Fisika Keramik

PENGERTIAN KERAMIK
Keramik berasal dari bahasa Yunani Keramos yang berarti periuk atau belanga yang terbuat dari tanah (Astuti, 1997 dalam Trisnawanti, 2008). Keramik adalah semua benda-benda yang terbuat dari tanah liat/lempung yang mengalami suatu proses pengerasan dengan pembakaran suhu tinggi. Pengertian keramik yang lebih luas dan umum adalah “Bahan yang dibakar tinggi” termasuk didalamnya semen, gips, metal dan lainnya. Sebelum diproses menjadi keramik, segi penting sifat bubuk mineralnya adalah ukuran partikel (yang mengganti sifat akhir) serta distribusi sifat partikel (mempengaruhi rapatan). Adapun sifat keramik antara lain:

a.    Tidak korosif

b.    Ringan

c.    Keras

d.   Stabil pada suhu tinggi.

Keramik memiliki struktur organik dan non organik  seperti gelas  tetapi kebanyakan memiliki struktur kristal. Struktur mikro keramik selalu kompleks dan dibedakan oleh adanya batas butir (grain boundaries), renik (pores), ketidakmurnian dan kondisi multifasa yang membuatnya lebih bervariasi. Pada daerah batas butir energi bertambah sehingga ketidakmurnian cenderung berkumpul di  sana. Ketidakmurnian merupakan fasa kedua dan ketiga, antara partikel  penyusun (konstituen)  ke dalam batas butir. Dengan adanya penambahan ketidakmurnian dan zat aditif lainnya, mikrostruktur dapat berubah, jika diamati pada batas butirnya maupun  porositasnya. Kondisi mikrostruktur ini menggambarkan keadaan terhadap sifat fisis dan kimia dari keramik.

Bahan Dasar Keramik

Pada dasarnya bahan dasar keramik antara lain :

1. Tanah Liat (lempung)

Tanah liat (lempung) sebagai bahan pokok untuk pembuatan keramik, merupakan salah satu bahan yang kegunaannya sangat menguntungkan bagi manusia karena bahannya yang mudah didapat dan pemakaian hasilnya yang sangat luas. Kira-kira 70% atau 80% dari kulit bumi terdiri dari batuan merupakan sumber tanah liat. Tanah liat banyak ditemukan di areal pertanian terutama persawahan. Dilihat dari sudut ilmu kimia, tanah liat termasuk hidrosilikat alumina dan dalam keadaan murni mempunyai rumus: Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O  dengan perbandingan berat dari unsur-unsurnya: Oksida Silinium (SiO₂) 47%, Oksida Aluminium (Al₂O₃) 39%, dan Air (H₂O) 14% (Gatot, 2003 dalam Abdullah, 2005).

Bentuknya seperti lempengan kecil-kecil hampir berbentuk segi enam dengan permukaan yang datar. Bentuk kristal; seperti ini menyebabkan tanah liat bila dicampur dengan air mempunyai sifat liat (plastis), mudah dibentuk karena kristal-kristal ini meluncur di atas satu dengan yang lain denga air sebagai pelumasnya (Astuti, 1997 dalam Trisnawanti, 2008).

Mineral liat terbentuk dari hasil hancuran iklim terhadap mineral primer atau batuan yang mengandung mineral  feldspar, mika, piroksin dan eamfibol. Pada dasarnya mineral liat dapat dibedakan atas 2 kelompok senyawa, yaitu liat silikat dan liat bukan silikat. Liat silikat kemudian dibedakan pila dalam 3 tipe yaitu : tipe 1:1, 2:1, dan tipe 2:2. Tipe dalam hal ini menunjukkan perbandingan antara Si-tetraeder dengan Al-oktaeder. Dengan mengetahui tipe mineral liat juga dapat ditentukan tingkat hancuran suatu tanah. Tanah yang mengandung liat 1:1 menunjukkan suatu tanah yang lebih tua daripada tanah berliat tipe 2:1. Karena Si telah habis tercuci. Disamping liat silikat amorfus, yaitu alofan. Liat bukan silikat merupakan kelompok senyawa hidrus oksida besi dan aluminum. Nama hidrus oksida mencerminkan asosiasi antara molekul air dan oksida (Hakim, 1986).

Tanah liat memiliki sifat-sifat yang khas yaitu bila dalam keadaan basah  mempunyai sifat plastis tetapi bila dalam keadaan kering akan menjadi keras, sedangkan bila dibakar akan menjadi padat dan kuat. Pada umumnya, masyarakat memanfaatkan tanah liat (lempung) sebagai bahan baku pembuatan bata dan gerabah.

2. Kuarsa (SiO₂ )

Kuarsa (mineral silika) adalah salah satu komponen utama dalam pembentukan keramik dan banyak terdapat di permukaan bumi (sekitar 60%). Bentuk umum fasa kristal kuarsa adalah tridimit, quartz dan kristobalit, tergantung pada temperaturnya. Jenis kristal silika yang ada di alam adalah kuarsa, sedangkan tridimit dan kristobalit jarang dijumpai. Kuarsa memiliki keplastisan rendah dan titik lebur tinggi sekitar 1728°C, tetapi hasil pembakarannya kuat dan keras. Bahan baku kuarsa dapat diperoleh dari batuan atau pasir kuarsa dengan kandungan silika tinggi.

3. Feldspar

Feldspar adalah suatu kelompok mineral yang berasal dari batu karang yang ditumbuk dan dapat memberikan sampai 25 % flux (pelebur) pada badan keramik. Bila keramik dibakar, feldspar akan meleleh (melebur) dan membentuk leburan gelas yang menyebabkan partikel tanah dan bahan lainnya melekat satu sama lain. Pada saat membeku, bahan ini memberikan kekuatan pada badan keramik. Feldspar tidak larut dalam air, mengandung alumina, silika dan flux yang digunakan untuk membuat gelasir suhu tinggi.

Feldspar pada saat ini nerupakan group mineral dengan jumlah mineral yang paling besar di kerak bumi, membentuk sekitar 60% batuan terrestrial (Indiani, 2009). Kebanyakan feldspar yang tersedia berupa sodium feldspar, potassium feldspar dan feldspar campuran. Feldspar kebanyakan digunakan pada aplikasi-aplikasi industri yang membutuhkan kandungan feldspar yang berupa alumina dan alkali.

Rumus kimia feldspar secara umum adalah XAl(Al,Si)Si₂O₈ dengan X adalah potassium, sodium, kalsium atau barium.
Sifat-Sifat Keramik

Sifat-sifat dari keramik dipengaruhi oleh perubahan mikrostruktur pada batas butiran maupun pada porositasnya. Sifat-sifat keramik antara lain :

1.    Keras, kuat, tetapi bersifat getas atau mudah pecah.

2.    Tahan terhadap korosi.

3.    Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah.

4.   Sifat listriknya dapat menjadi isolator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor.

5.    Dapat bersifat magnetik dan non magnetik.