SEJARAH PERKEMBANGAN KERAMIK
asal kata : CERAMIC
suatu daerah kuno di Athena,
tempat membuat barang pecah
belah dengan bahan baku utama
tanah lempung (Wyatt, 1974)
KERAMIK TRADISIONAL
bahan baku tidak bergantung
pada tanah lempung alami, tetapi
menggunakan berbagai
unsur/senyawa kimia
Contohnya dibidang elektronik :
isolator, pembungkus IC,
transduser, piezoelektrik,
elektrooptik, sensor gas, elektrolit
padat, dll (Gopel, 1989)
KERAMIK BARU
Contoh : barang perhiasan dari
tanah, porselain, batu bata, ubin, dll
Era keramik baru dimulai sejak PD II
Kebutuhan bahan mekanik, elektronik dan
nuklir tidak dapat dipenuhi oleh bahan
konvensional (logam)
Bahan yang digunakan merupakan
senyawa dengan tingkat kemurnian tinggi,
eg : oksida, karbida dan nitrida
Contohnya : alumina (Al2O3) dan silikon
karbida (SiC) dapat digunakan sebagai alat
pengamplas/penggosok
KERAMIK
BARU
MOBIL
DEFINISI KERAMIK
Wyatt, 1974
bahan anorganik dengan ikatan
atom-atomnya secara ionik dan
kovalen
Vlack, 1964
behan keramik merupakan
senyawa antara logam dan
nonlogam (kristalin)
Bahan utama keramik = LEMPUNG, alumino-silikat hidrat
Rumus kimia = Al2Si2O5(OH)4
Dibentuk oleh empat unit berbeda = Al, Si, O dan (OH)
Dan mengandung Al2O3, SiO2 dan H2O dalam berbagai proporsi
BAHAN PADATAN
AMORF KRISTALIN
kumpulan distribusi atom, ion atau molekul
elemen terdistribusi TERATUR
terhadap yang lain
elemen terdistribusi ACAK
terhadap yang lain
Struktur kristal mempengaruhi sifat
bahan
BAHAN PADATAN
ORGANIK LOGAM
dilihat dari jenis elemennya
eg : aluminium,
tembaga, seng ciri : adanya unsur C
dan ikatan
tunggal/ganda diantara
karbon-karbon
contoh : gabus
(isolator), serat (untuk
mengikat), minyak
(sebagai pelumas)
ANORGANIK
GELAS
KRISTAL
TUNGGAL
KERAMIK
dilihat dari struktur
mikroskopis dan
makroskopi
GELAS AMORF
Pada T tinggi, berbentuk cairan, atom-atom bebas bergerak
Pada saat T didinginkan hingga mencapai titik lelehnya, volume cairan
menyusut atom-atom menyusun diri semakin rapat
Pada saat T didinginkan lagi hingga mencapai suhu efektif atom-
atom tidak menyusun diri lagi, tetapi volume terus menyusut sebagai
akibat vibrasi termal yang semakin melemah
Contoh : gelas boron oksida (B2O3)
KRISTAL TUNGGAL
Struktur internal teratur, baik dalam skala panjang (10 mm 1 cm)
maupun jangkauan pendek (1 cm 10 cm)
Untuk riset-riset fisika, digunakan ukuran kecil (maks. 1 cm)
Pengukuran skala jangkauan berdasarkan patokan
ukuran atom 10-10 m
KERAMIK
Suatu bahan yang terdiri dari kumpulan kristalin yang masing-masing
berorientasi secara acak, yang terikat secara bersama-sama
membentuk padatan
Kristalin adalah kristal tunggal kecil yang berukuran kurang dari 100
mikron keramik = padatan polikristalin
Bahan keramik bersifat isotropik, karena selama sintering suhu tinggi
menghasilkan orientasi yang acak
Sifat isotropik bisa diubah, contohnya keramik piezoelektrik, yang
harus dipolingkan (dipol-dipol listrik yang berorientasi acak
diupayakan agar menjadi sejajar dan searah)
KEDUDUKAN BAHAN KERAMIK DIANTARA BAHAN LAINNYA
KERAMIK FUNGSIONAL
Sering disebut keramik elektronik karena sifat yang muncul dalam
keramik didasarkan atas perilaku elektron dalam elemen keramik
yang bersangkutan
Bahan keramik ini mampu melaksanakan penginderaan serta aktif
merespon rangsangan dari luar
Contoh :
Seng oksida (ZnO) sebagai vasistor, saat terjadi petir ZnO kehilangan
tahanan listriknya dan arus mengalir ke bumi
Barium titanat (BaTiO3) sebagai termistor PCT (positive temperatur
coeffisient), saat terjadi peningkatan tahanan listrik secara tajam, maka
terjadi transformasi fasa feroelektrik (pada T = 130 oC) sehingga dapat
menahan lompatan arus, o.k.i keramik ini berfungsi sebagai elemen
pengaman
SIFAT BAHAN KERAMIK
Pada umumnya, atom-atom bahan keramik berikatan secara ionik
dan kovalen, dimana konfigurasi elektron pada masing-masing atom
yang berikatan cenderung menyerupai gas mulia, sehingga tidak
ada elektron bebas, o.k.i bahan keramik digunakan sebagai isolator
listrik dan termal
Ikatan ionik dan kovalen sangatlah stabil, sehingga bahan keramik
memiliki titik leleh yang sangat tinggi dan stabilitas kimia yang baik.
contoh : hafnium karbida (HfC, Tm = 4.150 oC) dapat digunakan
sebagai pelapis tungku pembakaran (furnace) dan kontainer tempat
berlangsungnya reaksi tertentu pada suhu tinggi
BAHAN KERAMIK IONIK
Terdapat muatan listrik yang berlawanan jenis sehingga terjadi dipol
listrik
Dipol listrik dapat merespon adanya aplikasi medan listrik, sehingga
keramik dapat berfungsi sebagai bahan dielektrik
Contoh : BaTiO3 dapat terjadi interaksi antar dipol secara spontan
sehingga terjadi pensejajaran dipol gejala ferroelektrik
Untuk gejala yang sama, tetatpi interaksi antar dipol magnet yang
berasal dari spin elektron gejala ferromagnetik. O.k.i bahan
keramik magnetik nonkonduktor sering digunakan dalam perkakas
frekuensi tinggi dan unit memori komputer
BAHAN KERAMIK SEMIKONDUKTOR
Beberapa bahan keramik semikonduktor ekstrinsik mempunyai
tingkat energi di dalam celah energi yang dihasilkan dari
ketidakmurnian
Pembawa muatan dalam celah energi tersebut dapat menyerap
energi radiasi dan memancarkannya kembali dalam bentuk berkas
yang koheren
Bahan keramik seperti ini dapat digunakan sebagai elemen dasar
laser dan maser
PROSES PEMBUATAN KERAMIK
PROSES PEMBUBUKAN
Bahan dasar keramik umumnya bubukan
Bahan dasar dapat diperoleh secara konvensional dan non-
konvesional
KONVENSIONAL NON-KONVENSIONAL
Kalsinasi = menguraikan suatu
bahan padatan menjadi beberapa
bagian yang lebih sederhana
Metode sol-gel
Metode fasa uap
Dekomposisi garam
Milling = menggiling atau
menghaluskan bahan
Mixing = mencampur beberapa
bahan menjadi satu bahan
PROSES PEMBENTUKAN
Metode pembentukan bermacam-macam :
Metode pres isotaktik dan aksial
Metode cetak-lepas, yaitu dicetak hingga kering lalu dilepas
Metode cetak-balut, yaitu dibiarkan tetap dalam cetakan
Metode cetak injeksi, yaitu bahan dimasukkan ke dalam cetakan
dengan cara diinjeksikan ke dalamnya
PROSES PENGERINGAN
Tahap pembentukan umumnya menyertakan air agar mudah dalam
pencetakannya
Pengeringan dilakukan untuk menyusutkan kadar air < 20%
Selain itu juga untuk mengeluarkan bahan organik yang
dicampurkan pada bahan saat proses pembubukan
PROSES SINTERING
Dilakukan untuk memadat-kompakkan bahan yang sudah dicetak
dan dikeringkan dengan suhu tinggi
Tahap ini menentukan sifat produk keramik yang dihasilkan
Pada saat sintering berlangsung, pori-pori dan cacat dalam bahan
berkurang, pengontrolan ukuran butir dan fasa batas butir
Batas antar butir berpengaruh terhadap sifat listrik dan mekanik
Beberapa metode pada tahap sintering, yaitu :
Bahan diletakkan dalam keadaan vakum pada tekanan rendah
Metode pres panas
Metode pres isostatik-panas, contohnya pada zirkonia (ZrO2),
kompresi dan pemanas medium gas argon atau nitrogen pada
tekanan 2000 MPa dan suhu 2000 oC
PROSES ANNEALING DAN AGING
Annealing = proses pemanasan yang lebih rendah dari sebelumnya
dengan maksud agar parameter dann sifat yang diinginkan
mencapai optimum
Aging = proses pendinginan selama beberapa waktu tertentu
Contoh : tahap annealing alumina (Al2O3) pada T = 1450 oC,
sedangkan sintering pada T = 1600 oC.
PROSES SINTERING DAN ANNEALING
Kedua proses ini harus dilakukan secara
serentak, mulai dari suhu kamar hingga
mencapai suhu sintering, lalu diturunkan hingga
mencapai suhu annealing dan aging, dan
diturunkan lagi hingga kembali ke suhu kamar
Umumnya dibuat sebagai fungsi waktu dan suhu,
APLIKASI AKHIR
Pada tahap ini, bahan keramik dikenakan berbagai perlakuan akhir
hingga siap diaplikasikan sesuai dengan sifat bahan yang diinginkan
Misalnya dengan mengasah, memoles, memberi lapisan logam,
memberi mantel, dll
CONTOH BAHAN KERAMIK DAN KEGUNAANNYA
CONTOH BAHAN KERAMIK DAN KEGUNAANNYA
CONTOH BAHAN KERAMIK DAN KEGUNAANNYA
27
Magnetic properties
OMagnitude of determines d-orbital occupancy and # of unpaired e-s
OLarge = strong-field ligands:
O Low-spin complexes
OSmall = weak-field ligands:
O High-spin complexes
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/6/68/CFT_-_Low_Spin_Splitting_Diagram_2.PNGhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/9/93/CFT_-_High_Spin_Splitting_Diagram_2.PNG28
Magnetic properties
O Low-spin complexes tend to be diamagnetic
O High-spin complexes tend to be paramagnetic
O d1, d2, d3, d8, d9, and d10 do not rely on ligand splitting strength
O Why?
O Practice:
O How many unpaired e-s would one expect for [FeCl6]
3-?
O How many unpaired e-s would one expect for [Co(CN)6]
4-?
Bonding in Coordination Compounds
22.5
22.5
Orbital Diagrams for High Spin
and Low Spin Octahedral
Complexes