Keramik bag-1

Ngunandiko.171

Keramik bag-1

(Ceramics)

Ceramics, is a term that was originally applied to products made from natural earths that had been exposed to high temperatures. Today, the field of ceramics covers a widely diversified group of products of specialized industries, including glass, enamels, refractories, cements, limes and plasters, cermets, electronic ceramics, high and low tension electrical insulators, structural clay products, nuclear ceramics, whitewares, as well as certain abrasives (Encyclopedia Americana).

Industri keramik di Indonesia, pada waktu ini (2019), dapat dikatakan telah cukup maju, ia telah memiliki teknologi canggih untuk pembuatan produk-produknya. Disamping itu  produk industri keramik  Indonesia juga telah mampu bersaing di pasar internasional. Hal itu tampak antara lain pada produk-produk  semen dan  gelas (cement and glass).

Pada kesempatan ini “Ngunandiko” ingin membahas dan merenungkan secara singkat mengenai keramik (ceramics), khususnya Industri Keramik di Indonesia.

Sebagaimana diketahui Indonesia memiliki sejumlah deposit bahan baku keramik yang melimpah seperti batu-kapur (limestone), lempung (clay), pasir silika (silica sand), kaoline, feldspar dan lain-lain. Deposit bahan baku keramik itu tersebar di berbagai wilayah di Indonesia.

Telah disinggung dimuka, bahwa industri semen dan gelas (cement and glass industry) di Indonesia telah memiliki potensi menjadi pemain tingkat dunia, utamanya karena Indonesia  memiliki : (1) deposite bahan baku (limestone, silica sand, clay dll), (2) sumberdaya energy (batubara, minyak dan gas bumi dll); serta (3) teknologi produksi-nya.

Batu kapur (limestone)

 

 

Keramik adalah bahan anorganik bukan logam,  jika mengalami perlakuan panas (heat treatment) menjadi bahan keras yang tahan tekanan (compression) dengan sangat baik, walaupun tidak sebaik logam. Keramik tahan terhadap gesekan (porselen), panas (refraktory), dan tahan terhadap beban tekanan bahkan pada suhu tinggi. Banyak keramik adalah lembam (inert) secara kimia pada suhu tinggi, seperti tampak pada ketahanan-nya terhadap oksidasi maupun  reduksi. Sifat ikatan kimia dalam keramik pada umumnya bersifat ionik, dan anion berperan penting dalam penentuan sifat material. Anion yang khas dan merupakan unsur penting bahan keramik adalah karbida, borida, nitrida, dan oksida.

 

Sejumlah produk keramik dalam arti yang luas (setelah teknologi pembuatan keramik berkembang),  jika  kita kelompok-kelompokan sesuai dengan cara produksi atau penggunaannya antara lain akan tampak sbb :

• keramik umum seperti tembikar, porselen dan sejenisnya ;

• produk tanah liat seperti batu-bata, genteng, pipa dan lain-lain ;

• berbagai jenis semen (Portland cement, semen putih dan lain-lain);

• berbagai jenis kaca dan gelas (termasuk lensa); 

• bahan tahan api yang mampu menahan suhu sangat tinggi (refractory);

• lain-lain.

Jika dilihat dari material yang terkandung di dalamnya, maka keramik secara sederhana antara lain dapat dibagi menjadi 4 (empat) jenis sbb:

• Gerabah (Earthenware), dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000 deg Celsius. Contoh : Kuali (tempat memasak), celengan (tempat menyimpan uang koin), gentong (tempat menyimpan air), dan lain-lain.

• Batu Keramik (Stoneware) ; Stoneware adalah sangat keras dan,  terkadang tembus cahaya, namun biasanya buram. Warna tubuh dari batu-keramik sangat bervariasi; merah, coklat, abu-abu, putih, atau hitam. Stoneware adalah istilah yang agak luas untuk tembikar atau keramik lain yang dibentuk pada suhu yang relatif tinggi. Definisi teknis modern dari stoneware adalah keramik vitreous atau semi-vitreous, yang dibuat terutama dari tanah liat periuk atau tanah liat api non-refraktori. Apakah proses perubahannya (vitrifikasi) menjadi keropos atau tidak, dan  mungkin menjadi berlapis atau tidak berlapis.

• Porselin (Porcelain); Contoh : Pottery, berbagai peralatan kimia, peralatan listrik dan lain-lain.

• Keramik Baru (New Ceramic). Contoh : Ceramic knife, ceramic brake disks, ball bearing, bagian (elemen) dari ballistic armored, dan lain-lain.

Sementara itu “Tembikar” adalah nama umum bagi peralatan yang terbuat dari tanah liat,   istilah ini digunakan lebih khusus  untuk menunjuk benda berpori dan berwarna yang dibuat (dibakar) pada suhu yang relatif rendah. Tembikar kadang-kadang berwarna putih atau berwarna krem. Baik tembikar maupun gerabah adalah keramik lunak, tidak tembus pandang, yang mampu menyerap lebih dari 3% kelembaban.

Porselen pertama kali diproduksi di China, dan dibawa ke Eropa oleh Marco Polo di abad ke-13. Disebut porselen karena sifatnya yang mirip dengan Porcellana (kerang laut). Produk porselen yang umum adalah peralatan-peralatan listrik, kimia, mekanik, struktural, dan termal.

Sedangkan dengan apa yang disebut sebagai “China” adalah perangkat putih yang ber-glasir atau tidak ber-glasir (glazed or unglazed vitreous), keras dan non-absorbend digunakan untuk keperluan non teknis. Dalam apa yang disebut sebagai “china” ini termasuk produk-produk seperti alat makan dan karya seni. Proses pembuatan “China” adalah proses di mana tubuh keramik pertama-tama  dibakar ("fired bisque" atau "biscuit bakar") untuk mengeraskan, atau mematangkan bahan, kemudian dibakar hingga mengkilap "glost firing" untuk memperbaiki glasir. Penembakan/ pembakaran glost dilakukan pada suhu yang jauh lebih rendah daripada pembakaran biscuit (fired bisque).

 

“Porselen”, sebagaimana didefinisikan dalam industri keramik di Amerika Serikat modern adalah whiteware keramik vitreous (diklasifikasikan atau tidak diklasifikasikan) digunakan untuk tujuan teknis. Di negara-negara diluar Amerika Serikat, istilah china dan porcelain digunakan hampir secara bergantian. Porselen yang benar (dibakar dengan keras), pertama kali diproduksi adalah di China, dibawa ke Eropa oleh Marco Polo. Disebut porselen karena sifatnya mirip dengan Porcellana (kerang laut).  

 

Produk porselen yang umum adalah sebagai peralatan listrik, kimia, mekanik, struktural, dan termal. Dalam produksi peralatan porselen, badan keramik dan glasir biasanya matang secara bersamaan dalam satu pemanasan (firing) bersuhu tinggi. Karena hanya diperlukan satu operasi pemanasan, maka porselen lebih ekonomis untuk diproduksi daripada “china”. Namun china lebih banyak warna yang tersedia, karena suhu pematangan-nya lebih rendah dalam pemanasan glost (glost firing).

isolator keramik

Produk keramik struktural termasuk bata bangunan umum, bata paving, ubin ber-rongga, genteng atap, saluran pembuangan, saluran, pipa saluran pembuangan, pot bunga, periuk, dan terra-cotta. Untuk meminimalkan biaya transportasi bahan baku dan produk jadi, barang-barang ini hampir selalu dibuat di dekat titik penggunaan tanah liat asli yang ditambang dari deposit lokal.

Hampir semua produk tanah liat struktural dibuat oleh suatu proses lumpur halus atau lumpur lunak. Proses-proses itu berbeda hanya dalam jumlah air yang digunakan dalam tanah liat untuk mengembangkan plastisitas yang diperlukan untuk ekstrusi. Potongan besar secara umum dibuat oleh proses yang kaku sehingga mereka tidak akan merosot setelah terbakar. Tanah liat yang hancur, diekstrusi melalui suatu baja, dan kemudian dipotong dengan panjang sesuai dengan yang diinginkan dengan kawat. Mereka (potongan-potongan itu) dikeringkan dan ditembakkan pada suhu dari 980^o  s/d 1095^o Celcius (1800^o s/d 2000^o Fahrenheit), tergantung pada suhu tanah lempung yang semakin matang.

Pelapisan garam adalah teknik yang umum digunakan dalam pembuatan produk tanah liat struktural. Garam dimasukkan ke ujung api untuk memberikan lapisan cairan ke produk. Teknik ini digunakan, sebagian besar, pada ubin struktural dan saluran (pipa).

Mengenai perkembangan keramik pada umumnya serta industry keramik pada khususnya dapat dikemukakan, bahwa dorongan terhadap perkembangan industry keramik  saat ini muncul karena tuntutan  dari berbagai industri akan material yang lebih baik. Persyaratan yang sangat ketat, utamanya datang dari industri kedirgantaraan, di mana rasio kekuatan-berat dengan goncangan termal, sifat dielektrik, abrasif, dan tahan api sangat penting. Aplikasi bahan keramik di dalam industri dirgantara termasuk diantaranya adalah penggunaan keramik alumina untuk rudal dan kerucut hidung roket. Seperti diketahui silikon karbida atau disilisida molibdenum digunakan dalam nozel roket, pelapis keramik digunakan pada bagian logam roket dan satelit, dan bahan keramik digunakan untuk isolasi termal di pesawat ruang angkasa.

Elemen bahan bakar keramik semakin penting dalam pembangkitan tenaga nuklir. Kira-kira 90% dari instalasi tenaga listrik nuklir yang baru direncanakan akan mengandung bahan yang diperkaya uranium dioksida (UO2), sebagai elemen bahan bakar. Banyak elemen struktural reaktor, mulai dari bahan konstruksi hingga batang kendali (yang biasanya merupakan senyawa boron atau oksida tanah jarang), juga merupakan bahan keramik.

Bahan laser juga merupakan bagian dari bidang keramik. Laser yang paling banyak digunakan adalah kristal ruby tunggal yang diolah secara khusus. Dopan adalah kromium, dan ion ini merespons cahaya xenon intensitas tinggi dengan emisi pulsa mono-kromatik cahaya koheren dari ujung kristal laser. Ujung laser paralel dan perak, satu ujung lebih sedikit dibandingkan yang lainnya. Cahaya dipantulkan bolak-balik oleh ujung perak sampai intensitasnya cukup besar untuk mengejar emisi sinar intensitas tinggi tinggi melalui ujung kristal yang kurang perak. Banyak komposisi kaca yang menggabungkan dopan khusus sedang dikembangkan untuk menggantikan kristal tunggal, atau setidaknya untuk memperluas jangkauan frekuensi sinar laser. Laser digunakan untuk permesinan, pengeboran bahan tahan api seperti berlian, pengelasan, dan dalam beberapa jenis operasi, seperti perbaikan retina yang terlepas.

Bahan piezoelektrik mengembangkan muatan listrik ketika mereka mengalami tekanan mekanik, dan sebaliknya, ketika muatan listrik dikenakan, ketegangan mekanik berkembang. Beberapa kelas bahan keramik, terutama barium titanat dan timbal zirkonat-titanat, menunjukkan fenomena ini. Bahan-bahan tersebut adalah elemen aktif dari kartrid fonograf, sonar, dan perangkat ultrasonik.

Keramik gelas adalah komposisi kaca khusus yang diperlakukan secara termal sebelum mengalami operasi untuk melemahkan atau mengendapkan fase kristal yang merupakan sifat khusus seperti ekspansi termal nol (tidak mengalami ekspansi) untuk aplikasi yang melibatkan aplikasi thermal-shock tinggi. Fasa magnetik dapat diendapkan untuk menghasilkan gelas magnetik, atau fase dielektrik tinggi untuk menghasilkan bahan berkapasitas tinggi seperti barium titanat.

Keramik magnetik, yang merupakan ferrites, ditemukan di Belanda selama Perang Dunia II dan merupakan rahasia yang dijaga dengan baik sampai setelah perang. Ferrite adalah beberapa oksida besi oksida kompleks. Sifat magnetik senyawa ini bervariasi, tergantung pada oksida logam yang dikombinasikan dengan oksida besi. Magnet keramik tipe permanen terutama dari tipe barium ferrite, meskipun ferrite timbal dan strontium ferrites juga digunakan. Senyawa ini juga merupakan isolator, dan mereka banyak digunakan pada motor arus searah kecil untuk mobil. Ferit nikel dan seng mangan, dalam kombinasi dengan senyawa lain, digunakan dalam inti memori komputer, kuk televisi, antena, dan dalam sistem telekomunikasi

Cermet adalah kelas bahan yang mengandung keramik dan logam. Bahan-bahan ini dikembangkan sebagai upaya untuk menggabungkan sifat terbaik dari kedua jenis bahan. Logam memiliki kekuatan tarik tinggi dan sifat kejut termal yang baik, tetapi bahkan logam tahan api memiliki ketahanan yang rendah terhadap oksidasi dan kekuatan yang buruk pada suhu tinggi. Dengan menggabungkan logam dengan keramik, yang memiliki kekuatan dan ketahanan oksidasi yang baik pada suhu tinggi, bahan-bahan unggul dapat diperoleh. Sekelompok sermet yang umum mengandung alumina (Al2O3) dan kromium dalam proporsi yang berbeda-beda. Cermet digunakan pada mesin jet, pelapis sepatu rem, dan bagian yang tahan terhadap oksidasi

Keramik dielektrik nonlinear, yang merupakan bahan isolasi listrik, telah sangat penting dalam miniaturisasi komponen elektronik dan memungkinkan pengembangan sirkuit listrik yang semakin canggih. Bahan-bahan ini juga digunakan dalam kapasitor. Barium titanate, timbal zirkonat-titanat, timbal niobate, dan kombinasi titanat atau keramik dielektrik nonlinier.

Keramik tahan api telah dikembangkan untuk digunakan dalam metode pembuatan baja pembuatan oksigen. Proses-proses ini membutuhkan bahan refraktori baru atau lebih baik untuk mengandung baja dalam kondisi parah. 

Refractory brick

 
Refraktori krom magnitit “berikatan langsung” dan leburan krom serta magnesia dengan kemurnian tinggi dan dolomit berikat tar telah dikembangkan. Refraktori semacam itu telah memungkinkan pemanfaatan tungku yang ada, sementara memungkinkan suhu yang lebih tinggi dan oksidasi yang lebih parah dan kondisi reduksi daripada yang dimungkinkan dengan refraktori lama. Refraktori suhu tinggi khusus lainnya telah dikembangkan yang jauh melebihi kapasitas refraktori yang lebih konvensional. Bahan baru termasuk borida, nitrida, dan karbida. Misalnya, hafnium carbide meleleh pada suhu 3000 derajat Celcius (7030 derajat Fahrenheit). Selain kemampuannya menahan suhu yang sangat tinggi, bahan-bahan ini juga sangat keras dan tahan terhadap abrasi.

Pelumas film kering yang penting adalah kelas bahan yang digunakan pada suhu dimana pelumas konvensional tidak dapat berfungsi. Molibdenum disulfida, MoS2, dan grafit yang tersuspensi dalam media pembawa, seperti kaca leleh rendah, adalah contoh dari kelas bahan ini. Kacamata baru sedang dikembangkan yang menjadi cairan pada suhu tinggi dan merupakan pelumas yang baik.

Bahan komposit terdiri dari kombinasi dua atau lebih jenis bahan. Jenis umum dari bahan komposit memiliki serat yang tertanam dalam matriks logam atau keramik. Serat kristal safir tunggal, yang memiliki kekuatan besar, ditambahkan ke logam dan keramik untuk meningkatkan sifat mekanisnya dan responsnya terhadap suhu tinggi. Serat kaca digunakan untuk memperkuat plastik dan logam, dan mereka memberikan keunggulan kekuatan yang luar biasa. Misalnya, plastik yang diperkuat kaca digunakan untuk membuat badan kapal dan mobil dan digunakan dalam cangkang pesawat terbang.

Perbaikan dalam manfaat bahan baku keramik mungkin tidak kalah penting dari pengembangan bahan keramik baru untuk berbagai keperluan antara lain sebagai pelapis, pengikat, gelang (ring) dan lain-lain. 

Keramik sebagai pengikat arloji

Sebagai contoh adalah kaolin yang telah mengalami pemutihan dan pemilihan. Hal itu antara lain digunakan sebagai pengganti titanium dioksida yang lebih mahal dalam pelapis kertas halus, dan pemilihan partikel batu api   telah digunakan bagi pengembangan porselen kekuatan yang lebih tinggi. Disamping itu telah ada perbaikan dalam pemilihan dan penggilingan nepheline syenite untuk fluxing gelas dan keramik. Pada pot tanah liat tertentu telah ditingkatkan pemilihan dan pemurnian partikel yang digunakan (bersambung).

*

I realized that I had become too introverted. When you are the person everyone comes to in an isolated area, you have no-one to discuss things with. It's good up to a point but dreadful in a way. You simply have to have the corners rubbed off you and have criticism that's pretty cruel if you are to toe the line (Theresa Sjoquist, Member of “The New Zealand Society of Authors”).

*