Proses Industri Keramik

Proses Industri Keramik

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 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 otomotif 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.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Klasifikasi Keramik 

Keramik di bagikan kepada dua kumpulan utama yang berdasarkan jenis bahan, metode pembuatannya dan jenis penggunaannya. Dua kumpulan tersebut adalah:

2.1.1 Keramik Konvensional
Keramik ini biasanya di bagikan kepada empat bagian mengikut fungsinya:
a. Keramik Berstruktur

Keramik jenis ini mempunyai sifat mekanik yang baik. Antara bahan yang termasuk di dalam golongan ini ialah alumina, silicon karbida, silicon 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). 

b. Keramik Putih
Yaitu jenis keramik yang biasanya berwarna putih dan mempunyai tekstur jaringan yang halus. Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung kualitas terpilih dan fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan pada suhu 1200-1500oC di dalam tanur (kiln). Contohnya keraamik tanah, porselin, keramik china, ubin keramik putih,dsb. 

c. Keramik Refraktori
Yakni keramik yang mencakup bahan – bahan yang digunakan untuk menahan pengaruh termal, kimia dan fisik. Refraktori dijual dalaam bentuk bata tahan api, bata silica, magnesit,dsb.

d. Keramik Listrik
Yang termasuk dalam kategori keramik ini mempunyai fungsi electromagnet dan optic dan juga fungsi kimia yang berkaitan dengan penggunaannya secara langsung. Keramik ini digunakan sebagai bahan penyekat, magnet, tranducer, dan pensemikonduksi.

2.1.2 Keramik Termaju
Di bagi kepada empat jenis berdasarkan bahan dasarnya.
-Keramik oksida: Alumina, zirkonia, titania, barium titanat.
-Keramik bukan oksida: Silikon karbida, silicon nitrida, borida dll
-Keramik komposit: Fiber reinforced composite, whisker-reinforced composite.
-Keramik kaca: Silika, natrium oksida, kalium oksida, kalsium oksida, kobalt oksida dll.

2.1.3 Jenis Badan Keramik Menurut Kepadatan
2.1.3.1 Gerabah (Earthenware), dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000°C. Keramik jenis ini struktur dan teksturnya sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, paso, pot, anglo, kendi, gentong dan sebagainya termasuk keramik jenis gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya.

2.1.3 2. Keramik Batu (Stoneware), dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi (1200°-1300°C). Keramik jenis ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis termasuk kualitas golongan menengah.

2.1.3. 3. Porselin (Porcelain), adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika.Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.

2.1.3. 4. Keramik Baru (New Ceramic), adalah keramik yang secara teknis, diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material keramik jenis ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknis lainnya.

BAB III

PROSES PEMBUATAN

3.1 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk 

3.1.1 Bahan baku

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 è K₂O.Al₂O₃.6SiO₂ + CO₂ + 2H₂O 

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.

Berikut ini adalah bahan baku dasar pembuatan keramik, beserta sifat-sifat lempung dan feldspar. 

Kaolinit Feldspar Pasir/ Flin

o Rumus Al2O3.2SiO2.2H2O K2 O.Al2O3.6SiO2 SiO2

o Plastisitas Plastic Non plastic Non plastic

o Fusibilitas Refraktori Perekat mudah lebur Refraktori

o Titik cair 1785^oC 1150^oC 1710^oC

o Ciut pada pembakaran Sangat ciut Lebur Tidak ciut

Banyak lagi bahan baku lain yang digunakan daalam berbagai susunan, sedikitnya 450 macam yang sudah diklasifikasi.

3.1.2 Produk

Sifat – sifat umum keramik:

o Tahan terhadap suhu tinggi 

o Dapat digunakan sebagai bahan insulasi listrik atau semikonduktor denagn variasi sifat – sifat magnetic dan dielektrik.

o Tahan erhadap demormasi, rapuh.

o Ketergantungan rendah

o Kekerasan tinggi.

3.2 Reaksi Yang Terjadi

Pada pembuatan keramik terjadi reaksi

· Bahan Baku 

K2OAL₂O₃ . 6SiO₂ + CO₂ + 2H₂O K₂CO₂ + Al₂O₃ . 2SiO₂ . 2H_2­O + 4SiO₂

· Produk 

AL₂O₃ . 2SiO₂ . 2H₂O Al₂O₃ + 2SiO₂ + 2H_2­O

3.3 Uraian Proses

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. Pada suhu vitrifikasi terjadi sejumlah reaksi, yang merupakan dasar kimia bagi konversi kimia: 

1. Dehidrasi, atau “ penguapan air kimia” pada suhu 150-650oC

2. Kalsinasi, misal CaCO3 pada suhu 600-900oC

3. Oksidasi besi fero dan bahan organic pada suhu 350-900 oC

4. Pembentukan silica pada suhu 900oC lebih.

5. Tahapan proses dalam membuat keramik saling berkaitan antara satu dengan lainnya.

Proses awal yang dikerjakan dengan baik, akan menghasilkan produk yang baik juga. Demikian sebaliknya, kesalahan di tahapan awal proses akan mengasilkan produk yang kurang baik juga.

Tahap-tahap membuat keramik :

Ada beberapa tahapan proses yang harus dilakukan untuk membuat suatu produk keramik, yaitu:

3.3.1 Pengolahan Bahan

Tujuan pengolahan bahan ini adalah untuk mengolah bahan baku dari berbagai material yang belum siap pakai menjadi badan keramik plastis yang telah siap pakai. Pengolahan bahan dapat dilakukan dengan metode basah maupun kering, dengan cara manual ataupun masinal. Didalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain pengurangan ukuran butir, penyaringan, pencampuran, pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air. Pengurangan ukuran butir dapat dilakukan dengan penumbukan atau penggilingan dengan ballmill. Penyaringan dimaksudkan untuk memisahkan material dengan ukuran yang tidak seragam. Ukuran butir biasanya menggunakan ukuran mesh. Ukuran yang lazim digunakan adalah 60 – 100 mesh.

Pencampuran dan pengadukan bertujuan untuk mendapatkan campuran bahan yang homogen/seragam. Pengadukan dapat dilakukan dengan cara manual maupun masinal dengan blunger maupun mixer.

Pengurangan kadar air dilakukan pada proses basah, dimana hasil campuran bahan yang berwujud lumpur dilakukan proses lanjutan, yaitu pengentalan untuk mengurangi jumlah air yang terkandung sehingga menjadi badan keramik plastis. Proses ini dapat dilakukan dengan diangin-anginkan diatas meja gips atau dilakukan dengan alat filterpress.

Tahap terakhir adalah pengulian. Pengulian dimaksudkan untuk menghomogenkan massa badan tanah liat dan membebaskan gelembung-gelembung udara yang mungkin terjebak. Massa badan keramik yang telah diuli, disimpan dalam wadah tertutup, kemudian diperam agar didapatkan keplastisan yang maksimal.

3.3.2 Pembentukan

Tahap pembentukan adalah tahap mengubah bongkahan badan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki. Ada tiga keteknikan utama dalam membentuk benda keramik: pembentukan tangan langsung (handbuilding), teknik putar (throwing), dan teknik cetak (casting).

a. Pembetukan Tangan Langsung

Dalam membuat keramik dengan teknik pembentukan tangan langsung, ada beberapa metode yang dikenal selama ini: teknik pijit (pinching), teknik pilin (coiling), dan teknik lempeng (slabbing).

b. Pembentukan dengan Teknik Putar

Pembentukan dengan teknik putar adalah keteknikan yang paling mendasar dan merupakan kekhasan dalam kerajinan keramik. Secara singkat tahap-tahap pembentukan dalam teknik putar adalah: centering (pemusatan), coning (pengerucutan), forming (pembentukan), rising (membuat ketinggian benda), refining the contour (merapikan).

c. Pembentukan dengan Teknik Cetak

Dalam keteknikan ini, produk keramik tidak dibentuk secara langsung dengan tangan; tetapi menggunakan bantuan cetakan/mold yang dibuat dari gipsum. Teknik cetak dapat dilakukan dengan 2 cara: cetak padat dan cetak tuang (slip). Pada teknik cetak padat bahan baku yang digunakan adalah badan tanah liat plastis sedangkan pada teknik cetak tuang bahan yang digunakan berupa badan tanah liat slip/lumpur. Keunggulan dari teknik cetak ini adalah benda yang diproduksi mempunyai bentuk dan ukuran yang sama persis. Berbeda dengan teknik putar atau pembentukan langsung,

3.3.3 Pengeringan

Setelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik. Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting: (1) Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti; (2) Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan (3) Air yang terserap pada permukaan partikel hilang. Tahap-tahap ini menerangkan mengapa harus dilakukan proses pengeringan secara lambat untuk menghindari retak/cracking terlebih pada tahap 1 (Norton, 1975/1976).

Karena produk keramik hampir semuanya punya sifat refraktori, artinya tahan terhadap panas dan sifaat ini bergantung pada oksida refraktori terhadap oksida fluks di dalamnya.

Efek dari pemanasan yang utama yaitu mendorong air hidrasi keluar , ini terjadi pada suhu 600-650oC dengan menyerap sejumlah besar kalor, meninggalkan suatu campuaran amorf alumunia dan silica, seperti terlihat dari penelitian dengan sinar X.
Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O èAl2O3.2SiO2.2H2O 

Keseluruhan reaksi yang terjadi pada pemanasan lempung adalah : 

3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O è3 (Al2O3.2SiO2.2H2O) 

Kaonit Munit kristobalit

3.3.4 Pembakaran

Pembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat.Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku/furnace suhu tinggi.

Pembakaran biscuit

Pembakaran biskuit merupakan tahap yang sangat penting karena melalui pembakaran ini suatu benda dapat disebut sebagai keramik. Biskuit (bisque) merupakan suatu istilah untuk menyebut benda keramik yang telah dibakar pada kisaran suhu 700 – 1000oC. Pembakaran biskuit sudah cukup membuat suatu benda menjadi kuat, keras, kedap air. Untuk benda-benda keramik berglasir, pembakaran biskuit merupakan tahap awal agar benda yang akan diglasir cukup kuat dan mampu menyerap glasir secara optimal.

3.3.5 Pengglasiran

Pengglasiran merupakan tahap yang dilakukan sebelum dilakukan pembakaran glasir. Benda keramik biskuit dilapisi glasir dengan cara dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas. Untuk benda-benda kecil-sedang pelapisan glasir dilakukan dengan cara dicelup dan dituang; untuk benda-benda yang besar pelapisan dilakukan dengan penyemprotan. Fungsi glasir pada produk keramik adalah untuk menambah keindahan, supaya lebih kedap air, dan menambahkan efek-efek tertentu sesuai keinginan.

· K₂OAl₃O₃ 6SIO₂ + CO₂ + H₂O è K₂CO₃ + Al₂O₃ 2SIO₂ 2H₂O + 4SIO₂

· K₂OAl₃O₃ 6SIO₂ + CO₂ + H₂O è K₂CO₃ + Al₂O₃ 2SIO₂ 2H₂O + 4SIO₂

3.4 Keramik Putih 

Keramik putih (whiteware ) adalah nama yang umum diberikan untk sejenis keramik yang biasanya berwarna putih dan berstruktur (jaringan ) halus Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung kualitas terpilih dan fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan pada suhu yang cukup tinggi ( 1200 sampai 1500⁰C ) didalam tanur (klin). Oleh karena jumlah da macam fluks yang beragam, terdapat pula keragaman dalam tingkat vitrifikasi di antara keramik putih ini, mulai dari keramik tanah sampai keramik cina kekaca. Jenis – jenis ini dapat dikelompokkan :

3.2.1 Keramik tanah ( carthenware)

kadang – kadang disebut barang pecah – belah semi kekaca ( semivitreous dinerware) adalah keramik berpori dan tidak translusen dengan glasir lunak.

3.2.2 Keramik – cina ( chinaware)

Keramik vitrifikasi translusen dengan glasir keras yang tahan abrasi tertentu dinggunakan ntuk tugas nonteknik.

3.2.3 porselin ( porcelain)

keramik virtifikasi transullen dengan glasir keras yang tahan abrasi pada tingkat maksimum. Dalam kelompok ini termasuk porselin kimia , isolasi dan dental (pergigian )

3.2.4 Keramik – saniter ( sanitary ware) 

Dulu terbuat dari lempung, biasanya berpori oleh karena itu sekarang menggunakan komposisi kekaca. Kadang – kadang bersama komposisi triaksial ditambahkan juga grog kekaca ukuran tertentu yang telah menggalami pembakaran pendahuluan.

3.3.5 Keramik – batu ( stone ware)

Adalah jenis yang tertua di antar barang keramik, yang telah jauh digunakan sebelum porselin, bahkan keramik ini dapat dianggap sebagai porselin kasar yang pembuatannya tidak dilakukan dengan teliti dan terbuat dari bahan baku bermutu rendah.

3.3.6 Ubin keramik – putih ( whiteware tile )

Terdapat dari bebagai jenis khusus, biasanya dikelompokkan atas ubin lantai yang tahan atas abrasi dan kedap terhadap peresapan noda, ada yang diglasir ada yang tidak dan ubin dinding yang juga mempunyai permukaan keras dan permanent dengan berbagai macam warna dan tekstur.

3.5 Pembuatan Porselin

yang dilapisi pada waktu terkena suhu diatas normal, pelapisnya akan retak (bentuk retaknya kecil memanjang) yang disebut crazing. Retak ini akan menurunkan kekuatan mekanik benda. yang lebih besar dari pada yang dilapiskan, akan terjadi kompresi pada ketika suhu rendah. Sedangkan jika kaca pelapis mempunyai lebih kecil daripada Proses pembuatan perangkat dari porselin secara garis besar yaitu, setelah tanah liat dibersihkan dari kotoran-kotoran misalnya kerikil, kemudian dicampur dengan air hingga homogen (tetapi tidak terlalu encer seperti bubur). Selanjutnya adalah tahap pembentukan, yaitu dengan putaran, penekanan, cetakan, dan ekstrusi. Selanjutnya setelah perangkat terbentuk, dikeringkan lalu diadakan pelapisan dengan gelas (glazing) dan terakhir adalah tahap pembakaran. Perlu di ingat bahwa proses pembuatan perangkat dari keramik sejak masih basah hingga selesai di bakar akan terjadi pengecilan dimensi. Sedangkan pada proses pelapisan dengan gelas dan pembakaran menentukan sekali kualitas produk. Pada pelapisan dengan gelas, kaca halus atau bahan dasar kaca atau campuran keduanya dipanaskan hingga meleleh, kemudian digunakan melapisi perangkat yang dikehendaki dengan cara mencelupkan benda atau permukaan yang diinginkankan untuk dilapisi. Dengan pelapisan gelas seperti ini digunakan untuk memperkuat dan sekaligus menghiasi permukaan, akan menjadikan produk porselin makin sedikit kemampuannya menyerap air, mudah dibersihkan, menghilangkan retak-retak yang ada di permukaan. Dengan pelapisan gelas, arus bocor yang melalui permukaan isolator akan lebih kecil terutama pada keadaan basah dan sekaligus dapat menaikkan tegangan terjadinya busur api (flashover). Seperti pada penggunan kaca bersama-sama dengan logam koefisien termal antar pelapis dan yang dilapisi harus sama. Jika gelas pelapisnya mempunyai
Untuk pelapisan benda-benda porselin yang besar dapat dilakukan dengan menuangkan bahan pelapis pada permukaannya. Selanjutnya setelah benda itu dilapis, dikeringkan dan dilakukan pembakaran. Maksud dari pembakaran adalah untuk mendapatkan kekuatan mekanik, kemampuan isolasi dan ketahanan terhadap air yang lebih tinggi. Selama pembakaran, struktur kristal dari tanah liat (bahan dasar keramik) akan berubah, air yang dikandung akan hilang. Selama pembakaran juga akan terjadi lubang-lubang kecil. Untuk menutup lubang-lubang tersebut digunakan bahan yang disebut feldpar. Feldpar selama pembakaran akan meleleh sehingga mengisi lubang-lubang kecil yang terjadi tersebut sekaligus berfungsi sebagai bahan penguat.
Untuk pembuatan isolator porselin diperlukan suhu berkisar antara 13000 C hingga 15000 C dalam jangka waktu 20 hingga 70 jam. Kenaikan suhu dari normal hingga suhu diatas adalah perlahan-lahan. Setelah mencapai suhu yang diinginkan, pendinginannya dilakukan secara perlahan-lahan sebelum di keluarkan dari oven. Untuk pembakaran atau pemanasan dalam oven dapat digunakan solar, gas, batu bara atau listrik. Cara pembakaran pada benda yang akan di buat (sebelumnya dikeringkan) diletakkan dalam ruang bakar agar tidak berhubungan langsung dengan nyala api atau lilitan elemen pemanas yang digunakan pemanas listrik. Hal ini untuk menghindari pemanasan yang tidak merata dan pembentukan jelaga. Bagian-bagian dasar dari benda tidak perlu dilapis dengan gelas agar tidak melekat dengan dasar ruang pembakaran jika sudah dingin.
Ada dua macam oven untuk pembakaran porselin, yaitu jenis pemanggang (kiln) dan jenis terowongan. Pada oven jenis pemanggang, proses pembakaran dan pendinginan dilakukan secara serentak untuk beberapa benda kerja. Untuk industri kecil, oven ini tepat digunakan.
Oven jenis kedua yaitu jenis terowongan pemanggangan. Dalam oven ini, benda yang dipanaskan dilewatkan melalui oven secara perlahan-lahan. Panjang oven ini dapat mencapai 100 meter, terdiri dari tiga bagian proses yaitu : daerah pemanasan, daerah pemanggang dan daerah pendinginan.
Suhu tertinggi adalah di daerah tengah, yaitu daerah pemanggang dan bagian pinggir lebih dingin. Dengan demikian selama perjalanan benda-benda kerja akan terjadi pemanasan dan pendinginan secara bertahap dan perlahan-lahan. Karena pada oven jenis terowongan ada bagian yang selalu begerak (untuk menempatkan benda kerja), maka pemanasan terhadap benda kerja adalah terus menerus, demikian pula pengambilan bagi benda kerja yang selesai dipanasi tidak perlu memadamkan oven. Pengecilan yang terjadi selama proses pembuatan benda porselin dari keadaan basah hingga pembakaran adalah sebesar 20%. Karena itu untuk pembuatan benda porselin pada waktu mentah harus lebih besar dari ukuran akhir yang dikehendaki. Namun, pada prakteknya sulit didapat ukuran yang presisi, karena hal ini dipengaruhi komposisi bahan dan kondisi pembakarannya. Umumnya produk-produk porselin toleransi yang masih dapat ditolerir berkisar antara 2 hingga 5%. Benda-benda porselin disarankan tidak disambung dengan menggunakan sekrup, tetapi untuk menyambungnya menggunakan lem, semen atau diikat dengan logam.

Gambar 2. Proses Pembuatan Porselin dengan Proses Basah Westinghouse

3.6 Refraktori

Refraktori dapat digolongkan berdasarkan komposisi kimianya, pengguna akhir dan metoda pembuatannya sebagaimana diperlihatkan dibawah ini.

Tabel 1. Klasifikasi Refraktori berdasarkan komposisi kimianya(Diambil dari Gilchrist)

Metodaklasifikasi	Contoh
Komposisi kimia
ASAM, yang siapbergabung dengan basa	Silika, Semisilika, Aluminosilikat
BASA, terutamayang mengandungoksida logamyang tahanterhadap basa	Magnesit, Khrom- magnesit, Magnesit-chromit, Dolomit
NETRAL, yang tidak bergabungdengan asamataupun basa	Batu bata tahan api, K hrom, Alumina Murni
Khusus	Karbon, Silikon Karbid, Zirkon
Pengguna Akhir	Blast furnaee easting pit
Metodapembuatan	Proses kempa kering, fused east , cetakan tangan,pembentukan normal, ikatan dengan pembakaran atau secara kimiawi,tidak dibentuk (monolitik, plastik, ramming mass,gunning eastable, penyemprotan)

3.6.1 Refraktori sementahan api

Batubata tahan api merupakan bentuk yang umum dari bahan refraktori. Bahanini digunakan secara luas dalam industri besi dan baja, metalurgi non besi,industri kaca, kiln barang tembikar, industri semen, dan masih banyak yanglainnya.

Refraktori semen tahan api, seperti batu bata tahan api, semen tahan apisilika dan refraktori tanah liat alumunium dengan kandungan silika (SiO 2) yangbervariasi sampai mencapai 78 persen dan kandungan Al2O3 sampai mencapai44 persen. Tabel 5 memperlihatkan bahwa titik leleh (PCE) batu bata tahan api berkurang dengan meningkatnya bahan pencemar dan menurunkan Al2 O3 .Bahan ini seringkali digunakan dalam tungku, kiln dan kompor sebab bahantersebut tersedia banyak dan relatif tidak mahal.

Tabel 2. Sifat-sifat batu batatahan api (BEE, 2005)

Jenis batu bata Super Duty	Persentase SiO2 49-53	Persentase Al2 O3 40-44	Persentase kandunganlainnya 5-7	PCE o C 1745-1760
High Duty	50-80	35-40	5-9	1690-1745
Menengah	60-70	26-36	5-9	1640-1680

High Duty (Silika)	65-80	18-30	3-8	1620-1680
Low Duty	60-70	23-33	6-10	1520-1595

3 Bagian 2.2 diambil (dengan mengedit) dari Efisiensi Energi pada UtilitasPanas,

3.6.2 Refraktori alumina tinggi

Refraktori silikat alumina yang mengandung lebih dari 45 persen aluminabiasanya dikatakan sebagai bahan-bahan alumina tinggi. Konsentrasi aluminaberkisar dari 45 sampai 100 persen. Penerapan refraktori alumina tinggi meliputi perapian dan batang as tungku hembus, kiln keramik, kiln semen, tangki kacadan wadah tempat melebur berbagai jenis logam.

3.6.3 Batu bata silika

Batu bata silika (atau Dinas) merupakan suatu refraktori yang mengandung paling sedikit 93 persen SiO 2. Bahan bakunya merupakan batu yangberkualitas. Batu bata silika berbagai kelas memiliki penggunaan yang luasdalam tungku pelelehan besi dan baja dan industri kaca. Sebagai tambahan terhadap refraktori jenis multi dengan titik fusi yang tinggi, sifat penting lainnya adalah ketahanannya yang tinggi terhadap kejutan panas (spalling) dankerefraktoriannya. Sifat batu bata silika yang terkemuka adalah bahwa bahan ini tidak melunak pada beban tinggi sampai titik fusi terdekati. Sifat ini sangatberlawanan dengan beberapa refraktori lainnya, contohnya bahan silikat alumina, yang mulai berfusi dan retak pada suhu jauh lebih rendah dari suhufusinya. Keuntungan lainnya adalah tahanan flux dan stag, stabilitas volum dantahanan spalling tinggi.

3.6.4 Magnesit

Refraktori magnesit merupakan bahan baku kimia, yang mengandung palingsedikit 85 persen magnesium oksida. Tersusun dari magnesit alami (MgCO3 ). Sifat-sifat refraktori magnesit tergantung pada konsentrasi ikatan silikat pada suhu operasi. Magnesit kualitas bagus biasanya dihasilkan dari perbandingan CaO-SiO 2 yang kurang dari dua dengan konsentrasi ferrit yang minimum,terutama jika tungku yang dilapisi refraktori beroperasi pada kondisi oksidasidan reduksi. Perlawanan terak sangat tinggi terutama terhadap kapur danterak yang kaya dengan besi.

3.6.5 Refraktori Khromit

Dibedakan dua jenis refraktori khromit:

· Refraktori Khrom- magnesit, yang biasanya mengandung 15-35 per sen Cr2 O3 dan 42-50 persen MgO. Senyawa-senayawa tersebut dibuat dengan kualitasyang bermacam- macam dan digunakan untuk membentuk bagian-bagiankritis pada tungku bersuhu tinggi.Bahan tersebut dapat tahan terhadap terakdan gas yang korosif dan memiliki sifat refaktori yang tinggi.

· Refraktori Magnesit-khromit, yang mengandung paling sedikit 60 persenMgO dan 8-18 persen Cr2 O3 . Bahan tersebut cocok untuk pelayananpada suhu paling tinggi dan untuk kontak dengan terak/slag yang sangatdasar yang digunakan dalam pelebur a n baja. Magnesit- khromit biasanyamemiliki tahanan spalling yang lebih baik daripada k hrom- magnesit.

3.6.6 Refraktori Zirkonia

Zirkonium d ioksida (ZrO 2) merupakan bahan polymorphie. Penting untukmenstabilkan bahan ini sebelum penggunaannya sebagai refraktori, yangdicapai dengan mencampurkan sejumlah kecil kalsium, magnesium dancerium oksida, dll. Sifatnya tergantung terutama pada derajat stabilisasi,jumlah penstabil/stabiliser dan jumlah bahan baku orisinalnya. Refraktorizirkonia memiliki kekuatan yang sangat tinggi pada suhu kamar, yang dicapai sampai suhu setinggi 15000 C. Oleh karenanya bahan tersebut berguna sebagaibahan konstruksi bersuhu tinggi dalam tungku dan kiln. Konduktivitas panaszirkonium dioksid lebih rendah dari kebanyakan refraktori oleh karena itu bahanini d igunakan sebagai refraktori isolasi suhu tinggi. Zirkonia memperlihatkankehilangan panas yang sangat rendah dan tidak bereaksi dengan logam cair, danterutama berguna untuk pembuatan wadah tempat melebur logam padarefraktori dan tempat

lainnya untuk keperluan metalurgi. Tungku kaca menggunakan zirkonia sebabbahan ini tidak mudah basah oleh kaca yang meleleh dan tidak mudah bereaksidengan kaca

 

3.6.7 Refraktori oksida (Alumina)

Bahan refraktori alumina yang terdiri dari alumunium oksida dengan sedikitkotoran dikenal sebagai alumina murni. Alumina merupakan satu dari bahankimia oksida yang dikenal paling stabil. Bahan ini secara mekanis sangat kuat,tidak dapat larut dalam air, steam lewat jenuh, dan hampir semua asam inorganik dan alkali. Sifatnya membuatnya cocok untuk pembentukan wadah tempat melebur logam untuk fusi sodium karbonat, sod ium hidroksida dan sodium peroksida.Bahan ini memiliki tahanan tinggi dalam oksidasi dan reduksi pada kondisiatmosfir. Alumina digunakan dalam industri dengan proses panas. Alumina yang sangat berpori digunakan untuk melapisi tungku dengan suhu operasi sampaimencapai 1850o C.

3.6.8 Monolitik

Refraktori monolitik adalah sebuah cetakan tunggal dalam pembentukan peralatan, seperti sendok besar seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9. Refraktori inisecara cepat menggantikan refraktori jenis kovensional dalam banyak digunakantermasuk tungku-tungku industri. Keuntungan utama monolitik adalah:

· Penghilangan sambungan yang merupakan titik kelemahan

· Metoda penggunaannya lebih cepat

· Tidak diperlukan keak hlian khusus untuk pemasangannya

· Mudah dalam penanganan dan pengangkutan

· Cakupan yang lebih baik untuk mengurangi waktu penghentian dalamperbaikan

· Cakupannya sungguh mengurangi tempat penyimpanan dan menghilangkanbentuk khusus

· Penghematan panas

· Tahanan spalling yang lebih baik

· Stabilitas volum yang lebih besar

Penempatan monolitik menggunakan berbagai macam metoda, seperti ramming,penuangan, gunniting, penyemprotan, dan sand slinging. Ramming memerlukantool yang baik dan kebanyakan digunakan pada penggunaan dingin dimanapenggabungan bahan merupakan hal yang penting. Dikarenakan semen kalsiumaluminat merupakan bahan pengikat, maka bahan ini harus disimpan secara benar untuk mencegah penyerapan kadar air. Kekuatannya mulai berkurang setelah 6sampai 12 bulan.

 

3.7 Lempung 

Lempung dari berbagai kelompok material terbentuk dari proses pelapukan batuan metamorphosis atau batuan beku. Material ini umumnya sangat halus dengan ukuran partikel kurang dari 2 mikron. Material yang menarik bagi pembuat (manufaktur) refraktori adalah yang mempunyai kandungan alumino-silikat yang tinggi.
Kelompok refraktori ini biasanya mempunyai ketahanan yang bagus terhadap slag asam (acid slag). Secara umum property dari kelompok ini yaitu sebagai berikut:

· Bagus sebagai material insulator.

· Beberapa jenis mempunyai perilaku ekspansi yang kompleks, tetapi kebanyakan hanya mempunyai ekspansi panas yang kecil.

· Kekuatan yang sedang pada temperatur tinggi, mengandung fasa gelas yang bertitik lebur rendah.

· Ketahanan yang bagus terhadap slag asam (acid slag).

· Ketahanan yang bagus terhadap kejut panas (thermal shock)

· Tidak mahal dan mudah tersedia.

Lempung adalah campuran dari beberapa mineral lempung, yang biasanya juga mengandung jumlah yang bervariasi dari mineral bukan lempung.

Lempung Cina (China Clay) atau Kaolin adalah jenis lempung yang mempunyai kandungan mineral utama berupa kaolinite. Mineral yang lain seperti kwarsa, feldspar dan mika.

Lempung Bola (Ball clays) terdiri dari mineral utama kaolinite dan illite, dan sering juga mengandung sejulah tertentu bahan-bahan organic. Ukuran butiran dari ball clays biasanya lebih kecil dari pada China clay, selain itu juga mempunyai tingkat plastilitas yang tinggi serta kekuatan yang bagus bila kering. Jumlah illite yang besar di dalam material cenderung menurunkan titik lebur dari ball clays.

Fire clay (lempung api) adalah ball clay dengan kandungan kaolinite yang tinggi dan kandungan illite yang rendah. Sebagai akibatnya, fire clay mempunyai titik lebur yang tinggi untuk jenis lempung, oleh karena itu digunakan untuk aplikasi sebagai refraktori.

Flint clays (lempung batu api) adalah lempung dengan kandungan silica yang tinggi, juga digunakan untuk aplikasi sebagai refraktori.

Bata lempung (Brick clay) mempunyai rentang komposisi yang lebar, tetapi biasanya komposisi utamanya kaolinite atau illite. Selain itu juga mengandung mineral besi yang menghasilkan warna merah ketika dibakar.

Gambar 1. Proses Penyingkiran Pasir dan Mika dari Lempung

Gambar 3. diagram Alir Proses Pencetakan Lempung 

gambar 4. Proses Percetakan Lempung

BAB IV

KEGUNAAN

Keramik dinilai dari propertinya. Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan daya tahannya. Keramik dengan properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai insulator, semikoncuktor, konduktor dan magnet. Keramik dengan properti yang berbeda dapat digunakan pada aerospace, biomedis, konstruksi bangunan, dan industri nuklir.

Beberapa contoh penggunaan keramik industri:

Peralatan yang dibuat dari alumina dan silikon nitrida dapat digunakan sebagai pemotong, pembentuk dan penghancur logam.

Keramik tipe zirconias, silikon nitrida maupun karbida dapat digunakan untuk saluran pada rotorturbocharger diesel temperatur tinggi dan Gas-Turbine Engine.

Keramik sebagai insulator adalah aluminum oksida (AlO3). Keramik sebagai semikonduktor adalah barium titanate (BaTiO3) dan strontium titanate (SrTiO3). Sebagai superkonduktor adalah senyawa berbasis tembaga oksida.

Keramik dengan campuran semen dan logam digunakan untuk pelapis pelindung panas pada pesawat ulang-alik dan satelit.

Keramik Biomedical jenis porous alumina digunakan sebagai implants pada tubuh manusia. Porous alumina dapat berikatan dengan tulang dan jaringan tubuh.

Butiran uranium termasuk keramik yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Butiran ini dibentuk dari gas uranium hexafluorida (UF6).

Keramik berbasis feldspar dan tanah liat digunakan pada industri bahan bangunan.

Keramik juga digunakan sebagai coating (pelapis) untuk mencagah korosi. Keramik yang digunakan adalah jenis enamel. Peralatan rumah tangga yang menggunakan pelapisan enamel ini diantaranya adalah kulkas, kompor gas, mesin cuci, mesin pengering.

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Keimpulan 

Dari makalah ini dapat disimpulkan :

· Keramik merupakan suatu kesenian dan sains membuat dan menggunakan hasil padat yang terdiri daripada atau sebahagian besar komponennya adalah bahan tak organik (porselin, lempung, semen, kaca, feroelektrik, superkonduktor dan sebagainya).

· 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).