Keramik Silikat (Silicate Ceramic) Silikat adalah material-material yang pada umumnya terdiri dari Silikon dan Oksigen, dua unsur kimia yang paling banyak di kulit bumi dan berupa tanah, batu, lempung dan pasir. Dalam karakterisasi material ini, lebih mudah menyatakannya dalam variasi susunan tetrahedron dari SiO 4-4 daripada susunan unit sel, seperti ditunjukkan dalam gambar berikut. Dan ini sering diperlakukan sebagai satuan yang bermuatan negatif. Variasi dari struktur silikat dapat terdiri dari susunan struktur ini dalam bentuk satu, dua maupun tiga dimensi. 1
SILIKA Secara kimia, materia silikat yang paling sederhana adalah Silikon Dioksida atau Silika (SiO 2 ), yang secara struktur sebuah jaringan tiga dimensi yang dibentuk saat atom-atom oksigen yang berada di sudut tetahedron berhubungan dengan tetrahedron yang terdekat. Bila tetrahedral ini tersusun teratur maka struktur kristal akan terbentuk. Salah satu struktur silika adalah cristobalite seperti pada Gambar berikut ini. Struktunya relatif kompleks dan terbuka sehingga tidak tertutup padat. Olah karena itu kristal silika memiliki densitas yang rendah. Contohnya pada suhu ruang quartz berdensitas 2.65 g/cm3. Kekuatan atom Si-O relatif tinggi berhubungan dengan suhu cairnya yang tinggi 1710 C.. 2 2
Gelas Silika (Silica Glass) Silika juga dapat dibuat dan memiliki struktur tidak berkristal atau gelas yang memiliki keacakan atom yang tinggi. Contohnya seperti fused silica atau vitreous silica. Strukturnya memiliki unit dasar berupa tetrahedron SiO 4 4-, diluar struktur ini susunannya tidak teratur. Struktur kristal silika yang berupa kristal maupun tidak dapat dilihat perbandingannya dalam gambar berikut. 3
Gelas Silika (Silica Glass) Oksida lain seperti B 2 O 3 dan GeO 2 juga memiliki struktur gelas dan polyhedral dioksida juga memiliki struktur yang mirip dengan gambar berikut. Material ini seperti halnya SiO 2 adalah pembentuk jaringan (network formers). Gelas inorganik yang digunakan sebagai wadah, jendela dll. Adalah gelas silika yang telah ditambahkan senyawa CaO dan Na 2 O. Oksidaoksida initidak membentuk jaringan polihedral. Akan tetapi kationkationnya masuk ke dalam dan memodifikasi jaringan SiO 4-4 oleh karena itu senyawa oksida ini disebut dengan network modifiers. 4
Gelas Silika Gambar berikut menunjukkan struktur gelas sodium-silikat silikat. Seperti halnya oksida lain seperti TiO2 dan Al2O3 meskipun bukan pembentuk jaringan, penggantian untuk silikon menjadi bagian untuk menstabilkan jaringan sehingga oksida-oksida ini disebut sebagai intermediates. Dari sisi praktis modifier dan intermediates akan merendahkan titik cair dan viskositas gelas dan memudahkan gelas untuk dibentuk pada suhu yang lebih rendah. 5
Macam-macammacam silikat Banyak terdapat mineral silikat dengan satu, dua atau tiga atom oksigen di sudut-sudut dari SiO 4-4 yang dipakai bersama dengan tetrahedra lainnya untuk membentuk struktur yang lebih komplek. Contohnya pada gambar berikut dengan berbagai macam formula. Bahkan struktur rantai tunggal pun mungkin terbentuk seperti pada gambar e. Silikat sederhana Tampak pada gambar a, contohnya untuk forsterite (Mg 2 SiO 4 ). Sedangkan untuk yang gambar b, contohnya pada Akermanite (Ca 2 MgSi 2 O 7 ) 6
Silikat berlapis (Layered Silicates) Struktur berlapis atau lembaran dua dimensi juga dapat dihasilkan dari tiga ion oksigen di dalam tetrahedra seperti pada Gambar berikut. Susunan struktur ini dapat diwakili oleh (Si 2 O 5 ) 2-. 7
Silikat berlapis (Layered Silicates) Contoh lain dari mineral lempung adalah kaolinite, yang memiliki dua lembar silikat sederhana. Kaolinite memiliki formula Al 2 (Si 2 O 5 )(OH) 4 dalam lapisan tetrahedral silika yang diwakili oleh ((Si 2 O 5 ) 2- yang dibuat netral secara elektris berhubungan dengan lapisan Al 2 (OH) 4 2+. Contoh ilustrasi strukturnya adalah sebagai berikut. 8
Carbon Karbon adalah sebuah unsur yang ada di bentuk-bentuk polymorphis maupun amourphous. Sebenarnya tidak termasuk material logam, keramik atau polimer, akan tetapi grafite yang karena bentuknya yang polumorphic yang terkadang diklasifikasikan sebagai keramik, serta struktur kristal diamond. Diamond Merupakan material karbon polymorph yang metastable. Struktur kristalnya merupakan varian dari zinc blende seperti diilustrasikan pada gambar berikut ini. Sifat fisik dari diamond membuatnya menjadi material yang atraktif. Diamond sangat keras (material terkeras) dan memiliki konduktifitas listrik yang sangat rendah hal ini disebabkan karena ikatan kovalennya yang kuat. 9
Diamond Yang menarik adalah, diamond memiliki konduktifitas termal yang tinggi diantara material non logam. Serta tembus pandang di daerah spektrum infrared dan memiliki index refraksi sinar yang tinggi. Teknik pembuatan diamond sintetis telah dikembangkan pada awal pertengahan tahun 1950an. Dan beberapa tahun terakhir telah dikembangkan pembuatan lapisan tipis diamond dengan menggunakan teknik Chemical Vapour Deposition. Hasilnya memiliki sifat-sifat mekanis, elektrik dan optik yang mendekati diamond asli, serta banyak diaplikasikan pada tools untuk memperpanjang umur pahat, sebagai bantalan, pisau dll. 10
Graphite Merupakan polymorph lain dari karbon dan memiliki sebuah struktur kristal yang berbeda dengan diamond, yang mana lebih stabil daripada diamond. Strukturnya terdiri dari berlapis-lapis atom karbon yang tersusun heksagonal. Setiap karbon terikat pada atom-atom sekitar yang sebidang dengan ikatan kovalen. Keempat elektron berikatan lemah dalam ikatan van der Waalsm sehingga antar lapisan mudah terjadi patahan getas yang mana ini memberikan efek lubrikasi dari grafit. Sifat listriknya relatif tinggi untuk arah paralel lembaran heksagonal. Grafit memiliki kekuatan tinggi, sifat kimia yang stabil pada suhu tinggi maupun atmosfir tanpa oksigen, tinggi konduktifitas temal, termal ekspansi rendah dan tahan terhadap beban kejut, mampu serap gas yang tinggi, dan baik dimesin. 11
Graphite Grafit banyak digunakan sebagai elemen pemanas dalam dapur listrik, sebagai elektroda pada pengelasan busur, untuk krusibel, cetakan logam maupun keramik, material refraktori dan insulator, nosel roket, di dalam tabung reaktor kimia, untuk penghubung elektrik, sikat, dan tahanan serta elektroda baterei dan peralatan penjernihan udara.. 12
Fullerenes Bentuk lain dari polymorphic carbon adalah fullerenes dengan kode C 60 yang ditemukan pada tahun 1985 dan terdiri dari kumpulan 60 atom yang mengelompok seperti bola kosong dan gambar berikut. Strukturnya memiliki 20 heksagonal, dan 12 pentagonal. Nama C 60 dikenal juga dengan nama buckminsterfullerene, nama penghargaan R. Buckminster Fuller yang menemukan dome geodesi yang mirim C 60. Diamond dan grafit disebut sebagai network solid yang mana atom-atom karbon membentuk ikatan primer di keseluruhan padatan. Sedangankan fullerene, atomatom karbon terikat bersama membentuk molekul bola. Dalam kondisi padat C 60 membentuk struktur kristal padat dalam susunan FCC. Dalam kondisi murni, C 60 ini bersifat isolator. Namun dengan seditik penambahan ketidakmurnian akan membuat C 60 menjadi sangat konduktif maupun semikonduktif. 13
14
Acknowledgement to Writer of Book: Macllister, Materials Science and Engineering, An Introduction Thank you for your kind attention 15