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.PNG

28

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