Keramik (Ceramic) - yudysi.lecture.ub.ac.idyudysi.lecture.ub.ac.id/files/2012/09/MaterialBaru02ndPart2.pdf · Dalam benda padat ionik ( ionic (ceramic) solids ), susunan ion ditentukan

Keramik (Ceramic)

Material Keramik adalah material non logam dan inorganik yang terdiri atas unsur-unsur logam dan non logam yang terikat bersamaansecara primer dengan ikatan ion dan/atau ikatan logam.

Komposisi kimia keramik bervariasi dari senyawa sederhana hinggacampuran dari berbagai fasa komplek yang terikat bersamaan.

Pada umumnya keramik memiliki sifat keras, getas denganketangguhan dan keuletan yang rendah.ketangguhan dan keuletan yang rendah.

Material keramik memiliki suhu cair yang tinggi dan kestabilan kimiayang tinggi dalam lingkungan yang kritis/ekstrem karena stabilitasikatan-ikatan atomnya.

Oleh karena itu, keramik merupakan material yang tak tergantikandalam dunia teknik atau desain rekayasa.

1�Yudy Surya Irawan�Yudy Surya Irawan Material BaruMaterial Baru1

Contoh produk dari keramik yang strategis penting untuk beberapa teknologi baru.

Komponen-komponen temperatur tinggi dari mesin turbin gas otomotif ATG-100 yang

terbuat dari keramik. Semakin tahan suhu tinggi, konsumsi bahan bakar semakin efisien.


Potongan modul konduksi termal memiliki sebuah dasar keramik dengan berbagai lapisan

yang besar (multilayer ceramic substrate) yang terdiri atas supports, interconnects dan

mengisolator banyak chips sirkuit yang terintegrasi (integrated circuits chips)

Integrated circuit chipsMultilayer ceramic

substrate

Aluminium pistons for heat removal

�Yudy Surya Irawan�Yudy Surya Irawan Material BaruMaterial Baru3

Secara umum keramik yang digunakan untuk aplikasi teknik dapat digolongkan menjadi dua kelompok:

1. Material keramik tradisionalTerbuat dari tiga komponen dasar :a. Lempungb. Silikac, FeldsparContoh: bata, keramik lantai yang digunakan untuk industri konstruksi, keramik kerajinan dan keramik listrik dalam industri

4

konstruksi, keramik kerajinan dan keramik listrik dalam industri keramik.

2. Material keramik teknikMengandung senyawa murni atau hampir murni seperti aluminium oksida (Al2O3), silikon karbida (SiC) dan silikon nitrida (Si3N4).Contoh: Silikon karbida dalam turbin gas otomotif AGT-100 yang beroperasi di temperatur tinggi.Aluminium oksida sebagai dasar landasan untuk integrated circuit chips dalam modul konduksi panas.


Struktur Kristal Keramik Sederhana

Dalam keramik dengan struktur kristal sederhana, ikatan atom yang terjadi adalah senyawa antara ikatan ion dan ikatan kovalen.

Daftar beberapa keramik dengan struktur kristal yang sederhana dapatdilihat pada tabel berikut:

Beberapa jenis keramik sederhana dengan temperatur cairnya

5

Persentase antara ikatan ion dan kovalen merupakan hal yang penting karena menentukan jenis struktur keramik yang akan membentuk senyawa keramik padat.


Persentase ikatan ion dapat dihitung dengan persamaan Pauling seperti persamaan untuk menghitung persentase karakter ion berikut:

%)100)(-(1ionkarakter %2

BA ))(4/11( XXe

−−

=

dengan: XA : elektronegatifitas atom AXB : elektronegatifitas atom B

Elektronegatifitas adalahadalah derajatderajat daridari suatusuatu atom atom untukuntuk menarikmenarik

elektronelektron keke atom atom tersebuttersebut.. Lawannya adalah elektropositifitas.elektronelektron keke atom atom tersebuttersebut.. Lawannya adalah elektropositifitas.Memiliki skala antara 0 hingga 4.1 yang dapat dilihat pada tabelseperti pada tabel di lembar slide berikutnya.

Unsur alkali: paling elektropositif yang mana 0.9 untuk Cesium, Cs hingga Lithium (1.0).UnsurUnsur fluorine, fluorine, oksigenoksigen, , dandan nitrogen nitrogen adalahadalah yang paling yang paling elektronegatifelektronegatif mulaimulai 4.1, 3.5 4.1, 3.5 dandan 3.1 3.1 secarasecara berurutanberurutan.


Elektronegatifitas dari unsur-unsur kimia


Persentase karakter ikatan ion dan kovalen bervariasi.Persentase karakter ikatan ion dan kovalen untuk beberapa keramik

dapat dilihat pada tabel berikut ini :


Dalam benda padat ionik (ionic (ceramic) solids), susunan ion ditentukan berdasarkan beberapa faktor:

1. Ukuran relatif dari ion dalam benda padat ion (dengan asumsi ion menjadi bola keras dengan radius tertentu)

2. Kebutuhan untuk menyeimbangkan muatan elektrostatis untuk memelihara netralitas listrik dalam benda padat ionik.

Saat ikatan ion di antara atom mengambil posisi dalam kondisi

Susunan ion sederhana dalam benda padat yang terikat

dengan ikatan ion

Saat ikatan ion di antara atom mengambil posisi dalam kondisi padat, energi atom akan diturunkan oleh formasi ion dan ikatannya menjadi padatan yang berikatan ion (ionic solids).

Ikatan ion cenderung memiliki ion-ion mereka tersusun bersama sepadat mungkin untuk merendahkan energi total dari padatan sebanyak mungkin.

Batasan dari dari susunan padat adalah ukuran relatif dari ion dan kebutuhan untuk memelihara netralitas muatan listrik.


Ikatan ion terdiri atas: kationkation dan anion. anion.

Dalam ikatan ionik, beberapabeberapa atom atom kehilangankehilangan elektronelektron

terluarnyaterluarnya sehinggasehingga menjadimenjadi kationkation, , sedangkansedangkan yang yang

mendapatmendapat elektronelektron terluarterluar menjadimenjadi anion.anion.

Batasan ukuran untuk susunan padat ion dalam

padatan ionik

KationKation--kationkation iniini padapada normalnyanormalnya lebihlebih kecilkecil dari pada anion yang terikat pada kation tersebut.

JumlahJumlah anion yang anion yang mengelilingimengelilingi kationkation pusatpusat dalamdalam padatanpadatan ionikionikdisebutdisebut coordination number (CN) coordination number (CN) dan menunjukkan jumlahtetangga di sekitar kation pusat. Semakin banyak anion yang mengelilingi kation maka semakin stabil. Akan tetapi, anion haruskontak dengan kation pusat untuk menjaga netralitas muatan.


Gambar (a) dan (b) berikut menunjukkan konfigurasikonfigurasi stabilstabil untukkoordinasi dari anion di sekitar kation pusat dalam padatan ionik.

Jika anion tidak kontak kation pusat, struktur menjadimenjadi tidaktidak stabilstabil karenakation pusat dapat berderak-derak di antara “sangkar” kation-kation.

Rasio dari radius kation pusat terhadap anion di sekelilingnya disebutdengan rasio radius, r cation / r anion.

Sedangkan, radius rasio saat anion saling menyentuh di antara yang lain dan kontak kation pusat disebut dengan rasio radius kritis (minimal).

Rasio radius yang diijinkan untuk padatan ionik dengan coordination number, 3, 4, 6 dan 9 dapat dilihat pada gambar setelah slide ini.

11

number, 3, 4, 6 dan 9 dapat dilihat pada gambar setelah slide ini.

(a) (b) (c)

Anion

Kation


Rasio radius untuk coordination

number 8, 6, 4, dan 3 anion yang dan 3 anion yang

mengelilingi kation pusat dalam

padatan ionik.


Contoh soal:Hitunglah radius rasio kritis r/R untuk susunan atom coordination number segitiga : CN=3 dengan 3 anion ber-radius R yang mengelilingi kation pusat dengan jari-jari r dalam padatan ionik.

Solusi:Gambar di sampiing menun-jukkan tiga anion yang besardengan radius R dan menyen-Tuh kation pusat berjari-jari r.Segitiga ABC adalah segitigaSegitiga ABC adalah segitiga

bersudut 60°. Garis AD mem-bagi sudut ACB menjadi dua.

Sehingga sudut DAE=30°Dengan menggunakan gambar (b) di samping, r/R dapat dihitung.AD = R + r

cos 30° = AE/AD = R/(R+r) = 0.866 ; R= 0.866 (R+r) = 0.866R+0.866r0.866r = R - 0.866R = R(0.134)r/R = 0.155


Contoh Struktur Keramik

Struktur Sodium Chloride (NaCl)Memiliki struktur FCC (Face Centered Cubic). Gambar (a) di bawah menunjukkan Cl - menempati posisi atom FCC dan Na+ menempati intersisi antara atom FCC.Coordination number untuk susunan oktahedral sekitar: 0.56.Senyawa keramik yang memiliki struktur ini termasuk MgO, CaO, NiO dan FeO.

(a) Unit sel NaCl yang menunjukkan posisi

Na+ (r=0.102 nm)dan Cl- (r=0.181nm)(b) Oktahedron menunjukkan

koordinasi oktahedral 6 anion Cl- meliputi sebuah kation Na+


Thank you for your kind attention


Keramik (Ceramic) - yudysi.lecture.ub.ac.idyudysi.lecture.ub.ac.id/files/2012/09/MaterialBaru02ndPart2.pdf · Dalam benda padat ionik ( ionic (ceramic) solids ), susunan ion ditentukan

Documents