Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Tradisional Dengan Bahan Baku Kaolin, Kuarsa, Feldspar Dan Clay [PDF]

Citation preview

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK TRADISIONAL DENGAN BAHAN BAKU KAOLIN, KUARSA, FELDSPAR DAN CLAY



SKRIPSI



RIZKA AMELIA 150801053



DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2019



Universitas Sumatera Utara



ii



PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK TRADISIONAL DENGAN BAHAN BAKU KAOLIN, KUARSA, FELDSPAR DAN CLAY



SKRIPSI



Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains



RIZKA AMELIA 150801053



DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2019



Universitas Sumatera Utara



iii



PERNYATAAN ORISINALITAS



PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK TRADISIONAL DENGAN BAHAN BAKU KAOLIN, KUARSA, FELDSPAR DAN CLAY



SKRIPSI



Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.



Medan, 15 Agustus 2019



Rizka Amelia 150801053



Universitas Sumatera Utara



iv



Universitas Sumatera Utara



v



PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK TRADISIONAL DENGAN BAHAN BAKU KAOLIN, KUARSA, FELDSPAR DAN CLAY



ABSTRAK



Pada penelitian ini telah dibuat keramik tradisional dengan bahan baku kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay. Tujuan penelitian ini untuk menghasilkan keramik tradisional yang mempunyai sifat fisis, sifat mekanik optimum dan sifat termal yang baik. Kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay dipreparasi kemudian dikarakterisasi mikrostruktur dan kandungan unsur (SEM-EDX), diayak menggunakan ayakan dengan variasi ukuran 100 mesh, 150 mesh, 200 mesh, dan 300 mesh. Sampel dicetak menggunakan hydraulic press, dengan perbandingan campuran bahan kaolin: kuarsa : feldspar : clay yaitu 20 : 30 : 30 : 20 kemudian dibiarkan selama 2 x 24 jam. Sampel dibakar didalam tanur dengan suhu 1000 oC selama 5 jam. Keramik dikarakterisasi sifat fisis (susut kering dan susut bakar), sifat mekanik (kekerasan dan kuat tekan), sifat termal dan mikrostruktur. Hasil karakterisasi susut kering dan susut bakar dengan nilai penyusutan tertinggi pada ukuran bahan baku 300 mesh, kekerasan menunjukkan bahwa variasi ukuran butir optimum terjadi pada ukuran butir bahan baku 300 mesh dengan nilai kekerasan = 2.223,107 MPa dan kuat tekan optimum pada ukuran butir bahan baku 300 mesh dengan nilai kuat tekan = 45,777 MPa. Hasil uji Different Thermal Analysis (DTA) menunjukkan bahwa tidak terjadi peleburan atau deformasi pada sampel sampai suhu pemanasan 950 oC. Hasil karakterisasi mikrostruktur keramik terlihat pori - pori yang terbentuk dengan diameter pori berkisar 1,027 µm - 7,862 µm. Serta kandungan unsur yaitu unsur Karbon = 3.20 %; Oksigen = 50.86% ; Sodium = 1.58% ; Alumunium = 12.07% ; Silicon = 29.43% ; Potassium = 1.36% ; Iron 1.50%.



Kata Kunci : Keramik tradisional, sifat fisis, sifat mekanik, sifat termal



Universitas Sumatera Utara



vi



MAKING AND CHARACTERIZATION OF TRADITIONAL CERAMICS WITH KAOLIN, QUARTZ, FELDSPAR AND CLAY RAW MATERIALS



ABSTRACT



In this study traditional ceramics have been made with raw materials of kaolin, quartz, feldspar, and clay. The purpose of this study is to produce traditional ceramics that have optimum mechanical properties and good thermal properties. Kaolin, quartz, feldspar, and clay were prepared and then characterized by microstructure and elemental content (SEM-EDX), sieved using a sieve with variations in the size of 100 mesh, 150 mesh, 200 mesh, and 300 mesh. Samples were printed using a hydraulic press, with a ratio of a mixture of kaolin: quartz: feldspar: clay which is 20: 30: 30: 20 then left for 2 x 24 hours. Samples were burned in a furnace with a temperature of 1000 oC for 5 hours. Ceramics are characterized by physical properties (dry shrinkage and burn shrinkage), mechanical properties (hardness and compressive strength), thermal and microstructure properties. The results of the characterization of dry shrinkage and shrinkage of fuel with the highest shrinkage value at 300 mesh raw material size, hardness shows that the optimum grain size variation occurs at 300 mesh raw material size with hardness value = 2,223,107 MPa and optimum compressive strength at grain size of raw material 300 mesh with compressive strength value = 45,777 MPa. Different Thermal Analysis (DTA) test results showed that there was no deformation in the sample until the heating temperature was 950 oC. The results of the microstructure characterization of ceramic visible pores formed with pore diameters ranging from 1.027 µm - 7.862 µm. And the element content, namely Carbon = 3.20%; Oxygen = 50.86%; Sodium = 1.58%; Aluminum = 12.07%; Silicon = 29.43%; Potassium = 1.36%; Iron 1.50%.



Keywords: Traditional ceramics, physical properties, mechanical properties, thermal properties



Universitas Sumatera Utara



vii



PENGHARGAAN



Puji dan syukur disampaikan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi dengan judul “Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Tradisional Dengan Bahan Baku Kolin, Kuarsa, Feldspar, Clay. Serta shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW. Ucapan terimakasih yang setulusnya dan penghargaan yang setingginya disampaikan kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku Dosen Pembimbing dan juga selaku Ketua Departemen Fisika yang telah memberikan banyak ilmu, motivasi, nasihat serta dukungan dalam membimbing penulis selama ini. Terimakasih kepada Bapak Dr.



Kerista Sebayang, M.Sc selaku Dekan FMIPA



Universitas Sumatera Utara. Bapak Awan Maghfirah, M.Si selaku Sekretaris Departemen Fisika, Ibu Dr. Susilawati, M.Si selaku komisi pembanding dan Ibu Dra. Manis Sembiring, MS selaku komisi pembanding yang banyak memberi saran dan masukan kepada penulis dan seluruh staf pengajar serta pegawai administrasi dilingkungan FMIPA Universitas Sumatera Utara. Terimakasih kepada Kakanda Amalia Ulfa, Suri Khairunnisa, Diah Pratiwi yang banyak memberikan saran dan masukan kepada penulis dalam proses pengerjaan penelitian. Terimakasih kepada para Murobbi kakanda Mis Ariska A.J Rambe S.Si, Iffatul Jannah, Nubaity Sitorus, Ramadani, Suci Purnama Sari S.Si M.Si yang selalu sabar membawa penulis dalam dekapan tarbiyah. Terima kasih kepada Nurul Hidayati Nasution, Fitri Annisa, Khairunnisa selaku sahabat dan partner terbaik penulis dalam melakukan penelitian, Rama dan Eman yang banyak membantu dalam penelitian. Nurmayasari sahabat penulis yang semangatnya luar biasa, banyak mengajarkan penulis tentang kesabaran dan keikhlasan. Arya Pradana adik kandung yang sangat penulis sayangi. Afnida, Inggit, Rini, Isra, Lisda, Mutia, Yoga, Yuda, Elbert, Adit, Rangga, Husna selaku rekan-rekan Laboratorium Fisika Gelombang. Sahabat – sahabat penulis Shella, Reza, Fajar, dan Juanda. Rekan-rekan pendidik SMK PAB 7, SMARTHUMAN, UKMI AL-FALAK FMIPA, UKMI AD-DAKWAH USU serta semua pihak yang telah membantu dimana tidak dapat disebutkan satu-persatu. Akhirnya terimakasih



Universitas Sumatera Utara



viii



yang paling tulus diucapkan kepada Ibunda Elina Supiana, Ayahanda Hanif, yang sangat sabar dalam menjaga dan membesarkan penulis, senantiasa menyebut nama penulis didalam setiap doa-doanya, yang tiada henti memberikan dukungan dan pengorbanan tak terkira sehingga penulis bisa sampai di tahap ini. Semoga Allah SWT selalu memberikan balasan dengan kebaikan didunia dan Surga Nya nanti di akhirat. Aamiin



Medan, 15 Agustus 2019



Rizka Amelia



Universitas Sumatera Utara



ix



DAFTAR ISI



PENGESAHAN SKRIPSI ........................................................................................ iii ABSTRAK .................................................................................................................. v ABSTRACT ............................................................................................................... vi PENGHARGAAN .................................................................................................... vii DAFTAR ISI .............................................................................................................. ix DAFTAR TABEL...................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xiii BAB 1



PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang....................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah ............................................................................... 2 1.2.1 Rumusan Masalah...................................................................... 2 1.2.2 Batasan Masalah ........................................................................ 3 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian .............................................................. 3 1.3.1 Tujuan Penelitian ....................................................................... 3 1.3.2 Manfaat Penelitian ..................................................................... 4 1.4 Sistematika Penelitian ........................................................................... 5



BAB 2



TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 6 2.1 Keramik ................................................................................................. 6 2.2 Bahan Baku Pembuatan Keramik .......................................................... 8 2.3.1 Clay............................................................................................. 8 2.3.2 Feldspar .................................................................................... 10 2.3.3 Kaolin ...................................................................................... 12 2.2.4 Kuarsa ....................................................................................... 13 2.3 Proses Pembuatan Keramik.................................................................... 15 2.2.1 Proses Pembentukan ................................................................ 15 2.2.2 Proses Pengeringan .................................................................. 15 2.2.3 Proses Sintering ....................................................................... 16 2.3 Pengujian Sifat – Sifat Keramik .......................................................... 17 2.4.1 Sifat Fisis ................................................................................ 17 2.4.2 Sifat Mekanik ......................................................................... 18 2.4.3 Sifat Termal ............................................................................. 19 2.4.4 Mikrostruktur ........................................................................... 20



BAB 3



METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 22 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian.............................................................. 22 3.1.1 Tempat Penelitian .................................................................. 22 3.1.2 Waktu Penelitian.................................................................... 22 3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian ........................................................... 22 3.2.1 Peralatan ................................................................................ 22



Universitas Sumatera Utara



x



3.2.2 Bahan...................................................................................... 23 3.3 Prosedur Percobaan ............................................................................. 24 3.3.1 Preparasi Sampel .................................................................... 24 3.3.2 Proses Pembuatan Keramik.................................................... 24 3.4 Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 25 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 26 4.1 Uji Susut Kering ................................................................................ 26 4.2 Uji Susut Bakar ................................................................................. 27 4.3 Uji Kekerasan .................................................................................... 29 4.4 Uji Kuat Tekan .................................................................................. 30 4.5 Kandungan Unsur dan Mikrostruktur Menggunakan SEM-EDX ..... 32 4.6 Kandungan Unsur dan Mikrostruktur Keramik Menggunakan SEM-EDX ........................................................................................ 39 4.7 Hasil Uji DTA ................................................................................... 41 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 44 5.1 Kesimpulan........................................................................................ 44 5.2 Saran .................................................................................................. 44 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 44 LAMPIRAN .......................................................................................................... 46



Universitas Sumatera Utara



xi



DAFTAR TABEL



Nomor



Judul



Halaman



Tabel 2.1



Komposisi Senyawa Pada Clay



8



2.2



Kandungan Senyawa Yang Terdapat Pada Clay



9



2.3



Kandungan Unsur Pada Clay



9



2.4



Jenis Clay Berdasarkan Aplikasinya



10



2.5



Jenis – Jenis Feldspar



11



2.6



Kandungan Unsur Pada Kaolin



13



2.7



Kandungan Unsur Pada Kuarsa



14



3.1



Peralatan Karakterisasi Keramik



23



4.1



Uji Susut Kering



26



4.2



Uji Susut Bakar



28



4.3



Hasil Uji Kekerasan



29



4.4



Hasil Uji Kuat Tekan



31



Universitas Sumatera Utara



xii



DAFTAR GAMBAR



No.



Judul



Halaman



4.1



Hubungan Susut Kering Terhadap Ukuran Butir



27



4.2



Hubungan Susut Bakar Terhadap Ukuran Butir



28



4.3



Hubungan Kekerasan Terhadap Ukuran Butir



30



4.4



Hubungan Kuat Tekan Terhadap Ukuran Butir



31



4.5



Kandungan unsur Bahan Clay



32



(a) Mikrostruktur Bahan Clay 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14



(b) Diameter Pori Clay Kandungan unsur Bahan Feldspar (a) Mikrostruktur Bahan Feldspar (b) Diameter Pori Feldspar Kandungan unsur Bahan Kuarsa (a) Mikrostruktur Bahan Kuarsa (b) Diameter Pori Kuarsa Kandungan unsur Bahan Kaolin (a) Mikrostruktur Bahan Kaolin (b) Diameter Pori Kaolin Kandungan unsur Keramik (a) Mikrostruktur Bahan Keramik (b) Diameter Pori Keramik



33 34 34 36 36 37 38 39 40



Universitas Sumatera Utara



xiii



DAFTAR LAMPIRAN



Lampiran A



Peralatan dan Bahan



46



Lampiran B



Perhitungan Susut Kering Susut Bakar



49



Lampiran C



Hasil Perhitungan Uji Kekerasan



51



Lampiran D



Hasil Perhitungan Uji Kuat Kuat Tekan



53



Lampiran E



Hasil Uji DTA



55



Universitas Sumatera Utara



1



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring dengan kemajuan teknologi, saat ini bahan keramik telah dikembangkan menjadi produk modern dengan keunggulan sifat yang sangat variatif. Dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam seperti lempung, feldspar, kaolin dan pasir silika yang tersebar di berbagai daerah di Indonesia, industri keramik terus berkembang. Lempung adalah salah satu bahan dasar pembuat keramik yang memiliki sifat plastis, mudah dicetak, kaku setelah dikeringkan dan bersifat kaca setelah dipanaskan pada temperatur yang sesuai (Isman et al., 2000). Dalam penelitian Mkrtchyan et al (2002), lempung sangat memungkinkan dapat digunakan untuk memproduksi bahan-bahan refraktori, porselen dan lain-lain. Selain itu lempung sebagai komponen utama dan bahan pengikat dalam produksi refraktori. Dimana sifat-sifat material keramik pada umumnya memiliki resistansi panas yang tinggi (high heat resistance), isolator listrik, resistansi tinggi terhadap deformasi, perpatahan rapuh (brittle fracture), keuletan rendah (law toughness). Umumnya dalam pembuatan keramik dapat dilakukan dengan memvariasikan bahan baku keramik dan bentuk butiran di tambah dengan air atau tanpa air, pressing dan sintering. Pada penelitian (Wahyu Garinas. 2016) dilakukan penelitian tentang pembuatan dan pengujian keramik sebagai bahan untuk isolator listrik. Dengan menggunakan empat bahan dalam negeri yaitu kaolin, kuarsa, feldspar dan clay yang melimpah merupakan modal awal untuk mengoptimalkan pemanfaatannya. Pada penelitian itu bahan baku hanya disaring dengan ayakan 100 mesh, didapatkan nilai tegangan tembus 9,35 kV/mm yang hampir mendekati angka standar kriteria tegangan tembus listrik standar PLN yaitu 9,85 kV/mm. Namun pada penelitian itu tidak dilakukan pengujian sifat fisis, sifat mekanik, dan sifat termal pada keramik yang dihasilkan dari campuran empat bahan tersebut.



Universitas Sumatera Utara



2



(Maulida.2018). Melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan material feldspar terhadap kualitas keramik gerabah didapatkan nilai kuat tekan terbaik pada penambahan feldspar 35% dan clay 65%. Namun pada penelitian itu bahan baku hanya disaring pada ayakan 20 mesh sehingga sifat mekanik yang dihasilkan kurang optimum karena ikatan tiap ukuran butir partikel bahan pembuat keramik berpengaruh terhadap sifat mekanik khususnya kuat tekan. Pada penelitian itu suhu pembakaran yang digunakan adalah 900 oC selama 4 jam. (Kimambo. 2014) Melakukan pembutan keramik tradisional dengan komposisi kaolin : feldspar : kuarsa adalah 40% : 45% :15% tanpa menggunakan clay pada suhu pembakaran 1100 oC dengan nilai kuat tekan 37,625 Mpa. Berdasarkan data-data yang diperoleh pada penelitian sebelumnya maka perlu dilakukan perbaikan dalam pembuatan keramik tradisional dengan menggunakan campuran empat bahan baku yaitu kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay. Menggunakan empat variasi ukuran ayakan dengan suhu pembakaran 1000 oC selama 5 jam. Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk memperbaiki serta melihat pengaruh ukuran butir bahan baku terhadap sifatsifat pada keramik, baik sifat fisis (susut kering dan susut bakar), sifat mekanik (kekerasan dan kuat tekan), dan sifat termal dengan menggunakan DTA.



1.2 Perumusan Masalah 1.2.1



Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat dirumuskan beberapa rumusan masalah sebagai berikut:



1. Apakah kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay dapat dibuat menjadi keramik tradisional ? 2. Berapa ukuran butir bahan baku yang optimal dalam pembuatan keramik tradisional ? 3. Bagaimana pengaruh ukuran butir bahan baku keramik terhadap sifat fisis, sifat mekanik, sifat termal, dan mikrostruktur ?



Universitas Sumatera Utara



3



1.2.2



Batasan Masalah Penelitian “Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Tradisional dengan bahan baku Kaolin, Kuarsa, Feldspar dan Clay” difokuskan pada beberapa hal berikut ini:



1. Keramik terbuat dari clay yang dibeli dari Tanjung Morawa, Kabupaten Deli Serdang, kaolin dan kuarsa dibeli ditoko bahan kimia Medan dan feldspar dibeli dari Surabaya. 2. Bahan baku dikarakterisasi mikrostruktur dan kandungan unsur dengan menggunakan SEM-EDX. 3. Penghalusan bahan baku keramik yaitu kaolin, kuarsa, feldspar dan clay dilakukan dengan menggunakan lumpang dan blender. 4. Diayak dengan menggunakan Vibrator. 5. Dalam pembuatan keramik digunakan 4 variasi ukuran butir bahan baku, yaitu 100 mesh, 150 mesh, 200 mesh dan 300 mesh. 6. Komposisi bahan baku pembuatan keramik dengan perbandingan ; kaolin : kuarsa : feldspar : clay (20 : 30 : 30 : 20). Dan penambahan air 10 % dari total berat 100 gr. 7. Keramik dibuat dengan cetakan berbentuk balok dengan ukuran yaitu : 6 cm x 5 cm x 3 cm 8. Digunakan metode Hydraulic press untuk mencetak dengan tekanan 5 ton selama 10 menit dalam proses pencetakan sehingga membentuk padatan. 9. Bahan baku keramik dibakar di dalam tanur (furnace) dengan suhu sintering 1000 0C selama 5 jam. 10. Karakaterisasi keramik dilakukan dengan pengujian sifat fisis, sifat mekanik (kekerasan dan kuat tekan), sifat termal dengan menggunakan DTA, mikrostruktur dan kandungan unsur dengan SEM-EDX.



1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian 1.3.1



Tujuan Penelitian Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah:



Universitas Sumatera Utara



4



1. Pembuatan keramik tradisional dengan bahan baku kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay 2. Mengetahui ukuran butir bahan baku yang optimal dalam pembuatan keramik tradisional. 3. Mengetahui pengaruh ukuran butir bahan baku keramik (kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay) terhadap sifat keramik (sifat fisis, sifat mekanik, sifat termal) dan mikrostruktur.



1.3.2



Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini ialah: 1. Memperluas aplikasi kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay. 2. Memberikan informasi mengenai ukuran butir bahan baku pembuatan keramik agar menghasilkan sifat keramik yang optimum. 3. Memberikan informasi mengenai pengaruh ukuran butir bahan baku keramik terhadap sifat keramik (sifat fisis, sifat mekanik, sifat termal) dan mikrostruktur.



Universitas Sumatera Utara



5



1.4 Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan pada masing-masing bab adalah : BAB 1



PENDAHULUAN Bab ini menguraikan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.



BAB 2



TINJAUAN PUSTAKA Bab ini menguraikan tentang keramik. Komposisi keramik, sifat-sifat keramik, jenis-jenis keramik, menerangkan tentang kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay.



BAB 3



METODOLOGI PENELITIAN Bab ini berisi tentang metodologi penelitian pembuatan keramik.



BAB 4



HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini membahas tentang hasil penelitian dan analisa yang diperoleh dari penelitian.



BAB 5



KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisikan tentang kesimpulan dari penelitian dan saran yang bermanfaat untuk penelitian yang lebih lanjut



Universitas Sumatera Utara



6



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Keramik Keramik adalah bahan padat anorganik, yang bukan logam. Barang yang terbuat dari keramik seperti : keramik cina, porselen, gelas, semen, refraktori (bahan tahan api), sejak dahulu telah dipergunakan dalam kehidupan manusia sehari-hari. Bahan keramik adalah bahan dasar penyusun kerak bumi, yaitu : SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O dst., yang banyak tersedia di alam. SiO2, Al2O3, maupun MgO masing-masing dapat dipakai sebagai bahan keramik tersendiri, sedangkan banyak bahan lainnya yang terdiri dari campuran silikat tunggal atau campuran berbagai silikat. Bahan baku dari keramik cina dan porselen adalah tanah liat yaitu kaolin, serisit, dst., dan silikat yaitu kuarsa, feldspar, dst., yang diaduk dicetak dan dibakar sehingga menjadi produk. Selama pembakaran bahan-bahan tersebut bereaksi satu sama lain. Silikat agak berbeda, dari bahan baku dibentuk mulit (3Al 2O3.2 SiO2) dan gelas, sehingga dapat dibuat produk yang sifat-sifatnya berbeda dari bahan bakunya. Di masa lalu keramik umumnya dibuat dari bahan baku alam. Karena terbatasnya kemampuan pengendalian komposisi kimia dan struktur mikronya, maka sifat-sifat asli keramik dalam banyak kasus biasanya tidak nampak jelas. Akhir–akhir ini, keramik dengan sifat-sifat khasnya yang baru telah dibuat dengan mempergunakan bahan tiruan yang sangat murni dan dengan proses pembuatan yang sangat terkendali. Produk tersebut dinamakan keramik halus atau keramik baru, yang memiliki sifat-sifat khas fungsional dalam elektromagnetik, mekanik, optik, termal, biokimia dan sifat lainnya.Sekarang keramik ini banyak dipakai di berbagai bidang termasuk penggunaan di ruang angkasa, elektronik, dan industri mekanik. Di masa mendatang pengembangan keramik akan pesat. (Surdia, Tata. 1999). Pada prinsipnya keramik dapat dibagi dua bagian yaitu keramik tradisional dan keramik modern.Keramik tradisional adalah keramik yang terbuat dari bahan alam seperti kaolin, feldspar, clay, dan kuarsa. Yang termasuk keramik ini adalah barang pecah (dinner ware), keperluan rumah tangga (tile brike),



Universitas Sumatera Utara



7



dan untuk industri (refractory). Keramik modern (fine ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan oksida-oksida logam atau logam, seperti oksida. Penggunaannya sebagai elemen pemanas semikonduktor, komponen turbin. Keramik memiliki sifat-sifat keramik dapat dilihat dibawah ini : a. Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah. b. Tahan terhadap korosi. c. Dapat bersifat magnetik dan non magnetik. d. Keras dan kuat. e. Sifat listriknya dapat menjadi isolator, semikonduktor, konduktor, bahkan superkonduktor. Keramik memiliki struktur organik dan non organik seperti gelas tetapi kebanyakan memiliki struktur kristal. Struktur mikro keramik selalu kompleks dan dibedakan oleh adanya batas butir (grain boundaries), renik (pores), ketidakmurniaan dan kondisi multifasa yang membuatnya lebih bervariasi. Pada daerah batas butir energi bertambah sehingga ketidakmurnian cenderung berkumpul disana. Ketidakmurnian merupakan fasa kedua dan ketiga, antara partikel penyusun (konstituen) ke dalam batas butir. Dengan adanya penambahan ketidakmurnian dan zat aditif lainnya, mikrostruktur dapat berubah, jika diamati pada batas butirnya atau porositasnya. Kondisi mikrostruktur ini menggambarkan keadaan terhadap sifat fisis dan kimia dari keramik. (Hatta, 2011). Banyak jenis-jenis keramik termasuk diantaranya semen, bata untuk bangunan, bata tahan api dan gelas telah dipergunakan sejak lama sebagai bahan konstruksi bangunan. Pada umumnya keramik mempunyai sifat-sifat yang “baik” yaitu : keras, kuat dan stabil pada temperatur tinggi. Tetapi keramik bersifat getas dan mudah patah seperti halnya pada porselen ataupun gelas. (Setiabudy.Rudy, 2007). Bahan keramik merupakan material yang memiliki prospek yang cukup cerah, mengingat bahan ini merupakan bahan serbaguna dan memiliki keunggulan dibandingkan dengan bahan lain. Keunggulan tersebut antara lain adalah tahan terhadap suhu tinggi, dan pembentukannya dilakukan pada fase koloid suhu kamar. (Astuti.A 1997).



Universitas Sumatera Utara



8



2.2 Bahan Baku Pembuatan Keramik 2.2.1 Clay Clay merupakan partikel mineral tanah berukuran mikroskopis sampai dengan sub mikroskopis sekitar 0,002 mm yang berasal dari pelapukan unsurunsur kimiawi penyusun batuan. Clay sangat keras dalam keadaan kering dan bersifat plastis pada kadar air sedang. Pada kadar air lebih tinggi clay bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak. Warna clay tidak dipengaruhi oleh unsur kimia yang terkandung didalamnya, karena tidak adanya perbedaan yang dominan dimana kesemuanya hanya dipengaruhi oleh unsur Natrium saja yang paling mendominasi. Semakin tinggi plastisitas, grafik yang dihasilkan pada masing-masing unsur kimia belum tentu sama. Hal ini disebabkan karena unsur-unsur warna tanah dipengaruhi oleh nilai Liquid Limit (LL) yang berbeda-beda. (Subriyer, 2013). Hasil pelapukan unsur-unsur kimia dari clay tersebut merupakan unsurunsur mineral clay terutama terdiri dari silikat aluminium dan atau besi magnesium. Beberapa diantaranya juga mengandung alkali atau tanah alkalin sebagai komponen dasarnya. Sebagian besar mineral clay mempunyai struktur berlapis. Beberapa diantaranya berbentuk silinder memanjang atau struktur yang berserat. Berikut ini adalah unsur kimia yang terdapat pada clay yaitu : (Yeggi, 2013).



Tabel 2.1 Komposisi Senyawa Kimia Pada Clay Senyawa



Persentase (% berat)



Silika (SiO2) Aluminium Oksida (Al2O3) Besi Oksida (Fe2O3) Titanium Oksida (TiO2) Kalium Oksida (K2O) Magnesium Oksida (MgO) Natrium Oksida (NaO2) Kalsium Oksida (CaO)



65,54 18,78 1,57 0,991 0,651 0,609 0,298 0,0868



Pada clay terdapat beberapa senyawa kimia dengan komposisi yang berbeda beda. Berikut adalah kandungan senyawa - senyawa yang terdapat pada clay yaitu:



Universitas Sumatera Utara



9



Tabel 2.2. Kandungan Senyawa yang Terdapat pada Clay (Muhdarina, 2013) Senyawa SiO2 Al2O2 Fe2O2 MgO CaO Na2O K2O



% Berat 77,92 14,73 1,01 0,92 0,09 1,69 2,39



Tabel 2.3. Kandungan Unsur Pada Clay (Ariesnawan, R Adi, 2015) Unsur Carbon (C) Oksigen (O) Natrium (Na) Fluor (F) Magnesium (Mg) Aluminium (Al) Silika (Si) Molibden (Mo) Kalium (K) Calcium (Ca) Ferrum (Fe)



44,09 2,18 1,62 9,65 19,55 13,46 5 4,46



Persentase Unsur (%) 44.29 51,09 1.02 0,94 1,09 1,5 10,31 26,91 24,78 5,08 12,52 2,82 1,61 5,5 4,22 2,97 3,35



3,17 40,56 2,01 1,21 9,21 17,07 14,56 1,43 7,67 3,11



Jenis-jenis Clay Clay merupakan material yang berisi air dalam persentase besar dan terjerap antara lembaran. Kebanyakan clay secara kimia dan fisika hampir sama dengan clay yang lainnya, tetapi berisi sejumlah air yang mengisi kationnya. Material ini memiliki keadaan basah, ukuran butir sangat halus yaitu 0.02 mm dan sebagian besar tersusun atas magnesium dan silika. Berdasarkan strukturnya clay dibagi menjadi tiga kategori yaitu clay yang dapat dijumpai dalam bentuk kristalin (crystalline minerals), struktur tidak teratur (amorphous), dan campuran (mixed layered). Sedangkan berdasarkan komposisi mineralnya clay dapat dibedakan menjadi kaolinit, monmorilonit (smektit), ilit (clay-mica), klorit dan haloisit. Clay juga dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari yaitu :



Universitas Sumatera Utara



10



Tabel 2.4.Jenis Clay Berdasarkan Aplikasinya (Murray, 2000), (Huessein, et al, 2011). Clay



Mineralogi Kaolin



Aplikasi Utama Industri



Putih atau keabu-abuan, Perekat, semen, keramik, subtitusi dan perubahan aerosol, muatan



kosmetik,



minimal, katalis, cracking, krayon,



kapasitas tukar kation dan kapur, pigmen dalam rendah, luas permukaan cat, fiber glass, pengisi spesifik



rendah,



kapasitas



dan karet,



adsorpsi pengisi



rendah Smektit (Smektit)



atap,



pensil,



kertas,



dan



pengecoran.



Warna



bervariasi, Perekat,



biasanya abu-abu adanya



cokelat



aerosol,



atau pembawa pupuk, bahan



kehijauan, tambahan subsitusi



pakan,



kisi, bleaching, katalis, semen,



lapisan muatan tinggi, keramik, detergen, biji kapasitas tukar tinggi, besi, luas



permukaan,



kapasitas



dan karet, lempung terpilar, lumpur,



aditif makananan. muda,



coklat, Perekat, carrier, cairan



krem, atau warna hijau pengeboran, kebiruan. subsitusi



pengisi



penyerapan pengeboran



tinggi Plagyorskitserpentin Coklat



plastic,



adsorben,



Beberapa adsorben lantai industry, kisi,



lapisan filler



bubuk



laundry,



muatan, kapasitas tukar obat-obatan dan farmasi, kation, daya penyerapan penyulingan minyak cat, sedang,



dan



permukaan sedang



luas pupuk suspense, katalis, keramik, dan bleaching



2.2.2 Feldspar Feldspar hingga saat ini merupakan grup mineral dengan jumlah paling besar di kerak bumi, membentuk sekitar 60 % batuan terrestrial.



Universitas Sumatera Utara



11



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. Sebagian besar produk yang digunakan seharihari terbuat dari feldspar : gelas untuk minum, gelas sebagai pengaman, fiberglass sebagai isolator, lantai keramik, bak mandi, peralatan makan. Rumus kimia feldspar secara umum adalah XAl(Al,Si)Si2O8 dengan X adalah potassium, sodium, kalsium atau barium. Secara khusus rumus kimia feldspar dapat dilihat pada Tabel 2.4 (E. Worral W. 1988).



Tabel 2.5 Jenis-Jenis Feldspar Jenis Feldspar Albite



Rumus Kimia Na(Si3Al)O8



Anorthite



Ca(Si2Al2)O8



Orthoclase



K(Si3Al)O8



Celsian



Ba(Si2Al2)O8



Pada SiO2 murni tidak terdapat ion logam dan setiap atom oksigen merupakan atom penghubung antara dua atom silikon (dan setiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen). Maka akan diperoleh suatu struktur jaringan. Silika (SiO2) mempunyai beberapa struktur kristal, laksana grafit yang berbentuk grafit dan intan. Feldspar suatu silikat alamiah, berwarna merah jambu atau coklat merupakan mineral granit dengan komposisi KAISiO8. Feldspar merupakan jaringan silikat dan satu diantara empat atom silikon digantikan oleh ion Al 3+. Al hanya bermuatan tiga sedangkan silikon empat sehingga perlu ditambah muatan K+ untuk mengimbanginya. Ion K+ merupakan ion sisipan. Jaringan ini bersifat terbuka sehingga ada tempat untuk ion tambahan.(Lawrence. 1981). Dilihat dari unsur-unsurnya maka feldspar mengandung bahan alumina (Al2O3), silica (SiO2), dan flux (K2O atau Na2O), yang mengandung kalium (K2O) biasanya dipakai untuk membuat badan keramik halus karena sangat aktif melarutkan kwarsa, membentuk masa gelas yang sangat kental, dan



Universitas Sumatera Utara



12



sebagai pelebur yang baik dalam badan keramik halus sehingga badan keramik menjadi padat tanpa mengalami perubahan bentuk (deformasi), sedang yang banyak mengandung natrium (Na2O) untuk membuat glasir. Dari komposisinya dapat dilihat bahwa struktur feldspar tidak berbeda dengan struktur tanah liat, merupakan silikat alamiah. Feldspar juga merupakan jaringan silikat dan satu diantara empat atom silikon digantikan oleh atom aluminium. Diatas temperatur 900°C feldspar umumnya masih dalam keadaan stabil dan tidak mengalami perubahan fasa. Feldspar mengandung semua bahan-bahan penting untuk membentuk glasir sehingga biasa disebut glasir alami. Feldspar merupakan kelompok mineral batuan beku yang terutama terdiri dari senyawa alumina silikat dari K, Na, dan Ca yang umumnya satu kation basa merupakan kation utama.(Haris, 2014).



2.2.3 Kaolin Indonesia merupakan salah satu negara dengan kekayaan alam yang cukup dapat dibanggakan. Salah satunya adalah terdapat banyak kandungan mineral seperti kaolin dan Alumunium (Budihartono,2012) Kaolin (Al2O3.2SiO2.2H2O) sebagai salah satu bahan dasar pembuatan keramik merupakan salah satu jenis dari tipe mineral clay yang mempunyai sifat : (Razak. 1978) a. Plastis dan mudah dicetak untuk butir yang serta pada waktu basah, sifat plastisitas dan work ability kebanyakan dipengaruhi oleh kondisi fisik. b. Kaku setelah dikeringkan. c. Vitreous (bersifat kaca) setelah dipanaskan pada temperatur yang sesuai Kegunaan kaolin bagi industri antara lain industri keramik, porselen, gerabah, sebagai isolator panas dan listrik. Pada ulang alik kaolin dipakai sebagai ujung dari pesawat ulang alik karena daya hantar panas yang rendah. Sifat- sifat mineral kaolin antara lain: yaitu kekerasan 2 - 2,5 mohs, plastis, mempunyai daya hantar panas dan listrik yang rendah serta pH bervariasi. Cadangan endapan Kaolin paling besar terdapat di



Universitas Sumatera Utara



13



Kalimantan Barat, Kalimantan Selatan dan Pulau Bangka dan Belitung. Sedangkan lainnya tersebar di Pulau Sumatera , Jawa , dan Sulawesi Utara. Potensi endapan kaolin ini antara lain berada di Bandar Pulau (Sumut), Bonjol Pasaman (Sumbar), Belilas dan Indragiri Hulu (Riau), Pulau Bangka Belitung, Pondok Kelapa (Bengkulu), Garut dan Tasikmalaya (Jabar), Blitar dan Trenggalek (Jatim), Sambas dan singkawang (Kalbar), Martapura (Kalsel), Polewali (Sulsel), dan Paniai (Papua). Industri yang membutuhkan mineral kaolin antara lain industri keramik, kayu lapis, kertas, dan tekstil. Saat ini sebagian besar hasil tambang mineral kaolin diekspor ke berbagai negara seperti Jepang, Taiwan, Korea dan Cina.



Berikut adalah kandungan unsur dari kaolin : Tabel 2.6. Kandungan Unsur Pada Kaolin (Darmawan, Rahmad. 2017) Unsur



Persentase (%)



Al



12



Si



65,4



K



8



Ca



2,68



Ti



3,68



V



0,08



Mn



0,22



Fe



8,61



Ni



0,19



Cu



0,12



Eu



0,11



2.2.4 Kuarsa Pasir kuarsa adalah bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika (SiO2) dan senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih yang merupakan hasil pelapukan batuan yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan



Universitas Sumatera Utara



14



feldspar. Hasil pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin dan diendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau laut. Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada senyawa pengotornya, adapun sifat pasir kuarsa memiliki kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65 kgL-1, titik lebur 1728°C, bentuk kristal hexagonal, panas spesifik 0,185 J, dan konduktivitas panas 12 – 1000°C. Dalam kegiatan industri, penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang meluas, baik langsung sebagai bahan baku utama maupun bahan aditif. Sebagai bahan baku utama, misalnya digunakan dalam industri kaca, semen, tegel, mosaik keramik, bahan baku fero silikon, silikon carbide, dan bahan abrasit (ampelas dan sand blasting). Sedangkan sebagai bahan aditif digunakan dalam industri cor, industri perminyakan dan pertambangan, bata tahan api (refraktori), dan lain sebagainya. (Asmuni. 2000). Berikut adalah kandungan unsur yang terdapat pada kuarsa berdasarkan uji XRF. Tabel 2.7 Kandungan Unsur Pada Kuarsa (Metungku NA, 2017) Unsur Si O Fe P Ca K Ti Zn Sn Nb Zr Mo In Ru Rh



Persentase (%) 50,205 45,705 1,710 0,950 0,491 0,470 0,268 0,041 0,037 0,036 0,028 0,026 0,015 0,010 0,006



Universitas Sumatera Utara



15



2.3 Proses Pembuatan Keramik Proses pembuatan keramik terdiri dari pembentukan, pengeringan dan pembakaran. Pada proses pembentukan, bahan baku yang berbentuk bubuk dipadatkan. 2.3.1. Proses Pembentukan Terdapat beberapa proses pembentukkan yaitu : a. Die Pressing. Pada proses ini bahan keramik dihaluskan hingga menjadi bubuk, lalu dicampur dengan pengikat kemudian dimasukkan ke dalam cetakan lalu ditekan hingga menjadi bentuk padat yang kuat. Metode ini biasanya digunakan dalam pembuatan ubin, keramik elektronik dengan cukup sederhana dan murah. b. Rubber Mold Pressing. Pada proses ini pembuatan keramik menggunakan pembungkus karet kemudian bubuk dimasukkan ke dalam sarung karet kemudian dibentuk dalam cetakan hidrostatis. c. Extrusion Molding. Pada metode ini melalui lubang cetakan dengan ekstruksi memalui mulut yang keras. Metode ini biasa



digunakan



untuk membuat pipa saluran, pipa reaktor atau material lain yang memiliki suhu normal untuk penampang lintang tetap. d. Slip Casting. Pada metode ini dilakukan untuk memperkeras suspensi dengan air dan cairan lainnya, lalu dituang ke dalam plester berpori, air akan diserap



dari daerah kontak ke dalam cetakan dan lapisan



lempung yang kuat terbentuk. e. Injection Molding. Bahan yang bersifat plastis diinjeksikan dan dicampur dengan bubuk pada cetakan. Metode ini banyak digunakan untuk memproduksi benda-benda yang mempunyai bentuk yang kompleks.



2.3.2. Proses Pengeringan Setiap proses pembuatan keramik dengan menggunakan tekanan, ditambahkan sejumlah air atau cairan sebagai pengikat. Proses pengeringan berfungsi untuk menghilangkan kandungan air atau cairan tambahan. Air



Universitas Sumatera Utara



16



atau cairan terevaporasi partikel partikel keramik menjadi lebih dekat satu sama lain dan terjadi penyusutan.



2.3.3. Proses Sintering Keramik adalah bahan yang dibuat melalui pembakaran suhu tinggi. Oleh karena itu pembakaran atau perlakuan panas adalah proses utama di dalam pembuatan bahan keramik. Dalam tahap perlakuan panas, terjadi peristiwa kimia antara lain: pengeringan, penguraian bahan organik, penguapan air kristal, oksidasi logam transisi, penguraian karbonat, sulfat, aditif dan lainnya. Di dalam bahan kaolin misalnya, air kristal keluar pada suhu antara 450 °C – 700 °C, dehidrasi pada bahan aluminium hidrat pada suhu antara 320°C – 560 °C, pada talc terjadi antara 900 °C – 1000 °C. Dekomposisi bahan magnesium karbonat pada 700 °C, dolomite pada 830 °C – 920 °C, magnesium sulfat pada 970 °C, sedangkan kalsium sulfat pada 1050 °C. Oksidasi bahan organik yang halus umumnya terjadi pada 200 °C – 700 °C, tetapi partikel karbon yang kasar terjadi pada 1000 °C. Bersamaan dengan terjadinya reaksi kimia, terjadi pula perubahan yaitu yang disebut sintering. Perubahan struktur mikro terjadi melalui beberapa tahapan. Pertama, perataan permukaan partikel, pembentukan grain boundary (batas butir) melalui pertumbuhan leher antar partikel, gerakan di antara partikel dalam pori terbuka, difusi dan penurunan porositas. Kedua, penyusutan pori antara grain boundary, porositas menurun lebih banyak, perlahan-lahan grain tumbuh. Terakhir, pori-pori menutup, mengecil dan posisinya terselip diantara grain boundary. Sintering adalah proses penggabungan partikel partikel serbuk melalui peristiwa difusi pada saat suhu meningkat. Pada dasarnya sintering adalah peristiwa penghilangan pori-pori antara partikel bahan, pada saat yang sama terjadi penyusutan komponen, dan diikuti oleh pertumbuhan grain serta peningkatan ikatan antar partikel yang berdekatan, sehingga menghasilkan bahan yang lebih mampat/kompak. Suhu sintering mempengaruhi proses penyusutan, sedangkan pengaruh waktu sintering



Universitas Sumatera Utara



17



tidak banyak, hal ini dinyatakan oleh Richerson. Sintering umumnya dapat terjadi didalam produk pada suhu tidak melebihi dari setengah sampai dua pertiga dari suhu meltingnya, suhu yang membuat atom cukup mampu untuk berdifusi. (Akhmad, Ramlan., 2011) 2.4 Pengujian Sifat – Sifat Keramik



2.4.1



Sifat Fisis 1. Pengujian Susut Kering Susut kering adalah pengurangan panjang atau volume suatu benda uji dari keadaan plastis ke keadaan kering udara, diperhitungkan terhadap keadaan plastis. Hal ini dapat terjadi saat proses pengeringan terjadi pengeluaran air yang menyelimuti butir-butir bahan baku secara berangsur–angsur sehingga memungkinkan butir-butir tersebut mendekat satu sama lain. Untuk menghitungnya dapat menggunakan persamaan berikut : (Guner, Sumer. 1998)



% susut kering =



x 100%



(2.1)



2. Pengujian Susut Bakar Dalam proses pembakaran, sampel akan mengalami penyusutan. Susut bakar ialah pengurangan panjang atau volume suatu benda uji dari keadaan plastiske keadaan sesudah pembakaran. Terjadinya penyusutan dikarenakan partikel-partikel bahan mengisi tempat-tempat yang ditinggalkan



air



karena



proses



penguapan



saat



pembakaran



(Suwardono.2002). Nilai susut bakar dapat diketahui dengan persamaan sebagai berikut : (Guner, Sumer. 1998)



% susut bakar =



x 100%



(2.2)



Universitas Sumatera Utara



18



2.4.2



Sifat Mekanik



1. Pengujian Kekerasan Kekerasan suatu material merupakan ketahanan material terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Prinsip pengujian kekerasan ini yaitu pada permukaan material dilakukan penekanan dengan indikator sesuai dengan parameter (diameter, beban, dan waktu). Nilai kekerasan filter dapat diukur dengan persamaan sebagai berikut :



(2.3)



Keterangan : Hv = Hardness of Vickers (N/m2) F = Beban yang diberikan (N) d = panjang diagonal sampel (m)



2



Pengujian Kuat Tekan Kuat tekan (compressive strength) adalah salah satu sifat mekanik bahan. Kuat tekan didapatkan dari gaya F yang diberikan pada bahan dibagi dengan luas bidang tekan A. Massa ini akan menekan bahan sepanjang arah tekan. Alat uji tekan memberikan informasi mengenai gaya yang diberikan dan luas permukaan tekan dihitung sesuai sampel yang digunakan (Husain dkk, 2016). Uji kuat tekan dilakukan untuk mengetahui kekuatan dari keramik. Keramik yang akan diuji diletakkan pada mesin penekan. Ditekan dengan alat penekan sampai keramik pecah atau maksimal menahan beban atau tekanan. Pada saat pecah dicatat besarnya gaya tekan maksimum yang bekerja (Ratri dkk, 2008). Kuat tekan merupakan ukuran maksimum suatu bahan menerima beban aksial. Kuat tekan (tegangan = stress) merupakan gaya persatuan luas pada suatu benda yang cenderung mengakibatkan benda tersebut mengalami deformasi. Stress merupakan ukuran gaya – gaya internal antara partikel–



Universitas Sumatera Utara



19



partikel bahan yang dikandung sebuah benda untuk melawan pemisahan, pemampatan atau penggelinciran sebagai reaksi terhadap gaya eksternal yang bekerja. (Van Vlack, 2004) Secara umum persamaan yang digunakan untuk menghitung kuat tekan atau tekanan pada suatu bahan seperti ditunjukkan pada persamaan (2.4)



σ=



(2.4)



Keterangan :



2.4.3



σ



= Tegangan benda uji (N/cm2)



F



= Beban yang diterima benda uji (N)



A



= Luas penampang benda uji



Sifat Termal Pengujian sifat termal dengan menggunakan DTA (Differential Thermal Analysis) pada keramik bertujuan untuk melihat sifat termal pada keramik pada suhu tertentu atau perubahan yang terjadi seperti pelehan atau dekomposisi. Analisa termal merupakan suatu perlakuan ketika suatu bahan diuji dengan variasi suhu, yakni dengan mengubah suhu nya. Sementara DTA ini, sesuai dengan namanya Differential Thermal Analysis, bekerja sesuai dengan perubahan suhu. Yaitu dengan cara membandingkan suhu antara material referensi dan material sampel. Material referensi (referen inert) yang biasa digunakan yaitu alumina (Al2O3). Digunakan karena termogram alumina menunjukkan konstan sampai suhu lebih dari 1000 derajat celcius, berarti alumina tidak mengalami perubahan sampai suhu tersebut. Sementara material sempel merupakan bahan yang akan diuji secara termal. Suhu sampel dan referen akan sama apabila tidak terjadi perubahan, namun pada saat terjadinya beberapa peristiwa termal seperti pelelehan, dekomposisi atau perubahan struktur kristal pada sampel, suhu dari sampel dapat berada di bawah (apabila perubahannya bersifat endotermik) ataupun diatas (apabila perubahan bersifat eksotermik) suhu referen (Höhne : 2003).



Universitas Sumatera Utara



20



Alat-alat yang digunakan dari DTA kit adalah Sample holder beserta thermocouples, material referensi Al2O3, furnace (dapur) yang digunakan harus stabil pada zona panas yang besar dan harus mampu merespon perintah dengan cepat dari temperatur programmer,



temperature



programmer untuk menjaga laju pemanasan agar tetap konstan dan sistem perekaman (recording). Prinsip kerja dari DTA adalah sample holder terdiri dari thermocouple yang masing-masing terdapat pada material sampel dan reference. Thermocouple ini dikelilingi oleh sebuah blok untuk memastikan tidak ada kebocoran panas. Sampel ditaruh di kubikel kecil dimana bagian bawahnya dipasangkan thermocouple. Thermocouple diletakkan langsung berkontakan dengan sampel dan material referensi. Tahapan kerjanya terlebih dahulu dipanaskan heating block, ukuran sampel dengan ukuran material referensi sedapat mungkin identik dan dipasangkan pada sampel holder. Thermocouple harus ditempatkan berkontakan secara langsung dengan sampel dan material referensi, temperatur di heating block akan meningkat, diikuti dengan peningkatan temperatur sampel dan material referensi. Apabila pada thermocouple tidak terdeteksi perbedaan temperatur antara sampel dan material referensi, maka tidak terjadi perubahan fisika dan kimia pada sampel, jika ada perubahan fisika dan kimia, maka akan terdeteksi adanya ΔT.



2.4.4. Mikrostruktur Pengujian mikrostruktur dilakukan dengan Scanning Electron Microscope penyusunnya.



(SEM)



untuk



Scanning



melihat



Electron



bentuk



dan



Microscope



ukuran



(SEM)



partikel



merupakan



mikroskop elektron yang banyak digunakan untuk analisa permukaan material. SEM juga dapat digunakan untuk menganalisa data kristalografi, sehingga dapat dikembangkan untuk menentukan elemen atau senyawa. Prinsip kerja SEM menggunakan dua sinyal elektron secara simultan. Satu



Universitas Sumatera Utara



21



strike spesimen digunakan digunakan untuk menguji dan strike yang lain adalah Cathoda Ray Tobe (CRT) memberikan tampilan gambar. SEM menggunakan prinsip scanning, maksudnya berkas elektron diarahkan dari titik ke titik objek, gerakkan berkas elektron dari suatu titik ke titik objek. Gerakan berkas elektron dari suatu titik ke titik yang lain pada suatu daerah objek yang menyerupai gerakan membaca. Gerakan ini disebut dengan scanning. Komponen utama SEM terdiri dari dua unit yaitu electron column (B) dan display console (A). Elektron column merupakan model elecron beam scanning. Sedangkan display consule merupakan elektron sekunder yang di dalamnya terdapat CRT. Pancaran elektron energi tinggi dihasilkan oleh elektron gun yang kedua tipenya berdasarkan pada pemanfaatan arus. Perkembangan mutakhir paling berarti adalah perolehan informasi mengenai komposisi kimia. Mikroskopnya juga menggambarkan sebuah energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDX) yang dapat digunakan untuk menentukan komposisi unsur dari sampel. Ketika sebuah sampel difoto oleh SEM, sinar elektron juga diemisikan oleh sinar-X yang dibawa oleh EDX. Emisi sinar-X tiap unsur khas dalam energi dan panjang gelombangnya, karena itu unit EDX mampu menentukan tiap unsur yang merespon emisi tersebut. Data ini dapat ditambahkan pada gambar SEM untuk menghasilkan sebuah peta unsur yang sebenarnya dari permukaan sampel. Selain itu melalui EDX dapat diketahui ukuran diameter pori dari keramik yang dihasilkan.



Universitas Sumatera Utara



22



BAB III METODOLOGI PENELITIAN



3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat Penelitian Pada penelitian “Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Tradisional Dengan Bahan Baku Kaolin, Kuarsa, Feldspar, dan Clay” dilakukan preparasi sampel, pembuatan dan pembakaran keramik, pengujian mekanik dan sifat termal (DTA) di Laboratorium Material Test PTKI Medan. Karakterisasi kandungan unsur dengan menggunakan SEM-EDX di Laboratorium Mabes Polri Jakarta.



3.1.2 Waktu Penelitian Penelitian “Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Tradisional Dengan Bahan Baku Kaolin, Kuarsa, Feldspar dan Clay” dilakukan mulai bulan Januari 2019 sampai Juni 2019.



3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian 3.2.1



Peralatan Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini ialah



1. Ayakan 100,150,200,300 mesh



: untuk memisahkan butiran sesuai ukuran yang diperlukan.



2. Neraca digital



: untuk menimbang massa sampel



3. Lumpang



: untuk menghancurkan bongkahan clay



4. Vibrator



: untuk mengayak bahan baku keramik



5. Spatula



: untuk mengaduk bahan agar tercampur merata (homogen)



6. Cetakan Sampel



: sebagai tempat mencetak sampel



7. Hidraulik Cold Press



: untuk menekan sampel yang sudah dimasukkan ke cetakan agar padat.



Universitas Sumatera Utara



23



8. Jangka sorong



: untuk mengukur tebal dan panjang sampel.



9. Stopwatch



: untuk menghitung waktu penekanan saat pencetakan dan waktu pembakaran



10. Clip Paper Plastik



: untuk memasukkan bahan baku yang sudah diayak dan sampel



11. High Temperature Furnance (Tanur)



: sebagai tempat pembakaran sampel dengan suhu pembakaran 10000 C.



Peralatan Karakterisasi Keramik



Tabel 3.1 Peralatan Karakterisasi Keramik No 1



2 3 4



Nama Alat Scanning Electron Microscopy (SEM- EDX)



Fungsi Untuk melihat mikrostruktur dan kandungan unsur bahan baku dan keramik. Hardness Vickers Tokyo Untuk mengetahui nilai kekerasan keramik. Alat Uji Kuat Tekan Untuk menguji kekuatan tekan keramik. Differential Thermal Analysis Untuk melihat perubahan atau (DTA) deformasi pada sampel saat dipanaskan.



3.2.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam proses pembuatan keramik tradisional 1. . Kaolin 2. Kuarsa 3. Feldspar 4. Clay 5 Aquades



Universitas Sumatera Utara



24



3.3 Prosedur Percobaan 3.3.1



Preparasi sampel



1. Dihancurkan lempung (clay), kemudian digerus dan diremukkan clay dengan menggunakan mortar dan lumpang. 2. Dikarakterisasi kandungan unsur yang terkandung dalam clay dengan menggunakan SEM-EDX. 3. Disiapkan kaolin dan dikarakterisasi kandungan unsur yang terkandung dalam kaolin dengan menggunakan SEM-EDX. 4. Disiapkan feldspar, kemudian dikarakterisasi kandungan unsur yang terkandung dalam feldspar dengan menggunakan SEM-EDX. 5. Dihaluskan pasir kuarsa, kemudian dikarakterisasi kandungan unsur yang terkandung dalam kuarsa dengan menggunakan SEM-EDX.



3.3.2. Proses Pembuatan Keramik 1. Diayak butiran kaolin, kuarsa, feldspar dan clay dengan ayakan 100 mesh. 2. Ditimbang kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay. 3. Dicampurkan bahan baku dengan perbandingan 20:30:30:20 4. Ditambahkan air 10% dari total campuran bahan baku. 5. Dicetak sampel menggunakan cetakan dan ditekan dengan Hidraulik Cold Press selama 10 menit dengan beban 5 ton. 6. Dikeluarkan sampel dari cetakan untuk dikondisikan. 7. Dikondisikan sampel yang telah dicetak selama 2 × 24 jam. 8. Disiapkan tungku pembakaran dan dimasukkan sampel bahan baku keramik variasi 100 mesh untuk disinterring pada suhu 1000 0C selama 5 jam 9. Dimatikan aliran listrik, dibiarkan selama 2 jam. 10. Dikeluarkan sampel dari tungku. 11. Dikondisikan sampel selama 2x24 jam. 12. Dilakukan proses pembuatan yang sama dengan ayakan 150 mesh, 200 mesh, dan 300 mesh.



Universitas Sumatera Utara



25



3.4 Diagram Alir Penelitian Secara keseluruhan pelaksanaan penelitian diuraikan dalam diagram alir berikut ini: Kaolin



Kuarsa



Feldspar



Clay



Diperkecil ukuran butir Analisis unsur SEM-EDX



Diayak dengan ukuran butir 100; 150; 200; 300 mesh Ditimbang, Kaolin:Kuarsa:Feldspar :Clay = 20:30:30:20



Pencampuran



Pencetakan



Dibiarkan: 2x24 jam



Pembakaran 1000oC. Selama 5 jam



Sampel dibiarkan: 2x24 jam



Dikarakterisasi



Uji Sifat Fisis 1. Susut Kering 2. Susut Bakar



Uji Sifat Mekanik 1. Kekerasan 2. Kuat Tekan



Uji Sifat Termal 1. Differential Thermal Analysis



Uji SEM EDX: 1 Mikrostruktur 2. Kandungan Unsur



Data dan Hasil Kesimpulan



Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian



Universitas Sumatera Utara



26



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN



4.1 Uji Susut Kering Pembuatan dan karakterisasi keramik tradisional dengan bahan baku kaolin, kuarsa, feldspar dan clay bertujuan untuk melihat sifat-sifat dari keramik yang dihasilkan dengan pencampuran empat bahan tersebut, diantaranya susut kering dan susut bakar. Hasil uji susut kering dapat dilihat pada Tabel 4.1



Tabel 4.1 Hasil Uji Susut Kering



NO



Ukuran Butir (mesh)



1



100



2



150



3



200



4



300



Ukuran sampel basah (p x l x t) (cm) 6 x 4,95 x 1,7 5,95 x 4,9 x1,7 6 x 4,95 x 1,7 6 x 4,95 x 1,7



Ukuran sampel kering (p x l x t) (cm) 5,95 x 4,94 x 1,69 5,9 x 4,88 x 1,69 5,89 x 4,92 x1,69 5,88 x 4,9 x 1,69



Volume basah (cm3)



Volume Kering (cm3)



Susut kering (%)



50,49



49.674



1,616



49,563



48,658



1,825



50,49



48,974



3,002



50,49



14,232



3,561



Dari data Tabel 4.1 menunjukkan bahwa nilai susut kering optimum pada sampel dengan ukuran bahan baku 300 mesh dengan nilai penyusutan 3,561% dan nilai susut kering paling rendah pada sampel dengan ukuran bahan baku 100 mesh dengan nilai penyusutan 1,616 %. Nilai susut kering ukuran butir 150 mesh 1,825% dan nilai susut kering ukuran butir 200 mesh 3,002%. Hubungan nilai susut kering terhadap ukuran butir bahan baku dapat dilihat seperti pada grafik (Gambar 4.1).



Universitas Sumatera Utara



27



Grafik Susut Kering Vs Ukuran Butir Susut Kering (%)



4 3



y = 0,010x + 0,544 R² = 0,911



2 1



0 0



50



100



150



200



250



300



350



Ukuran Butir (mesh)



Gambar 4.1 Hubungan Susut Kering Terhadap Ukuran Butir



Gambar 4.1 menunjukkan bahwa grafik hubungan susut kering terhadap ukuran butir linear naik. Berarti semakin kecil ukuran butir bahan baku pembuatan sampel keramik tradisional maka semakin tinggi nilai susut keringnya. Hal ini dikarenakan proses difusi terjadi semakin tinggi atau mengalirnya molekul dalam hal ini air dari daerah yang berkonsenterasi tinggi ke daerah yang berkonsenterasi rendah dalam hal ini udara. Sehingga penyusutan volume yang terjadi semakin besar. Pada proses pengeringan air bergerak dari dalam massa sampel melalui pori-pori ke permukaan dan selanjutnya menguap ke udara. Pengeringan sampel selalu diikuti penyusutan volume. Pada saat lapisan air yang menyelimuti partikel bahan menguap ke udara, partikel-partikel menjadi saling mendekat, akibatnya seluruh massa menyusut. Banyak sedikitnya susut kering tergantung pada ukuran partikel. Untuk bahan berpartikel halus susut keringnya akan relatif besar seperti yang terlihat pada Grafik 4.1



4.2 Uji Susut Bakar Sampel yang dibakar akan mengalami penyusutan ukuran atau volume akibat pembakaran disebut susut bakar. Pengujian susut bakar dilakukan pada sampel dengan setiap ukuran butir yang berbeda. Hasil pengujian susut bakar dapat dilihat pada Tabel 4.2



Universitas Sumatera Utara



28



Tabel 4.2 Hasil Uji Susut Bakar



NO



Ukuran Butir (mesh)



1



100



2



150



3



200



4



300



Ukuran Sampel Basah (p x l x t) (cm) 6 x 4,95 x 1,7 5,95 x 4,9 x 1,7 6 x 4,95 x 1,7 6 x 4,95 x 1,7



Ukuran Sampel Bakar (p x l x t) (cm) 5,9 x 4,9 x 1,65 5,88 x 4,87 x 1,606 5,85 x 4,9 x 1,633 5,85 x 4,87 x 1,615



Volume Basah (cm3)



Volume Bakar (cm3)



Susut Bakar (%)



50,49



47,701



5,523



49,563



45,988



7,213



50,49



46,809



7,290



50,49



46,010



8,873



Dari data Tabel 4.2 menunjukkan bahwa nilai susut bakar optimum pada sampel dengan ukuran bahan baku 300 mesh dengan nilai penyusutan 8,873% dan nilai susut bakar paling rendah pada sampel dengan ukuran bahan baku 100 mesh dengan nilai penyusutan 5,523%. Pada sampel dengan ukuran bahan baku 150 mesh nilai penyusutan 7,213% dan pada sampel dengan ukuran bahan baku 200 mesh dengan nilai penyusustan 7,290%. Hubungan nilai susut kering terhadap ukuran butir bahan baku dapat dilihat seperti pada grafik (Gambar 4.2).



Grafik Susut Bakar Vs Ukuran butir Susut Bakar (%)



10 8



6 y = 0.0153x + 4.3483 R² = 0.9165



4 2 0 0



50



100



150



200



250



300



350



Ukuran Butir (mesh)



Gambar 4.2 Hubungan Susut Bakar Terhadap Ukuran Butir



Gambar 4.2 menunjukkan bahwa grafik hubungan susut bakar terhadap ukuran butir linear naik. Berarti semakin kecil ukuran butir bahan baku



Universitas Sumatera Utara



29



pembuatan sampel keramik tradisional maka semakin tinggi nilai susut bakarnya. Hal ini dikarenakan semakin kecil butiran material, proses sinter berlangsung dengan lebih maksimal karena energi yang diberikan pada proses densifikasi atau pemadatan semakin besar dimana antar butir mendekat secara bersama – sama, kemudian terjadi kecepatan difusi volume yang sangat tinggi sehingga penyusutan berat yang terjadi semakin besar dan didapatkan kerapatan yang lebih tinggi pada material.



4.3 Uji Kekerasan (Hardness Test) Uji kekerasan merupakan salah satu dari uji mekanik, yang memperlihatkan kekerasan suatu bahan dalam hal ini keramik. Pengujian kekerasan ini menggunakan alat Microhardness Tester metode Vickers dengan massa sebesar 5 kg dan waktu penahan 30 detik. Tujuan dilakukan pengujian kekerasan adalah untuk mengetahui nilai kekerasan yang terdapat pada setiap sampel. Hasil uji kekerasan terhadap ukuran butir bahan baku dapat dilihat seperti pada Tabel 4.3.



Tabel 4.3 Hasil Uji Kekerasan No



1 2 3 4



Ukuran Butir (mesh) 100 150 200 300



Kekerasan (MPa) Rata-Rata



Kekerasan (MPa) 1 1.255,674 1.646,115 1.789,2203 2.103,37



2 1.423,516 1.524,4023 1.734,076 2.205,475



3 1.246,145 1.501,9107 1.949,9055 2.227,54



1.308,445 1.557,476 1.827,4006 2.223,107



Pada Tabel 4.3 menunjukkan bahwa nilai kekerasan pada sampel dengan ukuran butir 100 mesh adalah 1.308,445 MPa, 150 mesh 1.557,476 MPa, 200 mesh 1.827,4006 MPa, dan 300 mesh, 2.223,107 MPa. Nilai kekerasan optimum pada sampel dengan ukuran butir bahan baku 300 mesh dengan nilai kekerasan 2.223,107 MPa. Hubungan nilai kekersan terhadap ukuran butir bahan baku dapat dilihat seperti pada grafik (Gambar 4.3).



Universitas Sumatera Utara



30



Kekerasan (MPa)



Grafik Kekerasan Vs Ukuran butir 2,500.00 2,000.00 1,500.00



y = 4.5736x + 871.55 R² = 0.9945



1,000.00 500.00 0.00 0



50



100



150



200



250



300



350



Ukuran Butir (mesh)



Gambar 4.3 Hubungan Kekerasan Terhadap Ukuran Butir Gambar 4.3 menunjukkan bahwa grafik linear naik. Berarti semakin kecil ukuran butir bahan baku pembuatan sampel keramik tradisional maka semakin tinggi nilai kekerasannya. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecilnya ukuran butir bahan baku keramik, pori di keramik semakin mengecil. Semakin kecil ukuran butir bahan baku maka laju reaksi pembakaran semakin cepat, proses sinter berlangsung dengan lebih maksimal karena energi yang diberikan pada proses densifikasi atau pemadatan semakin besar dimana antar butir mendekat secara bersama – sama dan membentuk ikatan ion dan ikatan kovalen yang lebih kuat. Sehingga keramik dengan ukuran partikel yang lebih kecil memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi.



4.4 Uji Kuat Tekan Kuat tekan merupakan gaya persatuan luas pada suatu benda yang cenderung mengakibatkan benda tersebut mengalami deformasi. Pengujian kuat tekan dilakukan pada sampel keramik yang dibuat dengan variasi bahan baku keramik yaitu 100 mesh, 150 mesh, 200 mesh, 300 mesh yang dibakar pada suhu 1000 C selama 5 jam. Hasil uji kuat tekan terhadap ukuran butir bahan baku dapat dilihat seperti pada Tabel 4.4.



Universitas Sumatera Utara



31



Tabel 4.4 Hasil Uji Kuat Tekan Sample



Lebar (mm)



Tebal (mm)



Luas Permukaan (mm2)



Beban Maks (kgf)



Gaya Maks (N)



Kuat Tekan (MPa)



1



48,5



17,5



848,75



1.605,920



15.738,024



18,542



2



48,5



17,5



848,75



1.760,845



17.273.891



20,352



3



48,5



17,5



848,75



2.493,830



24.439,539



28,794



4



48,5



17,5



848,75



3.964,639



38.853,463



45,777



Pada Tabel 4.4 menunjukkan bahwa nilai kuat tekan pada sampel dengan ukuran butir 100 mesh adalah 18,542 MPa, 150 mesh 20,352 MPa, 200 mesh 28,794 MPa, dan 300 mesh, 45,777 MPa. Nilai kuat tekan optimum pada sampel dengan ukuran butir bahan baku 300 mesh dengan nilai kuat tekan 45,777 MPa. Hubungan nilai kuat tekan terhadap ukuran butir bahan baku dapat dilihat seperti pada grafik (Gambar 4.4).



Grafik Kuat Tekan Vs Ukuran butir Kuat Tekan (MPa)



50 40 30 y = 0.1428x + 1.5879 R² = 0.9615



20 10 0



0



50



100



150



200



250



300



350



Ukuran Butir (mesh)



Gambar 4.4 Hubungan Kuat Tekan Terhadap Ukuran Butir



Pada Gambar 4.4 menunjukkan bahwa semakin kecil ukuran butir bahan baku pembuatan sampel keramik tradisional maka semakin tinggi nilai kuat tekannya.



Universitas Sumatera Utara



32



Hal ini dapat dipengaruhi oleh gradasi ukuran butir bahan baku yang berpengaruh pada kepadatan dan tingkat porositas keramik. Susunan butiran (gradasi) yang baik dapat menghasilkan kepadatan maksimum dan porositas minimum. Sehingga keramik dengan ukuran butir yang lebih kecil memiliki ketahanan terhadap beban axial yang diberikan kepada keramik.



4.5 Kandungan Unsur dan Mikrostruktur Menggunakan SEM-EDX 4.5.1 Kandunagn Unsur dan Mikrostruktur Clay Telah dikarakterisasi kandungan unsur pada bahan dasar pembuatan keramik, yaitu clay dengan menggunakan SEM EDX dan untuk mengetahui mikrostruktur pada clay. Kandungan unsur pada bahan clay ditunjukkan pada Gambar 4.5



Gambar 4.5 Kandungan Unsur Bahan Clay dengan SEM EDX



Pada Gambar 4.5 menunjukkan ada beberapa unsur yang terkandung dalam clay. Diantara unsur tersebut adalah: Oxigen sebesar 55,13%, Sodium sebesar 0,73%, Magnesium sebesar 0,62%, Aluminium sebesar 13,41%, Silicon sebesar 24,40%, Potassium sebesar 1,16%, Calcium sebesar 0,36%, Titanium sebesar 0,60%, dan Iron sebesar 3,61%. Dari data kandungan unsur pada Gambar 4.5 menunjukkan



Universitas Sumatera Utara



33



benar bahwa bahan yang dikarakterisasi adalah clay dilihat dari kesesuain unsur yang terkandung pada clay secara teori (Ariesnawan R Adi, 2015)



(a)



(b) Gambar 4.6 (a) Mikrostruktur clay (b) Mikrostruktur clay dengan ukuran diameter pori



Gambar 4.6 (a) merupakan mikrostruktur dari bahan clay pada perbesaran 2500 kali. Gambar ini menunjukkan mikrostruktur clay memiliki permukaan yang tidak merata dan terdapat rongga-rongga. Gambar 4.6 (b) merupakan mikrostruktur dari bahan clay pada perbesaran 2500 kali. Telah dilakukan pengukuran diameter pori pada 6 titik dengan masing masing diameter 4,601µm, 1,429 µm, 0,9028 µm, 3,038 µm, 1,401µm, dan 1,429 µm dengan rata-rata diameter pori adalah 2,133µm



Universitas Sumatera Utara



34



4.5.2 Kandungan Unsur dan Mikrostruktur Feldspar Telah dikarakterisasi kandungan unsur pada bahan dasar pembuatan keramik, yaitu feldspar. Karakterisasi dilakukan dengan SEM EDX untuk mengetahui kandungan unsur yang terdapat pada feldspar dan hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4.7



Gambar 4.7 Kandungan Unsur Feldspar dengan SEM EDX Pada Gambar 4.7 menunjukkan ada beberapa unsur yang terkandung dalam feldspar. Diantara unsur tersebut adalah: Oxigen sebesar 50,51%, Sodium sebesar 5,72%, Aluminium sebesar 10,77%, Silicon sebesar 26,40%, Potassium sebesar 1,52%, Calcium sebesar 1,41%, dan Carbon sebesar 3,67%. Dari data kandungan unsur pada Gambar 4.7 menunjukkan benar bahwa bahan yang dikarakterisasi adalah feldspar dilihat dari kesesuain unsur yang terkandung. (Haris, 2014)



(a)



Universitas Sumatera Utara



35



(b)



Gambar 4.8 (a) Mikrostruktur feldspar (b) Mikrostruktur feldspar dengan ukuran diameter pori



Gambar 4.8 (a) merupakan mikrostruktur dari feldspar pada perbesaran 2500 kali. Gambar ini menunjukkan feldspar memiliki mikrostruktur yang mirip seperti beningan kaca berwarna putih. Gambar 4.8 (b) menunjukkan ukuran diameter pori feldspar pada perbesaran 2500 kali. Telah dilakukan pengukuran diameter pori pada 7 titik dengan masing-masing diameter 0,8041µm, 1,295µm, 0,848µm, 0,9392µm, 1,252µm, 0,625µm, dan 1,385µm dengan rata-rata diameter pori 1,0211



4.5.3 Kandungan Unsur dan Mikrostruktur Kuarsa Telah dikarakterisasi kandungan unsur pada bahan dasar pembuatan keramik, yaitu kuarsa. Karakterisasi dilakukan dengan SEM EDX untuk mengetahui kandungan unsur yang terdapat pada kuarsa dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 4.9.



Universitas Sumatera Utara



36



Gambar 4.9 Kandungan Unsur Kuarsa dengan SEM EDX



Pada Gambar 4.9 menunjukkan ada beberapa unsur yang terkandung dalam kuarsa. Diantara unsur tersebut adalah: Oxigen sebesar 47,36%, Aluminium sebesar 0,49%, Silicon sebesar 44,71%, dan Carbon sebesar 7,44%. Dari data kandungan unsur pada Gambar 4.9 menunjukkan benar bahwa bahan yang dikarakterisasi adalah kuarsa dilihat dari kesesuain unsur yang terkandung pada kuarsa secara teori. (Metungku N A. 2017)



(a)



Universitas Sumatera Utara



37



(b) Gambar 4.10 (a) Mikrostruktur kuarsa (b) Mikrostruktur kuarsa dengan ukuran diameter pori



Gambar 4.10 (a) merupakan mikrostruktur dari kuarsa pada perbesaran 2500 kali. Gambar ini menunjukkan kuarsa memiliki mikrostruktur yang cukup padat namun juga banyak rongga. Gambar 4.10 (b) menunjukkan diameter pori-pori pada kuarsa. Pengukuran dilakukan pada 8 titik dengan masing-masing diameter 1,905µm, 1,027µm, 1,579µm, 0,727µm, 0,402 µm, 0,446µm, 0,357µm, dan 0,568 µm dengan rata-rata ukuran diameter pori adalah 0,876 µm.



4.5.4 Kandunngan Unsur dan Mikrostruktur Kaolin Telah dikarakterisasi kandungan unsur pada bahan dasar pembuatan keramik, yaitu kaolin. Karakterisasi ini dilakukan dengan SEM EDX, kandungan unsur yang terdapat pada kaolin ditunjukkan pada Gambar 4.11.



Gambar 4.11 Kandungan Unsur Kaolin dengan SEM EDX



Universitas Sumatera Utara



38



Pada Gambar 4.11 menunjukkan ada beberapa unsur yang terkandung dalam kaolin. Diantara unsur tersebut adalah: Oxigen sebesar 52,88%, Aluminium sebesar 11,42%, Silicon sebesar 9,98%, Potassium sebesar 0,34% dan Carbon sebesar 25,39%. Gambar 4.11 menunjukkan benar bahwa bahan yang dikarakterisasi adalah kaolin dilihat dari kesesuain unsur yang terkandung. (Darmawan, 2017)



(a)



(b)



Gambar 4.12 (a) Mikrostruktur kaolin (b) Mikrostruktur kaolin dengan ukuran diameter pori



Gambar 4.12 (a) merupakan mikrostruktur dari bahan kaolin pada perbesaran 2500 kali. Gambar ini menunjukkan mikrostruktur kaolin ada penggumpalan di beberapa titik. Pada Gambar 4.12 (b) menunjukkan diameter pori kaolin yang diambil pada 5 titik yaitu 0, 893 µm, 1,117µm, 1,340µm, 1,295 µm, dan 1,385 µm. dengan rata-rata ukuran diameter pori adalah 1,206 µm.



Universitas Sumatera Utara



39



4.6 Kandungan Unsur dan Mikrostruktur Keramik dengan SEM-EDX Telah dikarakterisasi kandungan unsur pada keramik. Karakiterisasi ini dilakukan dengan SEM-EDX untuk mengetahui kandungan unsur yang terdapat pada keramik ditunjukkan pada Gambar 4.13



Gambar 4.13 Kandungan Unsur Keramik dengan SEM EDX



Pada gambar 4.13 menunjukkan beberapa unsur yang terkandung dalam keramik. Diantara unsur tersebut adalah Oxigen sebesar 50,65%, Sodium sebsar 2,45%, Aluminium sebesar 16,52%, Silicon sebesar 28,00%, Potassium sebesar 1,01% dan Iron sebesar 1,36%. Dari Gambar 4.13 menunjukkan bahwa ada beberapa unsur yang hilang akibat pembakaran seperti Titanium, Magnesium, Calcium, dan Carbon.



(a)



Universitas Sumatera Utara



40



(b) Gambar 4.14 (a) Mikrostruktur Keramik (b) Mikrostruktur keramik dengan ukuran diameter pori



Gambar 4.14 (a) menunjukkan mikrostruktur keramik terjadi penumpukkan pada beberapa titik. Berwarna bersinar akibat campuran bahan feldspar, bahan clay yang berwarna gelap, berwarna abu-abu muda karena bahan kuarsa dan berwarna putih karena campuran kaolin. Tampak kurang homogen pada sampel. Pada gambar 4.14 (b) menunjukkan diameter pori pada keramik dilakukan pengukuran pada 8 titik. Dengan masing masing diameter 3,976 µm, 5,941µm, 2,546 µm, 1,653 µm, 1,474 µm, 1,027 µm, 0,786 µm, dan 1,117 µm. dengan rata-rata diameter pori-pori pada keramik ialah 2,315 µm



Universitas Sumatera Utara



41



4.6 Hasil Uji DTA Pada pengujian ini digunakan Thermal Analysis DT-30 ShimadzuJAPAN. Untuk menguji keramik dengan ukuran butir bahan baku 100 mesh, 150 mesh, 200 mesh dan 300 mesh. Alat ini dioperasikan dari temperatur kamar hingga 9500C dengan heating speed 15



0



C/menit. Alat ini



menggunakan termokopel pada pengoperasiannya, dengan skala tegangan 15 mV dimana untuk menguji ketahanan panas suatu material digunakan bahan pembanding yaitu Al2O3 karena kestabilannya terhadap perlakuan panas hingga 1000 an 0C. Pada pengujian DTA ini hasil pengujian dibaca pada kertas grafik yang menunjukkan 2 garis yaitu garis DTA dan garis temperatur. Garis DTA yang membentuk peak ke kiri atau ke kanan menyatakan terjadi reaksi eksoterm atau endoterm. Apabila terjadi reaksi eksoterm atau endoterm, pembacaan suhu terjadinya reaksi tersebut dilihat di skala 15 mV pada grafik sesuai dengan skala yang digunakan. Pulpen penggambar grafik pada garis DTA dan temperatur memiliki selisih posisi 2 kotak pada kertas grafik sehingga cara membacanya diturunkan 2 kotak dari titik terjadinya reaksi eksoterm atau endoterm yang menunjukkan adanya peleburan atau deformasi pada garis DTA kemudian ditarik garis kearah skala 15 mV, sehingga diketahuilah suhu terjadinya reaksi tersebut.



4.6.1 Hasil Uji DTA Pada Bahan Baku 100 mesh Hasil pengujian DTA pada bahan baku 100 mesh (LAMPIRAN E) menujukkan bahwa temperatur sampel dan temperatur referensi berada pada satu garis DTA, tidak menunjukkan terjadi reaksi eksoterm atau endoterm yang berarti tidak ada perbedaan temperatur antara material sampel dengan material referensi, dimana kedua spesimen diperlakukan dibawah temperatur yang identik di dalam lingkungan pemanasan hingga suhu 950 oC. Pembacaaan dilakukan pada skala 15 mV sesuai dengan skala yang digunakan pada pengujian ini. Hal ini berarti keramik tidak mengalami peleburan atau deformasi sampai pemanasan 950 oC.



Universitas Sumatera Utara



42



4.6.2 Hasil Uji DTA Pada Bahan Baku 150 mesh Hasil pengujian DTA pada bahan baku 150 mesh (LAMPIRAN E) menujukkan bahwa temperatur sampel dan temperatur referensi berada pada satu garis DTA, tidak menunjukkan terjadi reaksi eksoterm atau endoterm yang berarti tidak ada perbedaan temperatur antara material sampel dengan material referensi, dimana kedua spesimen diperlakukan dibawah temperatur yang identik di dalam lingkungan pemanasan hingga suhu 950 oC. Pembacaaan dilakukan pada skala 15 mV sesuai dengan skala yang digunakan pada pengujian ini. Hal ini berarti keramik tidak mengalami peleburan atau deformasi sampai pemanasan 950 oC.



4.6.3 Hasil Uji DTA Pada Bahan Baku 200 mesh Hasil pengujian DTA pada bahan baku 200 mesh (LAMPIRAN E) menujukkan bahwa temperatur sampel dan temperatur referensi berada pada satu garis DTA, tidak menunjukkan terjadi reaksi eksoterm atau endoterm yang berarti tidak ada perbedaan temperatur antara material sampel dengan material referensi, dimana kedua spesimen diperlakukan dibawah temperatur yang identik di dalam lingkungan pemanasan hingga suhu 950 oC. Pembacaaan dilakukan pada skala 15 mV sesuai dengan skala yang digunakan pada pengujian ini. Hal ini berarti keramik tidak mengalami peleburan atau deformasi sampai pemanasan 950 oC.



4.6.4 Hasil Uji DTA Pada Bahan Baku 300 mesh Hasil pengujian DTA pada bahan baku 300 mesh (LAMPIRAN E) menujukkan bahwa temperatur sampel dan temperatur referensi berada pada satu garis DTA, tidak menunjukkan terjadi reaksi eksoterm atau endoterm yang berarti tidak ada perbedaan temperatur antara material sampel dengan material referensi, dimana kedua spesimen diperlakukan dibawah temperatur yang identik di dalam lingkungan pemanasan hingga suhu 950 oC. Pembacaaan dilakukan pada skala 15 mV sesuai dengan skala yang digunakan pada pengujian ini. Hal ini berarti keramik tidak mengalami peleburan atau deformasi sampai pemanasan 950 oC.



Universitas Sumatera Utara



43



BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu : 1) Keramik tradisional dapat dibuat dengan pencampuaran empat bahan baku yaitu kaolin, kuarsa, feldspar dan clay. 2) Ukuran bahan baku yang optimum dari variasi 100 mesh, 150 mesh, 200 mesh, dan 300 mesh yaitu pada ukuran butir bahan baku 300 mesh. Berdasarkan hasil pengujian susut kering, susut bakar, uji kekerasan, dan uji kuat tekan. 3) Semakin kecil ukuran butir bahan baku semakin meningkatkan sifat fisis dan sifat mekanik keramik. Tetapi untuk sifat termal tidak ada pengaruh yang signifikan.



5.2 Saran 1. Sebaiknya pada penelitian selanjutnya percampuran bahan dilakukan hingga pencampuran homogen. 2. Sebaiknya pada penelitian selanjutnya dilakukan pengujian pemuaian linear, untuk mengetahui pemuaian yang terjadi.



Universitas Sumatera Utara



44



DAFTAR PUSTAKA



Abduh, S. 2003. Teori Kegagalan Isolasi. Universitas Trisakti Press. Jakarta. Ariesnawan, R Adi. 2015. Karakteristik Mekanik dan Dinamik Clay Shale Kabupaten Tuban Terhadap Perubahan Kadar Air. [Tesis]. Surabaya: Institut Sepuluh November. Program Pascasarjana. Asmuni. 2000. Karakterisasi Pasir Kuarsa dengan Metode XRD. Medan: USU. Astuti, A. 1997. Pengetahuan Keramik. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Budihartono, Sigit. 2012. Pengaruh Pressureleses Sintering Komposit AlKaolin Terhadap Densitas, Kekerasan dan Struktur Makro. Traksi Vol. 12 No. 1 Juni 2012. Darmawan, Rahmad. 2017. Sintesis dan Karakterisasi Zeolit NaA Dari Kaolin dan Metakaolin Sebagai Adsorben Logam Tembaga (Cu), Besi (Fe), dan Timbal (Pb) Pada Limbah Logam Laboratorium. [Skripsi]. Malang : Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang. Dewi, Maulida E. 2018. Pengaruh Penambahan Material Feldspar Terhadap Kualitas Keramik Gerabah. [Skripsi]. Lampung : Universitas Lampung. Garinas, Wahyu. 2016. Proses Pembuatan dan Pengujian Benda Uji Keramik Untuk Bahan Baku Isolator Keramik Porselen. Majalah Ilmiah Pengkajian Industri. Vol. 10. 10.29122/mipi.v10i3.487. Grant, N. M & Suryanayana, C. 1998. X - Ray Diffraction : A Partical Approach. New York : Plennum Press. Grega Klančnik, Jožef Medved, Primož Mrvar. 2009. Differrential Thermal Analysis (DTA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) As A Method of Material Investigation. R M Z. 2010. Materials and Geoenvironment. Vol. 57, No. 1, pp. 127 – 142. G. Sumer. 1998. The Physical Properties Of The Red Clay From The Kayakent Eskisehir Region. Turkey And Its Usage In Ceramic Bodies. Tile & Brick Int. Volume 14 No 6. Haris, Oacar. 2014. Analisis Kegagalan Bitnik Hitam Pada Permukaan Keramik Peralatan Makan. Jurnal Magister Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti. Hal 3-4. Harper, C. A. 2001. Handbook of Ceramics, Glasses and Diamonds. McGrawHill. USA. Hatta, D. 2011. Pengaruh Penggunaan Membran Keramik Berbasis Zeolit, Silika dan Karbon Aktif Terhadap Gas CO Dan CO2 Pada Gas Buang Kendaraan Bermotor. Jurnal Sintesa Kemika. Volume 18 (1). Palembang : Universitas Sriwijaya. Hőhne, G W H et al. 2003. Differential Scanning Calorimetry. Verlag Berlin Heidelberg. Jerman Husaini, Kusmono. 2011. Studi Sifat Mekanik Komposit Hibrid Unsaturated Polyester / Clay / Serat Glass. Di dalam : Peranan Sains Dan Teknologi Untuk Meningkatkan Kapasitas Inovasi Dalam Rangka Mempercepat Kemandirian Ekonomi Nasional. Prosiding Industrial Research Workshop An National Seminar. Bandung. Politeknik Negeri Bandung. Hal 1-5.



Universitas Sumatera Utara



45



H.K.D. H. Badeshia. Thermal Analysis Techniques. University of Cambridge, Materials Science & Metalurgy. Kartika ratri, Aamaryllis. Sriatun. Adi, Darmawan. 2008. Pengaruh Serbuk Kaca dan Variasi Suhu Pembakaran pada Pembuatan Genteng Lempung Sedimentasi Banjir Kanal Timur Kota Semarang terhadap Kuat Tekan serta Daya Serapnya terhadap Air. Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi. Vol 11. No 3. Kimambo V, Philip J Y N, Lugwisha E H. Suitability of Tanzanian Kaolin, Quartz and Feldspar as Raw Materials for the Production of Porcelain Tiles. International Journal of Science, Technology and Society. Vol. 2 No. 6 2014, pp. 201-209. doi: 10.11648/j.ijsts.20140206.17. Mkrtchyan, R. V, A. A. Ismatov, & R. A. Musaev. 2002. Clay Shale from The Dzherdanakskoe Deposit : a High – Quality Ceramic Material. Journal Glass and Ceramics. Vol 59, No. 5-6, 2002, 177-179. Muhdarina, Mohammad, A. W., dan Muchtar, A. 2010. Prospektif Lempung Alam Cengar Sebagai Adsorben Polutan Anorganik Di Dalam Air :Kajian Kinetika Adsorpsi Kation Co(II). Reaktor. Vol. 13 No. 2, Desember 2010, Hal. 81-88. Murray A S, et al. 2000. Optical Dating of Singel Sand-Sized Grains of Quartz, Sources of Variability. Radiat. Meas. 32, 435-437. Nuryanto, dan Taufik, D. 1991. Evaluasi Beberapa Ball Clay di Pulau Jawa. Balai Besar Keramik, Bandung. Ramlan R, Bama A A. 2011. Pengaruh Suhu dan Waktu Sintering Terhadap Sifat Bahan Porselen Untuk Elektronik Padat ( Komponen Elektronik ). Jurnal Penelitian Sains. Razak, R. A. 1978. Industri Keramik. Balai Pustaka. Jakarta. Setiabudy, Rudy. 2007. Material Teknik Listrik. Universitas Indonesia (UI-Press). Jakarta. Shaise Jacob. Differential Thermal Analysis ( DTA ). Nirmala College of Pharmacy. India. Smallman, R ., & Bishop, R. 1999. Modern Physics Metallurgy and Materials Engineering. Oxford : Butterworth-Heinemann. Subriyer, N. 2013. Aplikasi Filter Keramik Berbasis Tanah Liat Alam Dan Zeolit Pada Pengolahan Air Limbah Hasil Proses Laundry. Jurnal Bumi Lestari. Volume 13 (1) Halaman 45-51. Palembang : Universitas Sriwijaya. Surdia, Tata. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Paradnya Paramita. Jakarta. Suwardono. 2002. Mengenal Keramik Hias. CV. Yrama Widya. Bandung. Van Vlack, L. 1985. Ilmu dan Teknologi Bahan. Erlangga. Jakarta. Widyawati, N. 2012. Analisa Pengaruh Heating Rate Terhadap Tingkat Kristal Dan Ukuran Butir Lapisan BZT Yang Ditumbuhkan Dengan Metode Sol Gel. Surakarta: Universitas Sebelas Maret. Worral, W. E. 1986. Clays and Ceramic Raw Materials. 2nd edition. London. Elsivier Applied Science Publisher. 1986. Yeggi, D. 2013. Ekstraksi Alumunium Dari Tanah Lempung Gambut Sebagai Koagulan Cair. Jurnal Teknik Lingkungan Volume 10 (1) Halaman : 1119. Padang: Universitas Andalas.



Universitas Sumatera Utara



46



LAMPIRAN A



PERALATAN DAN BAHAN



1. Bahan



Gambar 1.Bongkahan Clay



Gambar 3.Feldspar yang sudah diayak



Gambar 2. Clay yang sudah diayak



Gambar 4. Kaolin yang sudah diayak



Gambar 5.Kuarsa yang sudah diayak Gambar



6. Aquades



Universitas Sumatera Utara



47



2. Alat



Gambar 1 : Ayakan



Gambar 3 : Vibrator



Gambar 4 : Neraca Digital



Gambar 2 : Plastik Clip



Gambar 4 : Hydraulic Press



Gambar 5 : Mortar



Universitas Sumatera Utara



48



Gambar 6 : Spatula



Gambar 7 : Blender



Gambar 8: Tanur



Gambar 9 : Jangka Sorong



Gambar 10 : stopwatch



Gambar 11. Cetakan



Universitas Sumatera Utara



49



LAMPIRAN B HASIL PERHITUNGAN UJI SUSUT KERING DAN SUSUT BAKAR



1. Hasil Pengujian Susut Kering Berikut ini adalah hasil pengujian susut kering pada keramik dengan bahan baku kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay dengan variasi ukuran bahan baku ; 100 mesh, 150 mesh, 200 mesh, 300 mesh. Dengan menggunakan rumus :



% susut kering =



x 100%



a) Keramik pada bahan baku 100 mesh % susut kering =



x 100% =



x 100%



= 0,01616 x 100% = 1,616 %



b) Keramik pada bahan baku 150 mesh % susut kering =



x 100% =



x 100%



= 0,01825 x 100% = 1,825 %



c) Keramik pada bahan baku 200 mesh % susut kering =



x 100% =



x 100%



= 0,03002 x 100% = 3,002 %



Universitas Sumatera Utara



50



d) Keramik pada bahan baku 300 mesh % susut kering =



x 100% =



x 100%



= 0,03561 x 100% = 3,561 %



2. Hasil Pengujian Susut Bakar Berikut ini adalah hasil pengujian susut bakar pada keramik dengan bahan baku kaolin, kuarsa, feldspar, dan clay dengan variasi ukuran bahan baku ; 100 mesh, 150 mesh, 200 mesh, 300 mesh pada suhu 10000C. Dengan menggunakan rumus :



% susut bakar =



x 100%



a.) Keramik pada bahan baku 100 mesh % susut bakar =



x 100% =



x 100%



= 0,05523 x 100% = 5,523 %



b.) Keramik pada bahan baku 150 mesh % susut bakar =



x 100% =



x 100%



= 0,07213 x 100% = 7,213%



c.) Keramik pada bahan baku 200 mesh % susut bakar =



x 100%



Universitas Sumatera Utara



51



=



x 100%



= 0,0729 x 100% = 7,290 %



e) Keramik pada bahan baku 300 mesh % susut bakar =



x 100% =



x 100%



= 0,08873 x 100% = 8,873 %



LAMPIRAN C HASIL PERHITUNGAN UJI KEKERASAN



a) Keramik dengan ukuran bahan baku 100 mesh = 1.255,674 x 10-6 N/m2 = 1.255,674 MPa



= 1.423,516 x 10-6N/m2 = 1.423,516 Mpa



= 1.246,145 x 10-6 N/m2 = 1.246,145 MPa



HV =



=



(



)



=1.308.445 MPa



Universitas Sumatera Utara



52



b) Keramik dengan ukuran bahan baku 150 mesh = 1.646,115 x 10-6 N/m2 = 1.646,115 MPa



= 1.524,4023 x 10-6N/m2 = 1.524,4023 MPa



= 1.501,9107 x 10-6 N/m2 = 1.501,9107 MPa



HV =



=



(



)



= 1.557,476 MPa



c) Keramik dengan ukuran bahan baku 200 mesh = 1.789,2203 x 106 N/m2 = 1.789,2203 MPa



= 1,734076 x 106N/m2 = 1.734,076 MPa



= 1.949,9055 x 10-6 N/m2 = 1.949,9055 MPa



HV =



=



(



)



= 1.827,4006 MPa



d) Keramik dengan ukuran bahan baku 300 mesh = 2.103,37 x 10-6 N/m2



Universitas Sumatera Utara



53



= 2.103,37 MPa



= 2.205,475 x 10-6N/m2 = 2.205,475 Mpa



= 2.227,54 x 106 N/m2 = 2.227,54 MPa



HV =



=



(



)



= 2.223,107MPa



LAMPIRAN D HASIL PERHITUNGAN UJI KUAT TEKAN



a) Keramik dengan ukuran bahan baku 100 mesh



18,5425918 x 106 N/m2 18,5425918 MPa



b) Keramik dengan ukuran bahan baku 150 mesh



20,35215474 x 106 N/m2 20,35215474 MPa



Universitas Sumatera Utara



54



c) Keramik dengan ukuran bahan baku 200 mesh



28,79474413 x 106 N/m2 28,79474413 MPa



d) Keramik dengan ukuran bahan baku 300 mesh



45,77727605 x 106 N/m2 45.77727605 MPa



Universitas Sumatera Utara



55



LAMPIRAN D HASIL UJI DTA



Universitas Sumatera Utara



56



Universitas Sumatera Utara



57



Universitas Sumatera Utara



58



Universitas Sumatera Utara



59



Universitas Sumatera Utara