Material Keramik (Ceramic)

Keramik merupakan material dengan komposisi logam (semi logam) dan non logam. Keramik berasal dari bahasa Yunani yaitu keramikos yang berarti "benda yang dibakar". Sifat yang diinginkan dari bahan-bahan ini biasanya dicapai melalui proses perlakuan panas bersuhu tinggi yang disebut firing. Keramik penting sebagai material teknik karena mudah dijumpai di alam dan sifat fisiknya sangat berbeda dibanding dengan logam.

Hingga beberapa tahun terakhir, bahan dalam jenis ini disebut keramik tradisional yang bahan bakunya adalah tanah liat. Produk yang dianggap keramik tradisional adalah china, porcelain, batu bata, ubin, dan gelas.

Sifat Material Keramik

Bahan keramik adalah senyawa kompleks yang mengandung unsur logam dan non logam, yang tersusun dengan ikatan ionik atau covalent. Sifat khas keramik antara lain: kekerasan tinggi, kekuatan tekan tinggi, kerapuhan tinggi, titik lebur tinggi, dan konduktivitas listrik dan termal yang rendah. Kekerasan bahan keramik sulit diukur karena kerapuhan dan kerentanannya terhadap keretakan saat diindentasi. Microindentation Knoop dan Vickers biasanya digunakan, yang menggunakan indenter berbentuk piramida. Bahan paling keras yang diketahui adalah keramik. Karakteristik keramik membuatnya bisa digunakan sebagai bahan abrasif.

Jenis ikatan covalent dan ionik lebih kuat dari ikatan logam. Secara teoretis, kekuatan keramik harus lebih tinggi dari logam karena ikatan atomnya tersebut. Namun, ikatan logam memiliki keuntungan yang memungkinkannya selip. Hal tersebut merupakan mekanisme dasar di mana logam berubah bentuk secara plastis ketika mengalami tegangan tinggi. Ketidakmampuan untuk tergelincir membuat keramik lebih sulit menyerap tekanan. Namun keramik mengandung ketidaksempurnaan yang sama dalam struktur kristalnya seperti logam.

Berbagai metode telah dikembangkan untuk memperkuat keramik. Metode tersebut antara lain:

• Membuat bahan awal lebih seragam.
• Mengurangi ukuran butir dalam produk keramik polycrystalline.
• Meminimalkan porositas.
• Menggunakan penguat serat.
• Perlakuan panas.

Gambar 1. Produk Keramik.
(Sumber: Shree Ceramics.)

Keramik Baru

Istilah keramik baru mengacu pada bahan keramik yang telah dikembangkan secara sintetis. Pengembangan dilakukan selama beberapa dekade terakhir dan bertujuan untuk memperbaiki teknik pengolahan supaya bisa memberikan kontrol yang lebih besar pada struktur dan sifat bahan keramik. Keramik baru secara kimia biasanya lebih sederhana daripada keramik tradisional; misalnya, oksida, karbida, nitrida, dan borida. Perbedaan antara keramik tradisional dan baru kadang-kadang kurang jelas, karena aluminium oksida dan silikon karbida masuk di antara jenis keramik tradisional. Perbedaan dalam kasus-kasus ini lebih didasarkan pada metode pemrosesan daripada komposisi kimianya.

Keramik oksida yang paling penting adalah alumina. Alumina diproduksi secara sintetis dari bauksit, menggunakan metode furnace listrik. Melalui beberapa proses, kekuatan dan ketangguhan alumina bisa meningkat secara substansial dibandingkan dengan yang alami. Alumina bersifat keras, konduktivitas rendah, dan tahan korosi.

Keramik karbida termasuk silikon karbida (SiC), tungsten carbide (WC), titanium carbide (TiC), tantalum carbide (TaC), dan chromium carbide. Meskipun merupakan keramik buatan manusia, metode produksinya telah dikembangkan sudah cukup lama. Pada umumnya, keramik karbida termasuk dalam kelompok keramik tradisional.

Contoh-contoh Material Keramik

Material keramik sangat banyak dijumpai di bumi ini. Berikut beberapa contoh material keramik:

• Silica atau silicon dioxide, sebagai bahan baku produk-produk kaca/beling/cermin.
• Alumina atau aluminium oxide, dapat digunakan untuk membuat tulang buatan.
• Hydrous aluminium silicate, dikenal sebagai kaolinite di mana digunakan sebagai bahan pokok dalam pembuatan produk-produk tanah liat atau porselen.

Aplikasi Produk-produk Keramik

Berikut beberapa aplikasi produk keramik:

• Produk tanah liat seperti batu bata, pipa tanah liat, ubin, genteng, dll.
• Keramik tahan panas, keramik ini memiliki ketahanan pada suhu yang tinggi dan digunakan sebagai cetakan pengecoran logam, tungku perapian, dapur peleburan, dll.
• Semen sebagai bahan baku pembuatan beton untuk jalan maupun konstruksi.
• Perabot berwarna putih seperti china, porselen, vas, pottery, stoneware, dll.
• Kaca sebagai bahan pembuatan kacamata, gelas, botol, jendela, bolam lampu, dll.
• Abrasif seperti aluminium oxide, silicon carbide, dll.
• Bahan bakar nuklir.
• Bio keramik sebagai bahan baku pembuatan tulang dan gigi palsu.
• Glass fiber untuk penguat plastik atau fiberglass, saluran komunikasi fiber optic, dll.
• Isolator keramik yang digunakan pada komponen transmisi listrik dan busi.
• Keramik magnetis seperti pada memori komputer.
• Material alat potong seperti tungsten carbide, cubic boron nitride, aluminium oxide, dll.

Referensi

Grote dan Antonsson, 2008, Springer Handbook of Mechanical Engineering.

M. P. Groover, 2010, Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems, edisi 4.

W. D. Callister dan D. G. Rethwisch, 2010, Materials Science and Engineering: an Introduction, edisi 8.