Makalah Sintering

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Teknologi keramik telah dikenal sejak lama dalam peradaban manusia. Pada masa sekarang ini hampir sebagian besar kebutuhan dipenuhi oleh produk keramik. Bentuk sederhana dari keramik adalah berupa benda-benda gerabah yang terbuat dari lempung, baik diproses melalui pembakaran atau tidak. Saat ini keramik tidak hanya dibuat dengan cara tradisional namun sudah banyak yang membuat dengan teknologi canggih. Keramik merupakan bahan yang mempunyai karakteristik senyawa logam dan bukan logam, senyawa tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen (Vlack, 1991). Keramik mempunyai sifatsifat yang baik seperti kuat, keras, stabil pada suhu tinggi dan tidak korosif sehingga cocok digunakan untuk bahan bangunan (Harefa, 2009). Seiring dengan kemajuan teknologi, saat ini bahan keramik telah dikembangkan menjadi produk modern dengan keunggulan sifat yang sangat variatif. Sifat –sifat yang dimilik oleh suatu produk keramik dipengaruhi oleh komposisi bahan penyusun serta proses pembuatannya. Secara umum proses pembuatan suatu produk keramik dimulai dari mencari bahan campuran, lalu membuat semua bahan menjadi homogen (pengeringan, penggilingan, penyaringan, dll), pencetakan, proses sintering, pendinginan, sampai menjadi produk jadi. Namun yang akan dibahas dalam makalah ini adalah proses sintering dalam pembuatan keramik, dimana proses tersebut sangat menentukan sifat dan kualitas dari produk keramik yang dihasilkan. Tujuan 1. Mengetahui pengertian dari keramik 2. Mengetahui proses sintering dalam pembuatan keramik Manfaat 1. Mahasiswa dapat mengetahui pengertian dari keramik 2. Mahasiswa dapat mengetahui proses sintering dalam pembuatan keramik Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan keramik? 2. Apa yang dimaksud dengan proses sintering dalam pembuatan keramik? 3. Faktor apa saja yang mempengaruhi proses sintering? 4. Bagamana mekanisme proses sintering ?

Keramik dibentuk dari kata Latin “keramikos‟ yang berarti tembikar atau peralatan yang terbuat dari lempung dan mengalami pembakaran dengan suhu tinggi. Kamus dan ensiklopedia mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin dan sebagainya. Penggunaan keramik berkembang dari bahan pecah belah, perabot rumah tangga hingga produk industri. Perkembangan keramik saat ini mengalami kemajuan yang pesat sejalan dengan meningkatnya kebutuhan masyarakat akan barang keramik, baik untuk alat rumah tangga, ubin keramik, genteng keramik, hiasan/barang seni (Subari dan Hidayati, 2010). Kekuatan dan ikatan keramik menyebabkan tingginya titik lebur, kerapuhan, daya tahan terhadap korosi, rendahnya konduktivitas thermal dan tingginya kekuatan kompresif dari material tersebut. Keramik merupakan bahan yang mempunyaikarakteristik senyawa logam dan bukan logam, senyawa tersebut memiliki ikatan ionic dan ikatan kovalen (Vlack dalam Delvita, 2013). Keramik merupakan bahan komposit yang memiliki tahanan suhu tinggi, keausan dan korosi yang lebih baik daripada super alloy namun memiliki sifat getas (Delvita, 2013). Akan tetapi ada beberapa kelemahan pada kebanyakan jenis keramik yaitu sifatnya yang rapuh (britle), getas dan mudah patah seperti halnya pada jenis keramik konvensional seperti porselen, gerabah, gelas, dan sebagainya. Pada prinsipnya keramik terbagi dalam 2 kategori: 1. Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam. Keramik tradisional tersusun atas 3 komponen dasar, yaitu lempung (tanah liat), feldspar, silika. Keramik ini menggunakan bahan-bahan amorf (tanpa diolah). Yang termasuk keramik tradisional adalah barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga dan untuk industri. 2. Keramik teknologi (fine ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida oksida logam atau logam, seperti Al 2O3, ZrO2, MgO. Penggunaanya sebagai elemen panas, semi konduktor, komponen turbin dan pada bidang medis. Sifat umum keramik yang mudah dilihat adalah rapuh, contohnya pada keramik yang terbuat dari lempung. Sifat lainnya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari pasir, feldspar, dan lempung yang tahan sampai pada suhu 1200ºC. Sedangkan pada keramik teknik seperti keramik oksida mampu tahan sampai suhu 2000ºC (Devita, 2013). Kekuatan keramik dipengaruhi oleh bahan baku dan bahan paduannya, serta proses pembuatannya.

2.3 Proses Sintering Keramik adalah bahan yang dibuat melalui pembakaran suhu tinggi. Oleh karena itu pembakaran atau perlakuan panas adalah proses utama di dalam pembuatan bahan keramik. Dalam tahap perlakuan panas, terjadi peristiwa kimia antara lain: pengeringan, peruraian bahan organik, penguapan air kristal, oksidasi logam transisi, peruraian karbonat, sulfat, aditif dan lainnya (Ramlan,2011). Proses sintering merupakan tahapan pembuatan keramik yang sangat penting dan menentukan sifat - sifat keramik yang dihasilkan. Sintering adalah proses pemadatan dari sekumpulan serbuk pada temperatur tinggi, mendekati titik leburnya, sehingga terjadi perubahan struktur mikro seperti pengurangan jumlah dan ukuran pori, pertumbuhan butir (grain growth), peningkatan densitas dan penyusutan volume. Hal ini disebabkan oleh karena dalam proses sintering, green body dipanaskan didalam furnace (dapur pemanas) pada temperature tinggi yang berkisar antara 2/3 sampai 4/5 dari titik leburnya supaya partikel halus tersebut beraglomerasi menjadi bahan yang lebih padat (Sigit,2012). Kebanyakan bahan keramik dibuat dengan cara sintering dan tahapan dalam sintering mengacu pada urutan perubahan secara fisik yang terjadi ketika partikel-partikel saling mengikat dan porositasnya menurun. Dalam tahapan ini tujuannya adalah memadat-kompakkan bahan yang sudah dicetak dengan suhu tinggi. Karena pada dasarnya sintering adalah peristiwa penghilangan pori-pori antara partikel bahan, pada saat yang sama terjadi penyusutan komponen, dan diikuti oleh pertumbuhan grain serta peningkatan ikatan antar partikel yang berdekatan, sehingga menghasilkan bahan yang lebih mampat / kompak. Selama proses pembakaran, kandungan air dan senyawa – senyawa organik pada material akan hilang (Ramlan,2011). Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Proses Sintering 1. Suhu Suhu yang digunakan pada proses sintering dipengaruhi oleh komposisi bahan – bahan penyusun produk keramik yang akan dibuat. Karena, secara umum bahan penyusun keramik berupa feldspar, quartz, dan silika yang masing – masing mempunyai titik lebur yang berbeda – beda. Suhu yang digunakan biasanya sekitar 2/3 atau 4/5 dari titik lebur campuran bahan. Namun semakin tinggi suhu yang digunakan ( semakin mendekati titik lebur) maka semakin banyak pula molekul – molekul atom yang saling berdifusi sehingga meningkatkan intensitas butiran(grain) dan membuat produk yang dihasilkan menjadi lebih padat (porositas kecil). 2. Waktu

Waktu yang diperlukan pada saat proses sintering berpengaruh pada lamanya molekul – molekul penyusun saling berdifusi hingga saling menyatu satu sama lain. Jika waktu sintering terlalu singkat maka atom – atom kurang menyatu secara sempurna sehingga masih banyak rongga – rongga yang terbentuk (porositas masih tinggi). 3. Kecepatan Pemanasan dan Kecepatan Pendinginan Pemanasan dan pendinginan merupakan salah satu hal yang penting dalam proses sintering. Kecepatan pemanasan dan pendinginan selalu dijaga agar berjalan konstan baik setiap menit atau setiap jamnya. Hal itu dilakukan agar tidak terjadi pemanasan atau pendinginan yang terlalu cepat atau mendadak karena akan menyebabkan molekul atom memuai atau menyusut secara cepat sehingga terdapat keretakan pada bentuk campuran bahan bahkan pecah. Mekanisme Proses Sintering Proses sintering fasa padat(keramik) memiliki beberapa kandidat mekansime transport yang dapat dibagi menjadi dua kelas, yaitu transport permukaan dan transport ruang. Transport permukaan tidak menyebabkan densifikasi, sedangkan transport ruang menyebabkan densifikasi. Pada proses sintering terjadi suatu proses pemadatan dari sekumpulan serbuk pada suhu tinggi mendekati titik leburnya hingga terjadi perubahan struktur mikro seperti pengurangan jumlah dan ukuran pori, pertumbuhan butir, peningkatan densitas dan penyusutan. Proses sintering keramik ada beberapa tahapan yaitu: a. Tahapan awal Pada tahap ini partikel-partikel keramik akan saling kontak setelah proses pencetakan sehingga terbentuk ikatan atomik. Kontak antar partikel membentuk leher yang tumbuh menjadi batas butir antar partikel. Pertumbuhan akan menjadi semakin cepat dengan adanya kenaikan suhu sintering. Pada tahap ini penyusutan juga terjadi akibat permukaan porositas menjadi halus. Di sini serbuk dalam keadaan bebas. b. Tahapan mulai sintering Adalah tahap pembentukan ikatan, dimana sintering mulai berlaku dan permukaan kontak kedua partikel semakin lebar. Perubahan ukuran butiran maupun pori belum terjadi c. Tahapan pertengahan sintering Merupakan tahap antar pembentukan batas butiran. d. Tahapan akhir sintering Pada tahap ini terjadi densifikasi dan eliminasi pori sepanjang batas butir, yaitu terjadi pembesaran ukuran butiran sampai kanal-kanal pori tertutup dan sekaligus terjadi penyusutan butiran, dan terbentuklah fasa baru.

Proses sintering fase padat terbagi menjadi tiga padatan, yaitu: 1. Tahap awal Pada tahap awal. Penyusutan yang tidak merata menyebabkan keretakan pada sampel (Kashcheev & Turlova, 2010). 2. Tahap menengah Pada tahap kedua terjadi desifikasi dan pertumbuhan partikel yaitu butir kecil larut dan bergabung dengan butir besar. Akomodasi bentuk butir menghasilkan pemadatan yanglebih baik. Pada tahap ini juga berlangsung penghilangan porositas. Akibat pergeseran batas butir, porositas mulai saling berhubungan dan membentuk silinder di sisi butir. 3. Tahap akhir Fenomena desifikasi dan pertumbuhan butir terus berlangsung dengan laju yang lebih rendah dari sebelumnya. Demikian juga dengan proses penghilangan 14 porositas, pergeseran batas butir terus berlanjut. Apabila pergeseran batas butir lebih lambat daripada porositas, maka porositas akan muncul di permukaan dan saling berhubungan.