Post on 28-Feb-2018
7/25/2019 Tugas Keramik Final
1/15
A. PENGERTIAN
Pengetahuan dan seni menggunakan dan membuat benda
padat dari bahan anorganik non metalik dikenal sebagai keramik.
Kata keramik berasal dari kata Yunani keramos yang artinya seni
dan pengetahuan membuat dan menggunakan bahan padat
yang dibentuk dengan aksi panas dari bahan baku tanah (earthy
raw materials). Dari pengertian keramik diatas, yang termasuk
didalamnya tidak hanya bahan-bahan seperti gerabah, porselen,
semen dan gelas, akan tetapi termasuk juga magnet non metal,
feroelektrik, bahan kristal tunggal, superkonduktor dan bahan
lain yang akan ditemukan pada saat mendatang. Karena ariasi
jenis bahan keramik banyak, maka dapat dibuat produk-produk
keramik yang banyak pula ariasinya. Dari ukuran mikroskopik
whisker, magnet yang tipis, substrat !hips hingga ukuran dalam
orde ton seperti blok-blok bahan tahan panas (refra!tory) tungku,
demikian juga bahan transparan yang tidak berporositas seperti
kristal gelas.
"enis ikatan yang dominan (ion dan koalen) dan struktur
internal (kristalin atau amorf) mempengaruhi bahan-bahan
keramik. #mumnya senyawa keramik lebih stabil dalam
lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. $ahan
baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball !lay,
kuarsa, kaolin, dan air. %ifat keramik sangat ditentukan oleh
struktur kristal, komposisi kimia, dan mineral. &leh karena itu
sifat keramik juga tergantung lingkungan geologi dimana bahan
diperoleh. %e!ara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit
elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas pada
keramik membuat sebagian besar bahan keramik se!ara
kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi
konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai
7/25/2019 Tugas Keramik Final
2/15
sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik se!ara umum mempunyai
kekuatan tekan lebih baik dibanding dengan kekuatan tariknya.
Dari pandangan sejarah perkembangannya, keramik dapatdikelompokkan menjadi dua kelompok besar, yaitu keramik
tradisional dan keramik baru.
Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan
menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll.
Keramik ini merupakan hasil produk silikat, produk
lempung (clay),semen, dan gelas silikat. $ahan yang juga
termasuk keramik ini adalah ' barang pe!ah belah
(dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan
untuk industri (refactroy).
Keramik $aru
Fine Ceramics(keramik modern atau bisa disebut keramik
teknik, advanced ceramic, engineering ceramic) adalah
keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida
logam atau logam, seperti ' oksida logam (l&*, +r&,
g&, dll). Penggunaannya ' semikonduktor, elemen
pemanas, komponen turbin, dan pada bidang medis.
Keramik modern mempunyai keunikan atau sifat yang
menonjol yang tahan terhadap temperatur tinggi, sifat
mekanis yang lebih baik, sifat listrik yang spesik, tahan
terhadap bahan kimiawi, menjadikan keramik menjadi
berkembang.
%alah satu pengaplikasian keramik adalah bahan !erami!
matri !omposite (//) yang merupakan bagian dari material
komposit. // merupakan material fasa dengan fasa pertama
berfungsi sebagai reinfor!ement dan fasa kedua sebagai matriks,
dimana matriksnya terbuat dari keramik. // yang paling umum
digunakan adalah /0/, /0%i/, %i/0%i/ dan l&*0 l&* dan
mempunyai sifat yang berbeda dari keramik konensional.
7/25/2019 Tugas Keramik Final
3/15
1erdapat beberapa tipe dari // diantaranya adalah /0/, /0%i/,
%i/0%i/, l&*0 l&*dan &0&.
Klasikasi // didasarkan pada kombinasi ber dan
material matri penyusunnya. %ebagai !ontoh /0/ adalah bahan
keramik yang terdiri dari carbon-bre-reinforced carbon
(!arbon0!arbon), atau /0%i/ terdiri dari carbon-bre-reinforced
silicon carbide. 2iber !arbon (/), sili!on !arbide (%i/), alumina
(l&*) dan mullite (l&*-%i&) adalah ber yang umum
digunakan untuk //.
B. Sifat Ceramic Matrix Composite
Keramik memiliki sifat kimia, mekanik, sika, dan panas
yang berbeda dari material lain seperti logam dan plastik.
3ndustri keramik merubah sifat keramik dengan !ara mengontrol
jenis dan jumlah material yang digunakan untuk pembuatan
keramik tertentu.
a) %ifat Kimia
aterial // sangat stabil terhadap korosi jikadibandingkan bahan logam. %ifat kimia keramik sangat
dipengaruhi ber dan matri penyusunnya. 1eknik pembuatan
// sangat berpengaruh terhadap sifat ketahanan keramik
terhadap korosi. Dengan impuritas yang rendah dan perhitungan
stoikiometri yang tepat akan mendapatkan material // yang
lebih kuat terhadap korosi.
Keramik biasanya tidak bereaksi dengan sebagian besar!airan, gas, alkali dan asam. "enis-jenis keramik memiliki titik
leleh yang tinggi dan beberapa diantaranya masih dapat
digunakan pada temperatur mendekati titik lelehnya. Keramik
juga stabil dalam waktu yang lama.
b) %ifat ekanik
7/25/2019 Tugas Keramik Final
4/15
3katan keramik sangat kuat, dapat dilihat dari kekakuan
ikatan dengan mengukur kemampuan keramik menahan tekanan
dan kelengkungan. Bend Strength atau jumlah tekanan yang
diperlukan untuk melengkungkan benda biasanya digunakan
untuk menentukan kekuatan keramik. %alah satu keramik yang
keras adalah +ir!onium dioide yang memiliki bend strength
mendekati senyawa besi. +ir!onias (+r&) mampu
mempertahankan kekuatannya hingga temperatur 455o/
(678o2), dan bahkan silikon !arbida dan silikon nitrida dapat
mempertahankan kekuatannya pada temperatur diatas 6955o/
(88o2). "umlah rasio ber dan matri yang digunakan dalam
pembuatan // juga akan mempengaruhi sifat mekanik dari
// sendiri.
$eberapa sifat mekanik dari /erami! atri /omposite (//) '
1abel 6. aterial Properties $eberapa 1ipe //
/:3-%i/0%i/ mempunyai sifat mekanik yang lebih bagus
dibandingkan material // lainnya. Comressive strengthpada
tabel lebih rendah dari keramik konensional, dimana keramik
konensional mempunyai !ompressie strength di atas 555
Pa. ;al ini disebabkan pengaruh porositas pada keramik.
7/25/2019 Tugas Keramik Final
5/15
1abel . aterial Properties $eberapa 1ipe //
Dari tabel dapat dilihat material // /0%i/ lebih unggul
daripada // lainnya. %ebagian besar keramik adalah ikatan dari
karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam
ringan dan semilogam. ;al ini menyebabkan keramik biasanya
memiliki densitas yang ke!il. %ebagian keramik yang ringan
mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras
juga tahan terhadap gesekan.
%ifat // berdasarkan sifat tarik dan tekukan '
7/25/2019 Tugas Keramik Final
6/15
1abel *. aterial Properties $eberapa 1ipe //
7/25/2019 Tugas Keramik Final
7/15
pemilihan ber juga disesuaikan pada suhu yang akan digunakan
suatu bahan.
!) %ifat Panas
%ebagian besar // memiliki titik leleh yang tinggi, artinya
walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat
bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan
tinggi. kan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-
tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada
perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik
pe!ah. %ilikon karbida dan silikon nitrida lebih dapat bertahan
dari kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tinggi
daripada keramik-keramik lain. &leh karena itu material ini !o!ok
digunakan pada bagian-bagian mesin seperti rotor pada turbin
dalam mesin jet yang memiliki ariasi perubahan temperatur
yang ekstrim.
C. Proses Pembuatan Keramik Inustri !
Proses pembuatan // terdiri dari * langkah
Aangkah pertama dalam pembuatan // yaitu '
". Pemilihan ber yang sesuai dengan sifat bahan yang
diinginkan#. Pemilihan material matri$. Pemrosesan dengan mesin dan jika dibutuhkan perlakuan
lebih lanjut dilakukan seperti pelapisan (!oating) atau
impregnasi.
#ntuk mendapatkan sifat ketahanan panas yang tinggi, //
dibuat pada 69B@/. 1emperatur ini dibutuhkan lebih karena
ketahanan erosi dan bahan dapat digunakan lebih lama
(durability) dalam penggunaan.
Aangkah kedua, adalah mengisikan matri keramik di dalam ber
'
7/25/2019 Tugas Keramik Final
8/15
6. Deposisi !ampuran gas. Pyrolisis dari pre-!erami! polimer*. Ceaksi kimia dari elemen9. %intering pada range suhu 6555-655/
8. >le!trophoreti! deposisi dari bubuk keramik
Aangkah ketiga adalah ma!hining- grinding, drilling, lapping atau
milling dengan peralatan diamond. // juga dapat diproses
dengan water jet, laser atau ultrasonik ma!hining.
%. AP&IKASIaterial // dapat mengatasi beberapa kelemahan dari keramik
konensional seperti kerapuhan dan mudah patah serta dapatmengatasi beberapa kelemahan sifat bahan lain. aka dari itu
pengaplikasian keramik digunakan terutama pada pengaplikasian
yang membutuhkan temparatur tinggi dan korosi. Pengaplikasian
yang telah dikembangkan menggunakan // adalah '".'Pesa(at &uar An)kasa
7/25/2019 Tugas Keramik Final
9/15
uatan yang dibawa lebih besar karena pesawat
lebih ringan
$ahan keramik memungkinkan pesawat dapat
digunakan lebih lama dari bahan lain Aebih mudah mengendalikan pesawat karena
kerusakan pesawat dapat diminimalisir#.'Turbin B*ae Paa Pesa(at
"ika dibandingkan dengan bahan logam, // lebih memiliki
sifat ketahanan terhadap temperatur tinggi serta lebih
tahan terhadap korosi. Penggunaan bahan keramik dalam
turbin juga mempunyai kelebihan karena // mempunyai
berat yang lebih ringan dibanding dengan bahan logam
sehingga akan membuat gaya angkat pesawat lebih ringan.
;al ini akan membuat esiensi penggunaan bahan bakar
hingga men!apai 95E.
7/25/2019 Tugas Keramik Final
10/15
%etelah diujikan terhadap temperatur dengan kemampuan
umur yang dapat di!apai blade bertahan dalam kondisi
baik pada tekanan udara 65 Pa didapatkan hasil '
C%>P
*=* mempunyai lifetime tertinggi yang mampu bertahan
selama 6555 jam. // dengan kode %>P/C$&3F 855
mempunyai lifetime terendah kurang dari 655 jam."adi dapat disimpulkan baling-baling0blade berbahan //
mempunyai kemampuan ketahanan suhu 69B@/. $ahan
yang digunakan untuk turbin aerospa!e saat ini adalah
bahan metal. $ahan dari // ini juga membutuhkan energi
pendinginan yang lebih sedikit jika dibandingkan bahan
metal. aterial // dapat beroperasi diatas 655-685@/
lebih tinggi jika dibandingkan bahan metal. Karena
7/25/2019 Tugas Keramik Final
11/15
ketahanannya terhadap suhu tinggi dan kebutuhan energi
pendinginan lebih sedikit maka desain pesawat
menggunakan keramik lebih esien. aka pemilihan bahan
// untuk pengganti turbin pesawat berbahan
logam0superalloy sangat direkomendasikan
$.'Komposit Matrik Keramik untuk Gas Turbin
2abrikasi komposit matriks keramik ini, bentuknya meniru
dengan bentuk turbin gas yang sudah ada, karena disini hanya
dimaksudkan untuk mengganti bahan materialnya, bukan untuk
mendesign bentuk turbin yang lebih esien.Pengembangan bahan suhu tinggi selama empat puluh tahun
terakhir telah menjadi salah satu faktor kun!i yang bertanggung
jawab untuk perbaikan kinerja gas turbin. $ahan yang digunakan
saat ini adalah paduan nikel dan kobalt, yang dalam banyak
kasus bisa digunakan pada suhu sampai G6655o/, lebih ke!il
85o/ dari temperatur leleh. kibatnya, ada kebutuhan yang
serius untuk mengembangkan bahan yang dapat digunakan
pada suhu yang lebih tinggi dari G 6655o/.
Keramik adalah bahan tahan api yang dengan demikian
memungkinkan untuk diaplikasikan pada turbin gas. Keramik
monolitis, seperti %i/ dan %i*9, telah ada selama lebih dari 95
tahun tapi belum bisa diaplikasikan dalam gas turbin karena
mereka tidak terlalu tahan terhadap tekanan dan bisa
mengalami retakan serempak. Komposit matriks keramik,
terutama yang diperkuat dengan serat, mengurangi toleransi
kerusakan dan dengan demikian memungkinkan untuk
diaplikasikan untuk turbin gas.Dua kelas // yang !ukup !o!ok untuk aplikasi dalam suhu
tinggi adalah oksida serat komposit matriks, disebut oksida 0
oksida komposit, dan komposit matrik silikon karbida diperkuat
serat silikon, disebut %i/ 0 %i/ komposit. &ksida 0 oksida
komposit terbatas pada suhu G 6655o/ karena kurangnya
ketersediaan serat oksida yang tahan suhu tinggi. %elain itu,
karena konduktiitas termal rendah dan koesien ekspansi
7/25/2019 Tugas Keramik Final
12/15
termal yang tinggi, oksida-oksida komposit ketika terkena
kejutan termal rentan untuk retak, yang jelas tidak memenuhi
persyaratan utama untuk aplikasi di bagian panas turbin gas.
%ebaliknya, %i/ 0 %i/ komposit lebih memungkinkan untuk
aplikasi suhu tinggi karena ketersediaan serat yang tahan suhu
tinggi dan %i/ lebih tahan kejutan termal.%elama lebih dari 65 tahun, telah dikembangkan melt inltrated
%i/ 0 %i/ komposit. Komposit ini dibuat oleh inltrasi lelehan
silikon menjadi bentuk yang baru yaitu serat silikon yang
terlapisi $ yang tertanam dalam matriks %i/ dan 0 atau karbon.
Pada saat inltrasi (perembesan), silikon bereaksi dengan karbon
membentuk silikon karbida, dan pori-pori yang tersisa diisi
dengan silikon menghasilkan komposit dengan silikon-silikon
karbida matriks dan serat silikon karbida dilapisi $. %erat yang
terlapisi $ memberikan toleransi kerusakan pada komposit.elt 3nltrated (3) %i/ 0 %i/ komposit sangat menarik untuk
aplikasi turbin gas karena konduktiitas termal tinggi, termal
resistensi sho!k yang baik, tahan terhadap pemuluran, dan
tahan oksidasi dibandingkan dengan // lainnya.Pengujian dilakukan dengan alat yang diperlihatkan seperti
gambar dibawah '
7/25/2019 Tugas Keramik Final
13/15
7/25/2019 Tugas Keramik Final
14/15
%A+TAR P,STAKA
lain Aa!ombe, Patri!k %priet, lain llaria, >ri! $ouillon, 0%/>0;%0%/ %tru!tures, %tru!tural Dynami!s,and aterials /onferen!eIbrJ6=th 9 - = ay 554, Palm%prings, /alifornia
Daniel Dragomir-%tan!iu, /ear &prisan, dgar Dutra +anotto. M $right 2uture for lla urkumala, nggri $ani Cika. -Komposit atrik Keramik
#ntuk 3ndustri
7/25/2019 Tugas Keramik Final
15/15
;iroaki ;asegawa ,Yoshiaki 1sukamoto, 1adayuki;anada.HCesear!h on ppli!ation of /erami! 1urbine to "et>ngineH. 3/% 55 /&%%
!. B. "in, D. A. ;arris, ". . 1ing.Hdan!es in /erami! atri/omposite $lade Damping /hara!teristi!s for erospa!e1urboma!hinery ppli!ationsH. 8nd30%>0%/>0;%0%/ %tru!tures, %tru!tural Dynami!sand aterials /onferen!eI$CJ 64th 9 - = pril 566,Dener, /olorado
akamura takeshi , &ka takashi , 3manari kuniyuki, %hinoharaken-i!hi, 3shiaki masato.HDeelopment of // 1urbineParts for ero >nginesH .