MAKALAH

KERAMIK DAN PENGOLAHANNYA

Disusun:

Nama : Hendrik Yulianto

Nim : 0220110076

POLITEKNIK MANUFAKTUR ASTRA

TEKNIK PENGOLAHAN HASIL PERKEBUNAN

2012

X - 1

KATA PENGANTAR

Puja dan puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena

berkat limpahan rahmat dan hidayahnya, penulis dapat menyelesaikan makalah

ini.

Makalah ini dibuat oleh penulis dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah

material teknik. Selain itu juga bertujuan agar mengerti tentang keramik dan

pengolahannya.

Terimakasih penulis ucapkan untuk pribadi-pribadi yang telah memberi bantuam

moral dalam penyelesaian makalah ini. Penulis sadar bahwa tidak ada yang

sempurna di dunia ini. Oleh karenanya saran dan kritik yang membangun dapat

pembaca berikan agar penulis bias menjadi lebih baik lagi dikemudian waktu.

Jakarta,11 juni 2012

penulis

X - 2

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Mullite ( merupakan bahan keramik berbasis silika dalam sistem

yang terbentuk dari 2 (dua) komponen utama yakni silika ( dan

alumina ( ) (Duval, 2008). Mullite mempunyai cakupan aplikasi yang luas

diberbagai industri seperti industri gelas, industri elektronik dan industri keramik.

Keramik mullite menarik untuk dikaji karena memiliki karakteristik diantaranya,

tahan terhadap zat kimia yang tinggi, konduktivitas termal rendah, dan kestabilan

termal tinggi (Accuratus Corporation, 2008), sehingga dapat digunakan sebagai

isolator panas suhu tinggi dan isolator listrik tegangan tinggi karena mempunyai

resistansi tinggi (Anggono, 2005) . Berdasarkan karakteristik tersebut, keramik

mullite dapat digunakan sebagai penahan panas dalam peralatan suhu tinggi

seperti, pelapis peralatan elektronik, penukar panas dan furnace. Selain itu,

mullite juga memiliki koefisien koduktivitas listrik rendah sehingga sangat baik

digunakan juga sebagai isolator listrik dalam peralatan listrik sebagai contoh

fitting.

Dalam pembuatan keramik mullite bahan baku utama yang digunakan adalah

silika ( dan alumina ( ). Pada umumnya, perbandingan konsentrasi

alumina – silika yang digunakan dalam pembuatan keramik mullite memiliki

aturan stiokiometri yang tetap. Stiokiometri yang biasa digunakan yaitu

(3 : 2 mullite) dan (2 : 1 mullite) (Schneider et.

al, 1994, Treadwell et. al, 1996, Kutty et. al, 2000 dan David et. al, 2008).

Berdasarkan diagram fasa sistem Al2O3-Si02, mullite dengan rumus kimia

merupakan mullite yang paling stabil karena dapat dihasilkan

mullite yang murni (Schneider dan Komarneni, 2005).

X - 3

Silika merupakan bahan baku utama yang dapat diperoleh dari bahan sintesis

seperti silika fumed, TEOS (Tetroethylorthosilicate), dan TMOS

(Tetramethylorosilicate) (Zubardianzar, 2005). Bahan silika di atas sangat

terbatas dan mahal, sehingga untuk mengatasi hal tersebut diperlukan alternatif

lain untuk mencari sumber silika dari bahan nabati yang relatif murah dan mudah

seperti sekam padi, bambu, tongkol jagung, dan serbuk kayu. Dari beberapa

penelitian yang telah dilakukan, ternyata dalam sekam padi memiliki kandungan

utama silika yang cukup tinggi, berkisar 95% (Della, 2002, Siriluk dan

Yuttapong, 2005, Soemaatmadja, 1990) dan komponen minor seperti MgO,

Al2O3, CaO, K2O, dan Na2O (Pearson, 2008) yang merupakan bahan dasar dalam

pembuatan keramik.

Selain itu, sekam padi berpotensi sebagai bahan keramik didukung dengan

kemudahan dan relatif murah silika diperoleh dari silika sekam padi yakni dengan

metode alkalis dan pengabuan. Beberapa penelitian yang sudah dilakukan dengan

metode alkalis (Kalapathy dkk, 2000; Daifullah dkk, 2003; Nurhayati, 2006;

Ebtadianti, 2007; dan Karo Karo dan Sembiring, 2007) atau dengan menggunakan

metode pengabuan (Harsono, 2002). Keunggulan metode alkalis diantaranya

biaya relatif murah dibandingkan dengan silika mineral yang didasarkan pada

kelarutan silika amorph yang besar dalam larutan alkalis serta pengendapan silika

yang terlarut dalam asam (Sembiring, 2008). Dalam metode ekstraksi suhu yang

digunakan adalah suhu rendah dengan tingkat kemurnian lebih besar dan silika

yang diperoleh dapat dalam bentuk larutan atau sol. Ternyata, karakteristik silika

melalui proses termal dapat diperoleh jenis kekristalan, tingkat porositas, ukuran

partikel, luas permukaan spesifik, dan kestabilan termal (Nurhayati, 2006;

Ebdiyanti, 2007; Karo Karo dan Sembiring, 2007; dan Shinoharadan Kohyama,

2004). Berkaitan dengan pemanfaatan sekam padi menunjukkan bahwa silika

sekam padi dapat digunakan sebagai bahan baku keramik diantaranya, keramik

cordierite (Sembiring, 2007), borosilikat (Riyanto, 2010, Ginting, 2010), dan

sillimanite (Oschatz dan Wochter, 1924). Keunggulan karakteristik silika sekam

X - 4

padi yang dipaparkan di atas merupakan pendorong gagasan untuk dilakukannya

penelitian pembuatan keramik mullite.

Pada umumnya sintesis keramik mullite dapat dilakukan dengan tiga metode

yaitu metode padatan (solid reaction) dengan karakteristik temperatur rendah dan

homogenitas rendah (Kurama, S dan Kurama, H, 2006), metode peleburan

(melting) dengan temperatur tinggi dan homogenitas rendah (Amista, 1995), serta

metode sol–gel dengan temperatur rendah dan homogenitas tinggi (Petrovic,

2001). Metode sol-gel adalah suatu proses pembentukan jaringan oksida dari

suatu bahan dalam medium cair yang terjadi melalui reaksi polikondensasi. Secara

umum, proses sol-gel terdiri dari beberapa tahapan yaitu pembentukan sol,

pembentukan gel, penuaan (aging), pengeringan yang disertai dengan pemanasan

hingga proses pemadatan (densification) (Brinker dan Schere, 1990). Metode sol-

gel memerlukan dua perlakuan thermal yaitu suhu rendah (kalsinasi) dan suhu

tinggi (sintering). Kalsinasi adalah suatu proses pemanasan untuk menghilangkan

kadar uap air ( ), sedangkan sintering adalah suatu proses pemadatan material

dengan suhu tinggi dibawah titik leleh.

Berdasarkan latar belakang yang dipaparkan diatas, secara garis besar penelitian

ini dilakukan bertujuan untuk mempelajari karakteristik struktur kristal dan

mikrostruktur pada bahan keramik mullite, yang disintesis dengan menggunakan

metode sol-gel dan memanfaatkan sekam padi sebagai sumber silika. Untuk

mengkarakterisasi struktur kristal digunakan X-Ray Diffraction (XRD) sedangkan

untuk melihat mikrostruktur digunakan Scanning Electron Microscopy (SEM),

serta dilakukan pengukuran penyusutan (shrinkage) untuk mengetahui kaitan

karakteristik struktur dan mikrostruktur.

X - 5

BAB II

ISI

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.

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.

10.1. Keramik

10.1.1 Bahan Baku Dasar

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,

X - 6

Fledspar potas Kaolinit Silika

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.

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 yang langkah-langkahnya diuraikan di dalam

diagram alir (gambar 10.1).

Gambar 10.1 Benefisiasi lempung cina

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.

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 10.1. Untuk membuat produk keramik yang

X - 7

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 fluks yang biasa dipakai untuk menurunkan suhu

vitrifikasi, suhu lebur, dan suhu reaksi adalah :

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]

Beberapa perawis refraktori khusus adalah

Alumina (Al2O3) Alumina silikat (Al2O3.SiO2)

(kianit, silimanit, andalusdit)

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)

X - 8

Tabel 10.1 Bahan Baku Dasar Pembuatan Keramik

Kaolinit Feldspar Pasir atau

Flin

Rumus

Plastisitas

Fusibilitas

(keleburan)

Titik cair

Ciut pada

pembakaran

Al2O3.2SiO2.2H2O

Plastik

Refraktori*

1785 ºC

Sangat ciut

K2O.Al2O3.6SiO2

Nonplastik

Perekat mudah

lebur

1150 ºC

Lebur

SiO2

Nonplastik

Refraktori*

1710 ºC

Tidak ciut

*Tidak melebur pada suhu tertinggi api batu bara (1400 ºC)

10.1.2 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, seperti digambarkan pada gambar 10.2.

X - 9

Gambar 10.2 Diagram fase sistem αAl2O3.SiO2. Multi ialah 3Al2O3.2SiO2,

kristobalit SiO2, dan korundum Al2O3

Pada gambar 10.2 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

X - 10

2000

1800

1600

1400

0 20 40 60 80 100 SiO2 Persen berat αAl2O3

Kristobalit 3Al2O3.2SiO2

Zat cair3Al2O3.2SiO2+

1595*

Korundum+3Al2O3.2SiO2

Zat cair

Kristobalit+Zat cair

Korundum+zat cair1840*

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.

10. 2 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 :

X - 11

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.

Gambar 10.3 Pembuatan porselin dengan proses basah Westinghouse

X - 12

Gambar 10.4 Diagram alir sederhana proses pencetakan, (a) Ekstrusi bata

lempung, (b) pembuatan piring makan dengan jig.

10.3. Pembuatan Porselen

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 dilukiskan pada gambar 10.3. Diagram alir ini 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

X - 13

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.

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.

10.4. Produk Lempung Konstruksi

X - 14

Lempung tersebut biasanya mengandung beberapa ketakmurnian yang

jenis dan jumlahnya cukup untuk memberikan daya fluks dan daya rekat. Untuk

mengglasirkan lempung tersebut, seperti dalam hal pipa got ubin comber, hal ini

dapat dilakukan dengan melemparkan garam (glasir garam) ke api tanur. Garam

yang menguap bereaksi membentuk salut lebur atau glasir diatas permukaan

barang.

Pembuatan Bata Bangunan : Bahan baku yang digunakan adalah tiga macam

lempung ; (1) lempung bakar merah, (2) lempung bakar putih, dan (3) lempung

bakar buf, yang biasanya refraktori. Untuk bata bangunan, persyaratan tidak

terlalu ketat, dan untuk itu biasanya digunakan lempung bakar merah. Pembuatan

bata dilakukan menurut salah satu dari tiga cara berikut : lumpur lembut, lumpur

kaku dan pres kering. Dalam proses lumpur – kaku (stiff – mud) yang banyak

dipakai sekarang, lempung dibuat hanya cukup basah (12 sampai 15 persen) agar

dapat saling lengket dalam pengerjaan.

Gambar 10.5 Diagram alir sederhana proses pencetakan (a). Pres kering refraktori

(b). Cetak slip barang seni

10.5 Refraktori

X - 15

Refraktori, diistilahkan asam, basa dan netral dan juga superrefraktori,

mencakup bahan – bahan yang digunakan untuk menahan pengaruh termal, kimia

dan fisika yang berlaku didalam tanur. Refraktori dijual dalam bentuk bata tahan

api, bata silika, magnesit, kromit dan magnesit – kromit ; refraktori silikon

karbida dan zirkonia, produk aluminium silikat dan alumina. Fluks yang

diperlukan untuk mengikat partikel – partikel di dalam refraktori diusahakan agar

sesedikit mungkin tidak terjadi vitrifikasi yang terlalu jauh. Dengan adanya

peluang untuk membentuk barang – barang dari badan keramik tanpa lempung

dan tidak mengandung plastisitas, sekarang sudah bisa dibuat keramik komponen

tunggal dengan kualitas tinggi, misalnya refraktori oksida murni. Barang – barang

ini adalah barang – barang monokristal dengan perekatan sendiri dan berbeda

dengan refraktori konvensional dengan ikatan vitreo.

10.5.1. 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

X - 16

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.

Tabel 10.2 Suhu lebur berbagai refraktori

Bahan Suhu (ºC)

Bata lempung api

Kaolinit (Al2O3.SiO2.2H2O)

Bata silika

Silika (SiO2)

Bata bauksit

Bata lempung aluminium-tinggi

Mulit (3Al2O3.2SiO2)

Silimanit (Al2.SiO5)

Forsterit (2MgO.SiO2)

Kromit (FeO.Cr2O3)

Bata krom

Alumina (Al2O3)

Spinel (MgO.Al2O3)

Silikon karbida (SiC)

Bata magnesit

Bata zirkenia

Boron nitrida

1600 – 1750

1785

1700

1710

1732 – 1850

1802 – 1880

1810

1816

1890

1770

1950 – 2200

2050

2135

2700

2200

2200 – 2700

2720

X - 17

(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.

10.5.2 Pembuatan Refraktori

(1). Penggilingan

Salah satu faktor terpenting tentulah ukuran partikel di dalam tumpukan.

Menurut pengetahuan, campuran yang paling rapat adalah yang terdiri dari

X - 18

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.

10.5.3 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.

X - 19

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;

X - 20

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

X - 21

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.

10.6 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

X - 22

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.

10.7. Email Vitreo

Porselen atau email vitreo atau email kekaca (vitrous enamel) adalah

campuran keramik yang mengandung banyak fluks, yang dipanaskan dalam

keadaan dingin atau cair kepada logam yang berada dalam keadaan panas merah

sedang.

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.

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.

Keberhasilan pemasangan email bergantung pada sifat dan keseragaman logam

dasar tempat email itu dileburkan serta dalam mendapatkan kesejajaran antara

koefisien ekspansi logam dan 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.

X - 23

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.

10.8 Tanur

Vitrifikasi produk keramik dan konversi sebelumnya, yaitu dehidrasi,

oksidasi, dan kalsinasi dilaksanakan di dalam tanur (klin) yang dioperasikan

secara periodik atau secara kontinu.

Tanur yang terpenting adalah tanur terowongan (tunnel klin) kereta kontinu yang

digunakan untuk pembakaran bata, ubin , porselin, barang pecah-belah, dan

refraktori. Ada dua jenis tanur demikian yaitu jenis pembakaran langsung, dimana

gas bakar terbakar langsung di antara barang keramik, dan jenis tak langsung atau

jenis redup (muffle) dimana produk pembakaran tidak mengalami kontak

langsung dengan barang keramik. Ada juga tanur periodik. Tanur jenis ini tidak

seefisien tanur kontinu dalam pemakaian bahan bakarnya, tetapi lebih luwes

pemakaiannya.

10.9 Penutup

Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya

suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Definisi

pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik

yang berbentuk padat.

Tiga bahan baku utama yang digunakan untuk membuat produk keramik

klasik, atau “triaksial”, adalah lempung, feldspar dan pasir. Disamping itu

keramik juga digolongkan menjadi beberapa jenis yaitu; keramik putih (porselin),

produk– produk lempung struktural, refraktori, produk keramik, email dan logam

lapis email

X - 24