Pengantar teknologi keramik
-
Upload
aditiass -
Category
Technology
-
view
140 -
download
5
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
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
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)
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.
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
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)
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.
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
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
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.
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.
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.