Kamis, 29 Oktober 2015

Pembahasan Material Keramik

  Keramik

1. Perkembangan Industri Keramik
Industri keramik telah bermula dalam tahun 4500 sebelum Masehi yang di usahakan oleh penduduk di perkampungan neolitik di dalam daerah Shanxi di negeri China. Industri keramik pada masa itu hanya tertumpu pada penghasilan tembikar. Tembikar tertua di temui di England, dapat di kesan kembali pada pertama tahun masehi dan penaklukan Roma. Antara masa itu dan 1500 tahun Masehi, perkembangan yang paling penting adalah porselin yang dapat memantulkan cahaya. Aktiviti di England bermula dengan tembikar eistercian pada awal abad ke enam belas. Abad ketujuh belas mulai nampak permulaan industri tembikar Inggris melalui Tofst bersaudara yang membuat tembikar slip di Staffordshire. Dalam abad ke delapan belas menampakkan bibit perkembangan yang telah menjadikan industri tembikar sebagaimana yang terdapat pada hari ini.
Cabang-cabang lain industri mula wujud pada abad kesembilan belas. Perhatian yang meningkat adalah tentang sanitasi berdasarkan air Herrington. Di bagian akhir abad ini pengenalan api elektro telah membawa kepada bibit permulaan industri porselin elektro. Dalam tempoh selepas perang dunia kedua, industri keramik tertumpu kepada produksi yang boleh memberikan ciri-ciri yang istimewa serta Modern. Ia dihasilkan daripada bahan mentah alami atau sintetis atau campuran yang melibatkan metode berteknologi modern. Keramik jenis ini digolongkan kepada keramik Modern atau advance keramik.
2. KeramikTradisional
            Sebelum perang dunia kedua. keramik tradisional meliputi industri keramik yang berdasarkan tanah liat. Ia merangkumi hasil tembikar, tanah liat semen, refraktori, dan hasil yang berkaitan dengan silikat. Tembikar adalah sebutan umum yang digunakan bagi kumpulan hasil keramik yang di sediakan secara pembakaran. Lebih kurang 40% daripada industri refraktori terdiri daripada hasil tanah liat yang di bakar, dan selebihnya adalah refraktori yang tidak berdasarkan tanah liat. Sektor yang terbesar dalam industri keramik tradisional adalah sektor yang mengeluarkan berbagai hasil kaca dan di ikuti oleh industri semen.
            Satu lagi kumpulan keramik tradisional ialah tembikar putih. Hasil kumpulan ini juga melalui proses pembakaran tetapi strukturnya lebih luas dan terkontrol di bandingkan dengan tembikar. Hasil akhirnya dalam bentuk berkilat (glaze) ataupun tidak. Vorton membagikan tembikar putih kepada beberapa kelas yaitu tembikar tanah batu, tembikar cina, porselin dan keramik teknik. Tembikar tanah di hasilkan daripada tanah liat yang di bakar pada temperatur kurang daripada 1200oC. Tembikar batu dihasilkan dari lempung api atau campuran lempung, silika dan fluks. Sifatnya lebih kuat daripada tembikar tanah karena suhu pembakaran yang lebih tinggi, teksturnya lebih halus.
            Tembikar cina bersifat kaca, di hasilkan daripada campuran mineral lempung, fluks, silika, alumina, abu tulang dan mineral-mineral lainnya. Suhu pembakaran sekitar 1300oC.
Porselin ialah tembikar kaca yang di hasilkan dalam bentuk berkilat atau tidak. Ia di buat daripada campuran mineral-mineral lempung, silika dan alumina untuk menambahkan kekuatan mekanik. Suhu pembakaran lebih daripada 1300oC.
Keramik teknik adalah tembikar putih yang di gunakan sebagai penahan listrik. Peralatan penahan panas dan kimia. Dihasilkan dengan melibatkan penggunaan bahan mentah refraktori dan di bakar pada suhu melebihi 1300oC.
Hasil lempung yang di gunakan untuk bidang pembangunan perumahan (teknik sipil) terdiri daripada batubata, marmar dan saluran pipa. Mutunya agak rendah di bandingkan dengan tembikar putih.
3. Keramik Modern
            Keramik Modern dihasilkan untuk memenuhi beberapa keperluan daripada aspek ketahanan terhadap temperatur yang tinggi dan bahan kimia, ciri-ciri mekanik dan elektrik yang istimewa. Bahan-bahan ini terbagi kepada keramik oksida dan keramik bukan oksida. Beberapa contoh keramik oksida ialah alumina (Al2O3), Silika (SiO2), Zirkonia (ZrO2) dan Barium Titanat (BaTiO2). Bahan jenis ini wujud secara alami di dalam batu-batuan dan mineral. Keramik bukan oksida termasuklah nitrida (Si3N4,TiN dan BN) dan karbida (SiC, TiC dan B4C). Bahan – bahan ini di sintesiskan dengan menggunakan bahan mentah alami atau secara kimia. Klasifikasi seterusnya berkenaan keramik modern adalah berdasarkan fungsi dan bidang penggunaannya.
4. Jenis dan sifat keramik
a. Keramik Struktur
            Keramik jenis ini mempunyai sifat mekanik yang baik. Antara bahan yang termasuk di dalam golongan  ini ialah alumina, silikon karbida, silikon nitrida, komposite dan bahan yang di lapisi dengan keramik. Bahan ini sangat potensi di gunakan di dalam mesin diesel sebagai piston dan ruang pra pembakaran, turbo charge dan turbin gas. Ia di gunakan juga sebagai bahan penyekat ruang pembakaran bersuhu tinggi dan mata pahat potong logam (Cutting tool).
            Keramik alumina adalah sebutan yang di gunakan bagi semua bahan yang kandungan utamanya terdiri daripada 85% alumina. Keramik alumina dihasilkan melalui proses penekanan panas ataupun proses sinter. Bahan ini di gunakan dalam bidang teknik karena sifatnya yang keras (± 25 Gpa), suhu lebur tinggi (2025oC) dan konduksi elektrik yang rendah (±10-11 Ohm-1m-1). Walau bagaimanapun, keramik alumina tidak tahan terhadap kejutan therma, karena kekonduksian thermanya yang rendah (39wm-1k pada range temperature 0-1200oC).
            Zirkonia tulen tidak stabil karena ia boleh berubah pada tiga fasa: monoklinik ÞTetragon Þ Cubic, jika di panaskan daripada suhu kamar kepada titik leburnya 2770oC. Transformasi ini di susuli dengan perubahan volume sebanyak± 5%. Yang mengakibatkan bahan tersebut menjadi retak. Untuk mengatasi masalah ini, zirkonia biasanya di stabilkan dengan penambahan 5 -10% bahan penambah seperti Y2O3, CaO atau MgO. Bahan ini digunakan sebagai kepala piston, pelapis klep, cetakan gigi dan tulang palsu.
            Keramik karbida yang lain adalah boron karbida, tungsten karbida dan sebagainya. Keramik silikon nitrida di hasilkan secara penekanan panas, proses sintenring dan tindak balas terikat pada temperatur antara 1200-1700oC. Oleh karena teknik penghasilannya berbeda-beda, maka kekuatannya bernilai antara 300 hingga 700 Mpa, bergantung kepada teknik yang di gunakan. Keramik nitrida yang lain antaranya ialah:SiAlON, Boron Nitrida, Aluminium Nitrida dan Titanium Nitrida.
            Bahan-bahan tersebut di atas merupakan bahan utama dalam teknologi keramik. Walaupun bahan tersebut memiliki ke istimewaan dalam aspek kekuatan mekanik di bandingkan dengan logam dan alloy, tetapi ia bersifat rapuh dan mudah pecah/patah. Untuk mengurangkan kerapuhan dan disamping memperbaiki sifat yang lain, bahan tersebut di campurkan dengan komposit. Contoh komposit antara lain: Si3N4-SiC, Al2O3-TiC dan ZrO2 – Al2O3. di samping itu terdapat juga komposit keramik logam dan komposit keramik polimer yang masing-masing di kenal sebagai cermet dan cermers.
b.Keramik Elektronik
            Yang termasuk di dalam katagori keramik ini mempunyai fungsi elektromagnet dan optik dan juga fungsi kimia yang berkaitan dengan penggunaanya secara langsung. Keramik ini di gunakan sebagai bahan penyekat, dielektrik piezolektrik, magnet, tranducer dan pensemikonduksi. Kebanyakan keramik oksida dan silikat merupakan bahan penyekat yang sangat baik contohnya alumina, magnesia, beria, silica dan alumina silika. Karbon dan silicon karbida ialah antara keramik bukan oksida yang juga di gunakan sebagai bahan penyekat.
Bahan keramik yang memiliki ciri-ciri magnet terdiri daripada kumpulan ferit dengan gabungan satu atau lebih oksida Ba,Pb Sr,Mn dan Zn. Bahan ini di hasilkan dalam bentuk keras ataupun lembut. Ciri magnet ini penting karena membolehkan bahan tersebut di gunakan dalam bidang elektronik gelombang mikro berfrekwensi tinggi. Keramik superkonduktor ialah keramik elektronik terbaru yang di jumpai oleh saintis Bedurz dan Muller di laboratorium penelitian  IBM Zurich pada tahun 1986.
            Bahan ini tidak mempunyai hambatan terhadap arus listrik yang membolehkan arus listrik menjadi melaluinya selama-lamanya. Bahan keramik konduktor adalah terdiri daripada system keramik oksida, sebagai contoh system Y-Ba-C-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O dan Ti-Ca-Ba-Cu-O. Penemuan keramik superkonduktor adalah suatu bentuk bermulanya era baru dalam bidang teknologi elektronik.
            Ditinjau dari aspek optik pula bahan keramik yang boleh menyerap, memancarkan dan memberikan bias cahaya, dan berisi pantulan adalah penting. Sebagai contoh alumina dan silika yang terlarut adalah memantulkan sinar dan di gunakan sebagai bahan jendela penghntaran infra merah litium niobat (LiNBO2) digunakan sebagai unsur pengingat, system perekam dan video. Titanium nitrida digunakan sebagai pengumpul cahaya.
c.Keramik Modern Lainnya
            Keramik Modern yang lain adalah bio keramik dan keramik nuklir. Bio keramik terdiri daripada bahan yang di gunakan dalam bidang kedokteran dan pergigian.contohnya ialah alumina dan zirkonia yang telah di gunakan sebagai gigi dan tulang sendi palsu. Kajian yang telah di jalankan di Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan dan Sumber Mineral USM Malaysia mendapati bahawa bahan keramik dapat di gunakan sebagai bahan pengganti tulang sekiranya organ manusia tersebut mengalami kerusakan. Misalnya dapat di gunakan sebagai pin untuk penyambung tulang yang patah. Pembedahan kedua tidak perlu di lakukan untuk mengeluarkan pin tersebut karena bahan tersebut didesain agar di serap kedalam tubuh manusia tanpa mendatangkan kemudaratan (Mohd.Azrone Sarabatin, 2000). Technology keramik ini di kenal dengan Technology Bioceramic.
            Kajian kemampumesinan (machinability) bahan keramik pula di jalankan pada Pusat Pengajian Kejuruteraan Mekanik USM. Kajian ini bertujuan untuk mengetahui kebolehan bahan keramik tersebut di bentuk dengan menggunakan mesin perkakas CNC. Penelitian yang di jalankan menunjukkan bahwa bahan keramik tersebut dapat di bentuk menggunakan mesin CNC tersebut. Ini merupakan satu kemajuan baru jika nantinya bahan keramik tersebut memerlukan bentuk yang kompleks. Namun demikian proses pemesinan tersebut haruslah di lakukan sebelum proses sintering bahan keramik. Hal tersebut untuk menghindari terjadinya keretakan yang terjadi semasa pemesinan tersebut.
            Keramik nuklir ialah bahan yang di gunakan di dalam rector nuclear, contohnya Vc digunakan sebagai bahan bakar nukler, C dan SiC di gunakan sebagai pelindung bahan bakar dan BuC sebagai batang pengontrol. Dalam dunia pemotongan logam, bahan mata pahat dewasa ini berkembang menggunakan bahan keramik. Mata pahat keramik ini dapat memotong logam-logam keras tanpa menggunakan cairan pendingin, ia juga dapat dioperasikan untuk pemotongan logam pada kecepatan pemotongan yang tinggi. Bahan dasar tersebut antara lain alumina (Al2O3), Silikon Nitrida (Si3N4) dan SiAlON.
5. Industri Keramik Di Masa Depan
Dalam bidang keramik Modern potensi dan peluang-peluang industri sangat luas sekali, bidang ini juga sangat terbuka luas untuk dipelajari. Pengembangan pembangunan dalam bidang keramik ini antara lain:
a. Keramik struktur/teknik :
1. Untuk pemrosesan temperatur tinggi, sel bahan bakar, penukar kalor
2. Gigi palsu
3. Konkrit berqualiti tinggi
4. Mesin yang effisien
5. Lapisan penahan keausan (wear resistance coating)
b. Komposit
1. Turbin angin, struktur ringan (kipas helicopter)
2. Bahan pembangunan bersekat
3. Kenderaan tentera berstruktur ringan
4. Kapal udara dan mobil-mobil ringan
c. Keramik bio (bioceramic)
1. Penyambung tulang (hip joint)
2. Gigi palsu
3. Sensor bio elektronik
d. Bahan elektronik
1. Konversi photo voltan
2. Sensor bahan berbahaya/beracun
3. IC,Substrat, kapasitor
4. Sistem jalan raya “Intelligent”
e. Bahan magnetic
1. Magnet kekuatan tinggi
2. Magnetic resonance imaging
3. Hard disc magnetic storage
4. Kenderaan listrik
f. Bahan super konduktor
1. Penyimpan dan pemancar power
2. Diagnostic imaging of human body
3. Super komputer
g. Bahan optik/photonik
1. Sensor/kontrol pergantian power
2. Bio sensor
3. System laser
4. Sensor traffik

Tidak ada komentar: