KERAMIK

Sejarah dan Pengertian Keramik

Keramik pada awalnya berasal dari bahasa  Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti  gerabah,  genteng,  porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat. (Yusuf, 1998:2). Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard,  ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh.  Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas.Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya.

Jenis-Jenis Keramik 

1. Keramik Konvensionala)

a.Keramik Berstruktur 

     Keramik jenis ini mempunyai sifat mekanik yang baik.Antara bahan yang termasuk di dalam golongan ini ialahalumina, silicon karbida, silicon nitrida, komposite dan bahanyang di lapisi dengan keramik. Bahan ini sangat potensi digunakan di dalam mesin diesel sebagai piston dan ruang pra pembakaran, turbo charge dan turbin gas. Ia di gunakan jugasebagai bahan penyekat ruang pembakaran bersuhu tinggi danmata pahat potong logam (Cutting tool). 

b)Keramik Putih

Keramik putih yaitu jenis keramik yang biasanya berwarna putih dan mempunyai tekstur jaringan yang halus. Keramik inidibuat dari bahan dasar lempung kualitas terpilih dan fluksdalam jumlah bervariasi yang dipanaskan pada suhu 1200-1500

0C di dalam tanur (kiln). Contohnya keraamik tanah, porselin, keramik china, ubin keramik putih,dan sebagainya.

c)Keramik Refraktori

Keramik refrakori yakni keramik yang mencakup bahan ±  bahan yang digunakan untuk menahan pengaruh termal, kimiadan fisik. Refraktori dijual dalaam bentuk bata tahan api, batasilica, magnesit,dan sebagainya.

                                

d)Keramik Listrik 

Yang termasuk dalam kategori keramik listrik mempunyaifungsi elektromagnet dan optik dan juga fungsi kimia yang berkaitan dengan penggunaannya secara langsung. Keramik inidigunakan sebagai bahan penyekat, magnet, tranducer, dan pensemikonduksi.

2. Keramik Moderna

a.Keramik Oksida

Keramik oksida murni yang digunakan sebagai alat listrik khusus dan komponen  logam. Oksida yang umumdigunakan adalah alumina (Al2O3), Zirconia (ZrO2), Thoria(ThO2), Berillia (BeO), Magnesia (MgO), Spinel (MgAl2O4)dan Forsterit (Mg2SiO4). 

b)Keramik elektrooptik 

Keramik elektrooptik seperti Lithium Niobate (LiNbO3)dan Lanthanum Zirconat Titanat (PLZT) memberikan sebuahmedia yang dapat merubah informasi elektrik menjadiinformasi optik atau yang dapat menggerakkan fungsi optik dengan perintah dari sinyal elektrik.

c)Keramik magnetik 

Keramik magnetik dengan komposisi dan penggunaan yang bervariasi telah dikembangkan. Bahan ini merupakan bahandasar dari unit memori magnetik pada komputer yang besar.Keunikan sifat elektriknya terutama digunakan pada aplikasielektronik gelombang mikro frekuensi tinggi.

d)Bahan bakar nuklir

yang berbasis Uranium Oksida (UO2) sudahsangat luas digunakan. Bahan tersebut mempunyai kemampuanyang unik untuk menjaga sifat-sfat yang unggul setelah penggunaan yang lama sebagai bahan bakar pada reaktor nuklir.

e)Kristal tunggal dari berbagai jenis bahan sekarang mulaidiproduksi untuk mengantikan kristal alami. Rubi dan kristallaser garnet dan tabung sapir dan substrat (substrat = sejenissemikonduktor) dikembangkan dari sebuah peleburan: kristalkwarsa (quartz) yang besar dikembangkan dengan proseshidrotermal.

f)Keramik nitrida untuk refraktori (refractory = bahan tahan api),dan turbin gas.

g)Enamel untuk aluminium pada industri arsitektur.

h )Komposit logam-keramik untuk refraktori.

i)Keramik karbida untuk bahan abrasif (abrasive = bahan penghalus permukaan). 

j)Keramik borida untuk kekuatan dan temperatur tinggi, tahanterhadap oksidasi.

k)Keramik feroelektrik (barium titanat) mempunyai konstantadielektrik yang tinggi.

l)Gelas-gelas nonsilika misal transmisi infra merah, peralatansemi konduktor.m)

Penyaring molekuler (molecular sieves)

n)Keramik gelas.

o)Polikristal bebas oksida dibuat berbahan baku pada alumina,yttria, dan spinel

 Proses / Cara Pembuatan:

1. Proses Pengolahan BahanTujuan pengolahan bahan ini adalah untuk mengolah bahan baku dari berbagai material (felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air) yang belum siap pakai menjadi tanah liat plastis yang siap pakai. Didalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain pengurangan ukuran butir, penyaringan, pencampuran,pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air.

                                       

2. Proses Pembentukan Keramik

Tahap pembentukan adalah tahap mengubah bongkahan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki. Ada tiga keteknikan utama dalam membentuk benda keramik: pembentukan  tangan langsung (handbuilding), teknik putar (throwing), dan teknik cetak (casting). Nah untuk pembuatan piring, mangkok, mug, dll, biasanya menggunakan teknik cetak (casting) karena prosesnya sangat sulit dan membutuhkan kepresisian yang sangat tinggi.

   

                           

3. Proses Pengeringan

Setelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik. Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting:

(1) Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai     akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti;

(2) Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan

(3) Air yang terserap pada permukaan partikel hilang. Proses pengeringan yang terlalu cepat akan mengakibatkan retak pada keramik yang sudah dibentuk.

                                      

4. Proses Pembakaran

Pembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku/furnace suhu tinggi. Pembakaran ini sudah cukup membuat suatu benda menjadi kuat, keras, dan kedap air. Untuk benda-benda keramik berglasir, pembakaran merupakan tahap awal agar benda yang akan diglasir cukup kuat dan mampu menyerap glasir secara optimal.

      

Pembakaran keramik dengan hasil yang maksimal tidak harus mengeluarkan biaya yang mahal, cukup dengan cara tradisional anda dapat membakar keramik/gerabah dengan cara yang lebih murah dan dengan bahan yang mudah didapat. Anda bisa menggunakan daun pinus, daun bambu, pohon bambu dan jerami.Cara ini banyak dilakukan oleh para pengerajin keramik di Sentra Keramik Kasongan Bantul Yogyakarta.Nama tungku pembakaran ini lebih umum disebut dengan tungku ladang.

Pembakaran tradisional dengan tungku ladang bisa mendapatkan hasil yang lebih cepat bilamana keramik yang dibuat ingin segera dipasarkan.Waktu penataan sampai dengan pembakaran kurang lebih 2,5 jam dijamin benda hasil pembakaran sama dengan penggunaan tungku bak. Gaya pembakaran tersebut mungkin bisa menginspirasi anda yang suka membuat barang dari tanah liat/gerabah, karena pembuatan tungku memerlukan biaya yang cukup banyak.

Cara Pembakaranya : Sortir benda yang akan dibakar menurut jenis dan besar kecilnya benda, yang besar dan kuat taruh paling bawah. Beri rongga/lorong untuk memasukan kayu bakar pergunakan keramik yang telah dibakar atau bata. Bakar benda dengan pemanasan terlebih dahulu kurang lebih 30 menit menggunakan kayu/bambu. Lanjutkan pembakaran dengan api yang lebih besar dan gunakan sisa - sisa daun sampai warna gerabah merah buram. Tutup sebagian dengan jerami untuk meminimalisir gas panas supaya tidak keluar. Bilamana warna bakar keramik sudah merah menyala tambahkan jerami dan tutup seluruhnya. Biarkan beberapa saat untuk menahan panas supaya lebih matang. Dinginkan dan bersihkan sisa abu jerami sampai benda siap untuk dibongkar. Pada waktu pendinginan jangan memasukan kayu bakar/benda yang masih basah ini akan menimbulkan asap oksidasi yang berpengaruh pada warna benda yang dihasilkan(kecuali memang warna dinginkan)Praktis kan slamat mencoba

5. Proses Pengglasiran

Glasir merupakan lapisan tipis yang biasa digunakan untuk melapisi permukaan bahan keramik, yang melekat menjadi satu pada permukaan badan keramik tersebut melalui proses pengeringan. Glasir dilakukan dengan cara dicelup, disemprot, ditempel, atau dikuas/dilukis.Glasir merupakan material yang terdiri dari beberapa bahan tanah atau batuan silikat dimana bahan-bahan tersebut selama proses pembakaran akan melebur dan membentuk lapisan tipis seperti gelas yang melekat menjadi satu pada permukaan badan keramik.Glasir merupakan kombinasi yang seimbang dari satu atau lebih oksida basa (Flux), Oksida Asam (Silika), dan Oksida Netral (Alumina), ketiga bahan tersebut merupakan bahan utama pembentuk glasir yang dapat disusun dengan berbagai kompoisisi untuk suhu    kematangan glasir yang dikehendaki.

 6. Proses Pelukisan

Bahan membuat Keramik

GELAS SILIKA

Silika bisa dibuat dalam bentuk padatan non kristal atau gelas yang mempunyai derjat keacakan atom yang tinggi. Gelas an-organik yang biasa di gunakan pad kontainer,  jendela dan sebagainya adalah  gelas silika yang ditambah dengan oksida lain seperti Cao dan Na2O. skematik gelas sodium-silikat

SILIKAT

Gambar 12 memperlihatkan struktur silikat yang memperlihatkan struktur yang kompleks. Diantara silikat-silikat ini, struktur yang paling sederhana diantaranyatetrahedra  terisolasi  (Gambar  12.a).  Contohnya,  forsterite  (Mg2SiO4)  yang mempunyai  ekivalen  dua  ion  Mg2+ berikatan  dengan  setiap  tetrahedronsedemikian  sehingga  setiap  ion  Mg2+ mempunyai  enam  oksigen  yang  palingdekat.  Contoh  lain senyawa silikat :

Ca2MgSi2O7, Al2(Si2O5)(OH)4 ATAU KAOLINE, Mg3(Si2O5)2(OH)2 (talc), KAl3Si3O10(OH)2 (mika), dll.

KARBON

Karbon  adalah  unsur  yang  berada  dalam  bentuk  berbagai  polimorpik,  dan keadaan amorfus. Kelompok material ini sebenarnya tidak termasuk ke salah satu kelompok logam, keramik, ataupun polimer. Namun kita membicarakannya  disini karena  grafit,  salah  satu  bentuk  polimorpik,  kadang-kadang  digolongkan  ke keramik  dan  struktur  kristal  intan,  bentuk  polimorpik  lainnya,  sejenis  dengan struktur zinc blende. Intan adalah polimorpik karbon meta stabil pada temperatur ruang dan tekanan atmosfir. Struktur kristalnya adalah sejenis dengan  zinc blende dimana karbon menempati  semua posisi (kedua posisi Zn dan S

intan.

Intan mempunyai sifat sangat keras dan konduktivitas listrik yang rendah, sifat ini dikarenakan oleh struktur kristalnya dan ikatan kovalen atomnya yang kuat. Intan mempunyai konduktivitas termal yang tinggi diantara material non-logam, secara optik transparan pada daerah cahaya tampak dan infra merah. Di industri, intan digunakan untuk menggerinda atau memotong benda yang lebih lunak.  Intan berbentuk lapisan tipis banyak dikembangkan dan diantaranya digunakan sebagai pelapis pada permukaan gurdi/bor,  die  (cetakan), bantalan, pisau dan tool-tool  lainnya.  Lapisan  intan  juga  digunakan  pada  speaker  tweeter  dan mikrometer presisi tinggi.

GRAFIT

Struktur kristal grafit ditunjukkan oleh gambar 17. Struktur kristal grafit berbeda dengan intan dan juga lebih stabil pada temperatur dan tekanan ambien. Sifat-sifat grafit yang disukai adalah : kekuatan tinggi, kestabilan kimia pada temperatur tinggi, konduktivitas termal tinggi, koefisien ekspansi termal rendah dan mempunyai tahanan kejut tinggi, absorpsi gas tinggi, kemampuan pemesinan baik.  Grafit  umumnya  digunakan  untuk  elemen  pemanas  pada  dapur  listrik,elektroda las, cetakan untuk pengecoran paduan logam dan keramik, nosel roket,kontak listrik, sikat dan tahanan, elektroda pada baterai, dan piranti pemurnian udara

 Pembentukan

Setelah pemurnian, sedikit wax (lilin) biasanya ditambahkan untuk meekatkan bubuk keramik dan menjadikannya mudah dibentuk. Plastik juga dapat ditambahkan untuk mendapatkan kelenturan dan kekerasan tertentu. Bubuk tersebut dapat menjadi bentuk yang berbeda-beda dengan beragam proses pembentukan (molding). Proses pembentukan ini diantaranya adalah slip casting, pressure casting, injection molding, dan extruction. Setelah dibentuk, keramik kemudian dipanaskan dengan proses yang dikenal dengan nama densifikasi (densification) agar material yang terbantuk lebih kuat dan padat.

1.   Slip Casting. Slip Casting adalah proses untuk membuat keramik yang berlubang. Proses ini menggunakan   cetakan dengan dinding yang berlubang-lunagng kecil dan memanfaatkan daya kapilaritas air.

2.   Pressure Casting. Pada proses ini, bubuk keramik dituangkan pada cetakan dan diberi tekanan. Tekanan tersebut membuat bubuk keramik menjadi lapisan solid keramik yang berbentuk seperti cetakan.

3.   Injection Molding. Proses ini digunakan untuk membuat objek yang kecil dan rumit. Metode ini menggunaan piston untuk menekan bubuk keramik melalui pipa panas masuk ke cetakan. Pada cetakan tersebut, bubuk keramik didinginkan dan mengeras sesuai dengan bentuk cetakan. Ketika objek tersebut telah mengeras, cetakan dibuka dan bagian keramik dipisahkan.

4.   Extrusion. Extrusion adalah proses kontinu yang manama bubuk keramik dipanaskan didalam sebuah tong yang panjang. Terdapat baling-baling yang memutar dan mendorong material panas tersebut kedalam cetakan. Karena prosesnya yang kontinu, setelah terbentuk dan didinginkan, keramik dipotong pada panjang tertentu. Proses ini digunakan untuk membuat pipa keramik, ubin dan bata modern.

Jenis Badan Keramik Menurut Kepadatan

1. Gerabah (Earthenware)

, dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000°C. Keramik jenis ini struktur dan teksturnya sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, paso, pot, anglo, kendi, gentong dan sebagainya termasuk keramik jenis gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya.

2. Keramik Batu (Stoneware),

 dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi (1200°-1300°C). Keramik jenis ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis termasuk kualitas golongan menengah.

3. Porselin (Porcelain),

 adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika. Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.

4. Keramik Baru (New Ceramic),

 adalah keramik yang secara teknis, diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material keramik jenis ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknis lainnya.

Kegunaan Keramik Industri

Keramik dinilai dari propertinya. Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan dayatahannya. Keramik dengan properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai insulator, semikoncuktor,konduktor dan magnet. Keramik dengan properti yang berbeda dapat digunakan pada aerospace, biomedis,konstruksi bangunan, dan industri nuklir.Beberapa contoh penggunaan keramik industri:

•Peralatan yang dibuat dari alumina dan silikon nitrida dapat digunakan sebagai pemotong, pembentuk dan penghancur logam.

•Keramik tipe zirconias, silikon nitrida maupun karbida dapat digunakan untuk saluran padarotorturbocharger diesel temperatur tinggi dan Gas-Turbine Engine.

•Keramik sebagai insulator adalah aluminum oksida (AlO3). Keramik sebagai semikonduktor adalah barium titanate (BaTiO3) dan strontium titanate (SrTiO3). Sebagai superkonduktor adalah senyawa berbasis tembaga oksida.

•Keramik dengan campuran semen dan logam digunakan untuk pelapis pelindung panas pada pesawatulang-alik dan satelit.

•Keramik Biomedical jenis porous alumina digunakan sebagai implants pada tubuh manusia. Porousalumina dapat berikatan dengan tulang dan jaringan tubuh.

•Butiran uranium termasuk keramik yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Butiranini dibentuk dari gas uranium hexafluorida (UF6).

•Keramik berbasis feldspar dan tanah liat digunakan pada industri bahan bangunan.

•Keramik juga digunakan sebagai coating (pelapis) untuk mencagah korosi. Keramik yang digunakanadalah jenis enamel. Peralatan rumah tangga yang menggunakan pelapisan enamel ini diantaranyaadalah kulkas, kompor gas, mesin cuci, mesin pengering.

STRUKTUR BAHAN KERAMIK 

Keramik adalah senyawa dari unsur-unsur logam dan bukan logam. Istilah keramik (dari kata Yunani keramos, yang berarti pembuat barang tembikar tanah liat, dan keramikos,artinya produk tanah liat) keduanya mengacun kepada bahan dan produk keramik itu sendiri.Karena banyaknya kemungkinan kombinasi dari unsure unsur, beragam keramik sekarangtersedia untuk berbagai aplikasi industri dan konsumen. Keramik paling awal digunakanuntuk membuat tembikar dan batu bata, sekitar sebelum 4.000 SM Keramik telah digunakanselama bertahun-tahun dalam otomotif sebagai busi baik sebagai isolator listrik dan kekuatanterhadap suhu yang tinggi. Mereka telah menjadi semakin penting dalam alat dan bahan- bahan kuat bertahan, heat engines, komponen otomotif (seperti exhaust-port liners, pelapis piston, dan cylinder liners).Struktur kristal keramik (terdiri dari berbagai ukuran atom yang berbeda) merupakansalah satu yang paling kompleks dari semua struktur bahan. Ikatan antara atom-atom iniumumnya ikatan kovalen (berbagi elektron, sehingga ikatan ini kuat) atau ion (terutama ikatanantara ion bermuatan, sehingga ikatan ini kuat). Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatanlogam. Akibatnya, sifat-sifat seperti kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secarasignifikan lebih tinggi keramik dari pada logam. Keramik dapat berikatan kristal tunggal ataudalam bentuk polikristalin. Ukuran butir mempunyai pengaruh basar terhadap kekuatan dansifat-sifat keramik; ukuran butir yang halus (sehingga dikatakan keramik halus), semakintinggi kekuatan dan ketangguhannya.Kebanyakan bahan pembentuk keramik memiliki ikatan ion, ikatan kovalen dan ikatanantara. Sebagai missal, bagian ikatan ion dalam sistem Mg-O, Al-O, Zn-O dan Si-O dapatdikatakan masing-masing 70%, 60%, 60% dan 50%. Yang sangat menarik adalah bahwa pada