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:
Posting Komentar