Baca Juga
Pengertian Dan Penjelasan Keramik Menurut Para Ahli
Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedi 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.
Pada beberapa tahun terakhir ini telah dikembangkan pula berbagai produk baru sesuai dengan perkembangan kebutuhan akan bahan yang tahan suhu yang lebih tinggi, tekanan yang lebih besar, sifat–sifat mekanik yang lebih baik, serta karakteristik listrik yang khusus, atau tahan terhadap bahan kimia yang korosif. Hingga saat ini terdapat beberapa jenis keramik seperti : keramik putih (whiteware), produk- produk lempung stuktural, refraktori, dan email.
Keramik
Bahan Baku Dasar
Tiga bahan baku utama yang digunakan untuk membuat produk keramik klasik, atau “triaksial”, adalah lempung, feldspar dan pasir. Lempung adalah aluminium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari batuan beku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya dapat dilukiskan sebagai berikut :
Ada sejumlah spesies mineral yang disebut mineral lempung (clay mineral) yang mengandung terutama campuran kaolinit (Al2O3.SiO2.2H2O), montmorilonit [(Mg,Ca)O.Al2O3.5SiO2.nH2O], dan ilit (K2O, MgO, Al2O3, SiO2, H2O ) masing – masing dalam berbagai kuantitas. Dari sudut pandang keramik, lempung berwujud plastik dan bisa dibentuk bila cukup halus dan basah, kaku bila kering, dan kaca (vitreous) bila dibakar pada suhu yang cukup tinggi. Prosedur pembuatannya mengandalkan kepada sifat – sifat tersebut diatas.
Lempung memiliki sifat-sifat fisika yang beraneka ragam dan ketidakmurnian dari lempung itu sendiri. Sehingga diperlukan langkah – langkah untuk menyingkirkan pasir dan mika dari lempung untuk meningkatkan mutunya. Proses itu disebut benefisiasi yang langkah-langkahnya diuraikan di dalam diagram alir (gambar ).
Gambar Benefisiasi lempung cina
Proses benefisiasi ini menyangkut perubahan fisika, atau satuan operasi (operasi teknik), misalnya pemisahan menurut ukuran dengan pengayakan atau pengendapan selektif, penyaringan, dan pengeringan. Namun, sifat – sifat koloidanya dikendalikan dengan berbagai aditif yang sesuai, misalnya natrium silikat dan alum. Proses benefisiasi menyangkut juga flotasi buih (frofh flotation). Pemurnian secara kimia dilakukan untuk mendapatkan bahan – bahan yang sangat murni seperti alumina dan titania.
Penyusun keramik yang ketiga yang penting adalah pasir atau flin (flint). Sifat – sifatnya yang penting dari segi industri keramik dirangkum bersama sifat – sifat lempung dan feldspar pada tabel 10.1. Untuk membuat produk keramik yang berwarna muda, harus dipilih produk keramik yang kandungan besinya rendah. Di samping ketiga bahan pokok tersebut di atas, berbagai macam mineral lain, garam, dan oksida juga digunakan sebagai bahan fluks dan sebagai perawis (ingredient) refraktori.
Diantara bahan fluks yang biasa dipakai untuk menurunkan suhu vitrifikasi, suhu lebur, dan suhu reaksi adalah :
Boraks (Na2B4O7.10H2O) Fluorspar (CaF 2)
Asam borat (H3BO3) Kriolit (Na 3AlF6)
Soda abu (Na2CO3) Oksida besi
Natrium nitrat (NaNO3) Oksida antimonium
Abu mutiara (K2CO3) Oksida timbal
Nefelin syenit [(Na, K)2 Al2Si2O8] Mineral litium
Tulang kalsinasi Mineral barium
Apatit [Ca5(F, Cl, OH)(PO4)3]
Beberapa perawis refraktori khusus adalah
Alumina (Al2O3) Alumina silikat (Al2O3.SiO2)
(kianit, silimanit, andalusdit)
Olivin [(FeO, MgO) 2 SiO2] Dumortirit (8 Al2O3.B22O3.6SiO2.H2O)
Kromit (FeO.C2O3) Karborundum (SiC)
Magnesit (MgCO3) Mulit (3 Al2O3.2SiO2)
Gamping (CaO) dan batu gamping Dolomit [CaMg(CO3)2]
(CaCO3) Toria (ThO2)
Zirkonia (ZrO2) Titania (TiO2)
Magnesium silikat hidro,
misalnya talk (3MgO.4SiO2.H2O)
Konversi Kimia, Termasuk Kimia Keramik Dasar
Semua produk keramik dibuat dengan mencampurkan berbagai kuantitas bahan baku yang tersebut di atas, membentuknya, lalu memanaskan sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 700 oC untuk beberapa jenis glasir luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu setinggi 2000 oC. Pada suhu vitrifikasi terjadi sejumlah reaksi, yang merupakan dasar kimia bagi konversi kimia.
Dehidrasi, atau “penguapan air kimia” pada suhu 150 sampai 650 ºC
Kalsinasi, misalnya CaCO3 pada suhu 600 sampai 900 ºC
Oksidasi besi fero dan bahan organik pada suhu 350 sampai 900 ºC
Pembentukan silika pada suhu 900 ºC atau lebih
Beberapa di antara perubahan awal tersebut cukup sederhana, misalnya kalsinasi CaCO3 dan dehidrasi serta dekomposisi kaolinit. Reaksi – reaksi lain, misalnya pembentukan silikat, cukup rumit dan berubah-ubah sesuai dengan suhu dan perbandingan penyusunnya
kristobalit SiO2, dan korundum Al2O3
Pada gambar mengenai sistem Al2O3.SiO2 telah menghasilkan pengembangan penting dalam proses pembuatan refraktori mulit. Diagram tersebut menunjukkan bahwa berapa persen pun likuefaksi bisa didapatkan, bergantung pada suhu, kecuali pada beberapa titik nonvarian. Jadi, jika peleburan yang berangsur dijaga agar tidak berlanjut terlalu jauh dengan mengendalikan kenaikan suhu, akan tertinggal massa dan jumlah yang cukup untuk menjadi kerangka yang memegang massa panas tersebut. Diagram Al2O3.SiO2 itu menunjukkan bahwa mulit adalah satu – satunya senyawa alumina dan silika yang stabil pada suhu tinggi.
Produk keramik hampir semuanya mempunyai sifat refraktori, artinya tahan terhadap panas, dan tingkat kerefraktorian dari suatu produk tertentu bergantung pada perbandingan kuantitas oksida refraktori terhadap oksida fluks di dalamnya. Oksida refraktori yang terpenting adalah SiO2, Al 2 O3, CaO dan MgO disamping ZrO2, TiO2, Cserta BeO yang lebih jarang dipakai. Oksida fluks yang terpenting adalah Na 2O, K2O , B2O3 dan SnO2, disamping fluorida yang juga digunakan dalam komposisi beberapa fluks tertentu.
Keseluruhan badan keramik akan mengalami vitrifikasi, atau pembentukan kaca, pada waktu pemanasan, dan tingkat vitrifikasi ini bergantung pada perbandingan kuantitas oksida refraktori dan oksida fluks di dalam komposisinya pada suhu dan pada waktu pemanasan. Fase kekaca memberikan sifat – sifat yang dikehendaki pada keramik, misalnya berfungsi sebagai perekat dan memberikan sifat translusen (tembus cahaya) pada keramik cina (chinaware). Bahkan dalam refraktori pun vitrifikasi ini dikehendaki sebagai perekat, tetapi vitrifikasi yang terlalu jauh akan memusnahkan sifat refraktorinya. Jadi, jelaslah bahwa badan keramik terdiri dari matriks kekaca plus kristal, dimana dua yang terpenting adalah mulit dan kristobalit.
Derajat vitrifikasi, atau berkurangnya porositas secara brangsur merupakn dasra yang berguna untuk menggolongkan produk keramik sebagai berikut :
Keramik – putih. Kuantitas fluks beragam, pemanasan pada suhu tinggi sedang, vitrifikasi beragam.
Produk lempung – berat. Fluks banyak, pemanasan pada suhu rendah, vitrifikasi sedikit.
Refraktori. Sedikit fluks, pemanasan pada suhu tinggi, sedikit vitrifikasi.
Email. Sangat banyak fluks, pemanasan pada suhu sedang, vitrifikasi sempurna.
Kaca. Fluks sedang, pemanasan pada suhu tinggi, vitrifikasi sempurna.
Keramik Putih
Keramik putih (whiteware) adalah nama umum yang diberikan untuk sejenis produk keramik yang biasanya berwarna putih dan mempunyai tekstur (jaringan) halus. Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung yang berkualitas terpilih dal fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan dalam suhu yang lebih tinggi (1200 sampai 1500ºC) di dalam tanur (kiln). Jenis-jenis ini dapat dikelompokkan sebagai berikut :
Keramik tanah (carthenware) disebut barang pecah belah semi kekaca (semivitreous dinnerware), adalah keramik berpori dan tidak translusen dengan glasir lunak.
Keramik cina (chinaware) adalah keramik vitrifikasi translusen dengan glasir sedang dan tahan terhadap abrasi tertentu; digunakan untuk tugas non teknik.
Porselin (porcelain) adalah keramik vitrifikasi translusen dengan glasir keras yang tahan abrasi pada tingkat maksimum. Dalam kelompok ini termasuk porselin kimia, isolasi, dan dental (pergigian).
Keramik saniter (sanitary ware), dulu dibuat dari lempung, biasdanya berpori; oleh karena itu sekarang menggunakan komposisi kekaca. Kadang-kadang bersama komposisi triaksial ditambahkan juga grog kekaca ukuran tertentu yang telah mengalami pembakaran pendahuluan.
Keramik batu (stone ware), adalah jenis yang tertua di antara barang keramik, yang telah digunakan jauh sebelum pengembangan porselin; bahkan keramik ini dapat dianggap sebagai porselin kasar yang pembuatannya tidak dilakukan dengan teliti dan terbuat dari bahan baku bermutu rendah.
.png "Diagram alir sederhana proses pencetakan")
Gambar Diagram alir sederhana proses pencetakan, (a) Ekstrusi bata lempung, (b) pembuatan piring makan dengan jig.
Pembuatan Porselen
Ada tiga cara produksi : porselin proses basah, digunakan untuk membuat isolator butiran halus berglasir tebal untuk peralatan listrik tegangan tinggi; porselin proses kering, digunakan untuk pembuatan alat – alat listrik tegangan rendah yang mempunyai tekstur terbuka, secara cepat; dan porselin cetak, yang diperlukan untuk membuat barang – barang yang terlalu besar atau terlalu rumit untuk kedua cara yang lain. Ketiga proses ini didasarkan atas bahan baku yang sama, perbedaan pembutannya adalah dalam cara pengeringan dan pembentukan. Proses basah dilukiskan pada gambar Diagram alir ini dapat dipecah menjadi beberapa langkah sebagai berikut :
Bahan baku dengan perbandingan dan sifat – sifat sesuai dengan yang diperlukan untuk menghasulkan porselin dengan kualitas yang dikehendaki, ditimbang dari hoper yang terletak di atas ke kereta timbang.
Feldspar, lempung dan flin dicampur dengan air di dalam blunger (pencampur lempung-air) dan dilewatkan melalui separator magnetik, diayak dan disimpan.
Sebagian besar air dibuang di dalam filter pres. Semua udara yang ada di dalam campuran dikeluarkan di dalam penggiling pug, dibantu dengan vakum dan pisau pengiris. Cara ini akan menghasilkan porselin yang lebih padat, lebih seragam dan lebih kuat.
Lempung yang sudah dipersiapkan tersebut dibentuk menjadi blanko di dalam pres hidraulik atau dengan pengempaan panas dalam pencetak – pencetak sesuai keperluan.
Blanko tersebut kemudian mengalami pengeringan pendahuluan, dirapikan dan kemudian dikeringkan sampai kering benar di bawah kondisi yang dikendalikan dengan baik.
Untuk mendapatkan permukaan yang cemerlang dilakukan pengglasiran dengan menggunakan bahan tertentu. Vitrifikasi badan keramik dan pengglasiran dilakukan di dalam tanur terowongan dengan suhu dan penggerakan yang dikendalikan dengan baik.
Barang – barang porselin dilindungi dengan menempatkannya diatas sager. Yang dipasang bertumpuk satu diatas yang lain diatas kereta. Cara ini adalah cara pembakaran satu kali, dimana badan keramik dan glasir dipanggang dalam satu kali pembakaran. Barang – barang keramik kemudian diuji dengan pengujian listrik dan di inspeksi secara ketat.
Pembuatan barang – barang porselin pecah belah biasanya lebih rumit daripada pembuatan produk porselin lain. Barang – barang tertentu dibuat dengan membentuknya diatas roda pembentuk oleh pengrajin yang terampil dengan memusing massa lempung plastik menjadi bentuk yang dikehendaki.
Pengglasiran itu sangat penting dalam hal keramik putih, terutama untuk barang pecah belah. Glasir adalah lapisan salut dari kaca yang dilebur diatas permukaan barang keramik yang agak berpori. Glasir mengandung 2 jenis perawis yang amat berbeda, yang dicampurkan dalam bermacam – macam perbandingan. Bahan refraktori seperti feldspar, silika, lempung cina dan fluks seperti soda, potas, flourspar dan boraks. Teknik yang digunakan untuk pembakaran glasir ini adalah pembakaran glast. Pembakaran glasir keramik tanah dilakukan pada suhu 1050ºC sampai 1100 ºC ; keramik batu antara 1250 oC sampai 1300 oC.
Produk Lempung Konstruksi
Lempung tersebut biasanya mengandung beberapa ketakmurnian yang jenis dan jumlahnya cukup untuk memberikan daya fluks dan daya rekat. Untuk mengglasirkan lempung tersebut, seperti dalam hal pipa got ubin comber, hal ini dapat dilakukan dengan melemparkan garam (glasir garam) ke api tanur. Garam yang menguap bereaksi membentuk salut lebur atau glasir diatas permukaan barang.
Pembuatan Bata Bangunan : Bahan baku yang digunakan adalah tiga macam lempung ; (1) lempung bakar merah, (2) lempung bakar putih, dan (3) lempung bakar buf, yang biasanya refraktori. Untuk bata bangunan, persyaratan tidak terlalu ketat, dan untuk itu biasanya digunakan lempung bakar merah. Pembuatan bata dilakukan menurut salah satu dari tiga cara berikut : lumpur lembut, lumpur kaku dan pres kering. Dalam proses lumpur – kaku (stiff – mud) yang banyak dipakai sekarang, lempung dibuat hanya cukup basah (12 sampai 15 persen) agar dapat saling lengket dalam pengerjaan.
.png "Diagram alir sederhana proses pencetakan")
Gambar Diagram alir sederhana proses pencetakan (a). Pres kering refraktori (b). Cetak slip barang seni
Refraktori
Refraktori, diistilahkan asam, basa dan netral dan juga superrefraktori, mencakup bahan – bahan yang digunakan untuk menahan pengaruh termal, kimia dan fisika yang berlaku didalam tanur. Refraktori dijual dalam bentuk bata tahan api, bata silika, magnesit, kromit dan magnesit – kromit ; refraktori silikon karbida dan zirkonia, produk aluminium silikat dan alumina. Fluks yang diperlukan untuk mengikat partikel – partikel di dalam refraktori diusahakan agar sesedikit mungkin tidak terjadi vitrifikasi yang terlalu jauh. Dengan adanya peluang untuk membentuk barang – barang dari badan keramik tanpa lempung dan tidak mengandung plastisitas, sekarang sudah bisa dibuat keramik komponen tunggal dengan kualitas tinggi, misalnya refraktori oksida murni. Barang – barang ini adalah barang – barang monokristal dengan perekatan sendiri dan berbeda dengan refraktori konvensional dengan ikatan vitreo.
Sifat – sifat refraktori
(1). Sifat –sifat kimia
Biasanya, refraktori diklasifikasikan atas tiga jenis, yaitu jenis asam, basa, dan netral. Bata silika tentulah bersifat asam, bata magnesit sangat basa, namun bata tahan api biasanya dimasukkan kedalam kelompok netral walaupun sebenarnya mungkin termasuk salah satu dari dua kelompok itu bergantung pada perbandingan kandungan silika – alumina didalamnya. Aksi kimia mungkin terjadi karena kontak dengan kerak, atau dengan abu bahan bakar, gas tanur, disamping dengan produk – produk seperti kaca atau baja.
(2). Porositas
Porositas berkaitan langsung dengan berbagai sifat fisika bata lainnya, termasuk ketahanannya terhadap serangan kimia. Makin tinggi porositas suatu bata, makin mudah bata itu dipentrasi oleh fluks cair dan gas. Untuk setiap jenis bata tertentu, bata yang porositasnya paling rendah adalah yang paling keras dan paling tinggi konduktivitasnya termal dan kapasitas kalornya.
(3). Titik Lebur
Titik lebur(fusion point) ditentukan dengan menggunakan kerucut pirometrik yang titik lunaknya(softening point) diketahui. Kebanyakan refraktori sering komersial melunak secara berangsur dalam jangkuan suhu yang cukup luas dan tidak mempunyai titik cair yang tajam karena biasanya terdiri dari berbagai mineral, baik yang amorf maupun yang kristal. Titik lebur kerucut pirometrik itu bisa didapatkan dari literatur11.titk lebur beberapa contoh umum refraktori,baik yang berupa zat murni maupun produk teknis.
(4). Penyerpihan
Blok atau bata refraktori sering mengalami letak ataupun terkelupas karena kompresi atau tegangan panas yang tidak seragam;peristiwa itu dikenal sebagai penyerpihan (spalling)12.refraktori biasanya memuai bila dipanaskan. Bata yang mengalami ekspansi paling besar dangan laju yang amat tidak seragam paling mudah mengalami ekspansi apabila mendapatkan pemanasan atau pendinginan cepat.
(5). Kekuatan
Kekuatan pada waktu dingin sedikit sekali hubungannya pada suhu tinggi. Ketahanan terhadap abrasi atau erosi juga sangat penting bagi berbagai konstruksi tanur, misalnya pada dinding pabrik kokas hasil samping dan pada pelapis dinding tanur semen putar pada ujung pengeluar.
(6). Ketahanan Terhadap Perubahan Suhu
Bata yang mempunyai ekspansi termal paling rendah, dan yang teksturnya paling kasar, paling tahan terhadap perubahan termal yang berlangsung mendadak ; dan juga paling sedikit mengalami regangan. Bata yang sudah lama digunakan biasanya mencair menjadi kerak vitreo pada permukaan luarnya, dan bahkan kadang – kadang juga aus karena korosi.
(7). Konduktivitas termal
Bata yang paling padat dan tidak berpori mempunyai konduktivitas termal paling tinggi. Walaupun konduktivitas termal dibutuhkan pada berbagai konstruksi tanur, seperti misalnya pada dinding tanur redup (muffle), sifat ini tidak terlalu dikehendaki seperti sifat – sifat refraksi lainnya, misalnya ketahanan terhadap kondisi pembakaran. Beberapa refraktori khusus justru membutuhkan isolasi.
(8). Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor tanur bergantung pada konduktivitas termal kalor spesifik, dan gravitas spesifik refraktori yang dipakai. Bata ringan lebih sedikit menyerap kalor daripada yang berat, dan ini merupakan suatu keuntungan apabila tanur dioperasikan secara randik (terputus – putus), karena dengan demikian suhu operasi tanur bisa dicapai dalam waktu yang lebih cepat dan dengan bahan bakar lebih sedikit. Sebaliknya, bata lempung berat yang padat lebih cocok digunakan sebagai pengisi regenerator, seperti pada pabrik kokas, tanur kaca dan tungku tanur tinggi.
