Material Keramik

PENDAHULUAN 

     Material teknik dewasa ini mengalami perkembangan yang begitu pesat. Perkembangan tersebut meliputi di dalam struktur, komposisi, sifat-sifat fisik dan mekanik. Sifat-sifat fisik yaitu berkaitan dengan berat jenis material tersebut, manakala sifat mekanik berkaitan dengan kemampuannya untuk digunakan di dalam produk teknik. Para engineer material dewasa ini sedang giat-giatnya mengadakan penelitian terhadap bahan-bahan yang terbuat daripada non metal. Salah satunya adalah keramik. Keramik adalah sejenis bahan yang telah lama di gunakan, yaitu sejak 4000 SM. Barang –barang yang di buat dari keramik adalah pot bunga dan bata. Dalam industri otomotive modern, keramik telah di gunakan sejak berpuluh-puluh tahun yang lalu, yaitu untuk menghasilkan ignition park di dalam proses pembakaran otomotif. Keramik juga berfungsi sebagai isolator listrik. Dewasa ini bahan keramik menjadi bahan yang penting di dalam mesin. Karena sifatnya yang kuat dan dapat merintangi kehausan pada temperatur yang tinggi. Keramik pada dasarnya terbuat dari tanah liat dan umumnya di gunakan untuk perabot rumah tangga dan bata untuk pembangunan perumahan. Pada masa kini keramik tidak lagi hanya terbatas penggunaanya untuk keperluan tradisional seperti tersebut di atas, malah sekarang keramik telah mengalami kemajuan dan di kenal dengan bahan keramik termaju. Bahan keramik sudah di gunakan dalam bidang Teknik Elektro, Sipil, Mekanik, Nuklir bahkan bahan keramik ini di gunakan juga dalam bidang Kedokteran. Bahan keramik sebagian sudah di gunakan dalam motor bakar seperti untuk komponen-komponen mesin diesel misalnya untuk turbo charge, klep dan kepala piston. Pada kesempatan ini kami akan membahas cara pembuatan salah satu komponen mesin yang termasuk kedalam kategori keramik ini, yaitu kepala piston.

II PEMBAHASAN 

A. Pengertian dan Sejarah Keramik Keramik berasal dari perkataan greek yaitu keramos, yang bermaksud lempung yang di bakar pada temperatur tinggi (lebih 1500oC). Ada pendapat lainnya menyatakan bahwa keramik berasal dari perkataan keramikos yaitu segala hasil yang di perbuat dari lempung (tanah liat). Berdasarkan pengertian yang di beri oleh Kingery, keramik merupakan suatu seni dan pengetahuan dalam membuat dan menggunakan hasil padat yang sebahagian besar komponennya ialah bahan non organik yang bukan logam, hal ini selaras dengan pengertian yang di beri oleh Horslay di dalam concise encylopedia. Berdasarkan pengertian ini, keramik adalah suatu bidang ilmu yang luas merangkumi bidang seperti tembikar, porselin, refraktori, lempung struktur, pelincir, semen, kaca, bahan bermagnet bukan logam, feroelektrik, superkonduktor dan berbagai bahan tak organik lainnya. Sedangkan sejarah pembuatan keramik merupakan salah satu proses industri yang paling tua dalam sejarah manusia. Barang – barang yang ditemukan ada yang berasal dari tahun 15.000 sebelum Masehi, dan cukup maju di masa 10 abad kemudian. Akhir-akhir ini dikembangkan pula proses baru untuk pembuatan bata dari limbah penambangan, kerak tanur, dan berbagai ragam bahan lain yang sekarang menumpuk.
B. Sifat Fisik Keramik Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkannya digunakan untuk berbagai aplikasi termasuk : - Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah. - Tahan korosi - Sifat listriknya dapat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor - Sifatnya dapat magnetik dan non-magnetik - Keras dan kuat, namun rapuh. Sifat termal penting bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansi termal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan oleh padatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatan tersebut. Keramik biasanya material yang kuat, dan keras dan juga tahan korosi. Sifat-sifat ini bersama dengan kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi, membuat keramik merupakan material struktural yang menarik. Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Ini merupakan masalah khusus bila bahan ini digunakan untuk aplikasi struktural. Perbedaan dan kelebihan diantara keramik dengan logam dan bahan polimer adalah seperti berikut: - Keramik: Bahan bukan organic (bukan metalik), keras, kuat, tidak bertindak balas dengan bahan kimia, titik cair tinggi. - Logam: Bahan-bahan organic (metalik), kekerasan dan kekuatan berbeda-beda, tidak stabil terhadap bahan kimia, Titik cair berbeda-beda. - Polimer: Bahan organic, kebiasaan lembut dan lemah, tidak stabil terhadap bahan kimia, temperatur cair rendah.
C. Bahan Baku Keramik Ada tiga bahan utama yang digunakan untuk membuat produk keramik klasik, yaitu lempung, feldspar, dan pasir. Lempung adalah aluminium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari bahan beku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya dilukiskan sebagai berikut : K2CO3 + Al2O3.2SiO2.2H2O + 4 SiO2K2 O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + 2H2O Feldspar potas Kaolinit Silika Terdapat tiga jenis lempung/tanah liat utama yang di bedakan oleh warna, ukuran partikel, sifat keliatan dan komposisi kimianya yaitu : - Tanah liat kaolin berwarna putih, berukuran partikel sederhana, kurang keliatannya/sifat plastis. Dan mengandungi komposisi besi yang kurang dari 1%. - Tanah liat bola (ball clay) berwarna hitam atau kelabu, berukuran partikel halus, keliatan yang tinggi, dan kandungan besi oksida diantara 0 – 2 %. - Tanah liat api (fire clay) berwarna kemerahan, berukuran partikel antara sederhana dan besar dan komposisi besi oksida yang tinggi. Kedua-dua tanah liat kaolin ini kebanyakan di gunakan dalam industri keramik konvensional seperti industri pembuatan piring, mangkuk, peralatan kamar mandi, lantai dan dinding, perhiasaan rumah seperti pot bunga porselin, peralatan listrik untuk voltan rendah dan tinggi. Beraneka ragamnya sifat fisik lempung dan kandungan tak kemurniannya, sehingga biasanya harus ditingkatkan mutunya terlebih dahulu melalui prosedur benafisiasi, yaitu menyingkirkan pasir dan mika dari lempung. Ada tiga jenis feldspar yang umum, yaitu potas (K2O. Al2O3.SiO2), soda (NaO. Al2O3.6SiO2), dan gamping (CaO. Al2O3.6SiO2), yang kesemuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sendiri berfungsi sebagai pemberi sifat fluks dalam formulasi keramik. Bahan – bahan ini termasuk bahan mentah yang di gunakan dalam pembuatan barang keramik konvensional seperti, feldspar, silicon, kalsium karbonat. Selain dari pada bahan di atas, berbagai mineral lain, seperti garam dan oksida juga digunakan sebagai bahan fluks dan perawis refraktori. Seperti Alumina, Zirkonia, Silicon karbida, Silicon nitrida, Barium titanat adalah merupakan sebahagian barangan keramik berteknologi tinggi. Bahan mentah ini mempunyai kemurnian yang tinggi, mahal dan kegunaannya tertumpu kepada industri teknik, mekanik, biological, elektronik dan listrik. Bahan-bahan ini mempunyai potensi dan reputasi masa depan yang tinggi bagi menggantikan bahan-bahan yang telah ada seperti besi dan baja. Hasil penggunaan bahan mentah ini dapat membentuk komponen atau produk yang mempunyai sifat-sifat kekuatan yang amat tinggi, kekerasan yang kuat, tidak bertindak balas dengan bahan kimia, kadar kehalusan yang rendah, mempunyai unsur ketahanan panas dan temperatur cair yang tinggi. Diantara bahan fluks yang biasa digunakan untuk menurunkan suhu vitrifikasi, suhu lebur, dan suhu reaksi adalah boraks (Na2B4O7. 10H2O), soda abu (Na2CO3), tulang kalsinasi, fluorspar (CaF2), kriolit (Na3AlF6), oksida besi, mineral litium, dll. Sedangkan beberapa bahan perawis refraktori khusus misalnya alumina (Al2O3), magnesit (MgCO3), zirnkonia (ZrO2), titania, alumunium silikat, dll. Banyak lagi bahan baku lain yang digunakan daalam berbagai susunan, sedikitnya 450 macam yang sudah diklasifikasi.
D. Pembuatan Keramik Semua produk keramik dibuat dengan mencampurkan berbagai kuantitas bahan baku yang sudah disebutkan di atas, membentuknya lalu memanaskan sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 7000C untuk beberapa glasir luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu 2000oC. Berikut ini contoh aplikasi keramik dalam bidang teknik :
1. Komponen Dapur/Oven (furnace) : Refraktori padat, Isulator, Refraktori cor, Penanganan logam cair, Elemen pemanas, Perkakas oven;
2. Komponen Mesin Otomotif : Busi, Sil pompa, Katup, Rotor turbocharger, piston;
3. Komponen Gas Turbin : Ruang Bakar, Sudu-sudu turbin, Pemindah panas;
4. Penahan Panas : Dinding pesawat ulang alik, Isolator panas, Lapisan penahan panas, Bahan tahan api;
5. Komponen tahan aus : Alat-alat potong, Penempa (die), Kran (nozzle), Sil dan plunyer pompa, Lining dan alat Miling, Abrasif, Pelumas padat, Alat ukur standar;
6. Keramik Tangguh : benang (fiber), Whisker (fiber), Peralatan golf, Lempengan tahan peluru, Bantalan, pisau dan gunting;
7. Keramik Optik : benang optic, Lensa, Laser, Alumina translusen, Dioda, Keramik luminesen;
8. Pelapis Keramik: Tahan aus, Tahan korosi, Penghalang panas, Dielektrik, Pelumas, Katalis;
9. Keramik Elektromagnetik: Elemen magnet, Kapasitor, Resistor, IC substrat, Sensor oksigen, Sel bahan baker, Pompa oksigen, Superkonduktor, Elektroda, Varistor, Pizoelektrik, Isulator, Termistor, Semikonduktor, Konduktor ion;
10. Keramik Bangunan : Atap, lantai, Kaca jendela, Semen dan Beton, Gelas keramik, Terakota, Gerabah, Batu bata;
11. Biokeramik: Pengganti tulang, Pengganti gigi, Katup jantung, Porselin gigi;
12. Saringan dan Selaput Keramik : Selaput pemisah cairan, Selaput pemisah gas, Saringan logam cair;
13. Keramik Nuklir : Bahan bakar nuklir, Moderator, Pelindung, Kapsul gelas, Pembungkus bahan bakar nuklir.

III CONTOH PEMBUATAN SALAH SATU KOMPONEN MESIN 

Piston dalam bahasa Indonesia juga dikenal dengan istilah torak adalah komponen dari mesin pembakaran dalam yang berfungsi sebagai penekan udara masuk dan penerima hentakan pembakaran pada ruang bakar silinder. Piston mempunyai pembebanan tugas yang berat, antara lain Menerima tekanan dan temperatur gas pembuangan yang tinggi, Menerima gaya percepatan yang tinggi dan Menerima gaya gesek dan gaya samping. Karena tugasnya yang berat, piston wajib memenuhi persyaratan , seperti : Kuat terhadap tekanan tinggi, Tahan terhadap temperatur tinggi dan Mempunyai koefisien muai panas yang kecil. Bahan yang biasanya menjadi bahan campuran almunium dalam pembuatan piston adalah : (a) Silikon, makin tinggi kadar silikon maka makin kecil pemuaian akibat panas dan gesekan tetapi makin sulit dalam pembuatannya. (b) Tembaga, lebih tahan terhadap karat dan kemampuan penyaluran panas lebih baik. (c) Nikel, memiliki kekenyalan yang tinggi, tahan terhadap temperatur tinggi, tingkat pemuaian rendah dan tahan terhadap karat. Proses pembuatan piston 1) Design (Gambar) Langkah pertama dalam proses pengecoran logam adalah mendesign atau menggambar, dimana proses menggambar tersebut menggunakan software Autocad atau Catia. 2) Design piston Kebanyakan bahan piston terbuat dari aluminium yang diambil langsung dari Jepang.agar kualitasnya tidak turun, biarpun pembuatannya hanya dengan sistem Cor Bahan baku aluminium. Pembuatan Cetakan Pasir Jenis pengecoran logam yang digunakan untuk membuat handle kopling dilakukan dengan menggunakan metode pengecoran cetakan pasir Co2 (Sand Casting), Maka hal-hal yang perlu dipersiapkan antara lain ialah : Pasir Silika, Water glass,air,Cup.&.Drag,.gas.Co2. . Langkah pertama yaitu menentukan berapa banyak pasir silika yang kita butuhkan sesuai dengan cup & drag yang ada. Lalu kita campurkan waterglass ke dalam pasir kemudian diaduk hingga rata. Waterglass yang dipakai sekitar 3-6% berat pasir. Setelah pasir dan waterglass rata, kemudian dimasukan kedalam cup & drag yang telah dimasukan terlebih dahulu pola coran dan pada saat pasir dimasukan. 3). kedalam cup kita pasang cawan tuang yang langsung dilengkapi dengan saluran turun dan memasang saluran penambah pada samping kiri dan kanan dari pola coran. Setelah terisi penuh kita tembakan gas Co2 hingga pasir mengeras. Kemudian pola bisa kita lepas dari cetakan dan selanjutnya pola tersebut kita coating dengan bahan coating yaitu grafit yang dicampur dengan spirtus dicampur menjadi satu didalam wadah, selanjutnya disemprotkan pada pola yang terbentuk pada pasir cetak yang bertujuan agar logam cair tidak menempel pada cetakan sehingga mempermudah dalam pembongkaran dan pengambilan coran dari cetakan. Selain itu proses couting juga dilakukan terhadap ladel dan tempat yang disiapkan sebagai wadah jika ada logam cair yang tersisa. 4) Proses Peleburan Logam yang dilebur adalah logam alumunium yang dimasukan kedalam tungku yang kemudian dipanaskan hingga mencair menggunakan burner. Proses Tapping Yaitu proses penuangan logam cair dari tungku ke dalam ladel yang dilakukan setelah logam alumunium mencair dan telah ditaburi flux pada permukaan alumunium agar gas hydrogen tidak dapat masuk ke dalam alumunium cair. Proses Pouring Proses pouring adalah proses penuangan logam cair dari ladel ke dalam cetakan. Dalam proses penuangan logam cair ke dalam cetakan ini tidak boleh terputus sampai cetakan. 5) pasir tersebut benar-benar penuh oleh logam cair dan jika ada sisa, logam cair tersebut dituang ke dalam wadah yang telah dipersiapkan dan sudah dicouting. Setelah selesai penuangan, logam cair tersebut tunggu sampai membeku dengan waktu ± 30 menit. 6) Pembongkaran Cetakan Setelah logam cair membeku dalam cetakan, baut penyambung antara cup dan drag di buka, kemudian cup dan drag kita pisahkan, cup diangkat bersama coran dan menyingkirkan pasir dari cup, drag dan coran dengan cara memukul pasir tersebut menggunakan palu. Setelah terpisah, coran kita angkat kemudian cawan turun dan penambah dipisahkan dari coran dan akhirnya sirip-sirip dipangkas serta permukaan coran dibersihkan. 7) Proses pemeriksaan produk coran terdiri dari beberapa proses pemeriksaan yaitu : Pemeriksaan rupa , Pemeriksaan Cacat dalam, dan Pemeriksaan material. 8) Proses pemesinan Setelah proses pemeriksaan selesai dan dipilih benda coran dengan hasil yang baik, selanjutnya benda kerja tersebut dilakukan proses pemesinan menggunakan mesin milling dan mesin turning setelah proses pemesinan kemudian dilakukan proses pengamplasan sampai halus. 9) Pemeriksaan terakhir dan Packing Setelah melakukan proses penghalusan maka dilakukan pemeriksaan terakhir baik dari dimensinya dan juga kondisi fisiknya.apabila sudah dilakukan pemeriksaan dan hasilnya standar maka siap untuk di bungkus selanjutnya di distribusikan. Proses pemeriksaan terakhir (b) Proses pembentukan piston dengan cara diForging.

VI PENUTUP

1 KESIMPULAN 

 Keramik merupakan campuran dari beberapa unsur, baik unsur logam maupun non logam. - Keramik tradisional adalah keramik yang berdasarkan lempung. - Keramik modern adalah keramik yang mempunyai sifat-sifat fisik, mekanik, kimia dan listrik yang istimewa. - Bahan keramik tradisional adalah tembikar, lempung, semen, refraktori dan berbagai hasil berkaitan dengan silikat. - Bahan keramik modern terdiri daripada keramik oksida (Al2O3, ZrO2, TiO2, BaTiO2, dan sebagainya) dan keramik bukan oksida (Si3N4, TiN, SiC, B4C dan sebagainya).