Laporan Praktikum Modul Keramik

8/17/2019 Laporan Praktikum Modul Keramik

1/16


2/16

BAB IPENDAHULUAN

Latar Belakang

Keramik merupakan salah satu material yang sering kita temui di sekeliling kita dalam

kehidupan sehari-hari seperti toilet, wastafel, pot bunga, vas bunga, piring, tegel, genteng, porselen dan

lain-lain. Keramik sendiri merupakan material yang dihasilkan dari suatu tanah liat atau lempung yang

mengalami proses pembakaran ataupun tidak, sebelum menjadi suatu produk jadi. Keramik yang

melalui tahap pembakaran dalam pemrosesannya merupakan produk keramik konvensional sedangkan

yang tidak melalui tahap pembakaran merupakan produk keramik mutakhir. Pada praktikum ini yang

akan dijelaskan lebih rinci adalah pemrosesan keramik konvensional.Salah satu hal yang mempengaruhi properti dari produk keramik konvensional adalah adanya

porositas. Porositas adalah diskontinuitas volume yang membentuk luas permukaan baru. Setiap

keramik pasti memiliki porositas walaupun hanya sedikit sekali. Salah satu ciri adanya porositas adanya

sebuah lubang (pore) yang terdapat di dalam atau di permukaan produk keramik. Porositas ini akan

mempengaruhi sifat-sifat mekanik, termal, elektrik maupun optik dari keramik itu sendiri. Salah satu

sifat mekanik yang dipengaruhi oleh adanya porositas adalah modulus elastisitas atau kekakuan dari

keramik itu sendiri.

Tujuan Praktikum

Menentukan nilai modulus elastisitas pada keramik dan faktor yang mempengaruhi modulus elastisitas.


3/16

BAB IITEORI DASAR

Material keramik memiliki banyak komponen penyusun didalamnya. Komponen penyusun ini

menentuka sifat fisik dan mekanik dari keramik itu sendiri. Namun komponen utama yang

biasanya ada pada material keramik sering dinamakan triaxial body composition yang terdiri

dari binder, flux, dan filler. Ketiga komponen utama tersebut memiliki fungsi dan perannya

masing-masing. Pada setiap produk keramik komposisi dari ketiga komponen ini memiliki

perbedaan, namun secara umum filler merupakan komponen yang memiliki komposisi yang

paling besar.

Modulus Elastisitas

Modulus Elastisitas (E) merupakan besaran mekanik yang menggambarkan hubungan

antara tegangan dan regangan normal yang dikenal sebagai Hukum Hooke :

E

Pengujian lengkung merupakan salah satu pengujian sifat mekanik bahan yang dilakukan

terhadap speciment dari bahan baik bahan yang akan digunakan sebagai konstruksi atau

komponen yang akan menerima pembebanan lengkung maupun proses pelengkungan dalam

pembentukan. Pelengkuan (bending) merupakan proses pembebanan terhadap suatu bahan

pada suatu titik ditengah-tengah dari bahan yang ditahan diatas dua tumpuan. Dengan


4/16

pembebanan ini bahan akan mengalami deformasi dengan dua buah gaya yang berlawanan

bekerja pada saat yang bersmaan.

=4

dimana E = Modulud Elastisitas

L = Jarak antar penumpu

Δ = Defleksi

b = Lebar Spesimen

d = Tebal spesimen

Reaksi terhadap beban yang diberikan tergantung pada karakteristik mekanik dan propertis setiap material. Modulus elastisitas dari sebuah material adalah ukuran kekakuannya.Semakin besar modulus Young, maka material semakin bersifat getas, semakin rendah hargamodulus Young, material semakin bersifat ulet. Sama halnya dengan modulus elastisitas,modulus geser suatu material merupakan tahanan material tersebut terhadap gaya geser,semakin besar harga modulus geser, material tersebut semakin bersifat getas.

Gambar 1. Kurva Tegangan - Regangan Beberapa Jenis Material


5/16

Porositas

Material keramik dibangun oleh struktur kristalin, struktur amorf, kombinasi keduanya,

dan pori-pori. Porositas selalu menjadi bagian dari keramik dan sangat memberikan efek yang

signifikan terhadap sifat-sifatnya, misalnya dari densitas sampai konduktivitas dan dari

fracture strength sampai pada crack resistance . Pori-pori bervariasi baik ukuran maupun

bentuknya, dan pada material yang bulk bisa ditemukan pada permukaan luar ( open pores )

maupun di dalam material ( closed pores ). Terkadang, keramik konvensional dapat

dikategorikan berdasarkan persentase porositasnya: produk yang mempunyai porositas lebih

dari 6% disebut porous product , sedangkan produk yang mempunyai porositas kurang dari 6%

disebut dense product .

Terdapat beberapa cara untuk mengkarakterisasi porositas dalam campuran keramik(ceramic bodies ). Distribusi ukuran pori dapat ditentukan menggunakan mercury intrusion

porosimetry atau water expulsion , dimana tekanan diberikan untuk menyebabkan penetrasi ke

dalam pori-pori. Observasi dengan menggunakan mikroskop juga bisa dilakukan, dengan

“memotong” bulk sampel dan mengobsevasi porositas pada patahan atau permukaan dalam

sampel. Teknik ini biasanya tidak teliti, sampel yang akurat harus diperoleh dengan banyak

sekali pemotongan bulk sampel. Metode yang paling sering digunakan untuk mengukur

porositas adalah metode Archimedes, yaitu dengan mensaturasi sampel keramik dengan air danmenggunakan data yang didapatkan untuk menentukan porositas dan densitas material.

Prosedur metode Archimedes dapat ditemukan di ASTM standar C 37356.


6/16

BAB III

DATA PERCOBAAN

Data Spesimen

Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 4Jarak 2 tumpu (mm) 99.65 99.65 99.65 99.65Lebar (mm)Lebar 1 20.1 21.9 21 20.9Lebar 2 20.4 20.5 21.2 21.1Lebar 3 20.1 20.75 21.5 21.35Lebar Rata-rata 20.2 21.05 21.23 21. 11Tebal (mm)Tebal 1 7.3 7.55 7.65 7.35Tebal 2 7.1 7.25 7.7 7.45Tebal 3 7.5 6.5 7.5 7.45Tebal Rata-rata 7.3 7.18 7.6 7.41

Data Hasil uji Spesimen

y = 249.32x - 42.846R² = 0.9848

00.5

1

1.52

2.53

0.174 0.176 0.178 0.18 0.182 0.184

P (

k g

)

Δ m (mm)

Spesimen 1Spesimen 1

No Δm (mm) P (kg)1 0.1748 0.792 0.1796 1.793 0.1827 2.79

Spesimen 2 No Δm (mm) P (kg)

1 0.1573 0.792 0.1606 1.793 0.1639 2.79

y = 303.03x - 46.877R² = 1

00.5

11.5

22.5

3

0.156 0.158 0.16 0.162 0.164 0.166

P (

k g

)

Δ m (mm)

Spesimen 2

=

4

= 249.3299.65

4 20.2 7.3

= 0.7904

=

4

= 303.0399.65

4 21.05 7.18

= 0.9688


7/16


1 0.1696 0.792 0.1734 1.793 0.1761 2.79


1 0. 1833 0.792 0. 1879 1.793 0. 1914 2.79

y = 304.78x - 50.948R² = 0.9905

00.5

11.5

22.5

3

0.168 0.17 0.172 0.174 0.176 0.178

P (

k g

)

Δ m (mm)

Spesimen 3

y = 245.4x - 44.232R² = 0.9939

00.5

11.5

22.5

3

0.182 0.184 0.186 0.188 0.19 0.192

P (

k g

)

Δm (mm)

Spesimen 4

=

4

= 304.7899.65

4 21.23 7.6

= 0.8247

=

4

= 245.499.65

4 21.11 7.41 = 0.7117


8/16

BAB IV

ANALISIS

Modulus elastisitas menyatakan ketahanan material terhadap deformasi elastis. Dalam

praktikum ini kita mendapatkan nilai Modulus elastisitas dilakukan pengujian bending dengan

spesimen berbahan dasar keramik.

Modulus elastisitas pada keramik tidak adapat ditentukan secara akurat melalui pengujian tarik

dikarenakan sifat dari keramik yang sangat getas maka sulit untuk mengamati sifat plastis pada

material keramik. Oleh karena itu diperlukan pengujian lain untuk mengatasi sifat plastis pada

keramik. Maka digunakan pengujian bending pada material keramik untuk dapat dapat

mengamati lebih akurat sifat plastis yang ada paa keramik sehingga sifat elastis dan plastis

pada keramik dapat teramati. Pada percobaan kali ini yang digunakan adalah uji bending three

point.

Berikut merupakan data hasil percobaan dan nilai modulus elastisitas pada praktikum :

Spesimen Lebar (mm) Tebal (mm) Δ (mm)E (Modulud

Elastisitas)

1 20.2 7.3 0.179 0.7904

2 21.05 7.18 0.160 0.9688

3 21 7.6 0.173 0.8247

4 20.9 7.41 0.187 0.7117

Dapat dilihat dari data tersebut setiap spesimen mempunyai nilai modulus elastisitas yang berbeda-beda. Nilai modulus elastisitas ini tergantung pada besar pembebanan, serta tebal dan lebar spesimen.Modulus elastisitas berbanding lurus dengan beban yang diberikan dan berbanding terbalik dengantebal dan lebar spesimen. Walaupun setiap spesimen diberikan beban yang sama namun memiliki nilailebar dan tebal yang berbeda sehingga menyebabkan nilai modulus elastisitas yang didapat berbeda-

beda. Pada data yang didapat bahwa urutas nilai modulus elastisitas yang terbesar yaitu spesimen 2,spesimen 3, spesimen 1, dan yang paling kecil adalah spesimen 4. Seharusnya semakin besartebal dan lebar spesimen maka nilai modulus elastisitasnya semakin kecil. Pada saat praktikum kamimengukur defleksi spesimen mungkin tidak berada tepat di tengah spesimen sehinggamempengaruhi nilai defleksi pada spesimen yang terukur oleh deflektometer.


9/16


10/16

BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

ASTM C 326-76; 328-56; 373-88 Callister, W. D. 2000. Materials Science and Engineering an Introduction . New York:

John Wiley and Sons

Reed, J.S. 1995. Principles of Ceramics Processing . New York: John Wiley and

Sons


11/16

LAMPIRAN

Rangkuman

Keramik adalah material yang tersusun atas senyawa oksida kemudian dibakar padatemperatur tertentu.

Setiap material memiliki sifat mekanik, termasuk keramik, sifat mekanik itu sendiriadalah respon yang timbul saat suatu material diberi pembebanan mekanik. Beberapa contohsifat mekanik yaitu, kekerasan, kekuatan, modulus elastisitas, ketangguhan, keuletan, dll. Sifatmekanik material keramik bebera[a contohnya adalah ketangguhan rendah, elongasi rendah,density relatif tinggi dan modulus elastisitas tinggi.

Modulus elastisitas dapat kita sebut sebagai nilai kekauan suatu material, kali ini akankita dapatkan dari hasil percobaan dengan uji bending atau uji tekan, dalam hal ini memilih ujitekan dibanding uji tarik dikarenakan keramik memiliki elongasi (ε) yang rendah, sehinggakeramik akan lebih cocok dengan uji tekan dibanding uji tarik.

Modulus elastisitas dinyatakan dengan : E = = // = . ³

Pada keramik konvensional, teknik pemrosesan dibagi menjadi 3 jenis yaitu, slipcasting, plastic forming, dan powder press. Ketiga teknik tersebut sama sama menggunakan

slurry sebagai bahan bakunya. Yang membedakan ketiga teknik itu adalah teknik, kandunganair, dan peruntukan produknya.

Teknik dalam slip casting adalah dengan menggunakan cetakan layaknya pengecoranlogam, hanya saja terbuat dr gypsum. Dalam Plastic forming teknik yang digunakan masihmenggunakan cetakan, biasa disebut dengan proses filter press lalu diproses lagi secaramekanik dengan shearing. Dalam powder press teknik yang digunakan adalah dengan spraydrying yang akan mengontrol partikel sehingga bisa membentuk droplet.

Kandungan dalam slip casting >30% , contoh produk porselen dan WC ,dalam plastic

forming 15-20%, contoh produk gelas dan piring, dan terakhir kandungan air paling sedikit

yaitu powder press hanya 5%, contoh produk adalah busi.

Dalam keramik juga, ada komponen utama sebagai penyusun, yang biasa disebut Tri

axial body component, yaitu Binder, Flux dan Filler. Fungsi binder adalah yang memberikan

sifat plastis pada keramik contohnya kaolin dan fireclay. Fungsi flux adalah untuk mengikat

filler dan binder sehingga bisa menyatu contohnya felspar dan talc. Dan yang terakhir adalah

Filler, merupakan komponen dengan porsi paling besar yang berungsi sebagai pengontrol

ekspansi termal saat pembakaran contohnya adalah quartz.

Selain komponen, dalam keramik yang harus diperhatikan juga adalah porositas.Keramik memiliki 3 jenis porositas yaitu Open, Closed, dan Interconnected. Yang pertama


12/16

adalah open pore yang diakibatkan terbentuknya celah akibat gas yang keluar dr dalam. Yang

kedua adalah closed pore yang diakibatkan ada gas yang terperangkap didalam dan tidak dapat

keluar. Dan yang ketiga adalah interconnected pore yang berarti penghubung antara pore baik

open dengan open, closed dengan closed, atau open dengan closed.

Lalu dari modul ini kita dapat menghubungan pengaruh porositas terhadap modulus

elastisitas, kembali ke persamaan modulus elastisitas diatas, oleh karena porositas bertindak

sebagai initial crack, semakin banyak porositas maka tegangan (σ) semakin kecil, karena

tegangan berbanding lurus dengan modulus elastisitas (E). Jadi didapat bahwa semakin banyak

jumlah porositas maka kekakuan atau modulus elastisitas keramik semakin rendah.


13/16

Tugas Tambahan

Penurunan rumus porositas dengan Hukum Archimedes

Salah satu metode yang digunakan untuk menentukan porositas yang terdapat pada material

keramik adalah dengan menggunakan Hukum Archimedes. Prinsip dari Hukum Archimedes

adalah besarnya gaya apung yang diterima oleh suatu benda yang dimasukan kedalam suatu

fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

ΣF = 0

M x g = S x g + F

M x g = S x g + (ρ x g x V)

karena ρ air = 1 maka

V = M – S

Dari percobaan pengujian porositas keramik, diketahui data sebagai berikut:

Saturated mass (M) adalah massa keramik + massa closed pores yang terisi udara + massa

open pores yang telah terisi oleh air

Dry mass (D) adalah massa keramik + massa open pores dan closed pores yang terisi oleh

udara

Suspended mass (S) massa yang terdeteksi oleh timbangan yang dipengaruhi oleh gaya

archimedes terhadap material yang dimasukan kedalam air.

Perhitungan yang dilakukan dalam pengujian porositas keramik ini antara lain:

Volume eksterior (cm 3) : V = M – S Volume open pores (cm 3) : V op = M – D Volume impervious portions (cm 3) : V ip = D – S

Fa


14/16

Tugas Setelah Praktikum

1. Apakah gunanya mengetahui porositas suatu material keramik?

Jawab :

Porositas pada keramik sangat berpengaruh. Semakin besar jumlah porositas maka moduluselastisitas pada keramik akan menurun. Selain itu porositas pada keramik juga

mempengaruhi sifat-sifat keramik lainnya seperti konduktivitas termal dan listrik, fracture

strength, crack resistance dan sifat optik. Dalam aplikasinya produk keramik harus diketahui

besar porositasnya. Keramik dengan porositas dapat digunakan juga sebagai material

penyaring. Ketika membutuhkan material yang isolator terhadap panas maupun listrik maka

butuh keramik yang memiliki porositas yang tinggi. Ketika butuh material yang translucent

maka butuh material keramik dengan porositas yang tinggi juga.

2. Apakah gunannya mengetahui E suatu material keramik?

Jawab :

Modulus elastisitas merupakan sifat mekanik material yang artinya tingkat kekakuan suatu

material untuk menahan deformasi. Semakin tinggi modulus elastisitas (E) maka material

semakin sulit untuk berdeformasi (semakin kaku). Dengan mengetahui nilai modulus

elastisitas suatu keramik, maka kita dapat menggunakannya untuk penggunaan yang

membutuhkan tingkat kekakuan yang tinggi sehingga sulit untuk berdeformasi.

3. Jelaskan bagaimana hubungan antara porositas dengan E? mengapa demikian?

Jawab

Semakin besar jumlah porositas pada keramik maka semakin rendah nilai modulus

elastisitasnya. Hal ini disebabkan luas permukaan keramik yang menahan pembebanan dari

luar akan berkurang sehingga menaikan tegangan yang diterima oleh keramik (terjadi

konsentrasi tegangan). Hubungan antara modulus elastisitas dan porositas pada keramik

dinyatakan dengan persamaan :

E = E0 ( 1-1.9P + 0.9P2 )

4. Apa implikasi hubungan antara porositas dan E terhadap karakteristik keramik

tersebut? Jelaskan apa yang terjadi misalnya porositas diturunkan dan apa implikasi

terhadap performance keramik tersebut!

Jawab :


15/16

Semakin tinggi porositas maka modulus elastisitas pada keramik akan menurun. Jika

porositas diturunkan maka konsentrasi tegangan yang diterima oleh keramik tidak terlalu

besar dan keramik tersebut menjadi lebih kaku. Dengan menurunkan besar porositas pada

keramik maka akan lebih sulit mendeformasi keramik tersebut.


16/16

Foto Kegiatan Praktikum

Spesimen uji bending Proses Uji bending

Deflektometer (Alat Pengukur Defleksi)

Documents

Laporan Praktikum Modul Keramik