Pengantar teknologi keramik

48
TEKNOLOGI KERAMIK Balai Sertifikasi Direktorat Pengembangan Mutu Barang Direktorat Jenderal Standardisasi dan Perlindungan Konsumen Kementerian Perdagangan 21 Oktober 2014

Transcript of Pengantar teknologi keramik

TEKNOLOGI KERAMIK

Balai Sertifikasi

Direktorat Pengembangan Mutu Barang

Direktorat Jenderal Standardisasi dan Perlindungan Konsumen

Kementerian Perdagangan

21 Oktober 2014

DEFINISI

Greek Term :

Κεραμοσ (dibaca keramos)

Terra cotta or pottery product consolidated by

firing

Dictionary of Ceramic Science

“Any inorganic and non-metalic product

prepared by treatment at temperatures

higher than 540°C “

KLASIFIKASI

Silicate Ceramic

“Campuran” dari elementary oxide SiO2 –

Al2O3 – MxOy dimana MxOy adalah oxide

seperti Fe2O3, K2O, Na2O, MgO, TiO2 dst

Non Silicate Ceramic

Alumina, Zirconia, Nitrides, Carbides,

Titanates dst

Silicate Ceramic umum digunakan pada produk-produk konstruksi

Seperti Ubin keramik, Keramik dinding, Batu bata, Produk Sanitary

seperti Kloset, Keramik hias dan Keramik alat-alat makan minum

BAHAN KERAMIK

Bahan - bahan

Clay, Feldspar, Kaolin, Silica, Talc, dst

FUNGSI

Bahan plastis : Lempung (clay) + Bahan

temper : pasir, kapur, feldspars, grog + Flux :

Feldspar, compound dengan kandungan

alkaline ions(Na, K, Li) + Enamel/Glaze +

Decoration

CLAY

CLAY : material alami dari bumi berupa butiran-butiran halus yang terbentuk dari dekomposisi granit/batu-batuan oleh cuaca dan reaksi kimia dalam waktu yang lama. Clay bermacam-macam jenis terbentuk dari berbagai macam material yg berbeda yang membentuk macam badan keramik yg mempunyai karakteristik, temperatur bakar, kekuatan, warna yang berbeda pula. Material ini akan menunjukan plastisitas dengan variasi kandungan air dan akan mengeras bila kering atau dibakar

CLAY

KAOLINITE

KAOLINITE : Mineral clay dengan komposisi

kimia Al2Si2O5(OH)4 atau Al2O3, 2SiO2,

2H2O dengan struktur crystalline layer

silicate mineral dengan satu tetrahedral

terhubung melalui atom oksigen dengan

satu layer octahedral alumina . Batuan yang

kaya akan kaolinite dikenal dengan nama

kaolin atau china clay

KAOLINITE

FELDSPAR

FELDSPARS : Kelompok mineral tektosilikat pembentuk batu yang membentuk lapisan kerak bumi yang berasal dari magma yang mengkristal terdapat pada batuan intrusif maupun extrusif baik dalam bentuk lapisan maupun berbagai batuan metamorf. Beberapa jenis mineral feldspar yang ada pada komposisi keramik seperti orthoclase (K2O, Al2O3, 6SiO2), albite (Na2O, Al2O3, 6SiO2), anorthite (CaO, Al2O3, 2SiO2) dan Petalite (Li2O, Al2O3, 8SiO2)

FELDSPAR

SILICA

SILICA : Oksida Silicon dengan rumus kimia

SiO2, Polymorphic raw material yang

ditemukan di alam dalam bentuk amorphous

(opal, pebbles) ataupun kristal (quartz,

cristobalite, tridymite). Pasir silica

mengandung 95-100% quartz umum

digunakan sebagai temper pada industri

keramik.

SILICA

ENAMEL / GLAZE

GLAZE : Lapisan yang melapisi badan keramik umumnya ketebalan 0,15-0,5mm, fungsinya untuk menutupi pori-pori/warna badan keramik dan membuat permukaannya halus dan resisten terhadap kimia. Glaze berbahan alami feldspar, kaolin, quartz, kapur yang kaya akan silica yg akan membentuk lapisan gelas jika dipanaskan. Penggunaan Oksida basa seperti K2O, CaO, PbO, dst berfungsi sebagai Flux. Glaze dapat juga berbahan dasar Frit

FRIT

Frit yaitu campuran bahan glaze yg telah dibakar terlebih dahulu pada suhu >1400°C kemudian diquenching di air atau udara sehingga terbentuk bubuk yg menggelas. Penggunaan Frit menurunkan suhu dan waktu bakar pembuatan glasir.

PENGGOLONGAN KERAMIK SILIKAT

PENGGOLONGAN produk-produk keramik silikat umumnya dilakukan berdasarkan open porosity/penyerapan air dan warna asli dari badan yg tidak diglasir. Material yang dibakar pada suhu lebih tinggi dan yang menghasilkan lebih banyak flux umumnya akan lebih kecil porositasnya, Tingkat keputihan (whiteness) didapatkan dari penggunaan bahan mentah yg mempunyai kadar logam seperti iron dan titanium yg lebih sedikit.

TERRA COTTA

Terra Cotta yang dimaksud di sini adalah

barang- barang tembikar, produk konstruksi

seperti genting, batu bata, beberapa jenis

ubin dst yang metode pembuataannya

peninggalan masa lampau berupa tanah

lempung yang dibentuk, dikeringkan

kemudian dibakar. Suhu pembakarannya

berkisar 900 – 1160°C. Aplikasi glaze pada

suhu rendah antara 600-900°C disebut

varnish

TERRA COTTA

Warna dari badan keramik dipengaruhi oleh

kandungan ion Fe,

Ketika Rasio Al2O3/Fe2O3 <3 warna merah

Ketika Rasio Al2O3/Fe2O3 3 s/d 5 warna pink

Ketika Rasio Al2O3/Fe2O3 <0,5 warna kuning

EARTHENWARE

Earthenware merupakan produk keramik

dengan tingkat porositas tinggi berkisar 5-

20% biasanya berglasir untuk memperbaiki

tampilannya dan membentuk lapisan tidak

tembus air, dibakar pada suhu 900-1230°C. Terbuat dari lempung

alami dengan

penambahan quartz,

kapur, feldspar atau

pasir kaca.

EARTHENWARE

Fine Earthenware mempunyai karakteristik

badan keramik lebih putih dengan penambahan

kaolin 25-50%, grog dan silica juga digunakan

sebagai temper material dengan kadar 30-40%.

Biskuit keramik dibakar pada suhu 950-1150°C.

Feldpathic Earthenware didapat dengan

penambahan kadar Feldspar 3-14% yang

memicu pembentukan cairan viscous, dibakar

pada temperatur 1140-1230°C

EARTHENWARE

Semi Porselin/ Semi vitrous China adalah

earthenware berwarna putih yang mirip

dengan porselin ditemukan di inggris pada

abad 19 oleh English Staffordshire potteries

dibakar pada suhu 1200°C, tidak seperti

porselin yang di atas 1300°C. Perbedaannya

pada kadar porositasnya sampai 10% yg

bisa dibedakan dengan porselin dengan

melihat pecahan badan keramiknya

STONEWARE

Stoneware mempunyai badan keramik yang lebih berwarna, tidak tembus cahaya, “vitrified” dengan porositas < 3% (SNI 1%), yang dibuat dari campuran Clay dengan kadar silica tinggi dengan flux kadang ditambahkan pasir atau grog dan dibakar pada suhu 1120-1300°C. Pembakaran pada stoneware merupakan hal yg kritis, terlalu rendah akan meyebabkan keramik mempunyai porositas yg besar terlalu tinggi akan membuat keramik mengalami deformasi akibat produksi “low viscous liquid” yg terlalu banyak

STONEWARE

Porcelain Stoneware mempunyai karakteristik porositas < 0,5%, bahan yang digunakan umumnya campuran dari “plastic clay” yang kaya akan kadar Al2O3, kaolin, pasir, sodium atau potasium feldspar dan sedikit talc

PORCELAIN

Porcelain mempunyai karakteristik badan

keramik berwarna putih, tembus cahaya

(translucent) dengan porositas <0,5%

menggunakan bahan eksklusif kaolin

sebagai clay, quartz dan feldspar dan sedikit

kapur 2%. Pembakaran dilakukan pada suhu

1350-1430°C

PORCELAIN

Fine bone china mempunyai karakteristik

lebih “translucent” dan lebih rendah suhu

pembakarannya berkisar 1250-1280°C

merupakan keramik yang paling mahal

dipasaran dengan komposisi bahan secara

umum 37-50% abu tulang hewan, 22-32%

pottasium feldspar, 22-41% kaolin dan 0-4%

quartz.

PORCELAIN

(fine bone china) Penyusutan badan keramik seiring dengan kenaikan temperatur sangat sensitif pada tipe ini sebagaimana grafik, sehingga kondisi temperatur dan waktu pembakaran harus dikontrol dengan ketat

PENGGOLONGAN

PROCESS BASIC CONCEPT

Proses

Powdery Mineral Raw Material Shaping

which is made possible by the plasticity of

wet clay Drying (reversible dehydration)

Firing (irreversible dehydration and

permanent phsicochemical modifications)

PROCESS BASIC CONCEPT

MODIFIKASI KARAKTERISTIK POWDER

Grinding memodifikasi ukuran partikel dengan metode impak ataupun abrasif menggunakan mesin milling. Rata-rata ukuran partikel yang dihasilkan tergantung dari teknik yang digunakan, karakter milling media(material, bentuk dan ukuran bola/bahan abrasif), jangka waktu, kondisi (dry milling, aquous-non aquous milling) dan rasio beban antara beban milling dengan berat powder.

GRINDING

PENYARINGAN

Penyaringan (sieving) umumnya digunakan

pneumatic vibrator bisa untuk mendapatkan

besar butiran sampai 40μm, untuk

mendapatkan partikel yang lebih kecil bisa

menggunakan air jet/ udara yang efisien bisa

mendapatkan sampai ukuran 5μm

GRANULASI

Granulasi menghasilkan bola-bola agglomerates yang seragam yang terbentuk dari partikel halus, yang baik untuk proses pressing, dan bagus pada saat pembakarannya, granulasi umumnya dilakukan dengan teknik spray-drying

MIXING

Mixing menghasilkan campuran yang

homogen yang akan berpengaruh kepada

microstruktur keramik. Ada tiga tipe mixer, z-

blade mixer, roller mixer, dan double screw

mixer yang biasa digunakan pada teknik

ekstrusi. Mixing dapat dilakukan pada kondisi

vakum untuk menghilangkan gelembung

udara

MIXING

PEMBENTUKAN

Casting/cetak merupakan metode paling

konvensional dalam pembentukan keramik

yang bisa mendapatkan bentuk-bentuk yang

rumit. Teknik ini yaitu mencetak adonan

keramik yang berupa larutan pada cetakan

yang mempunyai serapan air yang tinggi

(porous mold) umumnya terbuat dari

gypsum. Mekanisme penyerapan air dari

larutan adalah akibat proses kapilaritas dari

porous mold .

CASTING

(Casting) Sehingga tingkat porositas dari

mold adalah hal yg vital dalam menentukan

waktu tunggu (setting time) dan karakter

dari badan mentah (green body). Untuk

mempercepat setting time bisa dilakukan

dengan pemberian tekanan pada cetakan

CASTING

Kesalahan yang mungkin terjadi :

1. Timbulnya pinhole akibat kurangnya

degassing dari larutan.

2. Kecendrungan anisotropic partikel

berkumpul pada bagian yg tipis

menyebabkan perbedaan susut pada saat

pengeringan(drying) atau sintering

3. Microstruktur yg tidak homogen akibat

sedimentasi partikel kasar

JIGGERING

Jiggering atau jolliying adalah adaptasi dari metode memutar roda dalam pembuatan tableware tradisional yang digunakan untuk produksi massal bentuk-bentuk keramik yang simetris. Perbedaannya adalah pada wadah dan/atau kepala terbuat dari cetakan gypsum/plaster.

PRESSING

Pressing adalah metode pembentukan

keramik dengan cara kompresi terhadap

bahan powder ataupun butiran(granules)

secara uniaxial ataupun isostatic pressing

dengan flexibel mold. Teknik ini

menghasilkan toleransi dimensi yang lebih

baik dan kapasitas produksi massal

PRESSING

PRESSING

EKSTRUSION-INJECTION MOLDING

Ekstrusion adalah metode plastis

pembentukan keramik dengan memberikan

tekanan pada campuran plastis melewati

lubang cetakan (die), kemudian dipotong

pada panjang yang diinginkan.

Injection molding yaitu tekanan diberikan

pada campuran plastis untuk mengisi

cetakan (mold) yang mempunyai bentuk

tertentu.

EKSTRUSION-INJECTION MOLDING

DRYING

Drying menghilangkan additif yang ditambahkan untuk mempermudah proses pembentukan, disebut juga debinding. Proses ini sangat berpengaruh pada kualitas apabila tidak dikontrol dengan baik. Drying yang lebih lemah akan menghasilkan permukaan yg lebih tebal, atau pada kasus produk yang memiliki bentuk yang rumit, permukaan yg lebih tipis akan kering terlebih dahulu dibanding yg tebal, sehingga strukturnya melemah.

DRYING

SINTERING

Sintering pada keramik menyebabkan

partikel powder pada green body berdifusi

akibat pemanasan di bawah temperatur

lelehnya, membuat butiran-butiran non

kohesif, menjadi kohesif.Hal yang harus

diperhatikan yaitu,

temperatur bakar dan

laju pemanasan, durasi

dan keadaan udara

perlu oksidasi atau tidak.

TERIMA KASIH