Keramik Dan Komposit 6m5y

KERAMIK A. PENGERTIAN KERAMIK Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar seperti gerabah, genteng, tembikar 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 umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball, clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Disamping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. B. SEJARAH KERAMIK Istilah keramik, sesuai konteks modern, mencakup

material anorganik yang

sangat luas, keramik mengandung elemen non metalik dan metalik yang dibuat berbagai teknik manufaktur. Secara tradisional, keramik dibuat dari mineral Silikat, seperti lempung, yang dikeringkan dan di bakar pada temperature 1200° 1800°C agar keras. Keramik berasal dari kata Yunani Keramos, yang berarti “ bahan yang dibakar” atau “ material yang dibakar di tungku / tanur”. Keramik merupakan material yang terbentuk dari hasil senyawa (compound) antara satu atau lebih unsur-unsur logam

1

(termasuk Si dan Ge) dengan satu atau lebih unsur-unsur non logam. material jenis keramik semakin banyak digunakan, mulai berbagai abrasive, pahat potong, batu tahan api, kaca, dan lain-lain, bahkan teknologi roket dan penerbangan luar angkasa sangat memerlukan keramik. Namun demikian keramik modern seringkali dibuat dengan proses tanpa tahap pembakaran di tungku (misalnya penekanan panas, sintering – reaksi, detrifikasi– gelas, dan sebagainya). Meskipun keramik kadang – kadang dikatakan memiliki karakter nonmetalik secara sederhana untuk membedakannya dari logam dan paduan ini tidak memadai lagi karena kini telah dikembangkan dan digunakan keramik dengan sifat yang luar biasa. Keramik pertama kali ditemukan sekitar 4000 tahun yang lalu. Pada saat itu, keramik masih bercorak primitive, berwarna hitam, dan mudah pecah. Penemuan keramik pertama kali, pada umumnya terjadi di Timur Tengah, dimana perdagangan keramik sudah berjalan begitu cepat (pesat). Salah satu proses kemajuan dari evolusi keramik adalah proses pera[ian yang lebih tinggi, lebih kuat, dan lebih mengkilat. Setelah terjadi Revolusi Industri Keramik yang diproduksi dengan mesin, harganya menjadi lebih mahal namun kualitasnya bagus. Meskipun “periuk” pribumi banyak ditemukan di Eropa, tetapi yang mengherankan adalah orang – orang di sana pada abad ke-18 dan ke-19 banyak yang meniru desain, bentuk – bentuk klasik, dan motif – motif dari timur. Bahkan keramik pun tidak hanya ditemukan di Timur Tengah dan Eropa, tetapi juga ditemukan di Equador ( ± 3200 SM) dan Meksiko ( ± 2000 SM) dan beberapa saat kemudian, sekitar ± 500 Masehi, keramik sudah banyak ditemukan di Amerika Tenggara. Coraknya juga masih serupa dengan keramik yang ada di belahan bumi lainnya, yaitu dibuat dengan garis – garis lengkung yang serupa. Konstruksinya yang melingkar – lingkar bahkan masih bertahan sampai sekarang.

2

C. SIFAT KERAMIK

Secara umum kramik merupakan paduan antara logam dan non logam , senyawa paduan tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen . Untuk lebih jelasnya mengenai sifat-sifat kramik berikut ini akan dijelaskan lebih detail, yaitu : 

Sifat Mekanik

Keramik merupakan material yang kuat, keras dan juga tahan korosi. Selain itu keramik memiliki kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi. Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Di dalam keramik, karena kombinasi dari ikatan ion dan kovalen, partikel-partikelnya tidak mudah bergeser. Faktor

rapuh

terjadi

bila

pembentukan

dan

propagasi

keretakan

yang cepat.Dalam padatan kristalin, retakan tumbuh melalui butiran (trans granular) dan sepanjang bidang cleavage (keretakan) dalam kristalnya. Permukaan tempat putus yang dihasilkan mungkin memiliki tekstur yang penuh butiran atau kasar. Material yang amorf tidak memiliki butiran dan bidang kristal yang teratur, sehingga permukaan putus kemungkinan besar terjadi. Kekuatan tekan penting untuk keramik yang digunakan untuk struktur seperti bangunan. Kekuatan tekan keramik biasanya lebih besar dari kekuatan tariknya. Untuk memperbaiki sifat ini biasanya keramik di-pretekan dalam keadaan tertekan 

Sifat Termal

Sifat termal bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansitermal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan olehpadatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatan tersebut. Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan. Jadigetaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya

3

kuat maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak padakisi kristalnya. Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah. 

Sifat elektrik

Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi. Keramik dikenal sangat baik sebagai solator. Beberapa isolator keramik (seperti BaTiO 3) dapat dipolarisasi dan digunakan ebagai kapasitor. Keramik lain menghantarkan elektron bila energi ambangnya dicapai, dan oleh karena itu disebut semikonduktor. Tahun 1986, keramik jenis baru, yakni superkonduktor temperatur kritis tinggi ditemukan. Bahan jenis ini di bawah suhu kritisnya memiliki hambatan = 0. Akhirnya, keramik yang disebut sebagai piezoelektrik dapat menghasilkan respons listrik akibat tekanan mekanik atau sebaliknya. Elektron valensi dalam keramik tidak berada di pita konduksi,sehingga sebagian besar keramik adalah isolator. Namun, konduktivitas keramik dapat ditingkatkan dengan memberikan ketakmurnian. Energi termal juga akanmempromosikan elektron ke pita konduksi, sehingga dalam keramik, konduktivitas meningkat (hambatan menurun) dengan kenaikan suhu. Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan. Sifat ini merupakan bagian bahan “canggih” yang sering digunakan sebagai sensor. Dalambahan piezoelektrik, penerapan gaya atau tekanan di permukaannya akan menginduksipolarisasi dan akan terjadi medan listrik, jadi bahan tersebut mengubah tekananmekanis menjadi tegangan listrik. Bahan piezoelektrik digunakan untuk trand,yang ditemui pada mikrofon, dan sebagainya.

4

Dalam bahan keramik, muatan listrik dapat juga dihantarkan oleh ion-ion. Sifat ini dapat

diubah-ubah

dengan

merubah

komposisi,

dan

merupakan

dasar

banyakaplikasi komersial, dari sensor zat kimia sampai generator daya listrik skala besar.Salah satu teknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar. 

Sifat Optik

Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, ataudipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, danbiasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas,mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelasterfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan cahaya.Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalahpolarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalahdistorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi,sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas. 

Sifat kimia

Salah satu sifat khas dari keramik adalah kestabilan kimia. Sifat kimia dari permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif. Karbon aktif, silika gel, zeolit, dsb, mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan pengabsorb. Kalau oksida logam dipanaskan pada kira-kira 500 C, permukaannya menjadi bersifat asam atau bersifat basa. Alumina g , zeolit, lempung asam atau S 2O 2 – TiO 2 demikian juga berbagai oksida biner dipakai sebagai katalis, yang memanfaatkan aksi katalitik dari titik bersifat asam dan basa pada permukaan. 

Sifat fisik

Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan. 5

Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain. D. KARAKTERISTIK KERAMIK Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkannya digunakan untuk berbagai aplikasi, termasuk : 1) Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah. 2) Tahan terhadap korosi. 3) Sifat listriknya dapat insulator, semi-konduktor, konduktor, bahkan super konduktor. 4) Sifatnya dapat magnetik maupun non-magnetik. 5) Keras dan kuat, namun rapuh. E. KLASIFIKASI KERAMIK Keramik dapat di klasifikasikan kedalam lima kelas yaitu : 1. Glass Glass adalah benda yang transparan, lumayan kuat, biasanya tidak bereaksi dengan barang kimia, dan tidak aktif secara biologi yang bisa dibentuk dengan permukaan yang sangat halus dan kedap air. Glass bersumber dari batu kuarsa yang mengalami proses pemanasan untuk membentuknya menjadi glass / kaca. Contoh keramik jenis glass adalah soda lime glass, dan borosilicate glass. Aplikasi keramik jenis glass ini adalah untuk peralatan makan, jendela, botol dan lain-lain.

2. Keramik tradisional

6

Keramik tradisional merupakan keramik yang telah lama di sempurnakan oleh orang-orang pada zaman dahulu. Keramik tradisional sendiri bersumber dari tanah lempung yang mengalami proses pemanasan sehinnga menjadi lebih keras. Contoh keramik tradisional yaitu batu bata, gucci buatan cina, dan tembikar. Aplikasi keramik jenis ini banyak ditemukan pada karya-karya seni, dan bidang konstruksi. 3. Keramik baru dengan performa tinggi Keramik baru adalah jenis keramik yang mengalami proses pengembangan untuk meningkatkan kerakteristik keramik itu sendiri. Keramik baru bersumber dari aluminium, mangan, dan silicon yang dipadukan bersama unsur lain. Contoh keramik jenis ini adalah diamond, silicon carbide yang banyak digunakan sebagai alat pemotong. 4.Sement dan beton Sement dan beton banyak diaplikasikan pada berbagai jenis bangunan. Sement sendiri mengandung silica dan aluminium. F. BAHAN BAKU DASAR KERAMIK Tiga bahan baku utama yang digunakan untuk membuat produk keramik klasik, atau ‘triaksial’, adalah lempung, feldspar dan pasir. Lempung adalah aluminium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari batuan beku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya dapat dilukiskan sebagai berikut : K2O.Al2SO3.6SiO2 + CO2 + 2H2O → K2CO3 + Al2O3.2SiO2.2H2O + 4SiO2 Ada sejumlah speises mineral yang disebut mineral lempung (clay mineral) yang mengandung terutama campuran kaolinit (Al 2O3.2SiO2.2H2O), montmorilonit [(Mg,Ca)O.Al2O3.5SiO2.nH2O] dan ilit (K2O, MgO, Al2O3, SiO2.2H2O) masing-

7

masing dalam berbagai kuantitas. Dari sudut pandang keramik, lempung berwujud plastik dan bias 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. Di dalam lempung yang diperdagangkan, disamping mineral lempung terdapat pula feldspar, kuarsa dan berbagai ketidakmurnian seperti oksida-oksida besi, semuanya dalam jumlah yang beragam. Dalam hampir semua lempung yang digunakan di dalam industri keramik, mineral lempung dasar adalah kaolinit, walaupun lempung bentonit yang berdasarkan atas montmorilonit digunakan juga sedikit untuk memberikan sifat plastisitas yang sangat tinggi bila perlu. Sifat plastisitas ini sangat dipengaruhi oleh kondisi fisik lempung, dan sangat berbedabeda pada berbagai jenis lempung. Lempung sangat beraneka ragam dalam sifat fisiknya, dan dalam kandungan ketidakmurniannya, sehingga biasanya harus ditingkatkan mutunya terlebih dahulu melalui prosedur benefisiasi. Ada tiga jenis feldspar yang umum, yaitu potas (K 2O.Al2O3.SiO2), soda (NaO.Al2O3.6SiO2), batua gamping (CaO.Al2O3.6SiO2), yang semuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sangat penting sebagai pemberi sifat fluks dalam formulasi keramik. Feldspar bias terdapat di dalam lempung hasil penambangan, atau bisa juga ditambahkan sesuai keperluan. Penyusun keramik yang ketiga yang penting adalah pasir atau flin (flint). Sifatsifatnya yang penting dari segi industri keramik ditunjukkan pada table berikut :

F. TEKNIK PEMROSESAN KERAMIK a)

Pembubukan

8

Bahan-bahan dasar keramik umumnya berbentuk bubukan. Bahan dasar tersebut dapat diperoleh dengan metode konvensional atau non konvensional. Metode konvensional misalnya kalsinasi; yaitu menguraikan suatu bahan padatan menjadi beberapa bagian yang lebih sederhana; Milling yaitu menggiling atau menghaluskan bahan; mixing yaitu mencampurkan beberapa bahan menjadi satu bahan. Sedangkan metode nonkonvensional misalnya teknik larutan sepaerti metode sol-gel, metode fase uap, atau dekomposisi garam. Dalam proses pembubukan tersebut , seringkali harus ditambahkan bahan penstabil agar suhu dapat diturunkan atatu bahan organik yang berfungsi sebagai pengikat atau pelunak bubukan sehingga mudah dibentuk. b)

Pembentukan

Metode pembentukan ini bermacam-macam, misalnya metode pres isostatik dan aksial; metode cetak lepas, yaitu dicetak hingga kering lalu dilepas; metode cetak balut yaitu bahn dibiarkan tetap berada daalm cetakn atau cetak injeksi yaitu bahan dimasukan ke dalam cetakan dengan cara diinjeksikan ke dalamnya. c)

Penekanan

Penekanan atau disebut juga kompaksi dilaukan untuk membentuk serbuk keramik menjadi suatu bentuk padatan berupa pelet mentah. Pelet mentah adalah serbuk yang telah menjadi bentuk padat tetapi belum disinter. Prosedur dasar penekanan dibagi menjadi 3 yaitu: -

Uniaxial

Serbuk dibentuk dalam cetakan logam dengan penekanan satu arah. Penenkanan ini dapat memproduksi banyak pelet dan tidak mahal dibanding metode lain. Berdasarka cara kerjanya, penekanan ini dibagi menjadi 3 yaitu : single action uniaxial pressing, double action uniaxial pressing, dan uniaxial pressing with a floating mould or die. -

Isostatik

9

Penekanan serbuk dilakukan dengan menggunakan cairan. - Hot pressing Penekanan dilakukan secar simultan denga perlakuan panas pada serbuk. d)

Sintering

Sintering adalah metode pemanasan yang dilakukan terhadap suatu material ( biaasnya dalam bentuk serbuk) pada suhu dibawah titik lelehnya sehingga menjadi bentuk padatan . Serbuk berubah menjadi padatan karena pada suhu tersebut partikel-partikel akan saling melekat. Setelah disintering bentuk porositas berubah cenderung berbrntuk bola. Selain itu semakin lama dipanaskan bentuk pori akan semakin kecil. Karena itu ukuran sampel yang telah disinter akan semakin kecil juga. Sintering terbagi menjadi 2 jenis, yaitu berdassarkan ada tidaknya fase cair selama proses sintering. Sintering yang terjadi disertai adanya fase cair disebut sintering fase cair, dan sintering yang terjadi tanpa fase cair disebut sintering padat. Tahap sintering dilakukan untuk memadat kompakan bahan, yang sudah dicetak dan dikeringkan dengan suhu tinggi. e)

Anneling dan Aging

Anealing adalah proses pemanasan yang lebih rendah dari sebelumnya. Dengan maksud agar parameter dan sifat yang diinginkan mencapai optimum. Sedangkan aging adalah proses pendinginan selama beberapa waktu tertentu. f)

Tahap akhir

Pada tahap ini, bahan keramik dikenakan berbagai perlakuan akhir sehingga sipa dipalikasika sesuai dengan sifat bahan yang diinginkan. Perlakuan tersebut misalnya mengasah, memoles, memberi lapisan logam, memberi mantel untuk perlindungan dan lain-lain G. KARAKTERISTIK STRUKTUR KERAMIK

10

Gambar 1.1 Struktur Keramik Struktur kristal keramik (terdiri dari berbagai ukuran atom yang berbeda atau minimal terdiri dari 2 jenis unsur) merupakan salah satu yang paling kompleks dari semua struktur bahan. Ikatan antara atom-atom ini umumnya ikatan kovalen (berbagi elektron, sehingga ikatan ini kuat) atau ion (terutama ikatanantara ion bermuatan, sehingga ikatan ini kuat). Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik dari pada logam. Keramik dapat berikatan kristal tunggal ataudalam bentuk polikristalin. Ukuran butir mempunyai pengaruh besar terhadap kekuatan dan sifat-sifat keramik; ukuran butir yang halus (sehingga dikatakan keramik halus), semakin tinggi kekuatan dan ketangguhannya. Kebanyakan bahan pembentuk keramik memiliki ikatan ion, ikatan kovalen dan ikatanantara. Sebagai missal, bagian ikatan ion dalam sistem Mg-O, Al-O, Zn-O dan Si-O dapat dikatakan masing-masing 70%, 60%, 60% dan 50%. Yang sangat menarik adalah bahwa pada ReO3,V2O3 dan TiO, yang merupakan oksida dan tidak pernah menunjukkan sifat liat ataudapat di deformasikan, tetapi memiliki hantaran listrik yang relatif dapat disamakan dengan logam biasa. Dalam Kristal yang rumit, berbagai macam atom berperan dan ikatannya merupakan ikatan campuran dalam banyak hal. Struktur Kristal demikian dapat dimengerti apabila mengingat bahwa Kristal tersusun oleh kombinasi dari polyhedron koordinasi, dimana satuan kecil dari kation dikelilingi oleh beberapa

11

anion. Salah satu contoh adalah silikat yang merupakan bahan baku penting bagi keramik.

KOMPOSIT A. PENGERTIAN KOMPOSIT

12

Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material sehingga dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah karena berkurangnya jumlah komponen dan baut-baut penyambung. Kekuatan tarik dari komposit serat karbon lebih tinggi daripada semua paduan logam. Semua itu menghasilkan berat pesawat yang lebih ringan, daya angkut yang lebih besar, hemat bahan bakar dan jarak tempuh yang lebih jauh. Militer Amerika Serikat adalah pihak yang pertama kali mengembangkan dan memakai bahan

komposit. Pesawat AV-8D mempunyai

kandungan

bahan

komposit 27% dalam struktur rangka pesawat pawa awal tahu 1980-an. Penggunaan bahan komposit dalam skala besar pertama kali terjadi pada tahun 1985. Ketika itu Airbus A320 pertama kali terbang dengan stabiliser horisontal dan vertikal yang terbuat dari bahan komposit. Airbus telah menggunakan komposit sampai dengan 15% dari berat total rangka pesawat untuk seri A320, A330 dan A340. Komposit terdiri dari 2 bagian utama yaitu : Matriks, berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler (pengisi) dari kerusakan eksternal. Matriks yang umum digunakan : carbon, glass, kevlar, dll Filler (pengisi), berfungsi sebagai Penguat dari matriks. Filler yang umum digunakan : carbon, glass, aramid, kevlar

B. TUJUAN DIBENTUKNYA KOMPOSIT Komposit dibuat dengan tujuan untuk : 13

1. Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu 2. Mempermudah design yang sulit pada manufaktur 3. Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya 4. Menjadikan bahan lebih ringan C. SIFAT MATERIAL KOMPOSIT Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu: 1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk memegang peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya. 2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran tiaptiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan faktor penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit secara keseluruhan. 3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau kombinasi komponen-komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya maupun bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti akan berbeda. Dalam pembuatan sebuah material komposit, suatu pengkombinasian optimum dari sifat-sifat bahan penyusunnya untuk mendapatkan sifat-sifat tunggal sangat diharapkan. Beberapa material komposit polymer diperkuat serbuk yang memiliki kombinasi sifat-sifat yang ringan, kaku, kuat dan mempunyai nilai kekerasan yang cukup tinggi. Disamping itu juga sifat dari material komposit dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu material yang digunakan sebagai bentuk komponen dalam komposit, bentuk geometri dari unsur-unsur pokok dan akibat struktur dari sistem komposit, cara dimana bentuk satu mempengaruhi bentuk lainnya Menurut Agarwal dan Broutman, yaitu menyatakan bahwa bahan komposit mmpunyai cirri-ciri yang berbeda dan komposisi untuk menghasilkan suatu bahan yang mempunyai sifat dan cirri tertentu yang berbeda dari sifat dan ciri konstituen asalnya. Disamping itu konstituen asal masi kekal dan dihubungkan melalui suatu antara muka.

14

Dengan kata lain, bahan komposit adalah bahan yang heterogen yang terdiri dari fasa yang tersebar dan fasa yang berterusan. Fasa tersebar selalu terdiri dari serat atau bahan pengukuh, manakalah yang berterusannya terdiri dari matriks. D. KEGUNAAN MATERIAL KOMPOSIT Penggunaan material komposit sangat luas, yaitu untuk : -

Angkasa luar = Komponen kapal terbang, Komponen Helikopter,

-

Komponen satelit. Kesehatan = Kaki palsu, Sambungan sendi pada pinggang Marine / Kelautan = Kapal layar, Kayak Industri Pertahanan = Komponen jet tempur, Peluru, Komponen kapal

-

selam Industri Pembinaan = Jembatan, Terowongan, Rumah, Tanks. Olah raga dan rekreasi = Sepeda, Stick golf, Raket tenis, Sepatu olah raga Automobile = Komponen mesin, Komponen kereta Angkasa luar = Komponen kapal terbang, Komponen Helikopter, Komponen satelit.

E. KLASIFIKASI KOMPOSIT - Berdasarkan Matriks yang digunakan : 

MMC : Metal Matriks Composite (menggunakan matriks logam)

Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace.



CMC : Ceramic Matriks Composite (menggunakan matriks ceramic)

CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan

15

nitrid. Salah satuproses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat). 

PMC : Polymer Matriks Composite (menggunakan matriks polymer)

PMC (Polymer Matriks Composite) merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan karat, korosi dan lebih ringan. Matriks polymer terbagi 2 yaitu termoset dan termoplastikPerbedaannya polymer termoset tidak dapat didaur ulang sedangkan termoplastik dapat didaur ulang sehingga lebih banyak digunakan belakangan ini. Jenis2 termoplastik yang biasa digunakan : polypropylene (PP), polystryrene (PS), polyethylene (PE), dll. Berikut lambang dari masing2 jenis polymer.

- Berdasarkan Strukturnya :

16



Particulate Composite Materials (komposit partikel) merupakan jenis Komposit yang menggunakan partikel/butiran sebagai filler (pengisi).



Partikel berupa logam atau non logam dapat digunakan sebagai filler. Fibrous Composite Materials (komposit serat) terdiri dari dua komponen



penyusun yaitu matriks dan serat. Structural Composite Materials (komposit berlapis) terdiri dari sekurangkurangnya dua material berbeda yang direkatkan bersama-sama. Proses pelapisan dilakukan dengan mengkombinasikan aspek terbaik dari masingmasing lapisan untuk memperoleh bahan yang berguna.

-

Berdasarkan Jenis Penguatnya

a. Partikel sebagai penguat (Particulate composites) Keuntungan dari komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel: a) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah b) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan kekerasan material c) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan menghalangi pergerakan dislokasi. b. Fiber sebagai penguat (Fiber composites) Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima

17

oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan moduluselastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit. Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut : a) Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya (matriksnya) namun harus lebih kuat dari bulknya b) Harus mempunyai tensile strength yang tinggi c. Fiber sebagai sturktural (Structute composites) Komposit struktural dibentuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu struktur laminate dan struktur sandwich. 1) Laminate Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya

searah

saja

(unidirectional

lamina)

pada

umumnya

tidak

menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur komposit dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri dari beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur. Terdapat beberapa lamina, yaitu: a) Continous fiber laminate, lamina jenis ini mempunyai lamina penyusun dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung lamina. Continous fiber laminate terdiri dari :

18

1. Unidirectional laminate (satu arah), yaitu bentuk laminate dengan tiap lamina mempunyai arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit lamina ini adalah searah seratnya. 2. Crossplien quasi-isotropoic (silang), lamina ini mempunyai susunan serat yang saling silang tegak lurus satu sama lain antara lamina. 3. Random/woven fiber composite, lamina ini mempunyai susunan serat. b) Discontinous fiber composite, berbeda dengan jenis sebelumnya maka laminate ini pada masing-masing lamina terdiri dari potongan serat pendek yang terputus dan mempunyai dua jenis yaitu : 1. Short Alighned Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai dengan keperluan setiap lamina. 2. In-Plane Random Fiber, potongan serat disebarkan secara acak atau arahnya tidak teratur. 2) Sandwich s Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite (metal sheet) sebagai kulit permukaan (skin) serta meterial inti (core) di bagian tengahnya (berada di antaranya). Core yang biasa dipakai adalah core import, seperti polyuretan (PU), polyvynil Clorida (PVC), dan honeycomb. Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian tengah diantara kedua skin dipasang core. Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga dipertimbangkan. Dengan menggunakan material inti yang sangat ringan, maka akan dihasilkan komposit yang mempunyai sifat kuat, ringan, dan kaku. Komposit 19

sandwich dapat diaplikasikan sebagai struktural maupun non-struktural bagian internal dan eksternal pada kereta, bus, truk, dan jenis kendaraan yang lainnya. F. BAHAN KOMPOSIT PARTIKEL Dalam struktur komposit, bahan komposit partikel tersusun dari partikel–partikel disebut bahan komposit partikel (particulate composite) menurut definisinya partikel ini berbentuk beberapa macam seperti bulat, kubik, tetragonal atau bahkan berbentuk yang tidak beraturan secara acak, tetapi rata–rata berdimensi sama. Bahan komposit partikel umunya digunakan sebagai pengisi dan penguat bahan komposit keramik (ceramic matrik composites). Bahan komposit partikel pada umunya lebih lemah dibanding bahan komposit serat. bahan komposit partikel mempunyai keunggulan, seperti ketahanan terhadap aus, tidak muda retak dan mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik. G. BAHAN KOMPOSIT SERAT Unsur utama komposit adalah serat yang mempunyai banyak keunggulan, oleh karena itu bahan komposit serat yang paling banyak dipakai. Bahan komposit serat terdiri dari serat–serta yang terikat oleh matrik yang saling berhubungan. Bahan komposit serat ini terdiri dari dua macam, yaitu serat panjang (continous fiber) dan serat pendek (short fiberdan whisker). Dalam laporan ini diambil bahan komposit serat (fiber composite). Penggunaan bahan komposit serat sangat efesien dalam menerima beban dan gaya. Karena itu bahan komposit serat sangat kuat dan kaku bila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah tegak lurus serat.

Komposit serat dalam dunia industry mulai dikembangkan dari pada menggunakan bahan partikel. Bahan komposit serat mempunyai keunggulan yang utama yaitu strong(kuat), stiff (tangguh), dan lebi tahan terhadap panas pada saat didalam matrik (Schwartz, 1984). Dalam penggembangan teknologi pengolahan serat, membuat serat sekarang semakin diunggulkan dibandingkan material–

20

material yang digunakan. Cara yang digunakan untuk mengkombinasi serat berkekuatan tarik tinggi dan bermodulus elastisitas tinggi dengan matrik yang bermassa ringan, berkekuatan tarik renda, serta bermodulus elastisitas rendah makin banyak dikembangkan guna untuk memperoleh hasil yang maksimal. Komposit pada umumnya mengunakan bahan plastik yang merupakan material yang paling sering digunakan sebagai bahan pengikat seratnya selain itu plastic mudah didapat dan mudah perlakuannya, dari pada bahan dari logam yang membutuhkan bahan sendiri. H. TIPE KOMPOSIT SERAT Untuk memperoleh komposit yang kuat harus dapat menempatkan serat dengan benar. Berdasarkan penempatanya terdapat beberapa tipe serat pada komposit yaitu : 1.

Continuous Fiber Composite

Continuous atau uni-directional, mempunyai serat panjang dan lurus, membentuk lamina diatara matriknya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan. Hal ini dikarnakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya. 2.

Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat serat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan akan melemah.

3.

Discontinuous Fiber Composite

Discontinuous Fiber Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 ( Gibson, 1994 : 157 ) :

21

a.

Aligned discontinuous fiber

b.

Off-axis aligned discontinuous fiber

c.

Randomly oriented discontinuous fiber

4.

Hybrid Fiber Composite

Hybrid Fiber Composite merupakan komposit gabungan antara serat tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat mengganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihan I. BAGIAN UTAMA DARI KOMPOSIT -

Reinforcement

Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. -

Glass Fiber

Glass fiber adalah bahan yang tidak mudah terbakar. Serat jenis ini biasanya digunakan sebagai penguat matrik jenis polymer. Komposisi kimia serat gelas sebagain besar adalah SiO2 dan sisanya adalah oksida-oksida alumunium (Al), kalsium (Ca), magnesium (Mg), natrium (Na), dan unsur-unsur lainnya. Berdasarkan bentuknya serat gelas dapat dibedakan menjadi beberapa macam antaralain (Santoso, 2002): a.

Roving

Berupa benang panjang yang digulung mengelilingi silinder. b.

Yarn

Berupa bentuk benang yang lekat dihubungkan pada filamen. c.

Chopped Strand

22

Adalah strand yang dipotong-potong dengan ukuran tertentu kemudian digabung menjadi satu ikatan. d.

Reinforcing Mat

Berupa lembaran chopped strand dan continuous strand yang tersusun secara acak. e. Woven Roving Berupa benang panjang yang dianyam dan digulung pada silinder f.

Woven Fabric

Berupa serat yang dianyam seperti kain tenun. Berdasarkan jenisnya serat gelas dapat dibedakan menjadi beberapa macam antara lain : a.

Serat E-Glass

Serat E-Glass adalah salah satu jenis serat yang dikembangkan sebagai penyekat atau bahan isolasi. Jenis ini mempunyai kemampuan bentuk yang baik. b.

Serat C-Glass

Serat C-Glass adalah jenis serat yang mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap korosi. c.

Serat S-Glass

Serat S-Glass adalah jenis serat yang mempunyai kekakuan yang tinggi.

J. KELEBIHAN MATERIAL KOMPOSIT Material komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat

23

dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini : a.

Sifat-sifat mekanikal dan fisikal

Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli. b.

Biaya

Faktur biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya. K. KEKURANGAN MATERIAL KOMPOSIT a.

Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan

dengan metal. b.

Kurang elastis

c.

Lebih sulit dibentuk secara plastis.

GRAPHENE

24

Teknologi otomotif kini makin berkembang. Bila sebelumnya produsen otomotif masih percaya serat karbon sebagai bahan yang ringan namun kuat, kini ada lagi material baru yang diklaim 10 kali lebih kuat dibanding metal. Material yang diberi nama graphene ini dikembangkan oleh tim dari University of Technology Sydney (UTS) dan disupervisi oleh Professor Guoxiu Wang ini diprediksi akan sangat potensial digunakan oleh industri otomotif masa depan. Material ini seperti dipublikasi dari Journal of Applied Physics merupakan hasil dari pengolahan graphite yang kemudian dimurnikan dan disaring dengan bahan kimia tertentu yang kemudian ditransformasi menjadi graphene nanosheets. Dengan menggunakan berbagai proses tersebut UTS mengklaim kalau material baru yang mereka temukan itu enam kali lebih ringan dibanding baja tapi lima sampai enam kali lebih padat. Selain itu material ini juga dua kali lebih keras dari baja dan sepuluh kali lebih kuat serta 13 kali lebih rigid dibanding baja. Sifat mekanik yang luar biasa dari kertas graphene membuat bahan ini menjanjikan untuk diaplikasi secara komersial,” ungkap kepala peneliti Ali Reza Ranjbartoreh seperti dikutip dari “Bukan hanya karena ringan, kuat, lebih keras dan lebih fleksibel daripada baja tapi juga merupakan produk manufactur yang bisa didaur ulang dan bisa berkelanjutan serta ramah lingkungan dan hemat biaya dalam penggunaannya,” tambahnya. Contoh material graphene dapat dilihat pada halaman selanjutnya.

25

Contoh material graphene Bila material ini diaplikasi dalam industri otomotif, Ranjbartoreh mengatakan bahwa di masa depan akan memungkinkan terjadinya pengembangan kendaraan ringan yang dapat mengkonsumsi sedikit bahan bakar, memproduksi lebih sedikit emisi CO2 dan tentunya mengurangi biaya operasi.

26