ditandai dengan keluar material dari perut gunung Sinabung berupa asap dan debu vulkanik yang keluar melalui awan panas ataupun guguran lava. Debu vulkanik adalah bahan material vulkanik jatuhan yang disemburkan ke udara saat terjadi letusan. Debu vulkanik dapat jatuh hingga puluhan kilometer dari pusat letusan. Dampak dari debu vulkanik ini sangat besar diantaranya merusak lahan pertanian, mencemari sumber mata air, mengganggu kesehatan dan juga mengganggu penerbangan. Gambar 2.1 Erupsi Gunung Sinabung 31 Desember 2013 (Dokumentasi Pribadi) Debu vulkanik gunung Sinabung mengandung unsur hara seperti : Nitrogen (N) 0,13%, Kalium (K 2 O) 0,55%, Karbon (C-Organik) 0,54%, Phosfor (P 2 O 5 ) 0,55%, Silika (SiO 2 ) 59,92%, Belerang (S) 0,18%, Besi (Fe) 16,11% (Sinuhaji,2011). Albert Daniel S. (2012) dalam penelitiannya menyatakan debu vulkanik gunung Sinabung memiliki senyawa silikon oksida (SiO 2 ) yang dominan dengan struktur heksagonal. Debu vulkanik gunung Sinabung memiliki struktur kristal yang secara mikroskopis terlihat tajam-tajam dipinggir seperti pecahan kaca yang tidak beraturan hal ini yang menyebabkan debu vulkanik gunung Sinabung sangat berbahaya bagi penduduk sekitar gunung terutama pada kesehatan yang mengakibatkan sesak nafas atau Bronchitis selain itu dapat menimbulkan iritasi mata Karbon Aktif Karbon aktif adalah karbon yang telah diaktifasi sehingga pori-porinya terbuka sehingga daya serapnya lebih besar dari karbon biasa. Karbon aktif

6 bebentuk amorf disusun oleh atom-atom karbon yang berikatan secara kovalen dalam kisi heksagonal. Dengan menghilangkan hidrokarbon maka daya serapnya semakin besar (Surest,2008). Karbon aktif dapat dibuat dari bahan karbon berpori yang diperoleh dari bahan padat pertanian seperti sekam padi, tempurung kelapa, tempurung kemiri, tempurung kelapa sawit dan yang lainnya. Karbon aktif digunakan secara luas sebagai absorben dalam proses menghilangkan pengotor, terutama yang berhubungan dengan zat warna, pengolahan limbah, pemurnian air, obat-obatan yang biasanya digunakan dalam bentuk absorben. Kelebihan dari karbon aktif: 1. Dapat berfungsi sebagai filter. 2. Dapat mengurangi gas beracun. 3. Dapat menyerap emisi gas folmaldehida dari formalin. 4. Dapat menetralisir dari keracunan. 5. Dapat meningkatkan presentase pertumbuhan tanaman. 6. Dapat digunakan sebagai pengawet makanan (Pari, 2012). 2.4 Pembentukkan Keramik Proses pembuatan keramik terdiri dari pembentukan, pengeringan dan pembakaran. Pada proses pembentukan, bahan baku yang berbentuk bubuk dipadatkan. Terdapat beberapa proses pembentukkan yaitu : a. Die Pressing. Pada proses ini bahan keramik dihaluskan hingga menjadi bubuk, lalu dicampur dengan pengikat kemudian dimasukkan ke dalam cetakan lalu ditekan hingga menjadi bentuk padat yang kuat. Metode ini biasanya digunakan dalam pembuatan ubin, keramik elektronik dengan cukup sederhana dan murah.

7 b. Rubber Mold Pressing. Pada proses ini pembuatan keramik menggunakan pembungkus karet kemudian bubuk dimasukkan ke dalam sarung karet kemudian dibentuk dalam cetakan hidrostatis. c. Extrusion Molding. Pada metode ini melalui lubang cetakan dengan ekstruksi memalui mulut yang keras. Metode ini biasa digunakan untuk membuat pipa saluran, pipa reaktor atau material lain yang memiliki suhu normal untuk penampang lintang tetap. d. Slip Casting. Pada metode ini dilakukakn untuk memperkeras suspensi dengan air dan cairan lainnya, lalu dituang ke dalam plester berpori, air akan diserap dari daerah kontak ke dalam cetakan dan lapisan lempung yang kuat terbentuk. e. Injection Molding Bahan yang bersifat plastis diinjeksikan dan dicampur dengan bubuk pada cetakan. Metode ini banyak digunakan untuk memproduksi benda-benda yang mempunyai bentuk yang kompleks. 2.5 Karakterisasi Karakterisasi Sifat Fisis Densitas Densitas adalah ukuran kerapatan suatu zat yang dinyatakan banyaknya zat (massa) per satuan volume. Pengukuran densitas menggunakan standart ASTM C Untuk mengukur densitas : ρ = m k.....(2.1) V Dimana: ρ : Densitas (gr/cm 3 ), m k : Massa sampel (gr) V : Volume sampel (cm 3 )

8 Porositas Porositas merupakan banyak pori suatu material yang dihitung dengan mencari persentase (%) berdasarkan daya serap bahan terhadap air dan perbandingan volume yang diserap terhadap volume total sampel. Pengukuran densitas menggunakan ASTM C Untuk mengukur porositas : %porositas = (m b m k ) ρ air V t 100%..(2.2) Dimana : m b m k : Massa basah sampel (gr) : Massa kering sampel (gr) ρ air : Densitas air (gr/cm 3 ) V t : Volume total sampel (cm 3 ) Susut Massa dan Susut Bakar Susut massaadalah presentase penyusutan massa sebelum dilakukan pembakaran dan sesudah dilakukan pembakaran. Susut massa dihitung menggunkan persamaan: Dimana : m sbl m bkr %susut massa = m sbl m bkr m sbl 100%...(2.3) : massa sebelum dibakar (gr) : massa sesudah dibakar (gr) Susut bakar adalah persentase penyusutan volume sebelum dilakukan pembakaran dan sudah dilakukan pembakaran. Susut bakar dihitung dengan menggunakan persamaan: Dimana : %susut bakar = V sbl V bkr V sbl 100%.....(2.4)

9 V sbl : Volume sebelum pembakaran (cm 3 ) V bkr : Volume setelah pembakaran (cm 3 ) Karakterisasi Sifat Mekanik Kuat Tekan (Compressive Strength) Kekuatan tekan suatu material adalah kemampuan material dalam menahan beban/gaya mekanik sampai terjadinya kegagalan.kuat tekan suatu bahan merupakan perbandingan besarnya beban maksimum yang dapat ditahan oleh beban.pengaruh kuat tekan menggunakan alat Universal Testing Machine (UTM). Untuk pengukuran kuat tekan mengacu pada standard ASTM C 733 dan dihitung dengan persamaan berikut : P = F max A... (2.5) Dimana : P : Kuat tekan (N/m 2 ) F maks : Gaya maksimum (N) A : Luas permukaan sampel (m 2 ) Kekerasan (Vickers Hardness) Kekerasan adalah ketahanan material terhadap deformasi plastis yang diakibatkan tekanan. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan dan deformasi plastis. Deformasi plastis yaitu suatu keadaan dari material diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk semula. Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Pengujian ini mengacu ASTM E-18 dengan metode Vickers dengan persamaan : Dimana : H B = 0,941 H V (2.6)

10 H B H V : Hardness of Brinnel : Hardness of Vickers