Dewasa ini kebutuhan akan material banyak ditemukan. Berbagai jenis material ditemukan di berbagai tempat, seperti logam, keramik, polimer, dan komposit. Material-material tersebut tentu memiliki sifat, karakteristik, dan fungsi yang berbeda. Dalam artikel ini, kita akan membahas salah satu jenis material, yaitu keramik mulai dari jenis-jenisnya, sifatnya, dan kegunaannya, khususnya pada kehidupan yang modern ini. Kehidupan modern tentu perlu diiringi material yang modern pula. Untuk itu, mari kita bahas lebih lanjut.
Seperti yang kita ketahui, keramik adalah suatu material yang terbuat dari tanah liat atau lempung, semen, dan gelas. Keramik diolah melalui proses pengerasan dan pemanasan dengan suhu yang tinggi. Apakah kalian tahu berapa kisaran suhu yang digunakan untuk proses pembuatan keramik? Keramik dipanaskan pada suhu sekitar 1200-1800℃. Sangat tinggi bukan? Melalui proses pemanasan tersebutlah, keramik memiliki sifat yang bermacam-macam. Secara umum, keramik memiliki sifat kekerasan tinggi, tahan korosi dan suhu yang tinggi, mudah pecah atau rapuh, serta memiliki sifat kelistrikan, seperti konduktor, semi konduktor, dan isolator sehingga dapat digunakan sebagai batu tahan api, bahan amplas, isolator dielektrik, porselin, dan lain sebagainya.
Keramik sebenarnya telah dikenal sejak zaman dahulu yang diproses menggunakan bahan baku natural, seperti tanah liat plastis yang dibentuk dengan penambahan air dan dikeringkan di bawah sinar matahari. Jenis-jenis tanah liat yang digunakan untuk pembuatan keramik pun berbeda, seperti kaolinite, halloysite, pyrophyllite, dan montmorillonite. Bahan baku lainnya yang digunakan pada keramik zaman dahulu selain air dan tanah liat adalah kwarsa, ball clay, dan feldspard. Keramik ini termasuk ke dalam keramik tradisional yang biasa digunakan untuk pembuatan kerajinan cina, ubin, dan batu bata.
Selain keramik tradisional, ada juga keramik modern yang masih menggunakan proses pembakaran pada suhu tinggi dan tanpa proses pembakaran, misalnya sintering reaksi, detrifikasi gelas, penekanan panas, dan lainnya. Keramik modern ini memiliki jenis yang lebih banyak sehingga sifat dan karakteristiknya berbeda dengan keramik tradisional. Keramik modern memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda satu sama lain sesuai komposisinya. Berdasarkan komposisi kimia, keramik modern dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Oksida, meliputi alumina (Al2O3), zirkonia (ZrO2), dan magnesia MgO.
2. Karbida, meliputi silicon karbida (SiC), boron nitrida (BN), dan silicon nitride (Si3N4)
3. Silikat, meliputi porselin, mullit, dan steatit.
4. Sialon, berbasis Si-Al-O-N dan M-Si-Al-O-N, dimana M = Li, Be, Ca, Sc, Y, Mg
5. Keramik gelas, seperti pirosil, piroceram, dan cercon.
Keramik oksida merupakan keramik berbahan oksida logam, seperti alumina (Al2O3), zirkonia (ZrO2), dan magnesia MgO. Seperti yang kita ketahui bahwa keramik oksida mengandung senyawa anorganik alami meliputi oksigen, karbon, atau nitrogen. Keramik oksida memiliki sifat ketahanan aus rendah dan sifat listrik yang luas. Jenis keramik ini tersedia dalam berbagai aplikasi, misalnya glasir, lapisan pelindung dan porositas, bahan tahan air atau bahan kimia, dan bahan lainnya. Keramik oksida juga digunakan pada pengecoran logam, pemrosesan logam dan bahan kimia. Untuk lebih mengenal jenis keramik oksida, mari kita bahas sedikit tentang jenis keramik oksida, seperti alumina, zirkonia, dan magnesia.
A. Alumina Oksida (Al2O3)
Keramik alumina (Al2O3) merupakan keramik jenis oksida yang banyak digunakan di bidang industri, seperti seal pompa, busi, bahan dasar elektronika, peralatan laboratorium, perkakas, baju pelindung, dan lain-lain. Menurut kalian, keramik alumina oksida itu memiliki kandungan apa sih? Keramik alumina memiliki kandungan alumina lebih dari 70% karena komposisi utama yang dimilikinya berupa alumina dan sisanya berupa oksida. Untuk lebih jelasnya, mari kita bahas satu per satu tentang alumina oksida ini.
1. Jenis dan Karakteristik
Berdasarkan komposisinya ternyata keramik alumina tidak hanya memiliki satu jenis, tetapi keramik alumina ini memiliki beberapa jenis yang berbeda, yaitu alumina murni dan alumina tidak murni. Berdasarkan struktur kristalnya, alumina murni digolongkan menjadi dua macam, yaitu γ-alumina Al2O3 dan α-alumina Al2O3 (corundum). Alumina corundum merupakan bahan yang paling tahan terhadap suhu tinggi, keras, kuat, dan konduktivitas listriknya rendah sehingga cocok digunakan untuk bahan isolator listrik. Alumina tidak murni merupakan perpaduan antara dua macam oksida, yaitu Na2O dan Al2O3 atau dikenal dengan struktur baru, yaitu beta alumina. Beta alumina biasa digunakan di bidang elektronik karena memiliki sifat konduktivitas listrik yang tinggi sehingga baik digunakan sebagai bahan elektrolit baterai padat. Namun secara umum, keramik alumina memiliki karakteristik tahan terhadap tekanan yang tinggi, perubahan temperatur, listrik, dan api, tidak bereaksi dengan bahan kimia, serta memiliki harga yang relatif murah dibandingkan bahan keramik lainnya.
2. Preparasi
Dalam memperoleh keramik alumina oksida ini tentu tidak mudah dan perlu preparasi yang cukup banyak. Oleh karena itu, kali ini kita akan membahas cara untuk mendapatkan keramik alumina melalui beberapa tahapan. Untuk lebih jelasnya, mari kita simak pembahasan berikut ini.
Keramik alumina oksida diperoleh melalui proses kalsinasi yang dilakukan dengan menaikkan suhu. Proses kalsinasi alumunium hidroksida berasal dari bijih bauksit yang diperoleh dari campuran gibbsite yang tidak murni dan terjadi pemisahan menjadi beberapa polimer. Bijih bauksit juga dapat diperoleh dari hasil penambangan dan diproses melalui pembakaran atau dikenal dengan proses Bayer sehingga terjadi pemisahan unsur pengotor, seperti SiO2, Fe2O3, TiO2 dan diperoleh alumina murni dengan sedikit pengotor Na2O. Proses Bayer awalnya dilakukan pemurnian bauksit melalui beberapa tahap. Proses hidrotermal menjadi tahap awal yang dilakukan dengan penambahan NaOH pada suhu 150-160℃ yang akan memisahkan pengotor tadi. Kemudian, proses presipitasi dilakukan dalam keadaan dingin, yaitu sodium aluminate ditambah dengan gibbsite dan dipanaskan pada suhu rendah sampai bersatu.
Proses penyatuan gibbsite dengan sodium aluminate dilanjutkan dengan proses kalsinasi sehingga kandungan air akan hilang pada suhu 180℃ akibat perbedaan tinggi permukaan area sehingga terjadi lubang. Proses kalsinasi dilakukan dengan menaikkan suhu. Gibbsite akan mulai dan terbuka dan membentuk γ-alumina Al2O3 pada suhu 1150℃. Tahap transisi alumina akan menghasilkan α-alumina Al2O3 murni 100% pada suhu 1300-1400℃, sedangkan γ-alumina Al2O3 akan menguap bersama air yang tersisa sehingga kristal alumina sempurna dan membentuk Al2O3 yang stabil.
Nah, sekarang kalian sudah tahu kan cara untuk mendapatkan keramik alumina oksida. Apakah kalian tertarik untuk membuatnya?
3. Aplikasi dan Pengembangan
Pada bagian ini kita akan membahas aplikasi dan pengembangan keramik alumina oksida khususnya di kehidupan yang modern ini. Untuk itu, mari kita bahas lebih lanjut. Keramik alumina oksida tentu memiliki manfaat di berbagai aplikasi dan dapat dikembangkan menjadi sesuatu yang baru, khususnya pada kehidupan yang modern ini. Aplikasi dan pengembangan keramik alumina digunakan sebagai keramik tahan aus, bola gerinda alumina, bagian dan komponen keramik alumina, papan sirkuit, bola keramik inert (penyangga katalis keramik), dan keramik busa.
Keramik alumina digunakan sebagai keramik tahan aus karena memiliki kekerasan tinggi dan tahan aus sehingga cocok dipakai industri, seperti sistem penggilingan semen dan bahan baku, sistem perawatan penghancuran bijih, pelapis keausan dari sistem penghancuran pembangkit listrik bahan bakar batu bara, dan sistem pemilihan bubuk pabrik semen. Bola gerinda alumina terbuat dari bubuk alumina melalui beberapa tahapan proses. Tampilannya yang bulat putih dengan kandungan alumina di atas 92% cocok untuk bahan bubuk keramik industri, pabrik pengaduk dan peralatan lainnya. Bagian dan komponen keramik alumina oksida juga dapat digunakan sebagai isolasi pesawat, bagian nosel roket, pipa tahan aus, peralatan medis dan pegujian biologis. Â Selain itu, papan sirkuit juga dapat menggunakan alumina oksida karena memiliki substrat alumina dengan tingkat konduktivitas listrik yang baik sehingga banyak digunakan pada sirkuit film dan komponen multi-chip. Bola keramik inert banyak digunakan dalam industri sebagai bahan penutup dan pengepakan menara untuk katalis dalam reaktor. Keramik busa juga menggunakan alumina yang banyak digunakan dalam biokimia, perawatan gas buang mobil, dan bahan isolasi panas dan suara.
Aplikasi lainnya keramik alumina banyak digunakan di bidang teknologi, dirgantara, industri militer, dan lainnya karena keramik alumina merupakan salah satu bahan yang banyak dipelajari dan digunakan secara luas. Itulah beberapa aplikasi dan pengembangan keramik alumina oksida yang ada pada kehidupan modern ini. Selain aplikasi dan pengembangan di atas, apakah kalian mempunyai aplikasi dan pengembangan lainnya dari keramik alumina?
4. Kelebihan dan Kekurangan
Segala sesuatu yang ada di muka bumi ini tentu memiliki kelebihan dan kekurangan, termasuk material. Penggunaan alumina oksida sebagai bahan baku pembuatan keramik memiliki beberapa kelebihan mekanik, diantaranya kekuatan mekanik tinggi, stabilitas kimia baik, titik lebur tinggi, resistivitas tinggi, kinerja insulasi listrik baik, kekerasan tinggi, dan anti korosi. Adapun kekurangan penggunaan keramik alumina, diantaranya rapuh dan tidak dapat menahan perubahan suhu yang cepat. Dari kelebihan dan kekurangan tersebut dapat dijadikan pertimbangan untuk penggunaan keramik alumina oksida.
