8
untuk jarak dekat maupun jauh, sedangkan dalam bahan amorf dimungkinkan keteraturan unsur dan ukuran butirnya tidak ada jenis ikatan yang dominan ionik
atau kovalen dan struktur internal kristal atau amorf mempengaruhi sifat-sifat bahan keramik. Aplikasi bahan keramik maju diterapkan pada komponen mesin
mobil dan struktur pesawat. Misalnya bahan titanium karbida TiC mempunyai kekerasan 4 kali lebih besar dari baja. Jadi, kawat baja dalam struktur pesawat
dapat diganti dengan kawat TiC yang mampu menahan beban yang sama dengan diameter dan berat separuhnya. Contoh lainnya adalah semen dan tanah liat,
keduanya dapat dibentuk ketika basah namun ketika kering akan menghasilkan objek yang lebih keras dan lebih kuat. Material yang sangat kuat seperti alumina
Al
2
O
3
dan silikon karbida SiC merupakan bahan yang tahan abrasi sehingga sering digunakan sebagai alat grinding dan polishing.
19
Menurut Ismunandar
2004, kelemahan
utama keramik
adalah kerapuhannya, yakni kecendrungan untuk patah dengan tiba-tiba saat terjadi
deformasi plastis. Ini merupakan masalah khusus jika bahan ini digunakan untuk aplikasi struktural. Dalam logam, elektron-elektron yang terdelokalisasi
memungkinkan atom-atomnya berubah-ubah tanpa semua ikatan dalam strukturnya putus. Hal inilah yang memungkinkan logam terdeformasi dibawah
pengaruh tekanan. Tetapi, dalam keramik karena kombinasi ikatan ion dan kovalen tadi menyebabkan partikel-partikelnya tidak mudah bergeser. Sehingga
keramik dengan mudah putus bila gaya yang diberikan terlalu besar.
20
2.2 Keramik Alumina
Salah satu penggunaan bahan keramik adalah Alumina Al
2
O
3
. Alumina dengan rumus kimia Al
2
O
3
merupakan material yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi karena alumina mempunyai karakteristik sifat fisika dan kimia
yang tinggi, seperti kekuatan yang sangat tinggi, sangat keras, isolasi elektrik yang baik, ketahanan panas yang tinggi, temperatur lebur yang tinggi, ketahanan
19
Ismunandar, Keramik, pada http:kimianet.lipi.go.id, diakses pada 6 Juli 2014, pukul 16.05.
20
Ibid., h. 1
PDFill PDF Editor with Free Writer and Tools
9
abrasi dan korosi yang tinggi. Bahkan dalam beberapa tahun terakhir, permintaan alumina dengan kemurnian tinggi berkembang pesat diberbagai sektor seiring
dengan meningkatnya pertumbuhan mobil, komputer, semikonduktor, dan sektor lain.
Alumina merupakan oksida keramik atau keramik teknik yang paling banyak digunakan diantara dua puluh macam oksida keramik yang ada dan dianggap
sebagai pelopor keramik rekayasa material. Kandungan alumina Al
2
O
3
bergantung pada permintaan pasar biasanya berkisar 85-99.9.
21
Alumina murni diproduksi dengan menggunakan proses bayer dengan material bauksit sebagai
bahan baku pembuatan alumina. Proses ini digunakan untuk produk refraktori, busi, armor, tabung termokopel, substrat IC dan elektronik. Alumina kemurnian
tinggi dengan kadar 99.99 mempunyai partikel halus yang seragam dan telah banyak digunakan dalam tabung transluen untuk lampu sodium bertekanan tinggi,
material kristal tunggal seperti safir, dan material abrasif untuk pita magnetik.
22
Lee and Rainforth 1994 dalam Juliana Anggono 2008 mengatakan, pangsa pasar bahan berbasis alumina dalam jumlah berat adalah dalam aplikasi refraktoris
50, abrasif 20, porselen dan busi 15, sebagai keramik teknik 10 .
23
Alumina Oksida Al
2
O
3
memiliki struktur keramik heksagonal dimana parameter kisi a = 4.7588, c= 12.991, ca = 2.72.
24
Densitas alumina 3.97-3.986 gcm
3
.
25
Alumina oksida Al
2
O
3
mempunyai dua fasa dasar yaitu α-Al
2
O
3
dan - Al
2 3
atau biasa digolongkan ke dalam alumina murni, sedangkan diantara kedua fasa itu ada -Al
2
O
3
yang merupakan bentuk alumina tidak murni. Worall 1986 dalam Rais 2007 menyatakan,
α-Alumina merupakan bentuk struktur yang paling stabil dari struktur alumina sampai temperatur
tinggi. α-Alumina atau yang
21
R.E Smallman, Metalurgi Fisika Modern Rakayasa Material. Jakarta : Erlangga, 2001, h.356
22
Shinji Fujiwara, et al. Development of New high-Purity Alumina Vol. I, Sumitomo Kagaku, 2007, h. 1
23
Juliana Anggono, Penyusutan dan Densifikasi Keramik Alumina : Perbandingan Antara Hasil Proses Slip Casting dengan Reaction Bonding, Surabaya : Universitas Kristen
Petra, h. 2
24
James F. Shackelford and Wiliam Alexander, Material Science and Engineering Handbook Third Edition, USA : CRC Press LLC, 2001, h.70
25
Ibid, h. 103
PDFill PDF Editor with Free Writer and Tools
10
biasa disebut korundum memiliki struktur dasar kristal heksagonal hexsagonal closed packed-HCP. Kation korundum Al
3+
menempati 23 bagian dari sisipan oktahedral, anion O
2-
menempati posisi HCP. Bilangan koordinasi dari struktur korundum adalah 6, maka tiap ion Al
3+
dikelilingi 6 ion O
2-
dan tiap ion O
2-
dikelilingi oleh 4 ion Al
3+
untuk mencapai muatan netral.
26
Aplikasi korundum α- Al
2
O
3
disamping sebagai bahan paling tahan temperatur tinggi sampai 1700 C,
juga merupakan material yang sangat keras dan kuat sehingga sering dipakai sebagai bahan mekanik. Disamping itu sifat listrik atau konduktivitas listriknya
sangat rendah sehingga sangat cocok digunakan sebagai bahan isolator listrik.
27
- Alumina ‖-Al
2
O
3
merupakan nama dari aluminat yang memiliki komposisi perbandingan masa Na
2
O terhadap Al
2
O
3
, dengan kisaran 1 : 5 sampai 1 : 11 yang dikenal sebagai konduktor ion Na’. -Alumina sendiri adalah salah satu jenis
superionik yang dapat digunakan sebagai elektrolit baterai. Bahan ini digunakan pada sistem penyimpanan energi listrik yang menyediakan bentuk baterai siap
pakai dan dapat digunakan di daerah yang jauh dari jaringan listrik.
28
Gambar 2.1. Struktur Korundum
29
26
Muhammad Rais, Studi Analisis Simulasi tentang korelasi Temperatur Sintering dan Presentase Aditif Mulit dengan Sifat Mekanik Keramik Alumina, Medan : USU, 2007, h. 4
27
Ramlan, et al., Pembuatan Keramik Beta Alumina NA
2
O-Al
2
O
3
dengan Aditif MgO dan Karakterisiasi Sifat Fisis serta Struktur Kristalnya Vol 7 No. 1 Juni, Serpong : Jurnal Fisika
Himpunan Fisika Indonesia Publishing, 2007, h. 11
28
Marzuki Silalahi, Pembuatan Tabung Keramik β”-Alumina, JUSAMI Vol. 10, No. 3,
Juni, Serpong : Jusami press, 2009, h.261-262
29
Philippe Boch and Jean Claude Niepce, Ceramic Materials Processes, Properties and Applications, USA : ISTE, 2007, h. 201
PDFill PDF Editor with Free Writer and Tools
11
Sifat fisis dan Mekanis Keramik Alumina secara umum, yaitu: 1. Sinonim
: Aluminium Oksida 2. Rumus Molekul
: Al
2
O
3
3. Berat Molekul : 101,96
4. Deskripsi : Berbentuk serbuk berwarna putih
5. Densitas : 3960 kgm
3
6. Kelarutan dalam air : tidak larut dalam air
7. Titik didih : ~ 3000
C 8. Titik leleh
: 2050 C
9. ∆H
f
solid : -1675.7 kJmol
10. Kekerasan : 1500-1800 kgfmm
2
11. Kuat Tekan : 230-350 MPa
12. Koefisien Ekspansi termal : 8-9 X 10
-6 0
C
-1
13. Konduktivitas termal : 24-26 Wm
K Secara spesifik, sifat-sifat alumina dengan kemurnian 94. 96, dan 99.5
dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut :
30
Tabel 2.1 Perbandingan sifat-sifat alumina kemurnian 94, 96, dan 99.5
ALUMINA Mechanical
94 96
99.5
Density gmcc 3.69
3.72 3.89
Porosity Color
White white
Ivory Flexural Strength MPa
330 345
379 Elastic Modulus GPa
300 300
375
30
Anonim, Aluminium Oxcide, Al
2
O
3
Ceramics Properties, pada http:accuratus.com, diakses pada 17 April 2014, pukul 12.46 wib
PDFill PDF Editor with Free Writer and Tools
12
Shear Modulus GPa 124
124 152
Bulk Modulus GPa 165
172 228
Poisson’s Ratio 0.21
0.21 0.22
Compressive Strength MPa 2100
2100 2600
Hardness Kgmm
2
1175 1100
1440 Fracture Toughness K
IC
MPa.m
12
3.5 3.5
4 Maximum Use Temperature
no load °C 1700
1700 1750
Thermal
Thermal Conductivity Wm.°K 18
25 35
Coefficient of Thermal Expansion 10
–6
°C 8.1
8.2 8.4
Specific Heat JKg.°K 880
880 880
Electrical
Dielectric Strength ac-kvmm 16.7
14.6 16.9
Dielectric Constant 1 MHz 9.1
9.0 9.8
Dissipation Factor 1 kHz 0.0007
0.0011 0.0002
Loss Tangent 1 kHz
— —
—
Volume Resistivity ohm.cm 10
14
10
14
10
14
Karakteristik keramik alumina memiliki kekerasan yang tinggi, modulus elastisitas tinggi, kekuatan mekanis yang baik, tahan aus, namun, sifat listrik atau
konduktivitas listriknya sangat rendah, tahan korosi dan bahan kimia. Dense fine- grained alumina keramik mempunyai nilai modulus young 400 GPa dua kali
modulus baja, rasio poisson 0.25, kekerasan vickers 20 GPa dan kekuatan
PDFill PDF Editor with Free Writer and Tools
13
bending σ
F
300-500 MPa.
31
Untuk aplikasi pada temperatur tinggi yang tahan korosi, sinteri alumina dapat dicapai pada temperatur 1600
C, namun nilai tegangan stress tidak lebih dari beberapa MPa.
Chawla 1993 dan Kai et al .
1991 dalam Akmal Johan 2009 menyatakan, untuk pengaplikasian alumina ada beberapa karakteristik yang
diperlukan, antara lain
32
: 1. Mempunyai densitas yang tinggi dan porositas rendah
2. Mempunyai ukuran butir yang kecil untuk aplikasi temperatur rendah 3. Mempunyai ukuran butir yang besar untuk aplikasi temperatur tinggi
4. Mempunyai kemurnian yang tinggi. Menurut Akmal Johan 2009, ukuran butir yang sangat kecil sangat
diperlukan pada aplikasi temperatur rendah karena pada temperatur rendah kekuatan dan ketangguhan alumina meningkat dengan menurunya ukuran butir.
Untuk aplikasi temperatur tinggi diperlukan alumina dengan ukuran butir besar agar tidak terjadi pertumbuhan butir yang tidak terkendali yang dapat menurunkan
kekuatan alumina tersebut. Proses sintering pada temperatur rendah dapat menghasilkan butir alumina yang relatif kecil, tetapi pada saat yang sama terdapat
pula porositas dalam jumlah besar. Pada sintering temperatur tinggi, porositas dapat dikurangi dengan adanya pergerakan batas butir akan tetapi terjadi pula
pertumbuhan butir yang tidak terkendali.
33
Penggunaan keramik alumina pada armor jaket anti peluru, lapisan - pelindung helikopter atau tank mampu menghentikan kecepatan proyektil yang
tinggi ~1.000 ms atau lelehan lemparan logam tinggi dengan kecepatan ~10.000 ms. Sehingga dibutuhkan produk dengan modulus tinggi dan kekuatan
mekanis yang tinggi dibawah tekanan untuk aplikasi armor.
34
Selain itu, keramik alumina secara luas digunakan untuk industri elektronik. Sparks plugs untuk
31
Philippe Boch and Jean Claude Niepce, op.Cit., h. 205
32
Akmal Johan, Karakterisasi Sifat Fisik dan Mekanik Bahan Refraktori α-Al
2
O
3
Pengaruh Penambahan TiO
2
,Sumatra Selatan : Jurnal Penelitian Sains Publisher, 2009 h. 2
33
Akmal Johan, loc.Cit., h. 2
34
Philippe Boch and Jean Claude Niepce, op.Cit., h. 208
PDFill PDF Editor with Free Writer and Tools
14
automobil menggunakan material antara aluminous ceramic dan alumina dengan komposisi ~94 Al
2
O
3
. Pada bidang elektronik, substrat insulasi seperti kapasitor dan resistor. Kelebihan alumina adalah sifat resistivitas yang tinggi, sifat mekanik
bagus kekerasan, kekuatan mekanik. Aplikasi lainnya, α-Al
2
O
3
porous dengan ketahanan kimia dan panas yang dimilikinya digunakan dalam aplikasi seperti
sebagai membran ultrafiltrasi, pemisah gas.
35
2.3 Metalurgi Serbuk
