Download to read offline
PPhhhhhhhhhhhhhuuuuhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
- 1.
- 2. Istilah "keramik" berasaldari kata Yunani "ceramos", yang berarti "benda yang terbakar", yang menunjukkan bahwa sifat yang diinginkan dari bahan-bahan ini biasanya dicapai melalui proses perlakuan panas suhu tinggi yang disebut kalsinasi. Keramik adalah bahan teknis yang terdiri dari senyawa logam (Al, Mg, Zr) dan senyawa bukan logam (C, O, F, N). Dua klasifikasi keramik: keramik tradisional terbuat dari kaolin, porselen, kaca, tanah liat untuk tekstil rumah, dan unsur logam dan non- logam seperti SiC, Al2O3, Zro2 yang digunakan dalam aplikasi elektronik keramik
- 3. Struktur keramik • StrukturKristal Keramik Tabel 3.1 Persentasi ikatan ionik dalam beberapa senyawa keramik Prosentasi ionik Ikatan yang terdapat dalam keramik umumnya merupakan ikatan ionik, meskipun ada juga ikatan kovalen. Pada ikatan ionik, terdapat ion positif (kation) dan ion negatif (anion). Sebagai contoh, pada CaF2, kationnya adalah Ca2+ dan anionnya adalah F-. Tabel 3.1 memperlihatkan senyawa keramik dengan persentase ikatan ionik. Agar struktur kristal tetap stabil, kation dan anion harus bersentuhan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1 Gb 3.1 Konfigurasi kation-anion yang stabil dan tidak stabil Stabil Stabil Tidak Stabil
- 4.
- 5. Jenis-jenis struktur kristal keramik •Struktur kristal jenis AX Mempunyai jumlah kation dan anion yang sama. contohnya NaCl, CsCl, ZnS 1 2 3 4 5 6 NaCl memiliki ikatan ionik dan struktur kristal kubus berpusat muka (FCC) dengan bilangan koordinasi 6. Senyawa yang memiliki struktur serupa dengan NaCl adalah MgO, MnS, LiF, dan FeO. CsCl memiliki struktur kubik sederhana dengan bilangan koordinasi 8. ZnS (zinc blende) memiliki struktur FCC dengan bilangan koordinasi 4. Senyawa lain yang memiliki struktur serupa dengan ZnS adalah SiC
- 6. • Struktur kristaljenis AmXp Pada struktur kristal jenis ini, p tidak boleh bernilai 1. Contohnya adalah CaF2, ZrO2, UO2, PuO2, dan ThO2 Struktur CaF2 seperti terlihat di samping. Bilangan koordinasi 8 dengan perbandingan jari-jari kation/anion =0.8. Sel satuan CaF2 mirip dengan CsCl.
- 7. • Struktur kristaljenis AmBnXp Struktur kristal keramik dapat berbentuk AmBnXp, di mana A dan B adalah kation (ion positif). Sebagai contoh, BaTiO3 (perovskite) memiliki Ba2+ dan Ti4+ sebagai kation. Struktur kristalnya berbentuk kubik. Lihat gambar dibawah ini
- 9. Keramik Silikat Silikat terdiridari Si dan O, dengan ikatan kovalen yang lebih dominan daripada ikatan ionik. Struktur dasar silikat (SiO44-) berbentuk tetrahedron (lihat Gambar dibawah). Karena memiliki 4 muatan negatif, silikat perlu berikatan dengan unsur lain untuk mencapai kestabilan (konfigurasi elektron stabil). Oleh karena itu, silikat dapat berikatan dengan unsur lain dalam bentuk 1D, 2D, dan 3D, menghasilkan berbagai jenis senyawa silikat.
- 10. Silica dan Kaca Silica Strukturcristobalite Berbagai struktur mineral silikat Senyawa silikat yang paling sederhana adalah silika (SiO2). Silika memiliki struktur tetrahedron. Terdapat berbagai bentuk lain dari silika (polimorf) seperti kuarsa, kristobalit, dan tridimit. Kaca silika mempunyai bentuk yang amorf (tak berbentuk), dimana struktur kristal hanya sedikit lainnya tak teratur. Kaca silika merupakan persenyawaan silica dengan ion natrium (Na+ ). Penambahan natrium menurunkan titik leleh dan kekentalan kaca
- 12. Carbon Karbon sebenarnya tidakdiklasifikasikan sebagai keramik atau logam, tetapi grafit termasuk dalam kategori keramik. Karbon memiliki banyak polimorf, termasuk grafit, intan, fullerene, karbon nanotube, dan graphene a. Intan (Diamond) Intan memiliki struktur serupa dengan ZnS, di mana setiap atom karbon terikat dengan empat atom karbon tetangganya. Intan adalah material terkeras yang diketahui, memiliki konduktivitas listrik rendah tetapi konduktivitas termal yang sangat tinggi. Intan juga transparan terhadap cahaya dan sinar inframerah. Selain digunakan sebagai perhiasan, intan sering digunakan sebagai alat pemotong b. Grafit Grafit adalah bentuk karbon dengan struktur berlapis heksagonal, dihubungkan oleh ikatan van der Waals lemah. Memiliki konduktivitas listrik dan termal tinggi, serta ketahanan terhadap perubahan suhu besar dan koefisien ekspansi termal rendah. Grafit digunakan luas dalam pelumas, elektrode baterai, pengelasan, kontainer bahan bakar nuklir, material refraktori, kontak listrik, pembersihan air, dan proses kimia lainnya c. Fullerene Fullerene ditemukan pada tahun 1985. Setiap molekul fullerene terdiri dari 60 atom karbon, sehingga memiliki rumus kimia C60. Atom-atom karbon disusun dalam pola heksagonal (sebanyak 20) dan pola pentagonal (sebanyak 12) d. Carbon nanotube Nanotube karbon adalah silinder yang terdiri dari jutaan atom karbon, dengan diameter sekitar 100 nm dan panjang ratusan kali diameter. Memiliki kekuatan tarik antara 50-200 GPa, serta modulus elastis sekitar 1000 GPa (1 TPa). Nanotube karbon memiliki potensi besar sebagai penguat dalam komposit 100 nm
- 13. Cacat dalam Keramik Cacat atomikberupa kekosongan(vacancy) cation dan anion dan cacat interstisial Cacat pasangan Frenkel dan Schottky pada keramik terjadi ketika atom-atom bergeser dari posisi semula, meninggalkan ruang kosong. Cacat Frenkel terjadi ketika atom bergeser ke posisi tetangga dan meninggalkan tempat kosong di lokasi semula. Sementara itu, cacat Schottky melibatkan sepasang kekosongan yang terdiri dari ion positif dan negatif. Cacat karena adanya ion beda muatan dalam keramik dalam hal ini Fe2+ diganti Fe3+ dalam senyawa FeO. Dua ion Fe3+ mengganti dua ion Fe2+ , sehingga untuk tetap menjaga netralitas muatan 1 ion Fe2+ kosong Cacat ketidakmurnian dalam keramik. Ada atom-atom lain yang mempunyai muatan sama dan jari-jari atom yang hampir sama masuk ke atom induk membentuk larutan padat. Ketidakmurnian bisa dalam bentuk intersitisi dan juga substitusi
- 14. Sifat Mekanik Keramik Mekanisme patahgetas dalam keramik akibat pembebanan yang berbeda. Retak merambat dari pusat dan menjalar. Untuk beban impak berupa pusat titik dan retak merambat ke segala arah sembarang. Sedang untuk beban yang lain (bending, torsi, dan tekanan internal, sumber cacat berupa garis dan kemudian merambat mengikuti pola percabangan
- 15.
- 17. Stress- Strain keramik Keramikmerupakan material brittle (getas) sehingga tidak ada deformasi plastis yang teramati. Kurva tegangan- regangan hanya terdiri dari daerah elastis
- 18. Diagram Fasa keramik Diagramfase dua komponen seringkali terjadi ketika kedua komponen tersebut merupakan senyawa yang mengandung unsur yang sama, biasanya oksigen. Struktur diagram fase ini sering menyerupai sistem logam-logam, dan penafsirannya dilakukan dengan cara yang serupa. Salah satu contoh diagram fase keramik yang relatif sederhana adalah sistem oksida aluminium-kromium, seperti yang terlihat dalam Gambar disamping. Diagram ini terdiri dari satu daerah cair dan satu daerah padat tunggal, yang dipisahkan oleh daerah padat-cair dua fase dengan bentuk seperti pisau. Larutan padat Al2O3–Cr2O3 adalah contoh larutan substitusi, di mana ion Al3+ dapat menggantikan Cr3+ dan sebaliknya. Ini berlaku untuk semua komposisi di bawah titik leleh Al2O3 karena ion aluminium dan kromium memiliki muatan yang sama serta jari-jari yang serupa (masing-masing 0,053 dan 0,062 nm). Selain itu, Al2O3 dan Cr2O3 memiliki struktur kristal yang serupa
- 19. Diagram fase untuksistem magnesium oksida- aluminium oksida (lihat Gambar 12.25) memiliki kesamaan dengan diagram fase timbal-magnesium dalam banyak aspek. Ada fase transisi yang disebut spinel, dengan rumus kimia MgAl2O4 (atau MgO- Al2O3). Meskipun spinel adalah senyawa yang berbeda, pada diagram fase, ia direpresentasikan sebagai medan fase tunggal daripada garis vertikal , ini menunjukkan bahwa serangkaian komposisi menggunakan spinel sebagai senyawa stabil. Spinel, kecuali pada komposisi 50 mol% Al2O3 – 50 mol% MgO, cenderung bersifat non-stoikiometrik. Kelarutannya dalam MgO terbatas, terutama di bawah sekitar 1400°C di sisi kiri diagram fase, hal ini disebabkan oleh perbedaan muatan dan jari-jari ion (0,072 berbanding 0,053 nm). MgO juga memiliki kelarutan yang terbatas, seperti yang ditunjukkan oleh kurangnya titik larut padat di sisi kanan diagram fase, karena alasan yang sama dengan spinel. Di samping itu, terdapat dua eutektik, satu di kedua sisi bidang fase spinel, dan spinel stoikiometri meleleh secara kongruen pada suhu sekitar 2100°C
- 20. Sistem silika-alumina merupakansistem yang signifikan secara komersial karena keduanya adalah bahan utama dalam banyak refraktori keramik. Diagram fasa SiO2-Al203 ditunjukkan dalam Gambar 12.27. Silika dan alumina tidak saling larut, yang ditunjukkan dengan tidak adanya larutan padat terminal di kedua ujung diagram fasa. Terdapat senyawa antara keduanya, mullit (3Al2O3-2SiO3), yang diwakili sebagai medan fase sempit dalam Gambar 12.27. Mullite meleleh tidak selaras pada suhu 1890°C. Satu eutektik tunggal ada pada 1587°C.
- 21. Fraktur rapuh keramik Prosespatah getas melibatkan pembentukan dan penyebaran retakan melintasi penampang material, tegak lurus terhadap arah beban yang diterapkan. Pertumbuhan retakan pada kristal keramik dapat terjadi secara transgranular (melintasi butiran) atau intergranular (sepanjang batas butiran); dalam fraktur transgranular, retakan akan menyebar sepanjang bidang kristalografi tertentu, yaitu bidang dengan kepadatan atom yang tinggi.
- 22. MECHANISMS OF PLASTICDEFORMATION Keramik dapat memiliki keadaan kristal atau nonkristalin. Struktur kristal dalam bahan ini, yang ditentukan oleh muatan dan jari-jari ion, terutama berasal dari ikatan ionik. Beberapa struktur kristal sederhana dijelaskan dengan menggunakan sel satuan, termasuk garam batu, cesium klorida, seng blende, berlian kubik, grafit, struktur fluorit, perovskit, dan spinel
- 23.
- 24.