Makalah Bahan Kontruksi Kimia K5.docx

Makalah Bahan Kontruksi Kimia “Struktur dan Sifat Keramik”

Disusun oleh : Amrizal

(M1B117026)

Muhammad Zaki Alghifari

(M1B117032)

Akmaludin

(M1B117036)

Enda Fransisca Manik

(M1B117037)

Adinda Tasya Pitaloka Hudra (M1B117043) Ade silfia

(M1B1150

Uswatun Hasanah

(M1B115018)

Dwiky Bayu Saputra

(M1B114022)

Dosen pembimbing : Aulia sanova, S.T., M.Pd

Prodi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Jambi 1

KATA PENGANTAR Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas makalah yang berjudul “Struktur dan Sifat Keramik” Makalah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan banyak terima kasih kepada Ibu Aulia sanova, S.T., M.Pd selaku dosen pembimbing kami dalam mata kuliah bahan kontruksi kimia ini. Dan tak lupa pula kami mengucapkan terima kasih kepada teman-teman maupun pihak lain yang ikut serta dalam menyusun makalah ini. Terlepas dari semua itu, kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya serta kurangnya referensi sumber makalah ini. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki makalah ini. Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah tentang industri migas di dunia ini dapat memberikan manfaat maupun menambah wawasan terhadap para pembaca.

Jambi, 15 Maret 2019

Tim penyusun

2

Daftar Isi Kata Pengantar ............................................................................................... 2 Bab I : PENDAHULUAN BAB II : PEMBAHASAN 2.1 : Struktur dan Sifat Keramik........................................................ BAB III : Penutup 3.1 : Kesimpulan .................................................................................. 3.3 : Daftar Pustaka ..............................................................................

3

Bab I PENDAHULUAN Kebanyakan keramik adalah senyawa antara logam dan unsur non logam yang obligasi interatomik yang baik benar-benar ionik, atau didominasi ionik tetapi memiliki beberapa keramik kovalen karakter. Keramik berasal dari kata Keramikos Yunani, yang berarti “barang terbakar,” menunjukkan bahwa sifat yang diinginkan dari bahan-bahan tersebut biasanya dicapai melalui suhu tinggi Proses perlakuan panas yang disebut pembakaran. Sampai 60 atau lebih tahun terakhir, bahan yang paling penting dalam pembuatan keramik yang mana disebut “keramik tradisional,” untuk mana bahan baku utama adalah tanah liat. Contoh produk keramik tradisional ialah keramik tradisional cina, porselen, batu bata, ubin, dan, di samping itu, gelas dan keramik suhu tinggi. Akhir-akhir ini, kemajuan yang signifikan memiliki telah dibuat dalam memahami karakter dasar bahan-bahan tersebut dan fenomena yang terjadi di dalamnya yang bertanggung jawab untuk sifat unik mereka. Akibatnya, generasi baru bahanbahan ini telah berkembang, dan keramik jangka telah diambil pada makna yang jauh lebih luas. Untuk satu derajat atau lain, ini baru bahan memiliki efek lebih dramatis pada kehidupan kita; elektronik, komputer, komunikasi,aerospace, dan sejumlah industri lain bergantung pada penggunaannya.

4

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Struktur Keramik Karena keramik terdiri setidaknya dari dua elemen, dan sering lebih, maka struktur kristal umumnya lebih kompleks daripada yang untuk logam. Ikatan atom dalam bahan ini berkisar

dari murni ionik untuk benar-benar kovalen; banyak keramik menunjukkan kombinasi dari dua jenis ikatan ini, tingkat karakter ionik tergantung pada elektronegativitas dari atom. a. Struktur Kristal Untuk bahan-bahan keramik yang ikatan atom didominasi ion, struktur kristal dapat dianggap sebagai terdiri dari bermuatan listrik ion bukan atom. Ion logam, atau kation, bermuatan positif, karena mereka sudah menyerah elektron valensi mereka untuk ion bukan logam, atau anion, yang bermuatan negatif. Dua karakteristik ion komponen dalam bahan keramik kristal mempengaruhi struktur kristal: besarnya muatan listrik pada masing-masing ion komponen, dan ukuran relatif dari kation dan anion. Dengan Berkenaan dengan karakteristik pertama, kristal harus netral; itu semuanya kation muatan positif harus seimbang dengan jumlah yang sama dari anion muatan negatif. Rumus kimia dari senyawa menunjukkan rasio kation untuk anion, atau komposisi yang mencapai keseimbangan tuduhan ini.

Misalnya, kalsium fluoride, masing-masing ion kalsium memiliki 2 muatan (Ca2), dan terkait dengan masing-masing ion fluor adalah muatan negatif tunggal (F). Dengan demikian, harus ada dua kali lebih banyak F sebagai ion Ca2, yang tercermin dalam rumus kimia CaF2. Kriteria kedua melibatkan ukuran atau jari-jari ion kation dan anion, rC dan rA, masingmasing. Karena elemen logam menyerah elektron ketika terionisasi, kation yang biasanya lebih kecil dari anion, dan, akibatnya, rasio rC / Ra adalah kurang dari satu. Setiap kation lebih memilih untuk memiliki banyak anion tetangga terdekat-mungkin. Anion juga menginginkan jumlah maksimum kation tetangga terdekat. struktur kristal keramik stabil terbentuk ketika mereka anion sekitarnya kation semua kontak dengan kation itu, seperti digambarkan pada Gambar 12.1. koordinasi nomor (yaitu, jumlah anion tetangga terdekat untuk kation) adalah terkait dengan kation-anion rasio radius. Untuk bilangan koordinasi tertentu, ada yang kritis atau rasio minimum rC / rA yang ini kontak kation-anion didirikan (Gambar 12.1); Rasio ini dapat ditentukan dari pertimbangan geometris murni. Angka koordinasi dan geometri tetangga terdekat-untuk berbagai rC / Ra rasio disajikan pada Tabel 12.2. Untuk rasio rC / rA kurang dari 0,155, yang sangat kecil kation berikatan dengan dua anion dengan cara linear. Jika rC / rA memiliki nilai antara 0,155 dan 0,225, jumlah koordinasi kation yang 3.This berarti setiap kation dikelilingi oleh tiga anion dalam bentuk segitiga sama sisi planar, dengan kation yang 5

terletak di pusat. Jumlah koordinasi 4 untuk rC / rA antara 0,225 dan 0,414; kation ini terletak di pusat tetrahedron, dengan anion pada setiap dari empat sudut. Untuk rC / rA antara 0,414 dan 0,732, kation yang dapat dianggap sebagai yang terletak di pusat sebuah segi delapan yang dikelilingi oleh enam anion, satu di setiap sudut, seperti yang juga ditunjukkan dalam tabel. Bilangan koordinasi adalah 8 untuk rC / Ra antara 0,732 dan 1,0, dengan anion di seluruh pelosok kubus dan kation diposisikan di tengah. Untuk lebih besar rasio radius dari kesatuan, jumlah koordinasi adalah 12. Bilangan koordinasi yang paling umum untuk bahan keramik 4, 6, dan 8. Tabel 12.3 memberikan jari-jari ionik selama beberapa anion dan kation yang umum di bahan keramik. Hubungan antara bilangan koordinasi dan kation-anion rasio jari-jari (Seperti yang tercantum dalam Tabel 12.2) didasarkan pada pertimbangan geometris dan asumsi “keras lingkup”ion; Oleh karena itu, hubungan ini hanya perkiraan, dan ada pengecualian. Sebagai contoh, beberapa senyawa keramik dengan rC / rA rasio lebih besar dari 0,414 di mana ikatan ini sangat kovalen (dan directional) memiliki bilangan koordinasi 4 (bukan 6). Ukuran ion akan tergantung pada beberapa faktor. Salah satunya adalah koordinasi Nomor: jari-jari ionik cenderung meningkat sebagai jumlah ion terdekat-tetangga meningkat muatan berlawanan. jari-jari ionik yang diberikan dalam Tabel 12.3 adalah untuk sejumlah koordinasi 6. Oleh karena itu, jari-jari akan lebih besar untuk sejumlah koordinasi 8 dan kurang bila jumlah koordinasi adalah 4.

Struktur Kristal AX-Type kristal struktur Beberapa bahan keramik yang umum adalah mereka yang ada jumlah yang sama dari kation dan anion. Ini sering disebut sebagai senyawa AX, dimana A menunjukkan kation dan X anion. Ada beberapa struktur kristal yang berbeda untuk senyawa AX; masing-masing biasanya dinamai bahan umum yang mengasumsikan struktur tertentu. - Struktur Rock Salt Mungkin struktur AX kristal yang paling umum adalah natrium klorida (NaCl), atau batu garam, jenis. Bilangan koordinasi untuk kedua kation dan anion adalah 6, dan karena itu rasio radius kation-anion adalah antara sekitar 0,414 dan 0,732. Sebuah unit sel untuk struktur kristal 6

ini (Gambar 12.2) yang dihasilkan dari pengaturan FCC anion dengan satu kation terletak di pusat kubus dan satu di pusat setiap dari 12 tepi kubus. Struktur kristal setara hasil dari wajah berpusat susunan kation. Dengan demikian, struktur batu kristal garam dapat dianggap sebagai dua kisi yang saling FCC, salah satu terdiri dari kation, yang lain anion. Beberapa bahan keramik umum yang membentuk dengan struktur kristal ini NaCl, MgO, MnS, LiF, dan FeO.

Cesium Struktur Chloride Gambar 12.3 menunjukkan sel satuan untuk struktur kristal cesium klorida (CsCl); itu bilangan koordinasi adalah 8 untuk kedua jenis ion. Anion terletak di masing-masing sudut kubus, sedangkan pusat kubus adalah kation tunggal. Interchange anion dengan kation, dan sebaliknya, menghasilkan struktur kristal yang sama. Ini bukan BCC struktur kristal karena ion dari dua jenis yang berbeda yang terlibat. - Struktur seng blende Struktur AX ketiga adalah satu di mana jumlah koordinasi adalah 4; yaitu, semua ion yang tetrahedrally terkoordinasi. Ini disebut blende seng, atau sfalerit, struktur, setelah jangka mineralogi untuk seng sulfida (ZnS). Sebuah sel satuan disajikan dalam Gambar 12.4; semua posisi sudut dan wajah dari sel kubik ditempati oleh atom S, sedangkan atom Zn mengisi posisi tetrahedral interior. Struktur setara dengan hasil jika posisi atom Zn dan S dibalik. Dengan demikian, setiap atom Zn berikatan dengan empat atom S, dan sebaliknya. Paling sering ikatan atom sangat kovalen di Senyawa menunjukkan ini struktur kristal, yang meliputi ZnS, ZnTe, dan SiC. AmXpn Type Crystal Structures Jika biaya pada kation dan anion tidak sama, senyawa dapat eksis dengan rumus kimia AMXP, di mana m dan p tidak sama dengan 1.

yang struktur kristal umum ditemukan dalam fluorit (CaF2). Rasio jari-jari ionik rC / rA untuk CaF2 adalah sekitar 0,8, yang menurut Tabel 12.2, memberikan koordinasi jumlah 8. ion 7

kalsium diposisikan di pusat-pusat kubus, dengan ion fluor di sudut-sudut. Rumus kimia menunjukkan bahwa hanya ada setengah banyak Ca2 ion sebagai ion F, dan karena itu struktur kristal akan sama dengan CsCl (Gambar 12.3), kecuali bahwa posisi hanya setengah pusat kubus ditempati oleh ion Ca2. Satu unit sel terdiri dari delapan kubus, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.5. senyawa lain yang memiliki struktur kristal ini termasuk ZrO2 (kubik), UO2, PuO2, dan ThO2. AmBnXp- Type Struktur Kristal Hal ini juga mungkin untuk senyawa keramik untuk memiliki lebih dari satu jenis kation; untuk dua jenis kation (diwakili oleh A dan B), rumus kimia mereka dapat ditunjuk sebagai AmBnXp. Barium titanat (BaTiO3), memiliki keduanya Ba2 dan Ti4 kation, jatuh ke dalam bahan classification.This ini memiliki struktur kristal perovskit dan agak sifat elektromekanis menarik untuk dibahas kemudian. pada suhu di atas 120C (248F), struktur kristal kubik. Sebuah sel satuan dari struktur ini adalah ditunjukkan pada Gambar 12,6; ion Ba2 yang terletak di semua delapan sudut kubus dan tunggal Ti4 adalah di pusat kubus, dengan ion O2 terletak di pusat dari masing-masing enam wajah.

Struktur Kristal dari Tutup Packing dari Anion Untuk logam, pesawat atom-padat ditumpuk pada satu sama lain menghasilkan baik FCC dan struktur kristal HCP. Demikian pula, sejumlah struktur kristal keramik dapat dianggap dalam hal –padat pesawat ion, serta unit sel. Biasanya, close-dikemas pesawat terdiri dari anion besar. Sebagai pesawat ini ditumpuk di atas satu sama lainnya, situs interstitial kecil yang dibuat di antara mereka di mana kation mungkin tinggal. Empat atom (tiga dalam satu pesawat, dan satu di bidang yang berdekatan) mengelilingi satu jenis; ini disebut posisi tetrahedral, karena garis lurus yang ditarik dari pusat-pusat bola sekitarnya membentuk tetrahedron empat sisi. Itu jenis situs lainnya pada Gambar 12.7 melibatkan enam bidang ion, tiga di masingmasing dua pesawat. Karena sebuah segi delapan diproduksi dengan bergabung enam pusat lingkup ini, Situs ini disebut posisi oktahedral. Dengan demikian, angka koordinasi untuk kation mengisi posisi tetrahedral dan oktahedral 4 dan 6, masing-masing. Selanjutnya, untuk masing-masing bidang anion ini, satu oktahedral dan dua posisi tetrahedral akan ada. struktur kristal keramik jenis ini tergantung pada dua faktor: (1) susun yang dari lapisan anion-padat (baik FCC dan HCP pengaturan yang mungkin, yang sesuai dengan ABCABC. . . dan ABABAB. . . urutan, masing-masing), dan (2) cara di mana situs interstitial diisi dengan kation. Sebagai contoh, mempertimbangkan struktur kristal garam batu dibahas sebelumnya. Sel satuan memiliki kubik simetri, dan masing-masing kation (Na ion) memiliki enam Cl ion tetangga terdekat, yang mungkin diverifikasi dari Gambar 12.2. Artinya, ion Na di pusat memiliki sebagai tetangga terdekat enam ion Cl yang berada di pusat-pusat dari masing-masing wajah kubus. Itu struktur kristal, memiliki simetri kubik, dapat dianggap dalam hal FCC

8

Itu kation berada di posisi oktahedral karena mereka memiliki sebagai tetangga terdekat enam anion. Selain itu, semua posisi oktahedral diisi, karena ada sebuah situs oktahedral tunggal per anion, dan rasio anion untuk kation adalah 1: 1. Lain, tapi tidak semua, struktur kristal keramik dapat diobati dengan cara yang sama; termasuk adalah blende seng dan struktur perovskit. Struktur spinel adalah salah satu A jenis mBnXp, yang ditemukan magnesium aluminat atau spinel (MgAl2O4). Ceramic Density Computations Hal ini dimungkinkan untuk menghitung kepadatan teoritis dari bahan keramik kristal dari data satuan sel dengan cara yang sama dengan yang dijelaskan dalam Bagian 3.5 untuk logam. Dalam hal ini kepadatan dapat ditentukan dengan menggunakan bentuk modifikasi dari Persamaan 3.5, sebagai berikut :

dimana n’ = jumlah units1 rumus dalam sel satuan AC = jumlah dari berat atom dari semua kation dalam unit rumus AA = jumlah dari berat atom dari semua anion dalam unit rumus VC = volume sel satuan NA = bilangan Avogadro, 6,022 1023 unit rumus / mol

b. Ceramic Silikat Silikat adalah bahan terutama terdiri dari silikon dan oksigen, dua elemen yang paling melimpah di kerak bumi; akibatnya, sebagian besar tanah, batu, tanah liat, dan pasir datang di bawah klasifikasi silikat. Daripada karakteristik kristal struktur bahan-bahan ini dalam hal unit sel, akan lebih mudah untuk menggunakan berbagai pengaturan dari tetrahedron (Gambar 12.9). Setiap atom silikon adalah terikat empat atom oksigen, yang terletak di sudut-sudut tetrahedron; atom silikon diposisikan di pusat. Karena ini adalah unit dasar dari silikat, sering diperlakukan sebagai entitas bermuatan negatif. Seringkali silikat tidak dianggap ionik karena ada yang signifikan kovalen karakter ke Si-O obligasi interatomik (Tabel 12.1), yang terarah dan relatif kuat. Terlepas dari karakter ikatan Si-O, ada biaya formal 4 terkait dengan setiap tetrahedron, karena masing-masing dari empat atom oksigen memerlukan elektron ekstra untuk mencapai struktur elektronik yang stabil. Berbagai struktur silikat timbul dari cara yang berbeda di mana unit dapat dikombinasikan menjadi pengaturan satu, dua, dan tiga dimensi.

Silica Kimia, bahan silikat yang paling sederhana adalah silikon dioksida, atau silika (SiO2). Secara struktural, itu adalah jaringan tiga dimensi yang dihasilkan ketika sudut atom oksigen di setiap tetrahedron dibagi oleh tetrahedra yang berdekatan. Dengan demikian, bahan yang netral dan semua atom memiliki struktur elektronik yang stabil. Dibawah keadaan ini rasio Si atom O adalah 1: 2, seperti yang ditunjukkan oleh kimia rumus. Jika tetrahedra ini tersusun 9

secara teratur dan memerintahkan, kristal sebuah struktur terbentuk. Ada tiga bentuk kristal polimorfik utama silika: kuarsa, kristobalit, dan struktur tridymite.Their relatif rumit, dan relatif terbuka; yaitu, atom tidak erat dikemas bersama-sama. Sebagai akibatnya, rute silika kristal memiliki kepadatan relatif rendah; misalnya, pada suhu kamar kuarsa memiliki kepadatan hanya 2,65 g / cm3. Kekuatan obligasi interatomik Si-O tercermin dalam suhu leleh yang relatif tinggi, 171⁰C (3110F).

Kacamata Silika Silica juga dapat dibuat untuk eksis sebagai kaca padat atau bentuk non-kristalin memiliki tingkat tinggi keacakan atom, yang merupakan karakteristik dari cairan; Bahan tersebut adalah disebut leburan silika, atau silika vitreous. Seperti silika kristal, tetrahedron adalah unit dasar; di luar struktur ini, gangguan yang cukup ada. Struktur silikon-oksigen 1SiO4 42 tetrahedron.

Gambar 12.9 untuk silika kristal dan bentuk non-kristalin dibandingkan skematis pada Gambar 3.23. oksida lain (misalnya, B2O3 dan GeO2) juga dapat membentuk struktur kaca (dan polihedral struktur oksida mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar 12.9); bahan-bahan ini, serta SiO2, yang disebut pembentuk jaringan. gelas anorganik umum yang digunakan untuk wadah, jendela, dan sebagainya pada gelas silika yang telah ditambahkan oksida lain seperti CaO dan Na2O. oksida ini tidak membentuk jaringan polihedral. Sebaliknya, kation mereka dimasukkan dalam dan memodifikasi jaringan; untuk alasan ini, aditif oksida ini disebut pengubah jaringan. Sebagai contoh, Gambar 12.11 adalah skema representasi dari struktur kaca natrium-silikat. Masih oksida lainnya, seperti sebagai TiO2 dan Al2O3, meskipun tidak jaringan pembentuk, pengganti silikon dan menjadi bagian dari dan menstabilkan jaringan; ini disebut intermediet. Dari praktis perspektif, penambahan pengubah ini dan intermediet menurunkan pencairan titik dan viskositas gelas dan membuatnya lebih mudah terbentuk pada suhu yang lebih rendah.

10

Silikat Untuk berbagai mineral silikat, satu, dua, atau tiga atom oksigen sudut tetrahedra yang dibagi oleh tetrahedra lain untuk membentuk beberapa agak rumit struktur. Beberapa di antaranya, diwakili dalam Gambar 12.12, memiliki formula dan seterusnya; struktur rantai tunggal juga mungkin, seperti pada Gambar 12.12e. kation bermuatan positif seperti Ca2, Mg2, dan Al3 melayani dua peran. Pertama, mereka mengkompensasi biaya negatif dari unit sehingga biaya netralitas adalah dicapai; kedua, kation ini ionically ikatan tetrahedral bersamasama.

Silikat Sederhana Silikat ini, yang paling struktural sederhana melibatkan tetrahedra yang terisolasi (Gambar 12.12a). Misalnya, forsterit (Mg2SiO4) memiliki setara dengan dua ion Mg2 terkait dengan setiap tetrahedron sedemikian rupa bahwa setiap ion Mg2 memiliki enam oksigen tetangga terdekat. ion yang terbentuk ketika dua tetrahedra berbagi atom oksigen umum (Gambar 12.12b). Akermanite (Ca2MgSi2O7) adalah mineral yang memiliki setara dengan dua ion Ca2 dan satu ion Mg2 terikat masing-masing unit.

Silikat Berlapis Sebuah lembaran atau berlapis struktur dua dimensi juga dapat diproduksi oleh sharing tiga ion oksigen di setiap tetrahedra (Gambar 12.13); struktur ini mengulangi rumus Unit dapat diwakili oleh (Si2O5) 2. Muatan negatif bersih adalah terkait dengan atom oksigen tak terikat memproyeksikan keluar dari pesawat halaman. Electroneutrality yang biasanya dibentuk oleh struktur planar lembar kedua memiliki kelebihan kation, yang obligasi untuk atom-atom oksigen tak terikat dari Si2O5 lembar. bahan seperti ini disebut lembar atau silikat berlapis, dan struktur dasar mereka adalah karakteristik dari tanah liat dan mineral lainnya. Salah satu yang paling umum mineral lempung, kaolinite, memiliki struktur twolayer silikat sheet relatif sederhana. Kaolinit tanah liat memiliki rumus Al2 (Si2O5) (OH) 4 di yang silika lapisan tetrahedral, yang diwakili oleh (Si2O5) 2, dibuat netral oleh berdekatan Al21OH2 2 4 lapisan.

Gambar 12.14, yang meledak dalam arah vertikal untuk memberikan perspektif yang lebih baik dari posisi ion; dua lapisan yang berbeda ditunjukkan pada gambar. Itu midplane anion terdiri dari ion O2 dari (Si2O5) 2 layer, serta OH ion yang merupakan bagian dari lapisan. Sedangkan ikatan dalam lembar twolayered ini kuat dan menengah ion-kovalen, lembar yang berdekatan hanya longgar terikat satu sama lain oleh pasukan lemah van der Waals. Sebuah kristal kaolinit terbuat dari serangkaian lapisan-lapisan ganda atau lembaran ditumpuk sejajar satu sama lain, yang membentuk pelat datar kecil biasanya kurang dari 1 m di diameter dan hampir heksagonal. Struktur lembar silikat ini tidak terbatas pada tanah liat; mineral lainnya juga dalam kelompok

11

ini adalah bedak [MG3 (Si2O5) 2 (OH) 2] dan mika [misalnya, muskovit, KAl3Si3O10 (OH) 2], yang penting materials.

c. Karbon Karbon adalah unsur yang ada dalam berbagai bentuk polimorfik, serta di negara amorf. Kelompok ini bahan tidak benar-benar jatuh dalam salah satu dari skema logam, keramik, atau klasifikasi polimer tradisional. Namun, kami memilih untuk membahas materi ini dalam bab ini karena grafit, salah satu bentuk polimorfik, kadang-kadang diklasifikasikan sebagai keramik, dan struktur kristal berlian, polimorf yang lain, mirip dengan yang dari seng blende, dibahas dalam Bagian 12.2. Pengobatan bahan karbon akan fokus pada struktur dan karakteristik grafit, berlian, fullerene, dan nanotube karbon dan pada mereka penggunaan saat ini dan potensi. Berlian Diamond adalah polimorf karbon metastabil pada suhu kamar dan atmosfer tekanan. struktur kristal adalah varian dari blende seng, di mana atom karbon menempati semua posisi (baik Zn dan S), seperti yang ditunjukkan dalam sel satuan yang ditunjukkan pada Gambar 12.15. Dengan demikian, masing-masing obligasi karbon empat karbon lainnya, dan obligasi ini benar-benar kovalen. Hal ini tepat disebut berlian struktur kristal kubik, yang juga ditemukan untuk elemen Grup IVA lainnya dalam tabel periodik [misalnya, germanium, silikon, dan timah abu-abu, di bawah 13C (55F)]. Sifat fisik berlian membuatnya bahan yang sangat menarik. Hal ini sangat sulit (bahan yang paling sulit dikenal) dan memiliki konduktivitas listrik yang sangat rendah; karakteristik ini adalah karena struktur kristal dan ikatan kovalen interatomik yang kuat. Selain itu, memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi untuk bahan bukan logam, adalah optik transparan di daerah tampak dan inframerah dari spektrum elektromagnetik, dan memiliki indeks refraksi yang tinggi. berlian relatif besar tunggal kristal yang digunakan sebagai batu permata. Industri, berlian yang digunakan untuk menggiling atau memotong bahan lembut lainnya (Bagian 13,6). Teknik untuk menghasilkan berlian sintetis telah dikembangkan, dimulai pada pertengahan 1950-an, yang telah disempurnakan ke tingkat yang saat ini sebagian besar dari-kualitas industri bahan sintetis, selain beberapa dari mereka kualitas permata. Selama beberapa tahun terakhir, berlian dalam bentuk film tipis telah diproduksi. teknik pertumbuhan film melibatkan reaksi kimia fase uap diikuti oleh film deposisi. ketebalan film maksimum berada di urutan milimeter.

12

Selain itu, tak satu pun dari film-film belum diproduksi memiliki jarak kristal keteraturan berlian alami. Berlian adalah polikristalin dan dapat terdiri dari sangat butiran kecil dan / atau relatif besar; di samping itu, amorf karbon dan grafit mungkin ada. Sebuah mikrograf elektron scanning dari permukaan berlian tipis Film ditunjukkan pada Gambar 12.16. Sifat mekanik, listrik, dan optik film berlian mendekati orang-orang dari bahan berlian massal. Ini sifat yang diinginkan telah dan akan terus dimanfaatkan sehingga tercipta baru dan lebih baik produk. Sebagai contoh, permukaan latihan, meninggal, bantalan, pisau, dan peralatan lainnya telah dilapisi dengan film berlian untuk meningkatkan kekerasan permukaan; beberapa lensa dan radomes telah dibuat lebih kuat namun tetap transparan oleh aplikasi pelapis berlian; pelapis juga telah diterapkan untuk tweeter loudspeaker dan untuk mikrometer presisi tinggi. Potensi aplikasi untuk film ini termasuk aplikasi ke permukaan komponen mesin seperti roda gigi, rekaman optik kepala dan disk, dan sebagai substrat untuk perangkat semikonduktor. Grafit Polimorf lain dari karbon grafit; memiliki struktur kristal (Gambar 12.17) jelas berbeda dari berlian dan juga lebih stabil daripada berlian di

suhu dan tekanan. Struktur grafit terdiri dari lapisan hexagonally diatur atom karbon; dalam lapisan, setiap atom karbon terikat untuk tiga atom tetangga coplanar oleh kovalen yang kuat bonds.The ikatan keempat elektron berpartisipasi dalam van der Waals jenis lemah ikatan antara lapisan. Sebagai konsekuensi dari ini obligasi interplanar lemah, belahan dada interplanar adalah lancar, yang memberikan naik ke sifat licin yang sangat baik dari grafit. Juga, konduktivitas listrik relatif tinggi di arah kristalografi sejajar dengan lembar heksagonal. sifat yang diinginkan lainnya dari grafit termasuk berikut: kekuatan tinggi dan stabilitas kimia yang baik pada suhu yang tinggi dan di nonoxidizing atmosfer, konduktivitas termal yang tinggi, koefisien ekspansi termal rendah dan resistensi yang tinggi thermal shock, adsorpsi tinggi gas, dan machinability baik. Grafit biasanya digunakan sebagai elemen pemanas untuk tanur listrik; sebagai elektroda untuk pengelasan busur; di cawan lebur metalurgi; dalam 13

casting cetakan untuk paduan logam dan keramik; untuk refraktori high temperature dan isolasi; di nozel roket; dalam pembuluh reaktor kimia; untuk kontak listrik, sikat, dan resistor; sebagai elektroda dalam baterai; dan masuk perangkat pemurnian udara. Fullerene Bentuk polimorfik lain karbon ditemukan pada tahun 1985. Ini ada di diskrit bentuk molekul dan terdiri dari sekelompok bola berongga dari enam puluh atom karbon; Sebuah molekul tunggal dilambangkan dengan C60. Setiap molekul terdiri dari kelompok karbon atom yang terikat satu sama lain untuk membentuk baik segi enam (atom enam karbon) dan pentagon (atom lima karbon) konfigurasi geometris. Satu molekul tersebut, ditampilkan pada Gambar 12.18, ditemukan terdiri dari 20 segi enam dan 12 pentagons, yang tersusun sedemikian rupa sehingga tidak ada dua pentagons berbagi samping yang umum; permukaan molekul sehingga menunjukkan simetri bola sepak. Bahan terdiri dari molekul C60 adalah dikenal sebagai buckminsterfullerene, dinamai untuk menghormati R. Buckminster Fuller, yang menemukan kubah geodesik; setiap C60 hanyalah sebuah replika molekul kubah tersebut, yang sering disebut sebagai “buckyball” singkatnya. Fullerene istilah digunakan untuk menunjukkan kelas bahan yang terdiri dari jenis molekul. Berlian dan grafit adalah apa yang dapat disebut padatan jaringan, di bahwa semua atom karbon membentuk ikatan primer dengan atom yang berdekatan seluruh keseluruhannya dari padat. Dengan cara Sebaliknya, atom karbon dalam ikatan buckminsterfullerene bersama-sama sehingga membentuk molekul bulat. Dalam keadaan padat, unit C60 membentuk struktur kristal dan pak bersama-sama dalam array kubik berpusat muka. Sebagai kristal murni padat, bahan ini isolasi elektrik. Namun, dengan penambahan pengotor yang tepat, dapat dibuat sangat konduktif dan semikonduktif.

Ketidaksempurnaan di Ceramics Cacat Titik Atom Cacat atom yang melibatkan atom tuan rumah mungkin ada dalam senyawa keramik. Seperti logam, baik lowongan dan interstisi yang mungkin; Namun, karena keramik bahan mengandung ion minimal dua macam, cacat untuk setiap jenis ion dapat terjadi. Misalnya, dalam NaCl, pengantara Na dan lowongan dan pengantara Cl dan lowongan mungkin ada. Hal ini sangat tidak mungkin bahwa akan ada cukup konsentrasi pengantara anion. anion yang relatif besar, dan untuk masuk ke dalam posisi interstitial kecil, strain besar pada ion sekitarnya harus diperkenalkan. Anion dan kation lowongan dan interstitial kation diwakili pada Gambar 12.20.

Struktur ekspresi cacat sering digunakan untuk menunjuk jenis dan konsentrasi cacat atom di keramik. Karena atom eksis sebagai ion bermuatan, saat struktur cacat dianggap, kondisi electroneutrality harus dijaga. Electroneutrality adalah negara yang ada ketika ada jumlah yang sama muatan positif dan negatif dari ion. Akibatnya, cacat pada keramik tidak 14

terjadi sendiri. Salah satu jenis seperti cacat melibatkan kation-kekosongan dan kationinterstitial pasangan. Ini disebut cacat Frenkel (Gambar 12.21). Mungkin dianggap sebagai yang dibentuk oleh kation meninggalkan posisi normal dan pindah ke situs interstitial. Tidak ada perubahan yang bertanggung jawab karena kation mempertahankan muatan positif yang sama sebagai interstitial. Tipe lain dari cacat ditemukan dalam bahan AX adalah sepasang kation lowongan-anion lowongan dikenal sebagai cacat Schottky, juga secara skematis digambarkan pada Gambar 12.21. Cacat ini mungkin dianggap sebagai yang diciptakan dengan menghapus satu kation dan salah satu anion dari interior kristal dan kemudian menempatkan mereka berdua di permukaan eksternal. Karena kedua kation dan anion memiliki muatan yang sama, dan karena untuk setiap anion lowongan terdapat kekosongan kation, netralitas muatan dari kristal dipertahankan. Rasio kation ke anion tidak diubah oleh pembentukan baik Frenkel atau cacat Schottky. Jika tidak ada cacat lainnya yang hadir, bahan yang dikatakan stoikiometri. Stoikiometri dapat didefinisikan sebagai negara untuk senyawa ionik dimana ada rasio yang tepat dari kation ke anion seperti yang diperkirakan oleh rumus kimia. Senyawa keramik adalah nonstoikiometrik jika ada penyimpangan dari ini rasio yang tepat. Nonstoichiometry dapat terjadi karena beberapa bahan keramik di mana dua valensi (Atau ion) menyatakan ada untuk salah satu jenis ion. Besi oksida (wustit, FeO) adalah salah satu seperti material, karena besi bisa hadir di kedua Fe2 dan Fe3 negara; nomor dari masingmasing jenis ion ini tergantung pada suhu dan tekanan oksigen ambient. Pembentukan ion Fe3 mengganggu electroneutrality kristal dengan memperkenalkan kelebihan 1 biaya, yang harus diimbangi dengan beberapa jenis cacat. Ini dapat dilakukan dengan pembentukan satu kekosongan Fe2 (atau penghapusan dua muatan positif) untuk setiap dua ion Fe3 yang terbentuk (Gambar 12.22). Kristal tidak lagi stoikiometri karena ada satu O ion lebih dari ion Fe; Namun, kristal tetap netral. Fenomena ini cukup umum di oksida besi, dan, pada kenyataannya, rumus kimianya sering ditulis sebagai Fe1-xO (di mana x adalah beberapa fraksi kecil dan variabel secara substansial kurang dari kesatuan) untuk menunjukkan kondisi nonstoichiometry dengan kekurangan Fe.

e. Difusi Inionic Bahan Untuk senyawa ion, fenomena difusi lebih rumit daripada untuk logam karena itu perlu untuk mempertimbangkan gerakan difusi dari dua jenis ion yang memiliki muatan berlawanan. Difusi dalam bahan-bahan ini biasanya terjadi oleh mekanisme lowongan (Gambar 5.3a). Juga, seperti yang kita catat dalam Bagian 12.5, untuk menjaga netralitas biaya dalam bahan ionik, berikut ini mungkin bisa dikatakan tentang lowongan: (1) lowongan ion terjadi pada pasangan [seperti dengan cacat Schottky (Gambar 12.21)], (2) mereka membentuk senyawa nonstoikiometrik (Gambar 12.22), dan (3) mereka diciptakan oleh ion pengotor substitusi memiliki negara berbeda muatan dari tuan rumah ion (Contoh Soal 12.5). Dalam hal apapun, terkait dengan gerakan difusi dari ion tunggal adalah pemindahan muatan listrik. Dalam rangka mempertahankan netralitas muatan lokal di sekitar ion bergerak ini, spesies lain yang memiliki biaya yang sama dan berlawanan harus menemani gerak difusi ion ini. spesies bermuatan mungkin termasuk kekosongan lain, sebuah atom pengotor, atau elektronik operator [yaitu, elektron bebas atau hole (Bagian 18,6)]. Ini mengikuti bahwa tingkat difusi pasangan ini bermuatan listrik dibatasi oleh tingkat difusi paling lambat bergerak spesies.

15

e. Diagram Fase Keramik Diagram fase telah eksperimen ditentukan untuk sejumlah besar sistem keramik. Untuk diagram fasa biner atau dua komponen, itu adalah sering yang kasus bahwa dua komponen yaitu senyawa yang berbagi unsur umum, sering oksigen. diagram ini mungkin memiliki konfigurasi yang mirip dengan sistem logam-logam, dan mereka diinterpretasikan dengan cara yang sama. Untuk review dari interpretasi fase diagram, pembaca disebut Bagian 9.8.

d. Stres Strain Perilaku Kekuatan Lentur Perilaku tegangan-regangan keramik rapuh biasanya tidak dipastikan oleh tarik sebuah menguji seperti diuraikan dalam Bagian 6.2, karena tiga alasan. Pertama, sulit untuk mempersiapkan dan benda uji memiliki geometri yang diperlukan. Kedua, sulit untuk pegangan rapuh bahan tanpa patah mereka; ketiga, keramik gagal setelah hanya sekitar 0,1% regangan, yang mengharuskan bahwa spesimen tarik sempurna sejalan untuk menghindari kehadiran lentur tekanan, yang tidak mudah terhitung. tegangan tarik maksimum (sebagaimana ditentukan menggunakan stres ini ekspresi) ada di permukaan spesimen bawah langsung di bawah titik beban aplikasi. Karena kekuatan tarik keramik sekitar sepersepuluh dari mereka kekuatan tekan, dan karena fraktur terjadi pada wajah tarik spesimen, uji lentur adalah pengganti wajar untuk uji tarik. Stres di fraktur menggunakan uji lentur ini dikenal sebagai kekuatan lentur, modulus rupture, kekuatan patah, atau kekuatan tikungan, sebuah mekanik yang penting parameter untuk keramik rapuh. Untuk penampang persegi panjang, kekuatan lentur fs sama dengan sfs dimana F f adalah beban pada fraktur, L adalah jarak antara titik dukungan, dan parameter lain seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12,32. Ketika penampang adalah melingkar, maka

dimana R adalah jari-jari spesimen. nilai kekuatan lentur karakteristik untuk beberapa bahan keramik yang diberikan pada Tabel 12.5. Selanjutnya, fs akan tergantung pada ukuran spesimen; seperti yang dijelaskan sebelumnya, dengan meningkatkan volume spesimen (yaitu, spesimen volume yang terkena tarik sebuah

16

stres) ada peningkatan dalam probabilitas keberadaan celah-memproduksi cacat dan, akibatnya, penurunan kekuatan lentur. Selain itu, besarnya kekuatan lentur untuk bahan keramik yang spesifik akan lebih besar dari fraktur nya kekuatan diukur dari uji tarik. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh perbedaan dalam volume spesimen yang terkena tegangan tarik: keseluruhan dari spesimen tarik berada di bawah stres tarik, sedangkan hanya beberapa fraksi volume dari lentur spesimen mengalami tegangan-orang tarik daerah di sekitar kebalikan permukaan spesimen ke titik aplikasi beban.

Perilaku Elastis Perilaku tegangan-regangan elastis untuk bahan keramik menggunakan tes lentur ini adalah mirip dengan tarik hasil tes untuk logam: hubungan linear antara stres dan ketegangan. Gambar 12.33 membandingkan perilaku tegangan-regangan patah untuk aluminium oksida dan kaca. Sekali lagi, lereng di wilayah elastis modulus elastisitas; kisaran modulus elastisitas untuk bahan keramik adalah antara sekitar 70 dan 500 GPa (10 106 dan 70 106 psi), yang sedikit lebih tinggi daripada untuk logam. Tabel 12.5 daftar nilai selama beberapa bahan keramik. Sebuah tabulasi yang lebih komprehensif terkandung dalam Tabel B.2 Lampiran B. Juga, dari Gambar 12.33 catatan bahwa tidak pengalaman bahan deformasi plastik sebelum patah.

12.10 Mekanisme Deformasi Plastik Kristal Keramik Untuk keramik kristal, deformasi plastik terjadi, seperti dengan logam, dengan gerakan dislokasi (Bab 7). Salah satu alasan untuk kekerasan dan kerapuhan ini bahan adalah kesulitan slip (atau gerak dislokasi). Untuk bahan keramik kristal yang ikatan didominasi ionik, ada sedikit sistem slip (Bidang kristalografi dan arah dalam pesawat-pesawat) sepanjang yang dislokasi dapat bergerak. Hal ini merupakan konsekuensi dari sifat bermuatan listrik dari ionion. Untuk tergelincir di beberapa arah, ion muatan seperti dibawa ke dekat satu sama lain; karena tolakan elektrostatik, mode ini slip sangat terbatas, sejauh bahwa deformasi plastik di keramik jarang diukur pada suhu kamar. Dengan cara Sebaliknya, dalam logam, karena semua atom yang netral, jauh lebih sistem slip yang beroperasi dan, akibatnya, gerak dislokasi jauh lebih lancar. Di sisi lain, untuk keramik di mana ikatan yang sangat kovalen, slip juga sulit dan

17

mereka yang rapuh karena alasan berikut: (1) ikatan kovalen relatif kuat, (2) ada juga jumlah terbatas dari sistem slip, dan (3) struktur dislokasi yang kompleks. Nonkristalin Keramik Deformasi plastik tidak terjadi dengan gerak dislokasi untuk keramik nonkristalin karena tidak ada struktur atom biasa. Sebaliknya, bahan-bahan ini merusak oleh aliran kental, dengan cara yang sama di mana cairan merusak; tingkat deformasi adalah sebanding dengan tegangan. Dalam menanggapi sebuah diterapkan geser stres, atom atau ion meluncur melewati satu sama lain dengan melanggar dan kembali membentuk obligasi interatomik. Namun, tidak ada cara yang ditentukan atau arah di mana ini terjadi, seperti dengan dislokasi. aliran kental pada skala makroskopik ditunjukkan pada Gambar 12.34. Properti karakteristik aliran kental, viskositas, adalah ukuran resistensi bahan nonkristalin untuk deformasi. Untuk aliran kental dalam cairan yang berasal dari tegangan geser yang diberlakukan oleh dua piring datar dan paralel, viskositas adalah rasio tegangan geser yang diterapkan dan perubahan kecepatan dv dengan dy jarak dalam arah tegak lurus dan jauh dari piring, atau

Lain-Lain Mechanical Pertimbangan Pengaruh Porositas Sebagaimana dibahas dalam Bagian 13.10 dan 13.11, untuk beberapa teknik fabrikasi keramik, bahan prekursor adalah dalam bentuk bubuk. Setelah pemadatan atau membentuk partikel bubuk tersebut ke dalam bentuk yang diinginkan, pori-pori atau ruang hampa akan ada antara partikel bubuk. Selama perlakuan panas berikutnya, banyak ini porositas akan dihilangkan; Namun, seringkali proses eliminasi pori ini tidak lengkap dan beberapa porositas residual akan tetap (Gambar 13.17). Setiap porositas residual akan memiliki pengaruh yang merusak pada kedua sifat elastis dan kekuatan. Untuk Misalnya, untuk beberapa bahan keramik besarnya modulus elastisitas Emenurun dengan fraksi volume porositas P menurut

di mana E0 adalah modulus elastisitas dari bahan tidak keropos. Pengaruh Volume fraksi porositas pada modulus elastisitas untuk aluminium oksida ditampilkan pada Gambar 12.35; kurva diwakili dalam angka tersebut sesuai dengan Persamaan 12,9. Porositas merusak untuk kekuatan lentur karena dua alasan: (1) pori mengurangi yang luas penampang di mana beban diterapkan, dan (2) mereka juga bertindak sebagai stres konsentrator-untuk pori bola terisolasi, sebuah tegangan tarik diterapkan diperkuat dengan faktor 2. Pengaruh porositas pada kekuatan agak dramatis; sebagai contoh,

18

10 vol% porositas akan sering menurunkan kekuatan lentur sebesar 50% dari nilai yang terukur untuk bahan tidak keropos. Tingkat pengaruh volume pori pada kekuatan lentur ditunjukkan pada Gambar 12.36, lagi untuk aluminium oksida. Eksperimental telah menunjukkan bahwa kekuatan lentur berkurang secara eksponensial dengan fraksi volume porositas (P) sebagai

Dalam ungkapan ini 0 dan n adalah konstanta eksperimental.

Kekerasan Pengukuran kekerasan yang akurat sulit untuk melakukan karena bahan keramik yang rapuh dan sangat rentan terhadap retak ketika indenters dipaksa menjadi permukaan mereka; pembentukan retak luas mengarah ke pembacaan yang tidak akurat. Bulat indenters (seperti dengan tes Rockwell dan Brinell) biasanya tidak digunakan untuk keramik bahan karena mereka menghasilkan retak parah. Sebaliknya, hardnesses dari kelas ini bahan yang diukur menggunakan Vickers dan Knoop teknik yang mempekerjakan indenters memiliki bentuk piramida (Bagian 6.10, Tabel 6.5) 0,3 Vickers banyak digunakan untuk mengukur hardnesses keramik; Namun, untuk bahan keramik yang sangat rapuh, Knoop adalah sering disukai. Selanjutnya, untuk kedua teknik, kekerasan menurun dengan meningkatnya beban (atau ukuran lekukan), tapi akhirnya mencapai kekerasan konstan dataran tinggi yang independen dari beban; nilai kekerasan di dataran tinggi ini bervariasi dari keramik untuk keramik. Sebuah uji kekerasan yang ideal akan dirancang sehingga dapat menggunakan beban yang cukup besar yang terletak di dekat dataran tinggi ini, namun besarnya yang tidak memperkenalkan retak berlebihan.

Mungkin karakteristik mekanik yang paling diinginkan dari keramik adalah kekerasan mereka; bahan yang paling sulit dikenal milik kelompok ini. Sebuah daftar dari sejumlah bahan keramik 19

yang berbeda sesuai dengan kekerasan Vickers terkandung pada Tabel 12.6.4 Bahan-bahan ini sering digunakan bila tindakan abrasif atau grinding diperlukan

Merayap Seringkali bahan keramik mengalami deformasi merayap sebagai akibat dari paparan untuk tegangan (biasanya tekan) pada temperatur tinggi. Secara umum, waktu- deformasi perilaku creep keramik mirip dengan yang dari logam (Bagian 8.12); Namun, creep terjadi pada suhu yang lebih tinggi di keramik. Suhu tinggi tes merayap tekan dilakukan pada bahan keramik untuk memastikan deformasi merayap sebagai fungsi dari suhu dan stres tingkat.

Jenis Dan Aplikasi Keramik 13.1 Kaca Kacamata adalah kelompok familiar keramik; kontainer, lensa, dan fiberglass mewakili aplikasi khas. Seperti telah disebutkan, mereka silikat nonkristalin mengandung oksida lainnya, terutama CaO, Na2O, K2O, dan Al2O3, yang mempengaruhi sifat kaca. Segelas soda-kapur khas terdiri dari sekitar 70% berat SiO2, keseimbangan yang terutama Na2O (soda) dan CaO (kapur). Komposisi dari beberapa bahan kaca umum yang terkandung dalam Tabel 13.1. Mungkin dua prime aset bahan ini transparansi optik mereka dan relatif mudah dengan yang mereka dapat dibuat.

13.2 Glass-Ceramics Kebanyakan kacamata anorganik dapat dibuat untuk mengubah dari keadaan nonkristalin ke salah satu yang kristal dengan perlakuan panas suhu tinggi yang tepat. Proses ini

disebut kristalisasi, dan produk merupakan bahan polikristalin berbutir halus yang sering disebut kaca-keramik. Pembentukan ini butir kaca-keramik kecil, dalam arti, transformasi fase, yang melibatkan nukleasi dan pertumbuhan tahap. Sebagai konsekuensi, kinetika (yaitu, tingkat) kristalisasi dapat dijelaskan dengan menggunakan prinsip yang sama yang diterapkan untuk transformasi fase untuk sistem logam dalam Bagian 10.3. Misalnya, ketergantungan 20

tingkat transformasi pada suhu dan waktu dapat dinyatakan dengan menggunakan transformasi isotermal dan berkesinambungan diagram transformasi pendinginan (Bagian 10.5 dan 10.6). Pendinginan terus menerus diagram transformasi untuk kristalisasi segelas bulan disajikan pada Gambar 13,2; mulai dan transformasi akhir kurva pada plot ini memiliki bentuk umum yang sama dengan yang untuk paduan besi-karbon komposisi eutektoid.

Properties dan Aplikasi dari Kaca-Keramik Bahan kaca-keramik telah dirancang untuk memiliki karakteristik sebagai berikut: kekuatan mekanik yang relatif tinggi; koefisien ekspansi termal rendah (untuk menghindari thermal shock); kemampuan suhu yang relatif tinggi; sifat dielektrik yang baik (Untuk aplikasi kemasan elektronik); dan kompatibilitas biologis yang baik. Beberapa kaca-keramik dapat dibuat optik transparan; orang lain yang buram. Mungkin sebagian besar atribut menarik dari kelas ini bahan adalah kemudahan yang mereka dapat menjadi fabrikasi; teknik pembentuk kaca konvensional dapat digunakan dengan mudah di produksi massal hampir gudang poribebas.

Gambar 13.2 pendinginan transformasi terus-menerus 1 diagram untuk kristalisasi segelas lunar (35,5 wt% SiO2, 14,3 wt% TiO2, 3,7 wt% Al2HAI3, 23,5 wt% FeO, 11,6% berat MgO, 11,1% berat CaO, dan 0,2 wt% Na2HAI). Juga ditumpangkan pada plot ini dua kurva pendinginan, berlabel “1” dan “2.” (Dicetak ulang dari Kaca: Sains dan Teknologi, Vol. 1, DR Uhlmann dan NJ Kreidl (Editor), “The Pembentukan Kacamata,”p. 22, hak cipta 1983, dengan izin dari Elsevier.) Kaca-keramik yang diproduksi secara komersial di bawah nama dagang dari Pyroceram, CORNINGWARE, Cercor, dan Vision. Penggunaan yang paling umum untuk materi ini adalah sebagai ovenware, peralatan makan, jendela oven, dan berbagai puncak-terutama karena kekuatan mereka dan ketahanan yang sangat baik untuk thermal shock. Mereka juga melayani sebagai isolator listrik dan sebagai substrat untuk papan sirkuit cetak dan digunakan untuk cladding arsitektur dan untuk penukar panas dan regenerator.

13.3 Produk Clay Salah satu bahan baku keramik yang paling banyak digunakan adalah tanah liat. bahan murah ini, ditemukan secara alami dalam kelimpahan yang besar, sering digunakan sebagai ditambang tanpa peningkatan kualitas. Alasan lain untuk popularitas terletak pada kemudahan yang liat produk dapat dibentuk; bila dicampur dalam proporsi yang tepat, tanah liat dan air 21

membentuk massa plastik yang sangat setuju untuk membentuk. Potongan terbentuk dikeringkan untuk menghapus beberapa kelembaban, setelah itu dipecat pada suhu tinggi untuk meningkatkan kekuatan mekanik. Sebagian besar produk berbasis tanah liat jatuh dalam dua klasifikasi luas: produk tanah liat struktural dan whiteware. produk tanah liat struktural meliputi bangunan batu bata, ubin, dan saluran pembuangan pipa-aplikasi di mana integritas struktural penting. Keramik whiteware menjadi putih setelah penembakan suhu tinggi. Termasuk dalam kelompok ini adalah porselin, tembikar, peralatan makan, Cina, dan perlengkapan pipa (saniter). Selain tanah liat, banyak dari produk ini juga mengandung bahanbahan non plastis, yang mempengaruhi perubahan yang terjadi selama pengeringan dan pembakaranproses, dan karakteristik dari sepotong selesai. 13.4 Refraktori kelas penting lainnya dari keramik yang digunakan dalam tonase besar adalah keramik tahan api. Sifat yang menonjol dari bahan-bahan ini termasuk kapasitas untuk menahan suhu tinggi tanpa meleleh atau membusuk dan kapasitas untuk tetap aktif dan inert saat terkena lingkungan yang parah. Selain itu, kemampuan untuk memberikan isolasi termal sering merupakan pertimbangan penting. bahan tahan api dipasarkan dalam berbagai bentuk, tapi batu bata adalah yang paling umum. Aplikasi yang umum termasuk lapisan dapur untuk pemurnian logam, kaca manufaktur, perlakuan panas metalurgi, dan pembangkit listrik. Tentu saja, kinerja keramik tahan panas tergantung untuk tingkat besar pada komposisi. Atas dasar ini, ada beberapa klasifikasi-fireclay, silika, dasar, dan khusus refraktori. Komposisi untuk sejumlah refraktori komersial tercantum dalam Tabel 13.2. Bagi banyak bahan komersial, bahan baku terdiri dari baik besar (atau minuman beralkohol) partikel dan partikel halus, yang mungkin memiliki komposisi yang berbeda. Setelah penembakan, partikel halus yang biasanya terlibat dalam pembentukan fase ikatan, yang bertanggung jawab untuk meningkatkan kekuatan

bata; fase ini mungkin didominasi baik kaca atau kristal. Suhu layanan biasanya di bawah itu di mana potongan refraktori dipecat. Porositas adalah salah satu variabel mikrostruktur yang harus dikendalikan untuk menghasilkan bata tahan api yang cocok. Kekuatan, kapasitas dukung beban, dan ketahanan untuk menyerang oleh bahan korosif semua peningkatan dengan pengurangan porositas. Pada saat yang sama, karakteristik isolasi termal dan ketahanan terhadap thermal shock yang berkurang. Dari Tentu saja, porositas optimal tergantung pada kondisi pelayanan. Fireclay Refraktori Bahan-bahan utama untuk refraktori fireclay yang fireclays-kemurnian tinggi, alumina dan silika campuran biasanya mengandung antara 25 dan 45% berat alumina.According untuk diagram fase SiO2-Al2O3, Gambar 12.27, selama rentang komposisi ini Suhu tertinggi 22

mungkin tanpa pembentukan fasa cair 1587C (2890F). Di bawah suhu ini fase kesetimbangan sekarang adalah mullite dan silika (kristobalit). Selama penggunaan layanan tahan api, kehadiran sejumlah kecil dari fase cair mungkin diijinkan tanpa mengorbankan integritas mekanik. Di atas 1587C fraksi hadir fase cair akan tergantung pada komposisi tahan api. Upgrade konten alumina akan meningkatkan suhu pelayanan yang maksimal, memungkinkan untuk pembentukan sejumlah kecil cairan. batu bata fireclay digunakan terutama dalam konstruksi tungku, untuk membatasi panas atmosfer, dan termal melindungi anggota struktural dari suhu yang berlebihan. Untuk fireclay bata, kekuatan tidak biasanya merupakan pertimbangan penting, karena dukungan dari beban struktur biasanya tidak diperlukan. Beberapa kontrol biasanya dipertahankan selama akurasi dimensi dan stabilitas produk jadi.

Silica Refraktori Bahan utama untuk refraktori silika, kadang-kadang disebut refraktori asam, adalah silika. Bahan-bahan ini, terkenal karena suhu tinggi kapasitas dukung beban mereka, yang umum digunakan di atap melengkung dari tungku baja-dan pembuatan kaca; untuk aplikasi ini, suhu setinggi 1650C (3000F) dapat direalisasikan. Dengan kondisi tersebut beberapa bagian kecil dari batu bata akan benar-benar eksis sebagai cairan. Kehadiran bahkan konsentrasi kecil dari alumina memiliki pengaruh yang merugikan pada kinerja refraktori ini, yang dapat dijelaskan oleh diagram fase silika-alumina, Gambar 12.27. Karena komposisi eutektik (7,7 wt% Al2O3) sangat dekat ujung silika dari diagram fase, bahkan penambahan kecil Al2O3 menurunkan suhu likuidus secara signifikan, yang berarti bahwa sejumlah besar cairan dapat hadir pada temperatur lebih dari 160C (291F). Dengan demikian, isi alumina harus diadakan untuk minimum, biasanya untuk antara 0,2 dan 1,0% berat. Bahan-bahan tahan api juga tahan terhadap terak yang kaya silika (disebut terak asam) dan sering digunakan sebagai pembuluh penahanan bagi mereka.

Refraktori Dasar Refraktori yang kaya periklas, atau magnesium (MgO), yang disebut dasar; mereka juga mengandung kalsium, kromium, dan senyawa besi. Kehadiran dari silika adalah merusak kinerja suhu tinggi mereka. refraktori dasar terutama tahan terhadap serangan terak yang mengandung konsentrasi tinggi MgO dan CaO dan menemukan penggunaan yang luas dalam beberapa tungku perapian terbuka pembuatan baja.

Refraktori Khusus Namun bahan keramik lainnya digunakan untuk aplikasi tahan api agak khusus. Beberapa di antaranya adalah relatif bahan oksida kemurnian tinggi, banyak yang dapat dihasilkan dengan sangat sedikit porositas. Termasuk dalam kelompok ini adalah alumina, silika, magnesium, beryllia (Beo), zirkonia (ZrO2), dan mullit (3Al2O3-2SiO2). Lainnya termasuk senyawa karbida, selain karbon dan grafit. Silikon karbida (SiC) telah digunakan untuk elemen pemanas hambatan listrik, sebagai bahan wadah, dan komponen tungku internal. Karbon dan grafit sangat tahan api, tetapi menemukan aplikasi yang terbatas karena mereka rentan terhadap oksidasi pada suhu lebih dari sekitar 800C (1470F). Seperti yang diharapkan, ini refraktori khusus relatif mahal.

23

Abrasive Keramik abrasif digunakan untuk memakai, menggiling, atau memotong bahan lainnya, yang tentu lebih lembut. Oleh karena itu, diperlukan utama untuk kelompok bahan adalah kekerasan atau ketahanan aus; di samping itu, tingkat tinggi ketangguhan adalah penting untuk memastikan bahwa partikel abrasif tidak mudah patah. Selain itu, suhu tinggi dapat dihasilkan dari gaya gesek abrasif, sehingga beberapa refrakter juga diinginkan. Diamonds, baik alam dan sintetis, yang digunakan sebagai abrasive; Namun, mereka relatif mahal. Abrasive keramik lebih umum termasuk silikon karbida, tungsten carbide (WC), aluminium oksida (atau korundum), dan pasir silika. Abrasive digunakan dalam beberapa bentuk-terikat roda gerinda, sebagai abrasive dilapisi, dan biji bijian sebagai longgar. Dalam kasus pertama, partikel abrasif terikat pada

roda dengan cara keramik kaca atau struktur permukaan resin. Organik harus mengandung beberapa porositas; aliran terus-menerus arus udara atau pendingin cair dalam pori-pori yang mengelilingi butir refraktori mencegah pemanasan yang berlebihan. Gambar 13.3 menunjukkan struktur mikro dari abrasif, mengungkapkan butir kasar, ikatan berikat fase, dan pori-pori. abrasive dilapisi adalah mereka yang bubuk abrasif dilapisi pada beberapa jenis kertas atau bahan kain; amplas mungkin adalah contoh yang paling familiar. Kayu, logam, keramik, dan plastik semua sering tanah dan dipoles menggunakan formulir ini abrasive. Grinding, lapping, dan polishing roda sering menggunakan biji-bijian abrasif longgar yang disampaikan dalam beberapa jenis kendaraan minyak atau berbasis air. Diamonds, korundum, silikon karbida, dan rouge (oksida besi) yang digunakan dalam bentuk longgar melalui berbagai ukuran butir berkisar.

Cements Beberapa bahan keramik akrab diklasifikasikan sebagai semen anorganik: semen, plester dari paris, dan kapur, yang, sebagai sebuah kelompok, yang diproduksi dalam jumlah sangat besar. Fitur karakteristik dari bahan ini adalah bahwa bila dicampur dengan air, mereka membentuk pasta yang kemudian menetapkan dan mengeras. Sifat ini sangat berguna dalam bahwa struktur padat dan kaku memiliki hampir bentuk apapun mungkin secepatnya terbentuk. Juga, beberapa bahan ini bertindak sebagai fase ikatan yang secara kimiawi mengikat partikulat agregat menjadi struktur kohesif tunggal. Dalam keadaan ini, peran semen mirip dengan yang dari fase ikatan kaca yang terbentuk saat produk tanah liat dan beberapa batu bata tahan api dipecat. Salah satu perbedaan penting, bagaimanapun, adalah bahwa ikatan semen berkembang pada suhu kamar. Dari kelompok ini bahan, semen dikonsumsi dalam tonase terbesar. Hal ini dihasilkan oleh grinding dan intim pencampuran tanah liat dan kapurbearing mineral di proporsi yang tepat dan kemudian memanaskan campuran untuk sekitar 1400C (2550F) di rotary kiln, proses ini, kadang-kadang disebut kalsinasi, menghasilkan perubahan fisik dan kimia di bahan baku. dihasilkan “klinker” Produk ini kemudian ditumbuk menjadi sangat baik bubuk yang ditambahkan sejumlah kecil gipsum (CaSO4-2H2O) untuk 24

menghambat proses pengaturan. Produk ini adalah semen portland. Sifat-sifat semen portland, termasuk pengaturan waktu dan kekuatan akhir, untuk tingkat besar tergantung pada komposisinya.

Serat Optik Salah satu bahan keramik baru dan canggih yang merupakan komponen penting dalam sistem komunikasi optik modern kita adalah serat optik. Serat optik dibuat dari sangat tinggi kemurnian silika, yang harus bebas dari bahkan tingkat menit dari kontaminan dan cacat lainnya yang menyerap, menyebarkan, dan menipiskan sinar. Sangat teknik pengolahan maju dan canggih telah dikembangkan untuk menghasilkan serat yang memenuhi batasan kaku diperlukan untuk aplikasi ini.

Fabrikasi dan Pengolahan Keramik Salah satu perhatian utama dalam penerapan bahan keramik adalah metode fabrikasi. Banyak dari operasi membentuk logam-dibahas dalam Bab 11 bergantung pada casting dan / atau teknik yang melibatkan beberapa bentuk deformasi plastik. Karena bahan keramik memiliki temperatur leleh yang relatif tinggi, casting mereka biasanya tidak praktis. Selanjutnya, dalam kebanyakan kasus kerapuhan dari bahan-bahan ini menghalangi deformasi. Beberapa potongan keramik terbentuk dari bubuk (atau koleksi partikulat) yang akhirnya harus dikeringkan dan dipecat. bentuk kaca terbentuk pada temperatur tinggi dari massa cairan yang menjadi sangat kental pada pendinginan. Semen dibentuk dengan menempatkan ke dalam bentuk pasta cairan yang mengeras dan mengasumsikan satu set permanen berdasarkan reaksi kimia.

Pembuatan Dan Pengolahan Kaca Dan Kaca-Ceramics Kaca Sebelum kita membahas teknik pembentuk gelas tertentu, beberapa suhu-sensitif sifat bahan kaca harus disajikan. bahan gelas, atau bentuk non-kristalin, tidak memperkuat dalam arti yang sama seperti yang dilakukan orang-orang yang kristal. Setelah pendinginan, sebuah kaca menjadi lebih dan lebih kental dengan cara terus-menerus dengan penurunan suhu; tidak ada suhu yang pasti di mana cairan mengubah menjadi padat seperti dengan bahan kristal. Bahkan, salah satu perbedaan antara kristal dan bahan nonkristalin terletak pada ketergantungan volume spesifik (atau volume per satuan massa, kebalikan dari kepadatan) pada suhu. Untuk bahan kristal, ada penurunan terputus volume pada Tm temperatur leleh. Namun, untuk bahan kaca, volume yang menurun terus menerus dengan pengurangan suhu; sedikit penurunan kemiringan kurva terjadi pada apa yang disebut suhu transisi gelas, atau suhu fiktif, Tg. Dibawah ini suhu, bahan yang dianggap gelas; di atas, itu adalah pertama sangat dingin cair, dan akhirnya cairan. Juga penting dalam operasi pembentuk kaca adalah karakteristik viskositas suhu kaca.

25

Membentuk Kaca Kaca diproduksi dengan memanaskan bahan baku untuk suhu tinggi di atas yang mencair terjadi. Kebanyakan gelas komersial dari berbagai silika-soda-kapur; silika biasanya disertakan sebagai pasir kuarsa umum, sedangkan Na2O dan CaO yang ditambahkan sebagai abu soda (Na2CO3) dan kapur (CaCO3). Untuk sebagian besar aplikasi, terutama ketika transparansi optik penting, adalah penting bahwa produk kaca homogen dan pori gratis. Homogenitas dicapai dengan peleburan lengkap dan pencampuran bahan baku. Hasil porositas dari gelembung gas kecil yang diproduksi; ini harus diserap ke dalam lelehan atau dihilangkan, yang membutuhkan penyesuaian yang tepat dari viskositas bahan cair. Lima membentuk metode yang berbeda digunakan untuk membuat produk kaca: menekan, bertiup, menggambar, dan lembaran dan serat membentuk. Menekan digunakan dalam fabrikasi relatif potongan berdinding tebal seperti piring dan piring. Potongan kaca dibentuk oleh aplikasi tekanan dalam cetakan besi cor grafit dilapisi memiliki bentuk yang diinginkan; cetakan biasanya dipanaskan untuk memastikan permukaan bahkan. Meskipun beberapa meniup kaca dilakukan dengan tangan, terutama untuk benda-benda seni, Proses telah sepenuhnya otomatis untuk produksi botol kaca, botol, dan bola lampu. Beberapa langkah yang terlibat dalam salah satu teknik tersebut diilustrasikan dalam Gambar 13.8.

Pembuatan Dan Pengolahan Produk Clay Karakteristik dari Clay Mineral tanah liat memainkan dua peran yang sangat penting dalam tubuh keramik. Pertama, ketika air ditambahkan, mereka menjadi sangat plastik, keadaan ini disebut hydroplasticity.Ini properti sangat penting dalam operasi membentuk, seperti yang dibahas segera. Sebagai tambahan, sekering tanah liat atau meleleh pada rentang suhu; dengan demikian, keramik padat dan kuat sepotong dapat dihasilkan selama pembakaran tanpa meleleh lengkap seperti bahwa bentuk yang diinginkan dipertahankan. Kisaran suhu fusi ini, tentu saja, tergantung pada komposisi tanah liat. Lempung yang aluminosilikat, yang terdiri dari alumina (Al2O3) dan silika (SiO2), yang mengandung air kimia terikat. Mereka memiliki berbagai karakteristik fisik, komposisi kimia, dan struktur; kotoran umum termasuk senyawa (biasanya oksida) barium, kalsium, natrium, kalium, dan zat besi, dan juga beberapa bahan organik. struktur kristal untuk mineral lempung relatif rumit; Namun, salah satu karakteristik yang berlaku adalah struktur berlapis. Mineral tanah liat yang paling umum yang menarik memiliki apa yang disebut struktur kaolinit. Kaolinit tanah liat [Al2 (Si2O5) (OH) 4] telah struktur kristal ditunjukkan pada Gambar 12.14. Ketika air ditambahkan, molekul air sesuai antara berlapis ini lembar dan membentuk film tipis sekitar partikel tanah liat. Partikel-partikel dengan demikian bebas untuk 26

bergerak atas satu sama lain, yang menyumbang plastisitas yang dihasilkan dari Campuran airtanah liat.

Komposisi dari Produk Clay Selain tanah liat, banyak dari produk ini (khususnya whiteware) juga mengandung beberapa bahan non plastis; mineral nonclay termasuk batu api, atau tanah halus kuarsa, dan fluks seperti feldspar.3 kuarsa tersebut digunakan terutama sebagai bahan pengisi, yang murah, relatif keras, dan kimia tidak reaktif. Ini mengalami sedikit berubah selama perlakuan panas suhu tinggi karena memiliki temperatur leleh di atas suhu pembakaran yang normal; ketika meleleh, bagaimanapun, kuarsa memiliki kemampuan untuk membentuk kaca. Ketika dicampur dengan tanah liat, fluks membentuk kaca yang memiliki leleh yang relatif rendah titik. Feldspars adalah beberapa agen peremaja lebih umum; mereka adalah kelompok bahan aluminosilikat yang mengandung K, Na, dan ion Ca2. Seperti yang diharapkan, perubahan yang terjadi selama pengeringan dan pembakaran proses, dan juga karakteristik dari sepotong selesai, dipengaruhi oleh proporsi tiga konstituen ini: tanah liat, kuarsa, dan fluks. Sebuah porselin khas mungkin mengandung sekitar 50% tanah liat, 25% kuarsa, dan 25% feldspar.

Teknik Fabrikasi Bahan baku seperti ditambang biasanya harus melalui penggilingan atau grinding operasi di mana ukuran partikel berkurang; ini diikuti dengan screening atau sizing untuk menghasilkan produk bubuk memiliki berbagai diinginkan ukuran partikel. untuk multikomponen sistem, bubuk harus dicampur dengan air dan bahan-bahan mungkin lainnya untuk memberikan karakteristik aliran yang kompatibel dengan teknik membentuk tertentu. potongan dibentuk harus memiliki kekuatan mekanik yang cukup untuk tetap utuh selama pengangkutan, pengeringan, dan menembak operasi. Dua teknik membentuk umum digunakan untuk membentuk komposisi berbasis tanah liat: hydroplastic membentuk dan slip casting.

Membentuk Hydroplastic Seperti disebutkan sebelumnya, mineral lempung, bila dicampur dengan air, menjadi sangat plastik dan lentur dan dapat dibentuk tanpa retak; Namun, mereka memiliki sangat hasil yang rendah strengths.konsistensi (rasio air-tanah liat) dari massa keharusan hydroplastic memberikan kekuatan luluh memadai untuk mengizinkan ware dibentuk untuk mempertahankan bentuknya selama penanganan dan pengeringan. Teknik hydroplastic yang paling umum pembentuk ekstrusi, di mana kaku massa keramik plastik dipaksa melalui lubang die memiliki diinginkan cross-sectional geometri; itu mirip dengan ekstrusi logam (Gambar 11.8c). Bata, pipa, keramik blok, dan ubin semua sering dibuat menggunakan hydroplastic membentuk. Biasanya keramik plastik dipaksa melalui mati dengan cara auger motor-driven, dan sering udara dihapus dalam ruang vakum untuk meningkatkan kepadatan. berongga internal yang kolom di bagian diekstrusi (misalnya, bangunan bata) yang dibentuk oleh sisipan terletak dalam mati. Slip Casting Proses pembentukan lain yang digunakan untuk komposisi berbasis tanah liat slip casting. Slip adalah suspensi dari tanah liat dan / atau bahan non plastis lainnya dalam air. ketika dituangkan ke dalam cetakan berpori (umumnya terbuat dari plester dari paris), air dari slip adalah diserap ke dalam cetakan, meninggalkan lapisan padat di dinding cetakan, ketebalan 27

yang tergantung pada waktu. Proses ini dapat dilanjutkan sampai seluruh rongga cetakan menjadi padat (pengecoran padat),). Sebagai bagian cor mengering dan menyusut, itu akan menarik diri (atau melepaskan) dari dinding cetakan; saat ini cetakan dapat dibongkar dan potongan cor dihapus. Sifat slip sangat penting; ia harus memiliki berat jenis yang tinggi dan belum menjadi sangat cair dan dapat dituang. Karakteristik ini tergantung pada rasio solidtoair dan agen lain yang ditambahkan. Tingkat pengecoran memuaskan adalah persyaratan penting. Selain itu, potongan cor harus bebas dari gelembung, dan harus memiliki susut pengeringan rendah dan kekuatan yang relatif tinggi. Sifat-sifat cetakan itu sendiri mempengaruhi kualitas casting. Biasanya, plester dari paris, yang ekonomis, relatif mudah untuk mengarang dalam bentuk yang rumit, dan dapat digunakan kembali, digunakan sebagai bahan cetakan. Kebanyakan cetakan adalah item multipiece yang harus dirakit sebelum pengecoran. Juga, cetakan porositas dapat bervariasi untuk mengontrol tingkat casting. Bentuk keramik yang agak rumit yang dapat diproduksi oleh cara slip casting termasuk sanitary ware toilet, benda-benda seni, dan khusus perlengkapan laboratorium ilmiah

Pengeringan dan Firing Sepotong keramik yang telah dibentuk hydroplastically atau dengan slip casting mempertahankan porositas yang signifikan dan kekuatan cukup untuk aplikasi yang paling praktis. Sebagai tambahan, mungkin masih mengandung beberapa cair (misalnya, air), yang ditambahkan untuk membantu dalam operasi pembentukan. Cairan ini akan dihapus dalam proses pengeringan; kepadatan dan kekuatan yang ditingkatkan sebagai hasil dari perlakuan panas suhu tinggi atau menembak tubuh procedure yang telah dibentuk dan dikeringkan tapi tidak dipecat disebut hijau. Pengeringan dan pembakaran teknik sangat penting karena cacat yang biasanya membuat ware tidak berguna (misalnya,melenting, distorsi, dan retak) dapat diperkenalkan selama operasi. Ini cacat biasanya hasil dari tekanan yang ditetapkan dari penyusutan seragam. Pengeringan Sebagai badan keramik berbasis tanah liat mengering, juga mengalami beberapa penyusutan. Di awaltahap pengeringan, partikel-partikel tanah liat yang hampir dikelilingi oleh dan terpisah dari satu sama lain oleh lapisan tipis air. Sebagai pengeringan berlangsung dan air dihapus, pemisahan interparticle menurun, yang dimanifestasikan sebagai penyusutan (Gambar 13.13). Selama pengeringan sangat penting untuk mengendalikan tingkat pemindahan air. Pengeringan pada interior daerah tubuh dilakukan dengan difusi molekul air ke permukaan, di mana penguapan terjadi. Jika laju penguapan lebih besar dari tingkat difusi, permukaan akan kering (dan sebagai konsekuensinya menyusut) lebih cepat dari interior, dengan probabilitas tinggi pembentukan cacat tersebut. Laju penguapan permukaan harus berkurang untuk, paling banyak, tingkat air difusi; Tingkat penguapan dapat dikendalikan oleh suhu, kelembaban, dan tingkat aliran udara. Faktor lain yang juga mempengaruhi penyusutan. Salah satunya adalah ketebalan tubuh; penyusutan seragam dan pembentukan cacat lebih diucapkan dalam potongan tebal daripada di yang tipis. kadar air dari tubuh yang terbentuk juga penting: semakin besar air konten, lebih luas penyusutan. Akibatnya, kadar air yang biasanya dijaga serendah mungkin. Liat ukuran partikel juga memiliki pengaruh; susut ditingkatkan sebagai ukuran partikel menurun. Untuk meminimalkan penyusutan, ukuran partikel dapat ditingkatkan, atau bahan non plastis memiliki partikel-partikel yang relatif besar dapat ditambahkan ke tanah liat. energi gelombang mikro juga dapat digunakan untuk mengeringkan barang keramik. Satu 28

keuntungan dari teknik ini adalah bahwa suhu tinggi yang digunakan dalam metode konvensional dihindari; suhu pengeringan dapat disimpan di bawah 50C (120F). Ini penting karena pengeringan beberapa bahan sensitif temperatur harus dijaga serendah mungkin.

Penembakan Setelah kering, tubuh biasanya dipecat pada suhu antara 900 dan 1400C (1650 dan 2550F); suhu pembakaran tergantung pada komposisi dan diinginkan sifat potongan selesai. Selama operasi penembakan, kepadatan selanjutnya meningkat (Dengan penurunan petugas di porositas) dan kekuatan mekanik ditingkatkan. Ketika berbasis bahan tanah liat yang dipanaskan sampai suhu yang tinggi, beberapa reaksi agak rumit dan terlibat terjadi. Salah satunya adalah vitrifikasi, pembentukan bertahap segelas cairan yang mengalir ke dalam dan mengisi beberapa volume pori. Tingkat vitrifikasi tergantung pada suhu pembakaran dan waktu, serta komposisi tubuh. Suhu di mana bentuk-bentuk fase cair diturunkan dengan penambahan agen peremaja seperti feldspar.This menyatu arus fase sekitar sisanya meleleh partikel dan mengisi pori-pori sebagai hasil dari kekuatan tegangan permukaan (atau tindakan kapiler); susut juga menyertai proses ini. Setelah pendinginan, fase menyatu ini bentuk sebuah kaca matriks yang menghasilkan padat, tubuh yang kuat. Dengan demikian, struktur mikro akhir terdiri dari fase vitrifikasi, setiap partikel kuarsa yang tidak bereaksi, dan beberapa porositas.

29

BAB III Penutup 3.1 : Kesimpulan Kacamata • Bahan-bahan kaca akrab silikat bentuk non-kristalin yang mengandung oksida lainnya. Selain silika (SiO2), dua bahan utama lainnya yang khas soda-lime glass yang soda (Na2O) dan kapur (CaO). • Dua aset utama dari bahan kaca transparansi optik dan kemudahan pembuatan. Keramik Kaca • Keramik kaca awalnya dibuat sebagai gelas, dan kemudian, dengan perlakuan panas, mengkristal untuk membentuk bahan polikristalin halus. • Dua sifat kaca-keramik yang membuat mereka unggul kaca ditingkatkan kekuatan mekanik dan koefisien lebih rendah dari ekspansi termal (yang meningkatkan ketahanan thermal shock). Produk Liat • Clay adalah komponen utama dari whiteware (misalnya, tembikar dan peralatan makan) dan produk tanah liat struktural (misalnya, batu bata bangunan dan ubin). Bahan (selain tanah liat) dapat ditambahkan, seperti feldspar dan kuarsa; pengaruh perubahan ini yang terjadi selama pembakaran. Refraktori • Bahan yang digunakan pada suhu yang tinggi dan sering dalam lingkungan reaktif ini disebut keramik tahan api. • Persyaratan untuk kelas ini bahan meliputi temperatur leleh tinggi, kemampuan untuk tetap tidak aktif dan inert bila terkena lingkungan yang parah (sering pada temperatur tinggi), dan kemampuan untuk memberikan isolasi termal. • Atas dasar komposisi dan aplikasi, empat subdivisi utama adalah fireclay (campuran alumina-silika), silika (isi silika tinggi), dasar (kaya magnesium, MgO), dan khusus. Abrasive • keramik abrasif digunakan untuk memotong, menggiling, dan semir bahan lembut lainnya. • Kelompok ini bahan harus keras dan tangguh dan mampu menahan tinggi suhu yang timbul dari gaya gesek. • Diamond, silikon karbida, tungsten karbida, korundum, dan pasir silika adalah kebanyakan bahan abrasif umum. Semen • semen Portland diproduksi dengan memanaskan campuran mineral tanah liat dan kapur-bearing dalam rotary kiln. Yang dihasilkan “klinker” adalah tanah menjadi partikel yang sangat halus untuk yang sejumlah kecil gipsum ditambahkan. • Ketika dicampur dengan air, semen anorganik membentuk pasta yang mampu mengasumsikan apa saja bentuk yang diinginkan. • Setelah pengaturan atau pengerasan adalah hasil dari reaksi kimia yang melibatkan partikel semen dan terjadi pada suhu lingkungan. Untuk semen hidrolik, 30

yang portland semen adalah yang paling umum, reaksi kimia adalah salah satu hidrasi. Advanced Keramik • Banyak teknologi modern kita gunakan dan akan terus menggunakan keramik maju karena mereka yang unik mekanik, kimia, listrik, magnet, dan sifat optik dan kombinasi properti. Piezoelektrik keramik-menghasilkan medan listrik ketika strain mekanik (yaitu, perubahan dimensi) dikenakan. (MEMS) sistem -smart yang terdiri dari perangkat mekanik miniatur terintegrasi dengan elemen listrik pada substrat (biasanya silikon). bantalan-bola keramik beberapa aplikasi bantalan, bantalan bola baja yang digantikan oleh Si3N4 bola. Silikon nitrida lebih sulit dan kurang padat dan memiliki kuat tekan yang lebih tinggi daripada baja bantalan. Fabrikasi dan Pengolahan Kacamata dan Kaca-Keramik • Karena gelas terbentuk pada temperatur tinggi, suhu-viskositas Perilaku merupakan pertimbangan penting. Mencair, bekerja, melembutkan, anil, dan poin ketegangan mewakili suhu yang sesuai dengan nilai-nilai viskositas tertentu. • Empat teknik pembentuk kaca lebih umum adalah sebagai berikut: menekan, bertiup (Gambar 13.8), menggambar (Gambar 13.9), dan serat membentuk. • Ketika potongan-potongan kaca didinginkan, tegangan termal internal dapat dihasilkan karena perbedaan laju pendinginan (dan derajat kontraksi termal) antara daerah interior dan permukaan. • Setelah fabrikasi, kacamata dapat anil dan / atau marah untuk meningkatkan karakteristik mekanik. Fabrikasi dan Pengolahan Tanah Liat Produk • mineral tanah liat menganggap dua peran dalam pembuatan badan keramik: Ketika air ditambahkan ke tanah liat itu menjadi lentur dan setuju untuk membentuk. mineral lempung meleleh pada rentang suhu; dengan demikian, selama penembakan, padat dan potongan yang kuat dihasilkan tanpa meleleh lengkap. • Untuk produk tanah liat, dua teknik fabrikasi umum adalah hydroplastic membentuk dan tergelincir pengecoran. Untuk membentuk hydroplastic, plastik dan massa lentur dibentuk menjadi yang diinginkan bentuk dengan memaksa massa melalui lubang die. Dengan slip casting, slip (suspensi tanah liat dan mineral lainnya di dalam air) adalah dituangkan ke dalam cetakan berpori. Ketika air diserap ke dalam cetakan, padat. Lapisan diendapkan pada bagian dalam dinding cetakan. • Setelah membentuk, tubuh berbasis tanah liat harus pertama dikeringkan dan kemudian menembaki sebuah ditinggikan Suhu untuk mengurangi porositas dan meningkatkan kekuatan. Powder Menekan • Beberapa potongan keramik yang dibentuk oleh serbuk pemadatan; uniaksial, isostatic, dan teknik menekan panas yang mungkin. • Pemadatan potongan ditekan berlangsung dengan mekanisme sintering selama prosedur tembak-suhu tinggi. 31

Tape Casting • Dengan tape casting, lembaran tipis keramik dari ketebalan yang seragam terbentuk dari slip yang tersebar ke permukaan datar dengan menggunakan pisau dokter. Ini pita kemudian mengalami operasi pengeringan dan pembakaran.

32

3.2 Daftar Pustaka N Callister, William D., 1940. Materials science and engineering 8th ed. United States of America.

33