Keramik

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Pendahuluan

Material teknik mengalami perkembangan yang begitu pesat. Perkembangan tersebut meliputi di dalam struktur, komposisi, sifat-sifat fisik dan mekanik. Sifat-sifat fisik yaitu berkaitan dengan berat jenis material tersebut, manakala sifat mekanik berkaitan dengan kemampuannya untuk digunakan di dalam produk teknik. Para engineer material sedang giat-giatnya mengadakan penelitian terhadap bahan-bahan yang terbuat daripada non metal. Salah satunya adalah keramik.

Keramik tidak lagi hanya terbatas penggunaanya untuk keperluan tradisional seperti tersebut di atas, malah sekarang keramik telah mengalami kemajuan dan di kenal dengan bahan keramik termaju. Bahan keramik sudah di gunakan dalam bidang Teknik Elektro, Sipil, Mekanik, Nuklir bahkan bahan keramik ini di gunakan juga dalam bidang Kedokteran.

Pada beberapa tahun terakhir ini telah dikembangkan pula berbagai produk baru sesuai dengan perkembangan kebutuhan akan bahan yang tahan suhu yang lebih tinggi, tekanan yang lebih besar, sifat–sifat mekanik yang lebih baik, serta karakteristik listrik yang khusus, atau tahan terhadap bahan kimia yang korosif. Hingga saat ini terdapat beberapa jenis keramik seperti : keramik putih (whiteware), produk- produk lempung stuktural, refraktori, dan email.

BAB. II PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Keramik

Keramik adalah sejenis bahan yang telah lama di gunakan, yaitu sejak 4000 SM. Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedi tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat.

Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas.

Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya.

Material yang digunakan untuk membuat keramik ini biasanya digali dari perut bumi dan dihancurkan hingga menjadi bubuk. Produsen seringkali memurnikan bubuk ini dengan mencampurkannya dengan suatu larutan hingga terbantuk endapan pengotor. Kemudian endapan tadi disaring dan bubuk material keramik dipanaskan untuk menghilangkan impuritis dan air. Hasilnya, bubuk dengan tingkat kemurnian tinggi dan berukuran sekitar 1 mikrometer (0.0001 centimeter).

2.2 Klasifikasi Proses

Keramik di bagikan kepada dua kumpulan utama yang berdasarkan jenis bahan, metode pembuatannya dan jenis penggunaannya. Dua kumpulan tersebut adalah:

2.2.1 Keramik Konvensional

Keramik ini biasanya di bagikan kepada empat bagian mengikut fungsinya:

a. Keramik Berstruktur

Keramik jenis ini mempunyai sifat mekanik yang baik. Antara bahan yang termasuk di dalam golongan ini ialah alumina, silicon karbida, silicon nitrida, komposite dan bahan yang di lapisi dengan keramik. Bahan ini sangat potensi di gunakan di dalam mesin diesel sebagai piston dan ruang pra pembakaran, turbo charge dan turbin gas. Ia di gunakan juga sebagai bahan penyekat ruang pembakaran bersuhu tinggi dan mata pahat potong logam (Cutting tool).

b. Keramik Putih

Yaitu jenis keramik yang biasanya berwarna putih dan mempunyai tekstur jaringan yang halus. Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung kualitas terpilih dan fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan pada suhu 1200-1500oC di dalam tanur (kiln). Contohnya keraamik tanah, porselin, keramik china, ubin keramik putih,dsb.

c. Keramik Refraktori

Yakni keramik yang mencakup bahan – bahan yang digunakan untuk menahan pengaruh termal, kimia dan fisik. Refraktori dijual dalaam bentuk bata tahan api, bata silica, magnesit,dsb.

d. Keramik Listrik

Yang termasuk dalam kategori keramik ini mempunyai fungsi electromagnet dan optic dan juga fungsi kimia yang berkaitan dengan penggunaannya secara langsung. Keramik ini digunakan sebagai bahan penyekat, magnet, tranducer, dan pensemikonduksi.

2.2.2 Keramik Termaju

Di bagi kepada empat jenis berdasarkan bahan dasarnya.

• Keramik oksida: Alumina, zirkonia, titania, barium titanat. 
• Keramik bukan oksida: Silikon karbida, silicon nitrida, borida dll 
• Keramik komposit: Fiber reinforced composite, whisker-reinforced composite. 
• Keramik kaca: Silika, natrium oksida, kalium oksida, kalsium oksida, kobalt oksida dll. 

2.3 Bahan Baku Keramik

Tiga bahan baku utama yang digunakan untuk membuat produk keramik klasik, atau “triaksial”, adalah lempung, feldspar dan pasir. Lempung adalah aluminium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari batuan beku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya dapat dilukiskan sebagai berikut :

K 2O Al2O3.6SiO2 + CO2 + 2H2O --> K 2CO3 + Al 2 O3.2SiO 2.2H 2O + 4SiO2

Ada sejumlah spesies mineral yang disebut mineral lempung (clay mineral) yang mengandung terutama campuran kaolinit (Al2O3.SiO2.2H2O), montmorilonit [(Mg,Ca)O.Al2O3.5SiO2.nH2O], dan ilit (K2O, MgO, Al2O3, SiO2, H2O ) masing – masing dalam berbagai kuantitas. Dari sudut pandang keramik, lempung berwujud plastik dan bisa dibentuk bila cukup halus dan basah, kaku bila kering, dan kaca (vitreous) bila dibakar pada suhu yang cukup tinggi. Prosedur pembuatannya mengandalkan kepada sifat – sifat tersebut diatas.

Penyusun keramik yang ketiga yang penting adalah pasir atau flin (flint). Sifat-sifatnya yang penting dari segi industri keramik dirangkum bersama sifat-sifat lempung dan feldspar pada tabel 2.1. Untuk membuat produk keramik yang berwarna muda, harus dipilih produk keramik yang kandungan besinya rendah.

Di samping ketiga bahan pokok tersebut di atas, berbagai macam mineral lain, garam, dan oksida juga digunakan sebagai bahan fluks dan sebagai perawis (ingredient) refraktori.

Diantara bahan Boraks (Na2B4O7.10H2O)        Fluorspar (CaF 2)

Asam borat (H3BO3)                                          Kriolit (Na 3AlF6)

Soda abu (Na2CO3)                                           Oksida besi

Natrium nitrat (NaNO3)                                       Oksida antimonium

Abu mutiara (K2CO3)                                         Oksida timbal

Nefelin syenit [(Na, K)2 Al2Si2O8]                      Mineral litium

Tulang kalsinasi                                                      Mineral barium

Apatit [Ca5(F, Cl, OH)(PO4)3]

Fluks yang biasa dipakai untuk menurunkan suhu vitrifikasi, suhu lebur, dan suhu reaksi adalah :

Beberapa perawis refraktori khusus adalah

Alumina (Al2O3)                                       Alumina silikat (Al2O3.SiO2)

Olivin [(FeO, MgO) 2 SiO2]                     Dumortirit (8 Al2O3.B22O3.6SiO2.H2O)

Kromit (FeO.C2O3)                                 Karborundum (SiC)

Magnesit (MgCO3)                                   Mulit (3 Al2O3.2SiO2)

Gamping (CaO) dan batu gamping             Dolomit [CaMg(CO3)2]

(CaCO3)                                                   Toria (ThO2)

Zirkonia (ZrO2)                                         Titania (TiO2)

Magnesium silikat hidro, misalnya talk (3MgO.4SiO2.H2O)

Adapun bahan baku penyusun keramik :

a. Lempung atau tanah liat ialah kata umum untuk partikel mineral berkerangka dasar silikat yang berdiameter kurang dari 4 mikrometer. Lempung mengandung leburan silika dan/atau aluminium yang halus. Unsur-unsur ini, silikon, oksigen, dan aluminum adalah unsur yang paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung terbentuk dari proses pelapukan batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian dihasilkan dari aktivitas panas bumi.

Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral lempung yang mendominasinya. Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan lapisan oksida silikon dan oksida aluminium yang membentuk kristalnya. Golongan 1:1 memiliki lapisan satu oksida silikon dan satu oksida aluminium, sementara golongan 2:1 memiliki dua lapis golongan oksida silikon dan satu lapis oksida aluminium. Mineral lempung golongan 2:1 memiliki sifat elastis yang kuat, menyusut saat kering dan membesar saat basah. Karena perilaku inilah beberapa jenis tanah dapat membentuk kerutan-kerutan atau "pecah-pecah" bila kering. Lempung memiliki sifat-sifat fisika yang beraneka ragam dan ketidakmurnian dari lempung itu sendiri. Sehingga diperlukan langkah – langkah untuk menyingkirkan pasir dan mika dari lempung untuk meningkatkan mutunya. Proses itu disebut benefisiasi. Proses benefisiasi ini menyangkut perubahan fisika, atau satuan operasi (operasi teknik), misalnya pemisahan menurut ukuran dengan pengayakan atau pengendapan selektif, penyaringan, dan pengeringan. Namun, sifat – sifat koloidanya dikendalikan dengan berbagai aditif yang sesuai, misalnya natrium silikat dan alum. Proses benefisiasi menyangkut juga flotasi buih (frofh flotation). Pemurnian secara kimia dilakukan untuk mendapatkan bahan – bahan yang sangat murni seperti alumina dan titania.

b. Kalsit adalah sebuah mineral karbonat dan polimorf karbonat kalsium (CaCO3) paling stabil. Polimorf lain adalah mineral aragonit dan vaterit. Aragonit akan berubah menjadi kalsit pada suhu 380-470 °C[5], sementara vaterit justru kurang stabil.

c. Feldspar (KAlSi3O8 – NaAlSi3O8 – CaAl2Si2O8) adalah kelompok mineral tektosilikat pembentuk batu yang membentuk 60% kerak Bumi. Feldspar mengkristal dari magma pada batuan beku intrusif dan ekstrusif dalam bentuk lapisan, dan juga ada dalam berbagai jenis batuan metamorf. Batu yang hampir seluruhnya terbentuk dari feldspar plagioklas kalsium dikenal sebagai anortosit. Feldspar juga ditemukan di berbagai jenis batuan sedimen.

d. Lanau adalah tanah atau butiran penyusun tanah/batuan yang berukuran di antara pasir dan lempung. Beberapa pustaka berbahasa Indonesia menyebut objek ini sebagai debu. Lanau dapat membentuk endapan yang mengapung dipermukaan air maupun yang tenggelam.

e. Kalsit adalah sebuah mineral karbonat dan polimorf karbonatkalsium (CaCO3) paling stabil. Polimorf lain adalah mineral aragonit dan vaterit. Aragonit akan berubah menjadi kalsit pada suhu 380-470 °C[5], sementara vaterit justru kurang stabil.

f. Dolomit adalah mineral yang berasal dari alam yang mengandung unsur hara magnesium dan kalsium berbentuk tepung dengan rumus kimia CaMg(CO3)2.

g. Pasir adalah contoh bahan material butiran. Butiran pasir umumnya berukuran antara 0,0625 sampai 2 milimeter. Materi pembentuk pasir adalah silikon dioksida, tetapi di beberapa pantai tropis dan subtropis umumnya dibentuk dari batu kapur. Pasir tidak dapat di tumbuhi oleh tanaman, karena rongga-rongganya yang besar-besar.

2.4 Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk

2.4.1 Bahan baku

Ada tiga bahan utama yang digunakan untuk membuat produk keramik klasik, yaitu lempung, feldspar, dan pasir. Lempung adalah aluminium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari bahan beku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya dilukiskan sebagai berikut :

K2CO3 + Al2O3.2SiO2.2H2O + 4 SiO2 --> K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + 2H2O

Terdapat tiga jenis lempung/tanah liat utama yang di bedakan oleh warna, ukuran partikel, sifat keliatan dan komposisi kimianya yaitu :

•  Tanah liat kaolin berwarna putih, berukuran partikel sederhana, kurang keliatannya/sifat plastis. Dan mengandungi komposisi besi yang kurang dari 1%.
•  Tanah liat bola (ball clay) berwarna hitam atau kelabu, berukuran partikel halus, keliatan yang tinggi, dan kandungan besi oksida diantara 0 – 2 %.
•  Tanah liat api (fire clay) berwarna kemerahan, berukuran partikel antara sederhana dan besar dan komposisi besi oksida yang tinggi.

Kedua-dua tanah liat kaolin ini kebanyakan di gunakan dalam industri keramik konvensional seperti industri pembuatan piring, mangkuk, peralatan kamar mandi, lantai dan dinding, perhiasaan rumah seperti pot bunga porselin, peralatan listrik untuk voltan rendah dan tinggi.

Beraneka ragamnya sifat fisik lempung dan kandungan tak kemurniannya, sehingga biasanya harus ditingkatkan mutunya terlebih dahulu melalui prosedur benafisiasi, yaitu menyingkirkan pasir dan mika dari lempung.

Ada tiga jenis feldspar yang umum, yaitu potas (K2O. Al2O3.SiO2), soda (NaO. Al2O3.6SiO2), dan gamping (CaO. Al2O3.6SiO2), yang kesemuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sendiri berfungsi sebagai pemberi sifat fluks dalam formulasi keramik.

Bahan – bahan ini termasuk bahan mentah yang di gunakan dalam pembuatan barang keramik konvensional seperti, feldspar, silicon, kalsium karbonat. Selain dari pada bahan di atas, berbagai mineral lain, seperti garam dan oksida juga digunakan sebagai bahan fluks dan perawis refraktori.

Seperti Alumina, Zirkonia, Silicon karbida, Silicon nitrida, Barium titanat adalah merupakan sebahagian barangan keramik berteknologi tinggi. Bahan mentah ini mempunyai kemurnian yang tinggi, mahal dan kegunaannya tertumpu kepada industri teknik, mekanik, biological, elektronik dan listrik.

Bahan-bahan ini mempunyai potensi dan reputasi masa depan yang tinggi bagi menggantikan bahan-bahan yang telah ada seperti besi dan baja. Hasil penggunaan bahan mentah ini dapat membentuk komponen atau produk yang mempunyai sifat-sifat kekuatan yang amat tinggi, kekerasan yang kuat, tidak bertindak balas dengan bahan kimia, kadar kehalusan yang rendah, mempunyai unsur ketahanan panas dan temperatur cair yang tinggi.

Diantara bahan fluks yang biasa digunakan untuk menurunkan suhu vitrifikasi, suhu lebur, dan suhu reaksi adalah boraks (Na2B4O7. 10H2O), soda abu (Na2CO3), tulang kalsinasi, fluorspar (CaF2), kriolit (Na3AlF6), oksida besi, mineral litium, dll. Sedangkan beberapa bahan perawis refraktori khusus misalnya alumina (Al2O3), magnesit (MgCO3), zirnkonia (ZrO2), titania, alumunium silikat, dll.

Berikut ini adalah bahan baku dasar pembuatan keramik, beserta sifat-sifat lempung dan feldspar.

Kaolinit Feldspar Pasir/ Flin

- Rumus Al2O3.2SiO2.2H2O K2 O.Al2O3.6SiO2 SiO2

- Plastisitas Plastic Non plastic Non plastic

- Fusibilitas Refraktori Perekat mudah lebur Refraktori

- Titik cair 1785oC 1150oC 1710oC

- Ciut pada pembakaran Sangat ciut Lebur Tidak ciut

Banyak lagi bahan baku lain yang digunakan daalam berbagai susunan, sedikitnya 450 macam yang sudah diklasifikasi.

2.4.2 Produk

Sifat – sifat umum keramik :

• Tahan terhadap suhu tinggi 
• Dapat digunakan sebagai bahan insulasi listrik atau semikonduktor denagn variasi sifat – sifat magnetic dan dielektrik. 
• Tahan erhadap demormasi, rapuh. 
• Ketergantungan rendah 
• Kekerasan tinggi. 

2.5 Konversi Kimia, Termasuk Kimia Keramik Dasar

Semua produk keramik dibuat dengan mencampurkan berbagai kuantitas bahan baku yang tersebut di atas, membentuknya, lalu memanaskan sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 700 oC untuk beberapa jenis glasir luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu setinggi 2000 oC. Pada suhu vitrifikasi terjadi sejumlah reaksi, yang merupakan dasar kimia bagi konversi kimia.

1. Dehidrasi, atau “penguapan air kimia” pada suhu 150 sampai 650 ºC

2. Kalsinasi, misalnya CaCO3 pada suhu 600 sampai 900 ºC

3. Oksidasi besi fero dan bahan organik pada suhu 350 sampai 900 ºC

4. Pembentukan silika pada suhu 900 ºC atau lebih

Beberapa di antara perubahan awal tersebut cukup sederhana, misalnya kalsinasi CaCO3 dan dehidrasi serta dekomposisi kaolinit. Reaksi – reaksi lain, misalnya pembentukan silikat, cukup rumit dan berubah-ubah sesuai dengan suhu dan perbandingan penyusunnya. Mengenai sistem Al2O3.SiO2 telah menghasilkan pengembangan penting dalam proses pembuatan refraktori mulit. Diagram tersebut menunjukkan bahwa berapa persen pun likuefaksi bisa didapatkan, bergantung pada suhu, kecuali pada beberapa titik nonvarian. Jadi, jika peleburan yang berangsur dijaga agar tidak berlanjut terlalu jauh dengan mengendalikan kenaikan suhu, akan tertinggal massa dan jumlah yang cukup untuk menjadi kerangka yang memegang massa panas tersebut. Diagram Al2O3.SiO2 itu menunjukkan bahwa mulit adalah satu – satunya senyawa alumina dan silika yang stabil pada suhu tinggi.

Produk keramik hampir semuanya mempunyai sifat refraktori, artinya tahan terhadap panas, dan tingkat kerefraktorian dari suatu produk tertentu bergantung pada perbandingan kuantitas oksida refraktori terhadap oksida fluks di dalamnya. Oksida refraktori yang terpenting adalah SiO2, Al 2 O3, CaO dan MgO disamping ZrO2, TiO2, Cserta BeO yang lebih jarang dipakai. Oksida fluks yang terpenting adalah Na 2O, K2O , B2O3 dan SnO2, disamping fluorida yang juga digunakan dalam komposisi beberapa fluks tertentu.

Keseluruhan badan keramik akan mengalami vitrifikasi, atau pembentukan kaca, pada waktu pemanasan, dan tingkat vitrifikasi ini bergantung pada perbandingan kuantitas oksida refraktori dan oksida fluks di dalam komposisinya pada suhu dan pada waktu pemanasan. Fase kekaca memberikan sifat – sifat yang dikehendaki pada keramik, misalnya berfungsi sebagai perekat dan memberikan sifat translusen (tembus cahaya) pada keramik cina (chinaware). Bahkan dalam refraktori pun vitrifikasi ini dikehendaki sebagai perekat, tetapi vitrifikasi yang terlalu jauh akan memusnahkan sifat refraktorinya. Jadi, jelaslah bahwa badan keramik terdiri dari matriks kekaca plus kristal, dimana dua yang terpenting adalah mulit dan kristobalit.

Derajat vitrifikasi, atau berkurangnya porositas secara brangsur merupakn dasra yang berguna untuk menggolongkan produk keramik sebagai berikut :

• Keramik – putih. Kuantitas fluks beragam, pemanasan pada suhu tinggi sedang, vitrifikasi beragam.
• Produk lempung – berat. Fluks banyak, pemanasan pada suhu rendah, vitrifikasi sedikit.
• Refraktori. Sedikit fluks, pemanasan pada suhu tinggi, sedikit vitrifikasi.
• Email. Sangat banyak fluks, pemanasan pada suhu sedang, vitrifikasi sempurna.
• Kaca. Fluks sedang, pemanasan pada suhu tinggi, vitrifikasi sempurna.

2.6 Macam-macam Keramik

Keramik adalah semua benda-benda yang terbuat dari tanah liat/lempung yang mengalami suatu proses pengerasan dengan pembakaran suhu tinggi. Pengertian keramik yang lebih luas dan umum adalah “Bahan yang dibakar tinggi” termasuk didalamnya semen, gips, metal dan lainnya.

a. Gerabah (Earthenware), dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000°C. Keramik jenis ini struktur dan teksturnya sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, paso, pot, anglo, kendi, gentong dan sebagainya termasuk keramik jenis gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya.

b. Keramik Batu (Stoneware), dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi (1200°-1300°C). Keramik jenis ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis termasuk kualitas golongan menengah.

c. Porselin (Porcelain), adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika. Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.

d. Keramik Baru (New Ceramic), adalah keramik yang secara teknis, diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material keramik jenis ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknis lainnya.

Badan keramik adalah bagian utama dalam pembuatan keramik dan bahan utamanya biasa disebut dengan bahan mentah keramik. Contoh bahan mentah keramik alam seperti kaolin, lempung, felspar, kuarsa, pyrophillit dan sebagainya.

Sedangkan bahan keramik buatan seperti mullit, SiC, Borida, Nitrida, H3BO3 dan sebagainya. 

Bahan mentah keramik digolongkan menjadi 5 (lima) yaitu :

1) Bahan Pengikat Contoh : kaolin, ball clay, fire clay, red clay,

2) Bahan Pelebur Contoh : felspar, kapur,

3) Bahan Pengisi Contoh : silika, grog (samot),

4) Bahan Tambahan Contoh : water glass, talk, pyrophillit, dan

5) Bahan Mentah Glasir. (Bahan yang membuat lapisan gelas pada permukaan benda keramik setelah melalui proses pembakaran pada suhu tertentu), diantaranya adalah :

a) Bahan mengandung SiO2 – pasir kuarsa – lempung – feldspar,

b) Bahan mengandung oksida basa – potas felspar – batu kapur – soda abu,

c) Bahan mengandung Al2O3 – kaolin – feldspar,

d) Bahan tambahan Contoh : bahan pewarna ( senyawa cobalt, senyawa besi,

e) Bahan perekat Contoh : gum,

f) Bahan penutup Contoh : Oksida sirkon, oksida seng,

g) Bahan pelebur Contoh : asam borat, borax, Na2CO3, K2CO3, BaCO3 

h) Bahan opacifer : SnO2, ZrO dan sebagainya

2.7 Pembuatan Keramik

Semua produk keramik dibuat dengan mencampurkan berbagai kuantitas bahan baku yang sudah disebutkan di atas, membentuknya lalu memanaskan sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 7000C untuk beberapa glasir luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu 2000oC. Pada suhu vitrifikasi terjadi sejumlah reaksi, yang merupakan dasar kimia bagi konversi kimia:

1. Dehidrasi, atau “ penguapan air kimia” pada suhu 150-650oC

2. Kalsinasi, misal CaCO3 pada suhu 600-900oC

3. Oksidasi besi fero dan bahan organic pada suhu 350-900 oC

4. Pembentukan silica pada suhu 900oC lebih.

5. Tahapan proses dalam membuat keramik saling berkaitan antara satu dengan lainnya.

Proses awal yang dikerjakan dengan baik, akan menghasilkan produk yang baik juga. Demikian sebaliknya, kesalahan di tahapan awal proses akan mengasilkan produk yang kurang baik juga.

Tahap-tahap membuat keramik :

Ada beberapa tahapan proses yang harus dilakukan untuk membuat suatu produk keramik, yaitu:

1. Pengolahan Bahan

Tujuan pengolahan bahan ini adalah untuk mengolah bahan baku dari berbagai material yang belum siap pakai menjadi badan keramik plastis yang telah siap pakai. Pengolahan bahan dapat dilakukan dengan metode basah maupun kering, dengan cara manual ataupun masinal. Didalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain pengurangan ukuran butir, penyaringan, pencampuran, pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air. Pengurangan ukuran butir dapat dilakukan dengan penumbukan atau penggilingan dengan ballmill. Penyaringan dimaksudkan untuk memisahkan material dengan ukuran yang tidak seragam. Ukuran butir biasanya menggunakan ukuran mesh. Ukuran yang lazim digunakan adalah 60 – 100 mesh.

Pencampuran dan pengadukan bertujuan untuk mendapatkan campuran bahan yang homogen/seragam. Pengadukan dapat dilakukan dengan cara manual maupun masinal dengan blunger maupun mixer.

Pengurangan kadar air dilakukan pada proses basah, dimana hasil campuran bahan yang berwujud lumpur dilakukan proses lanjutan, yaitu pengentalan untuk mengurangi jumlah air yang terkandung sehingga menjadi badan keramik plastis. Proses ini dapat dilakukan dengan diangin-anginkan diatas meja gips atau dilakukan dengan alat filterpress.

Tahap terakhir adalah pengulian. Pengulian dimaksudkan untuk menghomogenkan massa badan tanah liat dan membebaskan gelembung-gelembung udara yang mungkin terjebak. Massa badan keramik yang telah diuli, disimpan dalam wadah tertutup, kemudian diperam agar didapatkan keplastisan yang maksimal.

2. Pembentukan

Tahap pembentukan adalah tahap mengubah bongkahan badan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki. Ada tiga keteknikan utama dalam membentuk benda keramik: pembentukan tangan langsung (handbuilding), teknik putar (throwing), dan teknik cetak (casting).

a. Pembetukan Tangan Langsung

Dalam membuat keramik dengan teknik pembentukan tangan langsung, ada beberapa metode yang dikenal selama ini: teknik pijit (pinching), teknik pilin (coiling), dan teknik lempeng (slabbing).

b. Pembentukan dengan Teknik Putar

Pembentukan dengan teknik putar adalah keteknikan yang paling mendasar dan merupakan kekhasan dalam kerajinan keramik. Secara singkat tahap-tahap pembentukan dalam teknik putar adalah: centering (pemusatan), coning (pengerucutan), forming (pembentukan), rising (membuat ketinggian benda), refining the contour (merapikan).

c. Pembentukan dengan Teknik Cetak

Dalam keteknikan ini, produk keramik tidak dibentuk secara langsung dengan tangan; tetapi menggunakan bantuan cetakan/mold yang dibuat dari gipsum. Teknik cetak dapat dilakukan dengan 2 cara: cetak padat dan cetak tuang (slip). Pada teknik cetak padat bahan baku yang digunakan adalah badan tanah liat plastis sedangkan pada teknik cetak tuang bahan yang digunakan berupa badan tanah liat slip/lumpur. Keunggulan dari teknik cetak ini adalah benda yang diproduksi mempunyai bentuk dan ukuran yang sama persis. Berbeda dengan teknik putar atau pembentukan langsung,

3. Pengeringan

Setelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik. Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting:

Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti; 

Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan 

Air yang terserap pada permukaan partikel hilang. Tahap-tahap ini menerangkan mengapa harus dilakukan proses pengeringan secara lambat untuk menghindari retak/cracking terlebih pada tahap 1 (Norton, 1975/1976). 

Karena produk keramik hampir semuanya punya sifat refraktori, artinya tahan terhadap panas dan sifaat ini bergantung pada oksida refraktori terhadap oksida fluks di dalamnya.

Efek dari pemanasan yang utama yaitu mendorong air hidrasi keluar , ini terjadi pada suhu 600-650oC dengan menyerap sejumlah besar kalor, meninggalkan suatu campuaran amorf alumunia dan silica, seperti terlihat dari penelitian dengan sinar X.

Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O --> Al2O3.2SiO2.2H2O

Keseluruhan reaksi yang terjadi pada pemanasan lempung adalah :

3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O --> 3 (Al2O3.2SiO2.2H2O)

                                                                 Kaonit Munit kristobalit

4. Pembakaran

Pembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku/furnace suhu tinggi.

Pembakaran biscuit

Pembakaran biskuit merupakan tahap yang sangat penting karena melalui pembakaran ini suatu benda dapat disebut sebagai keramik. Biskuit (bisque) merupakan suatu istilah untuk menyebut benda keramik yang telah dibakar pada kisaran suhu 700 – 1000oC. Pembakaran biskuit sudah cukup membuat suatu benda menjadi kuat, keras, kedap air. Untuk benda-benda keramik berglasir, pembakaran biskuit merupakan tahap awal agar benda yang akan diglasir cukup kuat dan mampu menyerap glasir secara optimal.

5. Pengglasiran

Pengglasiran merupakan tahap yang dilakukan sebelum dilakukan pembakaran glasir. Benda keramik biskuit dilapisi glasir dengan cara dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas. Untuk benda-benda kecil-sedang pelapisan glasir dilakukan dengan cara dicelup dan dituang; untuk benda-benda yang besar pelapisan dilakukan dengan penyemprotan. Fungsi glasir pada produk keramik adalah untuk menambah keindahan, supaya lebih kedap air, dan menambahkan efek-efek tertentu sesuai keinginan.

· K2OAl3O3 6SIO2 + CO2 + H2O -> K2CO3 + Al2O3 2SIO2 2H2O + 4SIO2

· K2OAl3O3 6SIO2 + CO2 + H2O -> K2CO3 + Al2O3 2SIO2 2H2O + 4SIO2

2.8 Kegunaan Keramik

Keramik dinilai dari propertinya. Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan daya tahannya. Keramik dengan properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai insulator, semikoncuktor, konduktor dan magnet. Keramik dengan properti yang berbeda dapat digunakan pada aerospace, biomedis, konstruksi bangunan, dan industri nuklir.

Beberapa contoh penggunaan keramik industri:

• Peralatan yang dibuat dari alumina dan silikon nitrida dapat digunakan sebagai pemotong, pembentuk dan penghancur logam.
• Keramik tipe zirconias, silikon nitrida maupun karbida dapat digunakan untuk saluran pada rotorturbocharger diesel temperatur tinggi dan Gas-Turbine Engine.
• Keramik sebagai insulator adalah aluminum oksida (AlO3). Keramik sebagai semikonduktor adalah barium titanate (BaTiO3) dan strontium titanate (SrTiO3). Sebagai superkonduktor adalah senyawa berbasis tembaga oksida.
• Keramik dengan campuran semen dan logam digunakan untuk pelapis pelindung panas pada pesawat ulang-alik dan satelit.
• Keramik Biomedical jenis porous alumina digunakan sebagai implants pada tubuh manusia. Porous alumina dapat berikatan dengan tulang dan jaringan tubuh.
• Butiran uranium termasuk keramik yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Butiran ini dibentuk dari gas uranium hexafluorida (UF6).
• Keramik berbasis feldspar dan tanah liat digunakan pada industri bahan bangunan.
• Keramik juga digunakan sebagai coating (pelapis) untuk mencagah korosi. Keramik yang digunakan adalah jenis enamel. Peralatan rumah tangga yang menggunakan pelapisan enamel ini diantaranya adalah kulkas, kompor gas, mesin cuci, mesin pengering.

2.9 Produk Keramik Khusus

(1). Komposit Keramik

Struktur sarang lebah atau jaringan logam, yang diserap dengan fase keramik, mengandung sifat-sifat kekuatan dari logam paduan tinggi dan sifat-sifat termal yang baik dari busa keramik. Komposit keramik-logam dengan ikatan reaksi dibuat dengan reaksi yang mengikatkan dua bahan bila dipanaskan pada suhu yang lebih rendah dari titik cair masing-masing. Keramik juga berfungsi sebagai katalis yang mendorong korosi logam menjadi oksida logam.

(2). Keramik Fereoelektrik dan Feromagnetik

Keramik yang paling umum yang termasuk golongan ini ialah barium titanat (BaTiO3). Titania dan senyawanya mempunyai sifat istimewa yang sangat berguna dalam penerapan listrik, yang terpenting diantaranya ialah yang menyangkut kapasitas tinggi pada berbagai frekuensi.

(3). Keramik Alumina Tinggi

Bahan ini kuat dan padat (rapat), tidak seperti refraktori yang biasanya berpori. Kebanyakan keramik alumina tinggi digunakan untuk memanfaatkan sifat tahan ausnya serta sifat-sifat tahan korosi, dan stabilitas dimensinya, dan bukan karena ketahanannya menanggung suhu yang tinggi.

2.10 Keramik Putih

Keramik putih (whiteware) adalah nama umum yang diberikan untuk sejenis produk keramik yang biasanya berwarna putih dan mempunyai tekstur (jaringan) halus. Keramik ini dibuat dari bahan dasar lempung yang berkualitas terpilih dal fluks dalam jumlah bervariasi yang dipanaskan dalam suhu yang lebih tinggi (1200 sampai 1500ºC) di dalam tanur (kiln). Jenis-jenis ini dapat dikelompokkan sebagai berikut :

• Keramik tanah (carthenware) disebut barang pecah belah semi kekaca (semivitreous dinnerware), adalah keramik berpori dan tidak translusen dengan glasir lunak.
• Keramik cina (chinaware) adalah keramik vitrifikasi translusen dengan glasir sedang dan tahan terhadap abrasi tertentu; digunakan untuk tugas non teknik.
• Porselin (porcelain) adalah keramik vitrifikasi translusen dengan glasir keras yang tahan abrasi pada tingkat maksimum. Dalam kelompok ini termasuk porselin kimia, isolasi, dan dental (pergigian).
• Keramik saniter (sanitary ware), dulu dibuat dari lempung, biasdanya berpori; oleh karena itu sekarang menggunakan komposisi kekaca. Kadang-kadang bersama komposisi triaksial ditambahkan juga grog kekaca ukuran tertentu yang telah mengalami pembakaran pendahuluan.
• Keramik batu (stone ware), adalah jenis yang tertua di antara barang keramik, yang telah digunakan jauh sebelum pengembangan porselin; bahkan keramik ini dapat dianggap sebagai porselin kasar yang pembuatannya tidak dilakukan dengan teliti dan terbuat dari bahan baku bermutu rendah.
• Ubin keramik putih (white ware tile) terdapat dalam berbagai jenis khusu, biasanya dikelompokkan atas ubin lantai yang tahan terhadap abrasi dan kedap terhadap peresapan noda, ada yang diglasir ada yang tidak; dan ubin dinding yang juga mempunyai permukaan keras dan permanen dengan berbagai macam warna dan tekstur.

Pengglasiran itu sangat penting dalam hal keramik putih, terutama untuk barang pecah belah. Glasir adalah lapisan salut dari kaca yang dilebur diatas permukaan barang keramik yang agak berpori. Glasir mengandung 2 jenis perawis yang amat berbeda, yang dicampurkan dalam bermacam – macam perbandingan. Bahan refraktori seperti feldspar, silika, lempung cina dan fluks seperti soda, potas, flourspar dan boraks. Teknik yang digunakan untuk pembakaran glasir ini adalah pembakaran glast. Pembakaran glasir keramik tanah dilakukan pada suhu 1050ºC sampai 1100 ºC ; keramik batu antara 1250 oC sampai 1300 oC

2.11 Porselin

Porselin (Porcelain), adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti alumina dan silika. Tanah liat dicampur kaolin, felspar dan quarts. Kemudian campuran ini dipanaskan dalam tungku yang suhunya dapat diatur. Bahan porselin dibakar sampai keras, halus mengkilat dan bebas dari lubang-lubang. Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka seringdisebut keramik putih.

Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C,bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.

Kekuatan, ketahanan, dan translusen cahaya porselen biasanya didapat dari formasi gelas dan mineral mulit yang muncul dari hasil proses pembakaran, Porselen juga memiliki sifat yang kuat, keras, solid walaupun belum diberi lapisan. Warnanya bisa putih ataupun berwarna-warni, tembus cahaya (tergantung dari ketebalannya) dan resonan. Nilai kuat tekan dan kuat tariknya masing-masing 70.000 kg/cm2 dan 500 kg/cm2.

2.11.1 Sifat-sifat Porselin

Sifat-sifat poselin adalah sebagai berikut :

1. Massa jenisnya berkisar antara 2,3 hingga 2,5 g/cm3.

2. Koefisien muai panjang (ά) 3 . 10-6 hingga 4,5 . 10-6 per 0C. Hal ini perlu mendapatkan perhatian jika dilem dengan semen atau diikat dengan logam, karena ά semen = 11 . 10-6 per 0C, ά baja = 14 . 10-6 per 0C.

3. Kekuatan tekan porselin adalah 4000 hingga 6000 kg/cm2.

4. Kekuatan tarik 300 hingga 500 kg/cm2 untuk yang menggunakan pelapis, 200 hingga 300 kg/cm2 yang tanpa pelapis.

5. Kekuatan tekuk 80 hingga 100 kg/cm2. Porselin lebih regas daripada kaca.

2.11.2 Pembuatan Porselin 

Ada tiga cara produksi : porselin proses basah, digunakan untuk membuat isolator butiran halus berglasir tebal untuk peralatan listrik tegangan tinggi; porselin proses kering, digunakan untuk pembuatan alat – alat listrik tegangan rendah yang mempunyai tekstur terbuka, secara cepat; dan porselin cetak, yang diperlukan untuk membuat barang – barang yang terlalu besar atau terlalu rumit untuk kedua cara yang lain. Ketiga proses ini didasarkan atas bahan baku yang sama, perbedaan pembutannya adalah dalam cara pengeringan dan pembentukan.

Proses basah dapat dipecah menjadi beberapa langkah sebagai berikut :

• Bahan baku dengan perbandingan dan sifat – sifat sesuai dengan yang diperlukan untuk menghasulkan porselin dengan kualitas yang dikehendaki, ditimbang dari hoper yang terletak di atas ke kereta timbang. 
• Feldspar, lempung dan flin dicampur dengan air di dalam blunger (pencampur lempung-air) dan dilewatkan melalui separator magnetik, diayak dan disimpan. 
• Sebagian besar air dibuang di dalam filter pres. Semua udara yang ada di dalam campuran dikeluarkan di dalam penggiling pug, dibantu dengan vakum dan pisau pengiris. Cara ini akan menghasilkan porselin yang lebih padat, lebih seragam dan lebih kuat. 
• Lempung yang sudah dipersiapkan tersebut dibentuk menjadi blanko di dalam pres hidraulik atau dengan pengempaan panas dalam pencetak – pencetak sesuai keperluan. 
• Blanko tersebut kemudian mengalami pengeringan pendahuluan, dirapikan dan kemudian dikeringkan sampai kering benar di bawah kondisi yang dikendalikan dengan baik. 
• Untuk mendapatkan permukaan yang cemerlang dilakukan pengglasiran dengan menggunakan bahan tertentu. 

Vitrifikasi badan keramik dan pengglasiran dilakukan di dalam tanur terowongan dengan suhu dan penggerakan yang dikendalikan dengan baik. 

Barang – barang porselin dilindungi dengan menempatkannya diatas sager. Yang dipasang bertumpuk satu diatas yang lain diatas kereta. Cara ini adalah cara pembakaran satu kali, dimana badan keramik dan glasir dipanggang dalam satu kali pembakaran. Barang – barang keramik kemudian diuji dengan pengujian listrik dan di inspeksi secara ketat.

Pembuatan barang – barang porselin pecah belah biasanya lebih rumit daripada pembuatan produk porselin lain. Barang – barang tertentu dibuat dengan membentuknya diatas roda pembentuk oleh pengrajin yang terampil dengan memusing massa lempung plastik menjadi bentuk yang dikehendaki.

2.11.3 Alat Untuk Membuat Porselin

Ada dua macam oven untuk pembakaran porselin, yaitu jenis pemanggang (kiln) dan jenis terowongan. Pada oven jenis pemanggang, proses pembakaran dan pendinginan dilakukan secara serentak untuk beberapa benda kerja. Untuk industri kecil, oven ini tepat digunakan. Oven jenis kedua yaitu jenis terowongan pemanggangan. Dalam oven ini, benda yang dipanaskan dilewatkan melalui oven secara perlahan-lahan. Panjang oven ini dapat mencapai 100 meter, terdiri dari tiga bagian proses yaitu : daerah pemanasan, daerah pemanggang dan daerah pendinginan.

Suhu tertinggi adalah di daerah tengah, yaitu daerah pemanggang dan bagian pinggir lebih dingin. Dengan demikian selama perjalanan benda-benda kerja akan terjadi pemanasan dan pendinginan secara bertahap dan perlahan-lahan. Karena pada oven jenis terowongan ada bagian yang selalu begerak (untuk menempatkan benda kerja), maka pemanasan terhadap benda kerja adalah terus menerus, demikian pula pengambilan bagi benda kerja yang selesai dipanasi tidak perlu memadamkan oven.

Pengecilan yang terjadi selama proses pembuatan benda porselin dari keadaan basah hingga pembakaran adalah sebesar 20%. Karena itu untuk pembuatan benda porselin pada waktu mentah harus lebih besar dari ukuran akhir yang dikehendaki.

Namun, pada prakteknya sulit didapat ukuran yang presisi, karena hal ini dipengaruhi komposisi bahan dan kondisi pembakarannya. Umumnya produk-produk porselin toleransi yang masih dapat ditolerir berkisar antara 2 hingga 5%. Benda-benda porselin disarankan tidak disambung dengan menggunakan sekrup, tetapi untuk menyambungnya menggunakan lem, semen atau diikat dengan logam.

2.11.4 Kelebihan dan Kekurangan Porselin

Beberapa kelebihan porselin/keramik antara lain:

1. Stabil, adanya ikatan ionik yang kuat antaratom yang menyusun keramik, seperti silikon dan oksigen dalam silica dan silicates, membuat strukturnya sangat stabil dan biasanya tidak mengalami degradasi karena pengaruh lingkungan.

2. Mempunyai kekuatan mekanik yang baik, merupakan ciri alami bahwa bahan keramik mempunyai sifat mekanik yang kuat,

3. Harganya relatif murah, penyusun porselin seperti clay, feldspar dan quartz harganya relatif murah dan persediaannya berlimpah.

4. Tahan lama, proses pembuatan porselin yang terdiri dari beberapa proses seperti pencetakan dan pembakaran dalam mengurangi kadar air menyebabkan porselin mempunyai sifat awet.

Namun, ada pula kekurangan porselin/keramik yaitu:

1. Berlubang akibat pembuatan kurang sempurna

2. Mudah terpolusi, permukaan porselin bersifat hidrophilik, yang berarti bahwa permukaan porselin mudah untuk menangkap air, sehingga pada kondisi lingkungan yang berpolusi mudah untuk terbentuk lapisan konduktif dipermukaannya.

2.11.5 Kegunaan Porselen

• Pembuatan perlengkapan rumah tangga seperti: piring, tatakan, cangkir, mangkok, teko, sendok, dan asbak, termasuk pembuatan barang pajangan; Pembuatan macam-macam bahan bangunan seperti: kloset, bidet, wastafel, urinoir, bak cuci, bak mandi, dan ubin;

• Pembuatan macam-macam alat laboratorium, Iistrik dan teknik serta perlengkapan dari porselin seperti: lumpang dan alu, piring penapis, tabung kimia, botol/ guci, cawan, rumah sekering, insulator, dan isolator tegangan.

Beberapa jenis inovasi keramik dan porselin yang terkenal adalah:

• Abarello: ini adalah semacam poci yang didesain untuk menyimpan obat-obatan dari abad 15.
• Fritware: ini adalah alat dapur untuk memanggang atau menggoreng dari abad 11. Sebuah resep cara membuatnya ditulis Abu al-Qassim pada tahun 1300 yang memuat perbandingan bahan-bahannya yaitu kuarsa : gelas frit : lempung putih = 10 : 1 : 1.
• Hispano-Moresqueware: ini adalah keramik yang dibuat di Spanyol Islam setelah bangsa Moor (Maroko) mengenalkan teknik pembuatan keramik ke Eropa dengan pelapisan timah dan gambar warna. Teknik ini sangat berbeda dengan keramik yang dikenal di kalangan Kristen dari karaketer Islam dalam dekorasinya yang bermotif kaligrafi.
• Iznik: ini adalah keramik dari era Turki Utsmani pada awal abad-15 M. Keunggulannya adalah ramuan bahan-bahannya yang membuat koefisien muainya turun sehingga tahan panas.
• Lusterware: lapisan gilap untuk keramik jenis ini semula dipakai di Mesopotamia (Irak) sejak abad-9 M lalu sangat terkenal di Persia dan Syria, dan berikutnya diproduksi massal di Mesir selama era Fatimiyah (abad-10 hingga abad-12M). Teknik inilah yang pada abad-16M menyeberang ke Itali di masa rennaisance lalu menyebar ke Belanda, Perancis dan negeri Eropa lainnya.

2.12 Refraktori

2.12.1 Sifat-sifat Refraktori

(1). Sifat –sifat kimia

Biasanya, refraktori diklasifikasikan atas tiga jenis, yaitu jenis asam, basa, dan netral. Bata silika tentulah bersifat asam, bata magnesit sangat basa, namun bata tahan api biasanya dimasukkan kedalam kelompok netral walaupun sebenarnya mungkin termasuk salah satu dari dua kelompok itu bergantung pada perbandingan kandungan silika – alumina didalamnya. Aksi kimia mungkin terjadi karena kontak dengan kerak, atau dengan abu bahan bakar, gas tanur, disamping dengan produk – produk seperti kaca atau baja.

(2). Porositas

Porositas berkaitan langsung dengan berbagai sifat fisika bata lainnya, termasuk ketahanannya terhadap serangan kimia. Makin tinggi porositas suatu bata, makin mudah bata itu dipentrasi oleh fluks cair dan gas. Untuk setiap jenis bata tertentu, bata yang porositasnya paling rendah adalah yang paling keras dan paling tinggi konduktivitasnya termal dan kapasitas kalornya.

(3). Titik Lebur

Titik lebur(fusion point) ditentukan dengan menggunakan kerucut pirometrik yang titik lunaknya(softening point) diketahui. Kebanyakan refraktori sering komersial melunak secara berangsur dalam jangkuan suhu yang cukup luas dan tidak mempunyai titik cair yang tajam karena biasanya terdiri dari berbagai mineral, baik yang amorf maupun yang kristal. Titik lebur kerucut pirometrik itu bisa didapatkan dari literatur11.titk lebur beberapa contoh umum refraktori,baik yang berupa zat murni maupun produk teknis.

(4). Penyerpihan

Blok atau bata refraktori sering mengalami letak ataupun terkelupas karena kompresi atau tegangan panas yang tidak seragam;peristiwa itu dikenal sebagai penyerpihan (spalling)12.refraktori biasanya memuai bila dipanaskan. Bata yang mengalami ekspansi paling besar dangan laju yang amat tidak seragam paling mudah mengalami ekspansi apabila mendapatkan pemanasan atau pendinginan cepat.

(5). Kekuatan

Kekuatan pada waktu dingin sedikit sekali hubungannya pada suhu tinggi. Ketahanan terhadap abrasi atau erosi juga sangat penting bagi berbagai konstruksi tanur, misalnya pada dinding pabrik kokas hasil samping dan pada pelapis dinding tanur semen putar pada ujung pengeluar.

(6). Ketahanan Terhadap Perubahan Suhu

Bata yang mempunyai ekspansi termal paling rendah, dan yang teksturnya paling kasar, paling tahan terhadap perubahan termal yang berlangsung mendadak ; dan juga paling sedikit mengalami regangan. Bata yang sudah lama digunakan biasanya mencair menjadi kerak vitreo pada permukaan luarnya, dan bahkan kadang – kadang juga aus karena korosi. 

(7). Konduktivitas termal

Bata yang paling padat dan tidak berpori mempunyai konduktivitas termal paling tinggi. Walaupun konduktivitas termal dibutuhkan pada berbagai konstruksi tanur, seperti misalnya pada dinding tanur redup (muffle), sifat ini tidak terlalu dikehendaki seperti sifat – sifat refraksi lainnya, misalnya ketahanan terhadap kondisi pembakaran. Beberapa refraktori khusus justru membutuhkan isolasi.

(8). Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor tanur bergantung pada konduktivitas termal kalor spesifik, dan gravitas spesifik refraktori yang dipakai. Bata ringan lebih sedikit menyerap kalor daripada yang berat, dan ini merupakan suatu keuntungan apabila tanur dioperasikan secara randik (terputus – putus), karena dengan demikian suhu operasi tanur bisa dicapai dalam waktu yang lebih cepat dan dengan bahan bakar lebih sedikit. Sebaliknya, bata lempung berat yang padat lebih cocok digunakan sebagai pengisi regenerator, seperti pada pabrik kokas, tanur kaca dan tungku tanur tinggi.

2.12.2 Pembuatan Refraktori

(1). Penggilingan

Salah satu faktor terpenting tentulah ukuran partikel di dalam tumpukan. Menurut pengetahuan, campuran yang paling rapat adalah yang terdiri dari partikel kasar dan halus dalam perbandingan 55 : 45, dengan hanya sedikit saja partikel ukuran tengahan. Hal ini dapat diatur dengan mengendalikan pengayakan, pemisahan dan pendaurulangan secara teliti. Cara ini cukup berhasil untuk bahan– bahan kristal tetapi tidak mudah untuk campuran yang mempunyai plastisitas tinggi.

(2). Pencampuran

Fungsi pokok pencampuran ialah untuk mengatur distribusi bahan plasti sehingga dapat menyalut secara sempurna bahan yang tidak plastik. Hal ini perlu untuk pelumasan pada waktu operasi pencetakan sehingga pelekatan massa terjadi tanpa terdapat terlalu banyak rongga – rongga kosong.

(3). Percetakan

Berhubung besarnya kebutuhan akan bata refraktori yang mempunyai densitas yang lebih tinggi, demikian pula kekuatan, volume, dan keseragamannya, maka berkembanglah metode percetakan pres kering dengan mesin pres mekanik.

(4). Pengeringan

Pengeringan digunakan untuk mengeluarkan air yang ditambahkan sebelum pencetakan sehingga memberikan sifat plastisitas. Dengan keluarnya air, terdapat rongga – rongga kosong dan terjadi regangan dalam. Dalam beberapa hal, kadang – kadang pengeringan itu tidak dilakukan sama sekali, dan sedikit pengeringan yang diperlukan dilakukan pada tahap pemanasan dalam siklus pembakaran.

(5). Pembakaran

Pembakaran dapat dilakukan dalam tanur bundar yang biasa atau dalam tanur terowongan kontinyu. Ada dua hal penting yang berlangsung pada waktu pembakaran : terbentuknya ikatan permanen karena terjadi vitrifikasi parsial campuran dan terjadinya bentuk –bentuk mineral stabil yang dapat digunakan kemudian.

2.12.3 Macam-macam Refraktori

(1). Bata Lempung Api

Lempung api (fire clay) adalah bahan yang paling banyak dipakai di antara bahan refraktori yang ada karena bahan ini cocok untuk bermacam penerapan. Bahan ini juga mempunyai komposisi yang cukup beragam, mulai dari yang mengandung kelebihan silika bebas dalam jumlah banyak, sampai yang mempunyai kandungan alumina tinggi. Lempung api ini banyak digunakan pada industri baja, industri pengecoran, tanur gamping, tanur gerabah, kupola, tanur tembaga dan kuningan, tanur metalurgi dan keramik kontinu ketel upa, pembangkit gas, dan tanur kaca.

(2). Bata Silika

Bata silika adalah bahan yang mengandung 95 sampai 96% SiO2 dan sekitar 2% yang ditambahkan pada waktu penggilingan sebagai bahan perekat. Bahan ini dibuat dalam berbagai ukuran dengan pres mesin. Jenis ini sangat cocok untuk membuat busur pada tanur-tanur besar karena mempunyai kekuatan fisikayang lebih tinggi dari pada kebanyakan bata yang terbuat dari lempung.

(3). Refraktori Alumina Tinggi

Refraktori alumina tinggi adalah bahan yang dibuat dari lempung yang mengandung banyak bauksit dan diaspora dan bahan ini makin banyak digunakan untuk menghadapi kondisi yang hebat dimana bata lempung api atau bata silika yang biasa tidak memadai lagi. Jenis ini banyak digunakan sebagai pelapis dinding tanur kaca, tanur pembakar minyak dan pemasak minyak tekanan tinggi, serta pada atap tanur pelunak timbale, serta dalam ceker (pengisi) regenerator tanur tinggi.

(4). Refraktori Basa

Refraktori basa adalah bata basa yang terbuat dari magnesia, kromit, dan forsterit. Bahan ini biasanya dibuat dengan pres mesin dan ikatan kimia atau dibakar sampai keras. Bata basa ini memiliki kelemahan seperti kurangnya ikatan, kerekatan dan stabilitas volume. Namun hal ini sudah dapat diatasi dengan tiga cara yaitu :

• penyusunan butir-butirannya dengan lebih baik, yaitu dengan hanya menggunakan partikel ukuran terpilih dalam perbandingan yang diperhitungkan untuk meminimumkan pembentukan rongga-rongga kosong;
• menaikkan tekanan pembentukan sampai 70 MPa dan mengeluarkan udara untuk mengurangi rongga-rongga udara di antara butiran;
• menggunakan perekat kimia refraktori

(5). Refraktori Magnesia

Refraktori magnesia adalah bahan yang terbuat dari magnesit dalam negeri (AS) atau dari bahan magnesia yang diekstraksi dari larutan garam. Bata magnesia tidak dapat menahan beban pada suhu tinggi, tetapi kesulitan ini dapat diatasi dengan mencampurnya dengan bijih krom. Bata magnesit-krom dengan ikatan kimia sering kali didukung dengan baja lunak untuk memegang pasangan bata dan mengurangi kerugian karena spalling. Refraktori ini digunakan dalam tanur terbuka, sebagai dinding tanur listrik, dan pada zone pembakaran pada tanur semen, serta pada atap berbagai tanur-gema (reverferatory furnace) nomfers.

(6). Bata Isolasi

Bata isolasi adalah bahan yang terdiri dari 2 jenis yaitu yang digunakan sebagai pelapis luar bata refraktori dan yang digunakan sebagai pengganti bata refraktori bata biasa. Kebanyakan bata yang digunakan sebagai pelapis luar terbuat dari tanah diatomea alam yang berpori. Bata jenis yang kedua, biasanya disebut bata ringan, mempunyai komposisi serupa dengan bata berat, tetapi memperlihatkan sifat isolasi karena cara pembuatannya.

(7). Silikon Karbida

Silikon karbida adalah bahan yang terbuat dari bahanbaku yang berasal dari tanur silikon karbida yang digiling lalu ditambah dengan pengikat keramik sebanyak kurang dari 10%. Bata ini sangat refraktori dan mempunyai konduktivitas termal tinggi, ekspansifitas rendah, dan ketahan tinggi terhadap abrasi dan penyerpihan. Bata ini mempunyai kekuatan mekanik tinggi dan dapat memikul beban di dalam tanur sampai suhu 1400oC. Refraktori ini terutama digunakan dalam tanur redup karena konduktivitas termalnya rendah.

(8). Refraktori dari Alumina Kristal atau Aluminium Silikat

Penelitian menunjukkan bahwa mulit dan karborundum mempunyai ketahanan tinggi terhadap terak dan tetap berada dalam keadaan kristal pada suhu 1600ºC atau lebih. Tanur suhu tinggi dapat menghasilkan bata alumina yang sifat-sifatnya sangat mendekati karborundum murni, dan bata mulit yang terbuat dari kyanit India yang dikalsinasi, dimana ikatan lempung yang lama digantikan oleh ikatan mulit yang terdiri dari kristal-kristal yang sangat berkaitan. Refraktori ini banyak digunakan bilamana terdapat pembentukan terak yang hebat.

(9). Refraktori Celak Listrik atau Refraktori Corhart

Berbagai macam refraktori berikat dibuat dari mulit yang dilebur dengan listrik. Pada pembuatan refraktori ini, campuran lempung diaspora yang mengandung alumina tinggi dimasukkan dari atas tanur listrik. Refraktori yang dibuat dengan proses ini mempunyai badan kekaca (vitreo) dan tak berpori mempunyai koefisien ekspansi linear sebesar kira-kira separuh bata api biasa.

(10). Refraktori Oksida Murni

Refraktori oksida murni telah dikembangkan untuk menghadapi kebutuhan saat ini dimana industri tidak henti-hentinya diperhadapkan dengan kebutuhan akan produk yang tahan terhadap suhu yang lebih tinggi dan kondisi operasi yang lebih berat. Keunggulannya adalah tidak mengandung fluks sama sekali. Diantara refrakori oksida murni ini, bahan yang paling banyak digunakan adalah alumina sinter. Refraktori ini dapat digunakan dengan baik sampai suhu kira-kira 1870ºC.

2.13 Email Vitreo

Email adalah bahan tidak tembus pandang yang dibakar secara berlapis (3-6 lapis) pada bahan dasar. Email merupakan massa yang mirip gelas dan dapat menempel kuat. Email terbentuk setelah campuran organic yang mengandung kuarsa dalam air dilapiskan ke atas permukaan logam dengan cara pelelehan dan “sinter”.

Email vitreo atau email kekaca (vitrous enamel) adalah campuran keramik yang mengandung banyak fluks, yang dipasangkan dalam keadaan panas merah sedang. Di sini berlangsung vitrifikasi sempurna. Penerapan email pada emas, perak, dan tembaga sudah ada sejak dahulu kala. Bahan ini sudah lama digemari sebagai bahan dekorasi yang indah dan digunakan secara komersial karena merupakan produk yang tahan pakai, penerapannya luas, mudah dibersihkan, dan tahan terhadao korosi.

Penggunaannya dewasa ini ialah dalam suku-suku pipa, perabot dapur, peralatan industri, baja berlapis email kaca untuk pengguaan di bidang kimia. Pasarannya di bidang peralatan rumah tangga sudah berkurang dengan dikembangkannya lapisan organic bakar yang lebih modern, tetapi pasaran baru telah terbuka di bidang lampu elektro-luminisensi dan dalam industri kendaraan bermotor. Yang tersebut terakhir ini merupakan pasar jutaan dolar sebagai frit (glasir) 

2.13.1 Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan tidak saja harus bersih dan murni tetapi juga harus mempunyai kehalusan, komposisi mineral yang tepat, bentuk butiran yang tepat, dan berbagai sifat fisika lain, sesuai dengan jenis email yang dikehendaki. Bahan baku yang digunakan dalam industri email dapat dibagi menjadi 6 kelompok yaitu :refraktori, fluks, opasifikator, warna, bahan pengambang, dan elektrolit.

2.13.2 Pembuatan Frit

Pembuatan kaca email, atau frit, serupa dengan tahap pertama pembuatan kaca biasa. Bahan baku dicampur dalam perbandingan tertentu dan dimasukkan ke dalam tanur pelebur dan dijaga pada suhu kira-kira 1370ºC selama 1 sampai 3 jam. Setelah keseluruhan massa mencair seragam, campuran tersebut dituang keluar dari tanur ke dalam tangki pendingin kejut (kuens) yang berisi air dingin, sehingga leburan tersebut hancur menjadi juataan pecahan halus.

2.13.3 Persiapan Bagian Logam

Keberhasilan pemasangan email bergantung pada sifat dan keseragaman logam dasar tempat email itu dileburkan serta dalam mendapatkan kesejajaran antara koefisien ekspansi logam dan email.

2.13.4 Cara Pemasangan Email

Cara pemasangan email yaitu salut (lapis) email untuk besi lembaran dilakukan dengan cara celup (dipping) atau genang (slushing), karena biasanya diperlukan pelapisan pada kedua sisinya. Dalam cara genag, kelebihan email pada lapisan yang terlalu tebal diguncang lepas dari barang itu. Selain itu dapat juga dipasang dengan cara semprotan.

2.13.5 Pemanggangan

Pemanggangan, dalam hal ini, semua email harus dipanggang di atas barangnya sehingga melebur menjadi suatu lapisan yang halus, sinambung dan seperti kaca.

Persyaratan untuk pemenggangan yang baik dan berhasil adalah :

Suhu pemanggangnya cocok 750 sampai 800ºC;waktu, 1 sampai 15 menit; barang ditopang dengan benar; pemanasan dan pendinginan seragam; atmosfer bebas dari debu. Dewasa ini tebal email biasanya adalah 0,165 mm, sedang beberapa tahun yang lalu adalah sekitar 0,66 mm, dan makin banyak produk yang dibuat dengan satu lapisan saja.

DAFTAR PUSTAKA

Ir. Fatria, dkk. 2013. Bahan Konstruksi Kimia : Keramik. Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembang. hal 63 -78

Sumber lain :

• http://id.wikipedia.org/wiki/Keramik

• http://www.scribd.com/doc/51514268/artikel-porselin

• http://www.scribd.com/doc/111370202/Bab-X-Keramik

• http ://www.scribd.com/doc/46312294/Email

• http://www.scribd.com/doc/51514268/artikel-porselin

• http://www.scribd.com/doc/100369933/refraktori

• http://www.scribd.com/doc/60002509/MAKALAH-REFRAKTORI

• http://famhar.multiply.com/journal/item/178

• http://yandi-sage.blogspot.com/2009/09/kaca-dan-porselin.html

• http://www.kamusilmiah.com/teknologi/teknologi-pembuatan-keramik/