Tautan Cepat
- Sifat Mekanik Bahan Keramik
- Sifat Termal Bahan Keramik
- Sifat Kimia Bahan Keramik
- Sifat Listrik Bahan Keramik
- Sifat Fisik Bahan Keramik
|
Ciri |
Bahan keramik |
|||||
|
|
Keramik oksida |
Keramik non-oksida |
Keramik fungsional khusus |
|||
|
|
Al2O3 |
ZrO2 |
Bahan Kimia SiC |
Si3N4 |
Bahasa Inggris AlN |
BaTiO3 |
|
Kepadatan |
3,95-3,98 gram/cm³ |
5,68-6,1 gram/cm³ |
3,1-3,2 gram/cm³ |
3,2-3,3 gram/cm³ |
3,26 gram/cm³ |
5,85 gram/cm³ |
|
Kekuatan lentur |
Tekanan 300-630MPa |
Tekanan 800-1500MPa |
Tekanan 350-550 MPa |
Tekanan 600-900MPa |
Tekanan 300-450MPa |
– |
|
Kekuatan tekan |
Tekanan 2000-4000MPa |
Tekanan 2000-2500MPa |
Tekanan 2000-3500 MPa |
Tekanan 2500-3500MPa |
– |
– |
|
Modulus elastisitas |
380-400 GPa |
200-210 GPa |
410-440 GPa |
300-320 GPa |
310-320 GPa |
– |
|
Konduktivitas termal |
20-30W/m2Bahasa Indonesia:K) |
2-3 W/m2Bahasa Indonesia:K) |
80-150 W/m2Bahasa Indonesia:K) |
15-50W/m2Bahasa Indonesia:K) |
170-200 W/m2Bahasa Indonesia:K) |
– |
|
Koefisien ekspansi termal |
8.0Bahasa Indonesia:10⁻⁶/°C |
10.5Bahasa Indonesia:10⁻⁶/°C |
4.0Bahasa Indonesia:10⁻⁶/°C |
3.0Bahasa Indonesia:10⁻⁶/°C |
4.5Bahasa Indonesia:10⁻⁶/°C |
6.0Bahasa Indonesia:10⁻⁶/°C |
|
Suhu operasi maksimum |
1750°C |
2400°C |
1600°C |
1400°C |
– |
– |
|
Kekerasan (Vickers) |
15-19 GPa |
12-14 GPa |
22-28 GPa |
14-16 GPa |
– |
– |
|
Ketahanan terhadap patahan |
Tekanan 3,5-4,5 MPaBahasa Indonesia:M½ |
Tekanan 6-10MPaBahasa Indonesia:M½ |
Tekanan 3-4 MPaBahasa Indonesia:M½ |
Tekanan 5-8MPaBahasa Indonesia:M½ |
– |
– |
|
Konstanta dielektrik |
– |
– |
– |
– |
8.8-9.0 |
1500-6000 |
|
Konstanta piezoelektrik d33 |
– |
– |
– |
– |
– |
190 pC/N |
|
Resistivitas |
– |
– |
– |
– |
>10¹⁴ Ω·cm |
10¹⁰ Ω·cm |
|
Kekerasan (Vickers) |
– |
– |
– |
– |
12 GPa |
5 GPa |
Sifat Mekanik Bahan Keramik
Kekerasan dan ketahanan aus
Bahan keramik memiliki kekerasan dan ketahanan aus yang sangat baik. Misalnya, alumina (Al2O3) memiliki tingkat kekerasan Mohs sebesar 9, yang berarti tiga kali lipat kekerasan baja tahan karat. Tingkat kekerasan yang tinggi ini berasal dari struktur ikatan ionik dan kovalen yang kuat pada material keramik. Karena tingkat kekerasannya yang sangat baik, material keramik bekerja dengan baik pada aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap keausan.
Kekuatan kompresi dan ketahanan kompresi
Kekuatan kompresi dan ketahanan kompresi merupakan fitur luar biasa lainnya dari bahan keramik. Bahan keramik memiliki kekuatan kompresi yang kuat. Kekuatan kompresi beberapa keramik rekayasa mencapai 2000-4000MPa, jauh melebihi sebagian besar bahan logam.
Ketahanan tekan yang luar biasa ini memberikan bahan keramik keuntungan unik dalam aplikasi teknik yang dapat menahan tekanan tinggi pada beberapa komponen bangunan dan bagian mekanis.
Karakteristik kerapuhan dan fraktur
Tentu saja, karena karakteristik struktur kristalnya, material keramik rentan terhadap fraktur getas saat diregangkan atau dibentur. Fraktur ini sering kali terjadi secara tiba-tiba dan tidak ada proses deformasi plastis yang jelas. Pemuaian retakan mikro merupakan penyebab utama fraktur material keramik.
Ada juga bahan keramik dengan ketangguhan retak yang kuat, seperti zirkonia yang distabilkan oleh itria, yang memiliki ketangguhan retak lebih kuat daripada bahan keramik umum.
Modulus elastisitas dan kekakuan
Sebagian besar material keramik memiliki modulus elastisitas yang tinggi, sehingga sulit untuk menghasilkan deformasi besar saat dikenai gaya. Misalnya, modulus elastisitas alumina mencapai 380GPa. Sifat kekakuan yang tinggi ini memungkinkan material keramik mempertahankan stabilitas dimensi.
Sifat Termal Bahan Keramik
Tahan suhu tinggi
Sebagian besar bahan keramik memiliki titik leleh yang sangat tinggi, seperti alumina (Al2O3) dengan titik leleh 2072°C, dan zirkonium oksida (ZrO2) dengan titik leleh 2715°C.
Ketahanan suhu tinggi yang sangat baik terutama berasal dari ikatan kimia yang kuat dan struktur kristal yang stabil. Bahkan di lingkungan bersuhu ekstrem, material keramik dapat mempertahankan stabilitas sifat fisik dan kimianya.
Konduktivitas termal
Konduktivitas termal bahan keramik beragam, yang memberi Anda pilihan untuk skenario aplikasi yang berbeda. Beberapa bahan keramik seperti aluminium nitrida (AlN) memiliki konduktivitas termal yang tinggi (170-200 W/m·K), yang dapat membantu Anda menghilangkan panas dengan cepat pada produk elektronik dan merupakan bahan pengemasan elektronik yang sangat baik. Di sisi lain, zirkonia memiliki konduktivitas termal yang rendah (2-3 W/m·K) dan merupakan bahan pelindung panas dan isolasi yang ideal.
Sifat ekspansi termal
Material keramik biasanya memiliki koefisien ekspansi termal yang rendah. Misalnya, alumina memiliki koefisien ekspansi termal linier sekitar 8×10-6/℃, yang jauh lebih rendah daripada kebanyakan material logam. Hal ini memungkinkannya mempertahankan stabilitas dimensi dalam aplikasi suhu tinggi. Properti ini sangat penting dalam aplikasi di beberapa instrumen presisi dan sistem optik.
Tahan terhadap guncangan termal
Ketahanan guncangan termal bahan keramik relatif lemah, dan Anda perlu memberi perhatian khusus pada berbagai aplikasi. Ketika bahan keramik mengalami perubahan suhu yang cepat, karena konduktivitas termalnya yang buruk dan koefisien ekspansi termal anisotropik, tekanan termal mudah terbentuk di dalam, yang mengakibatkan keretakan atau kerusakan.
Sifat Kimia Bahan Keramik
Stabilitas kimia
Ini adalah salah satu fitur yang paling menonjol dari bahan keramik. Stabilitas ini berasal dari gaya ikatan kimia yang kuat, terutama efek gabungan dari ikatan ionik dan ikatan kovalen. Alumina (Al2O3) menunjukkan stabilitas kimia yang sangat tinggi pada rentang suhu yang luas dari suhu kamar hingga 1000°C. Bahkan di lingkungan yang sangat keras, ia dapat mempertahankan stabilitas struktur kimia dan kinerjanya.
Stabilitas bahan keramik ini membuatnya sangat cocok untuk aplikasi kimia.
Tahan korosi
Material keramik memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan dapat menahan erosi oleh berbagai media korosif seperti asam, alkali, dan garam. Zirkonium oksida (ZrO2) merupakan contoh yang sangat umum. Material ini dapat mempertahankan stabilitas yang baik dalam lingkungan asam dan alkali yang kuat dan merupakan material yang ideal untuk berbagai peralatan kimia dan sistem perpipaan.
Ketahanan korosi yang sangat baik pada bahan keramik terutama disebabkan oleh lapisan pelindung padat yang terbentuk pada permukaan bahan keramik, yang secara efektif mencegah erosi lebih lanjut oleh media korosif.
Tahan terhadap oksidasi
Anti-oksidasi adalah sifat kimia lain yang menonjol dari bahan keramik. Banyak bahan keramik adalah oksida, seperti aluminium oksida dan zirkonium oksida, yang membuatnya stabil secara alami di lingkungan oksidasi suhu tinggi. Bahkan keramik non-oksida, seperti silikon karbida (SiC) dan silikon nitrida (Si3N4), akan membentuk lapisan oksida pelindung pada suhu tinggi, yang selanjutnya memberikan ketahanan terhadap oksidasi.
Kelembaman kimia
Sifat inert kimia dari bahan keramik memungkinkannya tetap stabil di berbagai lingkungan kimia dan tidak mudah bereaksi secara kimia dengan media di sekitarnya. Misalnya, alumina sangat inert dan tidak mudah bereaksi dengan bahan kimia lain, sehingga menjadikannya bahan yang ideal untuk wadah reaksi kimia dan peralatan laboratorium.
Sifat Listrik Bahan Keramik
Sifat isolasi
Sebagian besar material keramik menunjukkan sifat isolasi listrik yang sangat baik. Aluminium oksida adalah contoh tipikal, resistivitasnya dapat mencapai 1015 Ω·cm, yang jauh lebih tinggi daripada kebanyakan material. Kinerja isolasi yang sangat baik ini disebabkan oleh struktur elektroniknya yang stabil dan karakteristik celah pita yang lebar, yang membuat elektron sulit untuk melompat ke pita konduksi. Sifat isolasi tersebut menjadikan material keramik sebagai komponen isolasi yang sangat penting untuk peralatan listrik.
Sifat dielektrik
Bahan keramik memiliki karakteristik konstanta dielektrik tinggi dan rugi-rugi dielektrik rendah. Barium titanat (BaTiO3) merupakan bahan dengan konstanta dielektrik tinggi dengan konstanta dielektrik ribuan, yang merupakan bahan ideal untuk membuat kapasitor.
Sifat dielektrik terutama berasal dari struktur kristal khusus dan mekanisme polarisasi, yang dapat menghasilkan efek polarisasi yang kuat di bawah aksi medan listrik.
Properti semikonduktor
Beberapa bahan keramik dapat menunjukkan sifat semikonduktor yang unik, seperti seng oksida (ZnO) dan titanium oksida (TiO2), dua oksida logam transisi, yang dapat menunjukkan sifat semikonduktor melalui doping atau pengendalian cacat.
Konduktivitas bahan ini dapat dikontrol oleh suhu dan konsentrasi doping, memberikan lebih banyak kemungkinan untuk desain perangkat elektronik Anda.
Sifat piezoelektrik
Sifat piezoelektrik merupakan salah satu sifat listrik paling unik dari beberapa bahan keramik. Keramik piezoelektrik yang umum meliputi timbal zirkonat titanat (PZT), yang dapat menghasilkan muatan listrik di bawah tekanan mekanis. Sifat unik ini membuat keramik piezoelektrik banyak digunakan dalam sensor, aktuator, dan perangkat gelombang akustik.
Sifat Fisik Bahan Keramik
Kepadatan
Dalam hal karakteristik kepadatan, kepadatan teoritis keramik rekayasa yang umum, seperti alumina, adalah sekitar 3,95 g/cm³, sedangkan kepadatan teoritis zirkonia dapat mencapai 5,68 g/cm³. Dalam proses pembuatan yang sebenarnya, tidak dapat dihindari bahwa akan ada pori-pori tertentu, yang sering kali membuat kepadatan nyata bahan keramik lebih rendah daripada kepadatan teoritis.
Porositas
Sifat porositas memiliki pengaruh penting pada kinerja keseluruhan bahan keramik. Porositas tidak hanya memengaruhi kepadatan bahan, tetapi juga terkait langsung dengan sifat mekanis, konduktivitas termal, dan permeabilitasnya. Oleh karena itu, kami terus berupaya mendapatkan porositas yang lebih rendah untuk memperoleh sifat mekanis yang lebih baik. Porositas keramik sinter suhu tinggi biasanya dikontrol di bawah 5%. Tentu saja, porositas yang tepat terkadang diperlukan, seperti dalam aplikasi khusus seperti aplikasi filtrasi dan keramik biomedis, di mana porositas yang dapat dikontrol sebesar 20-60 perlu dipertahankan.
Properti permukaan
Sifat permukaan merupakan sifat fisik yang sangat penting dari material keramik. Material keramik memiliki kekerasan dan stabilitas kimia yang tinggi pada permukaannya karena karakteristik ikatan kimianya yang unik. Terutama dalam hal ikatan antarmuka dan perawatan permukaan, sifat-sifat seperti energi permukaan dan kemampuan membasahi akan secara langsung memengaruhi kinerja aplikasi material keramik.
Banyak bahan keramik modern sering menggunakan teknologi modifikasi permukaan untuk mencapai fungsi khusus seperti sifat hidrofobisitas, hidrofilisitas, dan antibakteri sesuai dengan persyaratan aplikasi.
Kesimpulan
Sifat-sifat bahan keramik bervariasi, dan setiap bahan memiliki sifat-sifat uniknya sendiri. Terima kasih telah membaca artikel ini, semoga dapat membantu Anda.