Industri Keramik

I. PENDAHULUAN

A.   Latar Belakang

Pemakaian benda-benda keramik sudah dimulai sejak 10.000 tahun yang lalu. Hasil penggalian barang kuno di Mesir, terdapat keramik yang dibuat 5000 tahun sebelum Masehi, dan penggunaan bata merah sudah sejak 3000 tahun sebelum Masehi. Perkembangan keramik di Eropa dimulai pada masa kejayaan Romawi Yunanai, dan mulai berkembang pesat pada abad 18. Keramik yang terkenal berasal dari Tiongkok sejak 2600 tahun sebelum Masehi. Keramik dari daerah ini terkenal di seluruh dunia karena terbuat dari sejenis tanah putih yang dapat dibakar porselen. Tanah ini disebut dengan tanah Kaolin. Untuk di Indonesia, perkembangan industri keramik berjalan lambat. Bata merah sudah digunakan sejak jaman Majapahit dan Sriwijaya. Sampai awal abad 20, industri keramik yang dominan di Indonesia adalah industri bata dan genteng, ubin merah, alat-alat sanitair dan pipa tanah. Sedangkan pada bidang keramik halus adalah grabah alat rumah tangga, pot atau vas bunga, isolator listrik tegangan rendah dan bata tahan api bata samot. Untuk keramik teknik, Indonesia masih mengimpor dari Negara lain, terutama dari Amerika misalnya untuk isolator listrik tegangan menengah dan tinggi, keramik listrik lainnya serta bata tahan api. Kesulitan yang dihadapi bagi perkembangan keramik halus dan keramik teknik di Indonesia adalah belum adanya industri pengolahan bahan baku dari alam yang dijadikan bahan mentah siap pakai.

Keramik diperkirakan sudah tua umutnya,sebagaimana halnya sejarah keramik diberbagai belahan dunia, seperti China, Jepang, Mesir, Yunani, Korea, Thailand, Peru, Filipina, Vietnam dan lain sebagainya. Dimana keterampilan membuat keramik muncul dan tumbuh secara alami, ada yang tumbuh dalam waktu yang bersamaan tanpa adanya pengaruh hubungan kebudayaan satu dengan lainnya. Kepandaian membuat keramik dapat dikatakan setua manusia semenjak mengenal api dan dapat memanfaatkannya. Penemuan teknik membuat keramik atau pengetahuan mengenai sifat tanah liat yang mengeras setelah dibakar, diperoleh secara tidak sengaja oleh orang primitif pada zaman pra-sejarah. Mayer menyatakan bahawa kebanyakan seni primitif dibuat dari kayu, batu dan tanah liat yang diciptakan untuk beberapa tujuan relegi atau tujuan praktis (Mayer, 1969)

B.    Tujuan Penulisan

            Mengetahui dan memahami kerami, jenis keramik, sifat keramik dan proses pembuatan keramik.

II. PEMBAHASAN

A.   Pengertian

Keramik berasal dari bahasa Yunani Keramos yang berarti peruk atau belanga yang terbuat dari tanah (Astuti, 1997)  maka yang disebut dengan produk keramik adalah mencakup macam-macam produk yang dibuat melalui proses pembakaran. Adapun juga definisi keramik dari standar ISO adalah lempengan tipis yang dibuat dari lempungan/ tanah liat dan atau material anorganik lain, biasanya digunakan untuk melapisi dinding dan lantai, pada umumnya dibentuk dengan cara ekstruksi (A) atau dipress/ditekan (B) pada suhu ruang, tetapi dapat juga dibentuk dengan  proses lain (C), kemudian dikeringkan dena sesudah itu dibakar pada suhu yang cukup untuk memperoleh sifat-sifat yang diinginkan, ubin dapat diglasir (GL) atau tanpa glasir (UGL), tidak mudah terbakar dan tidak dipengaruhi cahaya.

Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat. 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 struktur keramik 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. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya.

B.    Bahan Pembuatan 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).

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.

C.   Sifat-Sifat Keramik

Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi di mana bahan diperoleh. sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, coba jatuhkan piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, pasti keramik mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam. sifat lainya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari clay, flint dan feldfar tahan sampai dengan suhu 1200 C, keramik engineering seperti keramik oksida mampu tahan sampai dengan suhu 2000 C. kekuatan tekan tinggi, sifat ini merupakan salah satu faktor yang membuat penelitian tentang keramik terus berkembang. Secara umum sifat keramik meliputi

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.

D.    Jenis Keramik

Pada prinsipnya keramik terbagi menjadi dua, yaitu:

1.    Keramik tradisional

Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory)

2.    Keramik halus

Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO,dll). Penggunaannya: elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis. (Joelianingsih, 2004)

Sedangkan jenis keramik berdasarkan kepadatan dibagi menjadi empat, yaitu:

1.    Gerabah (Earthenware)

Dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000°C. Keramik jenis ini struktur dan teksturnya sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, paso, pot, anglo, kendi, gentong dan sebagainya termasuk keramik jenis gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya.

2.    Keramik Batu (Stoneware)

Dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi (1200°-1300°C). Keramik jenis ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis termasuk kualitas golongan menengah.

3.    Porselin (Porcelain)

Adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika. Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.

4.    Keramik Baru (New Ceramic)

Keramik yang secara teknis, diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material keramik jenis ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknis lainnya.

E.  Proses Pembuatan Keramik

Membuat keramik memerlukan teknik-teknik yang khusus dan unik. Hal ini berkaitan dengan sifat tanah liat yang plastis dimana diperlukan ketrampilan tertentu dalam pengolahan maupun penanganannya. Membuat keramik berbeda dengan membuat kerajinan kayu, logam, maupun yang lainnya. Proses membuat keramik adalah rangkaian proses yang panjang yang didalamnya terdapat tahapan-tahapan kritis. Kritis, karena tahapan ini paling beresiko terhadap kegagalan. Tahapan proses dalam membuat keramik saling berkaitan antara satu dengan lainnya. Proses awal yang dikerjakan dengan baik, akan menghasilkan produk yang baik juga. Demikian sebaliknya, kesalahan di tahapan awal proses akan mengasilkan produk yang kurang baik juga.

Tahap-tahap membuat keramik

1.       Pengolahan bahan

Tujuan pengolahan bahan ini adalah untuk mengolah bahan baku dari berbagai material yang belum siap pakai menjadi badan keramik plastis yang telah siap pakai. Pengolahan bahan dilakukan dengan cara manual. Didalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain pengurangan ukuran butir, penyaringan, pencampuran, pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air. Pengurangan ukuran butir dapat dilakukan dengan penumbukan atau penggilingan dengan ballmill. Penyaringan dimaksudkan untuk memisahkan material dengan ukuran yang tidak seragam. Ukuran butir biasanya menggunakan ukuran mesh. Ukuran yang lazim digunakan adalah 60 – 100 mesh.

a.       Pencampuran dan pengadukan

Bertujuan untuk mendapatkan campuran bahan yang homogen/seragam. Pengadukan dapat dilakukan dengan cara manual maupun masinal dengan blunger maupun mixer.

b.      Pengurangan kadar air

Dilakukan pada proses basah, dimana hasil campuran bahan yang berwujud lumpur dilakukan proses lanjutan, yaitu pengentalan untuk mengurangi jumlah air yang terkandung sehingga menjadi badan keramik plastis. Proses ini dapat dilakukan dengan diangin-anginkan diatas meja gips atau dilakukan dengan alat filterpress.

c.       Tahap terakhir adalah pengulian. Pengulian dimaksudkan untuk menghomogenkan massa badan tanah liat dan membebaskan gelembung-gelembung udara yang mungkin terjebak. Massa badan keramik yang telah diuli, disimpan dalam wadah tertutup, kemudian diperam agar didapatkan keplastisan yang maksimal.

 2.   Pembentukan

Dalam tahap ini, produk keramik dibentuk menggunakan bantuan cetakan/mold yang terbuat dari gipsum.. Pada teknik cetak padat bahan baku yang digunakan adalah badan tanah liat plastis sedangkan pada teknik cetak tuang bahan yang digunakan berupa badan tanah liat slip/lumpur.

                3.   Pengeringan

Setelah keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik. Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting: (1) Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti; (2) Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan (3) air yang terserap pada permukaan partikel hilang. Tahap-tahap ini menerangkan mengapa harus dilakukan proses pengeringan secara lambat untuk menghindari retak/cracking. Proses yang terlalu cepat akan mengakibatkan keretakkan dikarenakan hilangnya air secara tiba-tiba tanpa diimbangi penataan partikel tanah liat secara sempurna, yang mengakibatkan penyusutan mendadak.Cara yang dilakukan untuk menghindari pengeringan yang terlalu cepat, pada tahap awal benda keramik diangin-anginkan pada suhu kamar. Setelah tidak terjadi penyusutan, pengeringan dilakukan dengan mesin pengering.

             4.  Pembakaran

                 Pembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku/furnace suhu tinggi. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi hasil pembakaran: suhu sintering/matang, atmosfer tungku dan tentu saja mineral yang terlibat. Pada pembakaran dikenal istilah Pembakaran biscuit. Pembakaran biskuit merupakan tahap yang sangat penting karena melalui pembakaran ini suatu benda dapat disebut sebagai keramik. Biskuit (bisque) merupakan suatu istilah untuk menyebut benda keramik yang telah dibakar pada kisaran suhu 700 – 1000oC. Pembakaran biskuit sudah cukup membuat suatu benda menjadi kuat, keras, kedap air.

III. PENUTUP

       A. Kesimpulan

1.    Keramik adalah lempengan tipis yang dibuat dari lempungan/ tanah liat dan atau material anorganik lain, biasanya digunakan untuk melapisi dinding dan lantai.

2.    Bahan pembuatan keramik adalah tanah liat, kuarsa, feldsper

3.    Jenis keramik ada dua, yaitu Keramik tradisional dan keramik halus. Sedangkan menurut kepadatan ada empat, yaitu gerabah, keramik batu, porselen, keramik baru

4. Keramik memiliki sifat Keras, kuat, tetapi bersifat getas atau mudah pecah. Tahan terhadap korosi. Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah. Sifat listriknya dapat menjadi isolator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor. Dapat bersifat magnetik dan non magnetik.

5.  Proses pembentukan bahan keramik antara lain, yaitu pengolahan bahan, pembentukan, pengeringan, dan pembakaran.