pengelompokan bahan
Post on 05-Aug-2015
140 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Pengelompokan Bahan
Disusun Oleh:
1. Atikah Risyad (110405048)
2. Oktris Novali Gusti (110405050)
3. Adrian Hartanto (110405051)
4. Rahayu Wulandari (110405052)
5. Randi Sitorus (110405054)
Universitas Sumatera Utara
Fakultas Teknik
Departemen Teknik Kimia
Medan
2012
Bahan logam
Bahan teknik secara umum dapat digolongkan dalam kelompok logam
dan bukan logam. Selain dua kelompok tersebut ada kelompok lain yang dikenal
dengan nama metaloid (menyerupai logam) yang sebenarnya termasuk bahan
bukan logam.
Dari semua golongan logam dapat dibedakan menjadi lima bagian yaitu :
1. Logam berat adalah logam yang berat jenisnya lebih besar dari 5 kg/dm3.
Misalnya : nikel, kromium, tembaga, timah, seng, dan besi.
2. Logam ringan adalah logam yang berat jenisnya lebih kecil dari 5 kg/dm3.
Misalnya : aluminium, magnesium, natrium, titanium, dan lain-lain.
3. Logam mulia adalah logam yang dalam keadaan tunggal sudah dapat
dipakai sebagai bahan teknik atau dengan kata lain, dalam keadaan murni
tanpa dicampur dengan bahan logam lain sudah dapat diproses menjadi
barang jadi atau setengah jadi dengan sifat-sifat yang baik sesuai dengan
yang diinginkan. Pada umumnya bahan logam belum memenuhi syarat
bahan teknik apabila tidak dicampur dengan bahan yang lain, kecuali
logam mulia. Beberapa logam mulia yang kita kenal adalah emas, perak
dan platina.
4. Logam refraktori yaitu logam tahan api. Misalnya : wolfram,
molebdenum, dan titanium.
5. Logam radioaktif adalah bahan yang menunjukkan gejala radioaktif
karena berupa radionuklida. Radioaktif adalah radiasi elektromagnetik
dan penyebaran partikel pada saat terjadi perubahan spontan suatu inti
atom. Beberapa logam radioaktif yang kita kenal adalah uranium, radium
dan plutonium.
Dalam praktek, bahan logam yang digunakan bukan merupakan logam
murni melainkan logam paduan. Logam murni dalam pengertian ini adalah logam
yang tidak dicampur dengan unsur lainnya atau dengan kata lain, logam yang
diperoleh dari alam (hasil tambang) dalam keadaan murni dengan kadar
kemurnian 99,99 %.
Dengan memadukan dua logam atau lebih, dapat diperoleh sifat-sifat
yang lebih baik dari pada logam aslinya. Misalnya tembaga dan timah, keduanya
adalah logam yang lunak, bila dipadukan menjadi logam yang keras dan kuat
dengan nama perunggu. Besi murni adalah bahan yang lunak sedangkan zat
arang (bukan logam) adalah bahan yang rapuh, paduan besi dengan zat arang
menjadi baja yang keras dan liat.
Logam pada umumnya terdapat di alam (tambang) dalam bentuk bijih-
bijih berupa batuan atau mineral. Bijih logam tersebut masih terikat dengan
unsur-unsur lain sebagai oksida, sulfida atau karbonat.
Logam berat dan logam ringan menurut keberadaannya terdapat dalam
dua bentuk yaitu logam murni dan logam paduan.
1. Logam murni yaitu logam dengan sifat-sifat :
a. Kadar kemurnian 99,9 %.
b. Kekuatan tarik rendah
c. Titik lebur tinggi
d. Daya hantar listrik baik
e. Daya tahan terhadap karat baik
2. Logam paduan yaitu logam campuran dari dua macam logam atau lebih
yang dicampur satu sama lain dalam keadaan cair, sehingga mempunyai
sifat-sifat :
a. Kekerasan dapat ditingkatkan dari kekerasan logam asalnya.
b. Kekuatan tarik dapat diperbesar
c. Daya pemuaian dapat dikurangkan
d. Titik lebur dapat diturunkan atau dinaikkan dibanding logam-logam
asalnya.
Macam-macam logam paduan yaitu;
1. Paduan tuang
2. Paduan tempa
Dalam logam paduan dikenal perbedaan antara paduan logam berat dan
paduan logam ringan. Diantara paduan logam berat yang kita kenal antara lain
sebagai berikut:
1. Kuningan atau loyang yaitu paduan antara tembaga dengan seng dan
sedikit tambahan timbal.
2. Perunggu yaitu campuran antara tembaga, timah, sedikit seng dan timbal.
3. Paduan nikel untuk logam-logam tahan karat, misalnya monel, metal dan
sebagainya.
4. Paduan seng untuk alat-alat ukur dan bagian-bagian mesin.
Sedangkan untuk paduan logam ringan kita kenal antara lain sebagai
berikut:
1. Aluminium dan paduannya yang banyak digunakan untuk paduan logam
ringan, misalnya duralumin yang biasa digunakan untuk badan pesawat
terbang, kendaraan bermotor, kapal pesiar, alat-alat rumah tangga dan
sebagainya.
2. Paduan magnesium digunakan hanya bila dalam konstruksi mesin yang
faktor berat menjadi pertimbangan utama. Sebab magnesium
mempunyai daya gabung yang tinggi terhadap oksigen dan mudah
terbakar.
3. Paduan titanium banyak digunakan untuk paduan aluminium sebagai
logam ringan yang banyak dipakai pada konstruksi pesawat terbang.
Logam juga terbagi atas logam ferro dan non-ferro:
a. Logam ferro
Logam ferro adalah adalah logam besi. Besi merupakan logam yang
penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu lunak dan rapuh sebagai
bahan kerja, konstruksi atau pesawat. Oleh karena itu besi selalu bercampur
dengan unsur lain, terutama zat arang/karbon. Sebutan besi dapat berarti :
1. Besi murni dengan simbol kimia Fe yang hanya dapat diperoleh dengan
jalan reaksi kimia.
2. Besi teknik adalah yang sudah atau selalu bercampur dengan unsur lain.
Besi teknik terbagi atas tiga macam yaitu :
1. Besi mentah atau besi kasar yang kadar karbonnya lebih besar dari 3,7%.
2. Besi tuang yang kadar karbonya antara 2,3 sampai 3,6 % dan tidak dapat
ditempa. Disebut besi tuang kelabu karena karbon tidak bersenyawa
secara kimia dengan besi melainkan sebagai karbon yang lepas yang
memberikan warna abu-abu kehitaman, dan disebut besi tuang putih
karena karbon mampu bersenyawa dengan besi.
3. Baja atau besi tempa yaitu kadar karbonya kurang dari 1,7 % dan dapat
ditempa.
Logam ferro juga disebut besi karbon atau baja karbon. Bahan dasarnya
adalah unsur besi (Fe) dan karbon (C) , tetapi sebenarnya juga mengandung
unsur lain seperti : mangan, fosfor, belerang dan sebagainya yang kadarnya
relatif rendah. Unsur-unsur dalam campuran itulah yang mempengaruhi sifat-
sifat besi atau baja pada umumnya, tetapi unsur zat arang (karbon) yang paling
besar pengaruhnya terhadap besi atau baja terutama kekerasannya. Pembuatan
besi atau baja dilakukan dengan mengolah bijih besi di dalam dapur tinggi yang
akan menghasilkan besi kasar atau besi mentah. Besi kasar belum dapat
digunakan sebagai bahan untuk membuat benda jadi maupun setengah jadi, oleh
karena itu, besi kasar itu masih harus diolah kembali di dalam dapur-dapur baja.
Logam yang dihasilkan oleh dapur baja itulah yang dikatakan sebagai besi atau
baja karbon, yaitu bahan untuk membuat benda jadi maupun setengah jadi.
b. Logam non ferro
Logam non ferro atau logam bukan besi adalah logam yang tidak
mengandung unsur besi (Fe). Logam non ferro murni kebanyakan tidak
digunakan begitu saja tanpa dipadukan dengan logam lain, karena biasanya sifat-
sifatnya belum memenuhi syarat yang diinginkan, kecuali platina, emas dan
perak. Ketiga logam ini tidak dipadukan karena sudah memiliki sifat yang baik,
misalnya ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik serta cukup kuat,
sehingga dapat digunakan dalam keadaan murni. Tetapi karena harganya mahal,
ketiga jenis logam ini hanya digunakan untuk keperluan khusus. Misalnya dalam
teknik proses dan laboratorium di samping keperluan tertentu seperti perhiasan
dan sejenisnya.
Logam non ferro juga digunakan untuk campuran besi atau baja dengan
tujuan memperbaiki sifat-sifat baja. Dari jenis logam non ferro berat yang sering
digunakan uintuk paduan baja antara lain, nikel, kromium, molibdenum, wolfram
dan sebagainya. Sedangkan dari logam non ferro ringan antara lain: magnesium,
titanium, kalsium dan sebagainya.
Bahan Polimer
Polimer lebih dikenal dengan orang awam sebagai plastik. Istilah polimer
terdiri atas kata poli dan meros, poli berarti banyak dan meros artinya bagian.
Polimer merupakan senyawa makromolekul yang terdiri atas molekul sama yang
terikat secara berulang menjadi sebuah rantai panjang. Molekul-molekul
penyusun polimer biasanya diikat oleh ikatan kovalen yang sangat kuat.
Walaupun dikenal orang awam sebagai plastik, polimer memiliki cakupan
senyawa yang sangat luas mulai dari alami sampai sintetis. Cakupan polimer
berasal dari plastik yang digunakan sehari-hari, elastomer (polimer elastis)
sampai polimer alami yang ada pada makhluk hidup seperti polisakarida dan
protein. Namun polimer yang digunakan dalam proses manufaktur biasanya
bersifat sintetis dan tidak terdapat pada makhluk hidup.
Komponen utama dari polimer adalah hidrokarbon (atom karbon dan
hidrogen), contohnya adalah polietilena (PE) yang terdiri atas monomer etena,
yang tersusu secara berulang. Etena memiliki rumus kimia C2H4. Oksigen juga
sering dijumpai pada beberapa polimer, contohnya: polietilen glikol dan
polisakarida (karbohidrat).
Berdasarkan penyusunnya polimer dibagi menjadi:
1. Homopolimer, apabila polimer disusun dari satu jenis monomer yang
berulang-ulang.
2. Kopolimer, apabila polimer disusun dari berbagai jenis monomer yang
berulang-ulang.
Proses pembuatan polimer disebut polimerisasi. Polimerisasi bisa
digolongkan menjadi dua yaitu: polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi.
Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang terjadi berdasarkan pemutusan ikatan
rangkap menjadi ikatan tunggal. Contoh polimer yang terbuat dari proses
polimerisasi adisi adalah Polivinil klorida (PVC) atau dikenal dengan nama
paralon. Polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi yang terjadi karena
pengeluaran molekul-molekul kecil seperti air (H20). Contoh polimer yang terbuat
dari proses polimerisasi kondensasi adalah nilon 6-6. Nilon 6-6 terbentuk dari
monomer heksametilenamina (nama IUPAC, heksana 1,6 diamin) dan monomer
asam adipat (nama IUPAC, asam heksanadioat).
Polimer dibagi menjadi 2 kategori besar yaitu:
1. Termoplastik
Suatu polimer dikatakan bersifat termoplastik apabila polimer tersebut
dipanaskan akan meleleh dan tidak terdekomposisi. Atau dengan kata
lain, polimer termoplastik dapat dibentuk kembali melalui proses
pemanasan. Contoh polimer termoplastik adalah polietilena,
polipropilena, polistirena, polivinil klorida, poli tetrafluoroetana, dll.
2. Termoset
Suatu polimer dikatakan bersifat termoset apabila polimer tersebut
dipanaskan dan terdekomposisi. Contoh polimer termoset adalah bakelit.
Polimer merupakan salah satu bahan yang paling banyak diproduksi
didunia karena peranannya dalam kehidupan sehari-hari. Berikut adalah
beberapa contoh polimer yang paling sering dijumpai di kehidupan sehari-hari:
1. Polietilena (PE)
Polietilena atau polietena merupakan polimer yang digunakan sebagai
ppembungkus, penyelubung kawat dll. Polietilena merupakan gabungan
dari etena yang berulang. Polietilena dibagi menjadi berbagai kelas
menurut densitasnya:
- Low density 0,910-9,925 g/cm3
- Medium density 0,926-0,940 g/cm3
- High density 0,941-0,959 g/cm3
- Very high density 0,959 g/cm3 atau lebih tinggi.
Masing-masing kelompok memiliki sifat yang berbeda. PE dengan densitas
tinggi memiliki titik didih yang lebih tinggi yang lebih rendah.
2. Polipropilena (PP)
Polipropilena atau polipropena mirip dengan polietilena, hanya saja salah
satu atom H pada atom etena digantikan oleh gugus metil (CH3), Sifat-
sifat mekanis PP lebih baik dibandingkan dengan PE, serta titik didih PP
lebih tinggi dibandingkan PE yang densitas tinggi.
3. Polivinil klorida (PVC)
Polivinil klorida adalah polimer mirip polietilena tetapi dengan salah satu
atom H digantikan oleh atom Cl. PVC dibagi atas 2 kelompok yaitu PVC
yang diberi plasticizer dan PVC kaku (tanpa plasticizer). PVC yang diberi
plasticizer dikenal sebagai nama vinyl. Bentuk ini memiliki kekuatan yang
rendah, dan digunakan sebagai imitasi kulit, penutup dinding dll. PVC
tanpa plasticizer merupakan polimer yang sangat kaku dan kuat. Sifat ini
menyebabkan polimer ini sering digunakan sebagai pipa. Bentuk ini lebih
tahan terhadap serangan kimia (baik asam maupun basa), akan tetapi
sangat kurang tahan terhadap pelarut organik.
Bahan Semikonduktor
Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang
berada di antara isolator dan konduktor. Disebut semi atau setengah konduktor,
karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Sebuah semikonduktor akan
bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada
temperatur ruang akan bersifat sebagai konduktor.
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah silikon (Si),
germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan
satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun
belakangan, Silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan
ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke-dua yang ada dibumi
setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang
banyak mengandung unsur silikon.
A. Klasifikasi Semikonduktor
Berdasarkan murni atau tidak murninya bahan, semikonduktor dibedakan
menjadi dua jenis, yaitu semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.
1. Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor yang terdiri atas satu
unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada Kristal semikonduktor Si, 1 atom Si
yang memiliki 4 elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya, Struktur
kristal silikon dan germanium berbentuk tetrahedral dengan setiap atom
memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-atom tetangganya.
2. Semikonduktor Ekstrinsik
Semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni lagi) oleh atom jenis lain
dinamakan semikonduktor ekstrinsik. Proses penambahan atom pengotor pada
semikonduktor murni disebut pengotoran (doping). Dengan menambahkan atom
pengotor (impurities), struktur pita dan resistivitasnya akan berubah.
Ketidakmurnian dalam semikonduktor dapat menyumbangkan elektron
maupun hole dalam pita energi. Dengan demikian, konsentrasi elektron dapat
menjadi tidak sama dengan konsentrasi hole, namun masing-masing bergantung
pada konsentrasi dan jenis bahan ketidakmurnian.
Dalam aplikasi terkadang hanya diperlukan bahan dengan pembawa
muatan elektron saja, atau hole saja. Hal ini dilakukan dengan doping
ketidakmurnian ke dalam semikonduktor. Terdapat tiga jenis semikonduktor
ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p, dan semikonduktor
paduan.
a. Semikonduktor tipe-n
Semikonduktor tipe-n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil
atom pengotor pentavalen (antimony, phosphorus atau arsenic) pada silikon
murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi
sehingga secara efektif memilikimuatan sebesar +5q. Saat sebuah atom
pentavalen menempati posisi atom silicon dalam kisi kristal, hanya empat
elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa
sebuah elektron yang tidak berpasangan.
Dengan adanya energi termal yang kecil saja, sisa elektron ini akan
menjadi elektron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses
hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut
semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal
yang netral. Karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor
ini disebut sebagai atom donor.
b. Semikonduktor tipe-p
Semikonduktor tipe-p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil
atom pengotor trivalen (aluminium, boron, galium atau indium) pada
semikonduktor murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai tiga elektron
valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat
sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk
tigaikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon
yang tidak berpasangan yang disebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari
proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-p karena menghasilkan
pembawa muatan negatif pada kristal yang netral. Karena atom pengotor
menerima elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom aseptor
(acceptor).
c. Semikonduktor Paduan
Semikonduktor paduan (compound semiconductor) dapat diperoleh dari
unsur valensi tiga dan valensi lima (paduan III-V, misalnya GaAs atau GaSb) atau
dari unsur valensi dua dan valensi enam (paduan II-VI, misalnya ZnS). Ikatan
kimia terbentuk dengan peminjaman elektron oleh unsur dengan velensi lebih
tinggi kepada unsur dengan valensi lebih rendah. Atom donor pada
semikonduktor paduan adalah unsur dengan valensi lebih tinggi dibandingkan
dengan unsur yang diganti. Atom akseptor adalah unsur dengan valensi lebih
rendah dibandingkan dengan unsur yang diganti
B. Prinsip Dasar Semikonduktor
Sifat bahan, baik konduktor, isolator, maupun semikonduktor terletak
pada struktur jalur atau pita energi atom-atomnya. Pita energi adalah kelompok
tingkat energi elektron dalam kristal. Sifat-sifat kelistrikan sebuah kristal
tergantung pada struktur pita energi dan cara elektron menempati pita energi
tersebut. Pita energi dibedakan menjadi 3, yaitu:
1. Jalur valensi, jalur dimana elektron dapat lepas dari ikatan atomnya
jika mendapat energi.
2. Jalur konduksi, jalur tempat elektron-elektron dapat bergerak tanpa
dipengaruhi oleh apapun.
3. Jalur larangan, jalur pemisah antara jalur valensi dengan jalur
konduksi.
Yang membedakan apakah bahan itu termasuk konduktor, isolator, atau
semikonduktor adalah energi Gap (Eg). Energi gap adalah energi yang diperlukan
oleh elektron untuk memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah jalur
dari jalur valensi ke jalur konduksi. Satuan energi gap adalah elektron volt (eV).
Satu elektron volt adalah energi yang diperlukan sebuah elektron untuk
berpindah pada beda potensial sebesar 1 volt. Satu elektron volt setara dengan
1,60 x 10-19 Joule.
Bahan Keramik
Kata keramik berasal dari bahasa Inggris “ceramic” yang berasal dari
Yunani, dan secara harfiah merujuk pada semua bentuk tanah liat. Walaupun
demikian, istilah modern meluaskan definisinya untuk merangkumi bahan bukan
logam. Bahan keramik didefinisikan sebagai fase yang merupakan senyawa yang
memiliki unsur logam dan bukan logam. Contoh: Al2O3, gelas anorganik, dll.
Kekerasan dan kerapuhan merupakan ciri umum keramik, disamping itu
keramik juga lebih tahan terhadap suhu tinggi dan lingkungan yang lebih
berat persyaratannya dibandingkan dengan logam atau polime r. Hal ini
disebabkan oleh sifat elektronik atom-atomnya. Unsur logam pada keramik
memberikan elektron luarnya dan unsur non-logam mengikatnya. Akibatnya
elektron tidak dapat bergerak bebas sehingga bahan keramik pada umumya
adalah isolator listrik dan panas yang baik.
Keramik dapat dibagi menjadi dua kategori umum:
1. Keramik tradisional
seperti whiteware, ubin, batu bata, sewer pipe, keramik, dan
roda pengasah.
2. Keramik Industri (juga disebut keramik teknik)
seperti turbin, otomotif, heat exchangers, alat pemotong dll.
Di antara bahan mentah yang paling pertama digunakan untuk
pembuatan keramik adalah tanah liat, yang mana memiliki struktur
seperti lembaran halus. Contoh yang paling umum adalah kaolin (dari
Kaoling, sebuah bukit di Cina). Ini adalah tanah liat putih yang terdiri
dari silikat aluminium, dengan lapisan ikatan lemah berselang-seling
silikon dan ion aluminium. Bila air ditambahkan ke kaolin, air akan meresap
pada lapisan (adsorpsi). Hal ini membuat lapisan licin dan memberi tanah
liat basah yang terkenal baik kelembutan dan sifat
plastik (hydroplasticity) yang membuatnya formable.
Bahan mentah alami untuk membuat keramik yang ditemukan di alam
adalah flint (sebuah batu yang tersusun atas silica yang sangat halus) dan
feldspar (kelompok kristal mineral yang tersusun atas aluminium silikat ditambah
kalium, kalsium atau natrium.
Porselen adalah keramik putih yang terdiri dari kaolin, kuarsa dan
feldspar. Pengunaan porselen paling banyak pada alat-alat kesehatan.
Semua keramik dapat dikatakan dibuat dengan melalui pemanasan pada
temperatur tinggi. Keramik dimanfaatkan karena sifat termalnya yang
unggul, seperti sifat tahan panas, hantaran panas, ketahanan terhadap
kejutan termal, dan sebagainya. .
Salah satu sifat khas dari keramik adalah kestabilan kimia. Sifat kimia dari
permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif. Karbon aktif,
silika gel, zeolit, dsb, mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai
bahan pengabsorb. Kalau oksida logam dipanaskan pada kira-kira 5000C,
permukaannya menjadi bersifat asam atau bersifat basa. Alumina,
zeolit, lempung asam atau S 2O2– TiO2 dan berbagai oksida biner dipakai
sebagai katalis, dengan memanfaatkan aksi katalitik dari titik bersifat asam dan
basa pada permukaan.
Keramik mempunyai banyak manfaat, di antaranya adalah dapat
digunakan sebagai peralatan sehari-hari maupun peralatan industri. Beberapa
jenis keramik juga digunakan dalam kelistrikan karena keramik mempunyai nilai
hambatan listrik yang tinggi. Keramik juga mempunyai sifat magnet yang tinggi,
sehingga keramik digunakan sebagai magnet pada loudspeaker. Oleh karena
keramik sangat tahan panas, keramik banyak digunakan pada sistem dengan
temperatur tinggi. Keramik juga digunakan dalam mesin diesel sebagai
komponen rotor dan turbin, karena ketahanan ausnya yang tinggi. Ini juga
menyebabkan mesin menjadi lebih ringan karena massa jenis keramik umumnya
rendah.
Bahan Komposit
Bahan komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri
dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama
lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir
bahan tersebut.
Komposit dapat didefinisikan sebagai gabungan serat-serat dan resin.
Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductile (ulet)
tetapi lebih rigid serta lebih kuat.
2. Matriks, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas
yang lebih rendah
Material komposit terdiri atas lamina dan laminate. Lamina adalah satu
lembar komposit dengan satu arah serat tertentu sedangkan laminate adalah
gabungan dari beberapa lamina. Laminate dibuat dengan cara memasukkan
lamina ke dalam autoklaf selama selang waktu tertentu dan dengan tekanan
tertentu.
Berikut adalah beberapa keuntungan dari komposit:
1. Berat yang lebih ringan
2. Kekuatan tarik yang lebih tinggi
3. Tahan korosi
4. Memiliki biaya perakitan yang lebih murah
Kekurangan bahan komposit adalah:
1. Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak)
dibandingkan dengan logam
2. Kurang elastis
3. Lebih sulit dibentuk secara plastis
Macam-macam komposit
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
Sifat :
1. Biaya pembuatan lebih rendah
2. Dapat dibuat dengan produksi massal
3. Ketangguhan (toughness) baik
4. Tahan simpan
5. Siklus pabrikasi dapat dipersingkat
6. Kemampuan mengikuti bentuk
7. Lebih ringan.
Keuntungan dari PMC :
a. Ringan
b. Specific stiffness tinggi
c. Specific strength tinggi
d. Anisotropy
Aplikasi dari PMC :
1) Bathroom furniture
2) Aerospace
3) Construction material
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang
menggunakan matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun
1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan
dalam aplikasi aerospace.
Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC :
1. Transfer tegangan dan regangan yang baik.
2. Ketahanan terhadap temperatur tinggi
3. Tidak menyerap kelembapan.
4. Tidak mudah terbakar.
5. Kekuatan tekan dan geser yang baik.
6. Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik
Kekurangan MMC :
1. Biayanya mahal
2. Standarisasi material dan proses yang sedikit
Matrik pada MMC :
1. Mempunyai keuletan yang tinggi
2. Mempunyai titik lebur yang rendah
3. Mempunyai densitas yang rendah
Contoh : Almunium beserta paduannya, Titanium beserta paduannya,
Magnesium beserta paduannya.
Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut :
1. Komponen automotive (blok-silinder-mesin,pully,poros gardan,dll)
2. Peralatan militer (sudu turbin,cakram kompresor,dll)
3. Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang)
4. Peralatan Elektronik
3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai
reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari
keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida,
karbida, dan nitrida. Salah satu proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses
DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan
logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat).
Matrik yang sering digunakan pada CMC adalah :
a. Gelas anorganic.
b. Keramik gelas
c. Alumina
d. Silikon Nitrida
Keuntungan dari CMC :
1. Dimensinya stabil bahkan lebih stabil daripada logam
2. Sangat tangguh, bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron
3. Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus
4. Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi
5. Tahan pada temperatur tinggi (creep)
6. Kekuatan & ketangguhan tinggi, dan ketahanan korosi
Kerugian dari CMC
1. Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar
2. Relatif mahal dan non-coat effective
3. Hanya untuk aplikasi tertentu
Aplikasi CMC, yaitu sebagai berikut :
1. Chemical processing = Filters, membranes, seals, liners, piping, hangers
2. Power generation = Combustorrs, Vanrs, Nozzles, Recuperators, heat exchange
tubes, liner
3. Waste incineration = Furnace part, burners, heat pipes, filters, sensors.
4. Kombinasi dalam rekayasa wisker SiC/alumina polikristalin untuk perkakas
potong.
5. Serat grafit/gelas boron silikat untuk alas cermin laser.
6. Grafit/keramik gelas untuk bantalan,perapat dan lem.
7. SiC/litium aluminosilikat (LAS) untuk calon material mesin panas.
Kegunaan Bahan Komposit
Biasanya bahan komposit digunakan untuk keperluan-keperluan khusus
(misalnya: balap), karena membutuhkan sifat-sifat mekanis yang unggul.
Penggunaan bahan komposit yaitu untuk :
a) Pesawat terbang dan militer
• Komposit digunakan untuk mereduksi berat dari pesawat untuk meningkatkan
kecepatan dan daya tahan pesawat.
• Penggunaan bahan komposit pada bagian vertical stabilizer pada pesawat,
meringankan pesawat hingga 400kg dibandingkan dengan bahan aluminum.
• Fiber-reinforced polymer juga digunakan pada baling-baling dari helikopter,
yang jauh lebih ringan dari aluminum dan juga lebih mampu menahan getaran
dari baling-baling
b. Aplikasi luar angkasa
• Pada umumnya, fiber-reinforced polymer digunakan untuk komponen-
komponen kecil, seperti solar array, antena, optical platform, dll.
• Carbon fiber-reinforced epoxy tube digunakan untuk membangun rangka
struktur dari low earth orbit satelite.
• Struktur ini mendukung untuk optical bench, solar array panel, antenna
reflector dan modul-modul lainnya.
c. Bidang otomotif
• Komposit digunakan pada bagian luar, kap mesin dan pintu mobil. Karena
bagian tersebut harus mempunyai kekuatan dan kemampuan menahan
benturan.
d. Peralatan olahraga
• Fiber-reinforced digunakan agar peralatan olahraga tersebut lebih ringan,
tahan getaran, dan desainnya bisa lebih fleksibel.
• Pada sepeda balap, penggunaan serat karbon berhasil menurunkan bobot dari
9 kg (tahun 1980an) menjadi hanya 1,1kg (tahun 1990an).
• Untuk mengurangi biaya, serat karbon biasanya dicampur dengan serat kaca
atau dengan kevlar 49.
Bahan Biomaterial
Biomaterial dapat didefinisikan sebagai bahan organik atau anorganik yang
bersifat biocompatible (cocok) dan dapat dipasang pada tubuh manusia untuk
menggantikan ataupun memperbaiki jaringan yang rusak.
Biomaterial didapatkan secara alami ataupun diproduksi dalam
laboratorium dengan berbagai pendekatan kimia berdasarkan komponen logam
ataupun keramik. Dengan kata lain, biomaterial bisa saja berupa polimer, logam
ataupun keramik. Dalam pengkajian biomaterial, ada suatu istilah
“biocompatibility” yang perlu diperhatikan. Biocompatibility secara harfiah
berarti kecocokan secara biologis, atau dengan kata lain kecocokan biomaterial
yang akan digunakan dengan bagian tubuh yang akan digunakan. Jika biomaterial
yang akan dipasang tidak cocok dengan tubuh pasien, maka akan terjadi sebuah
penolakan oleh sistem tubuh yang dapat menyebabkan ketidaknyamanan pada
pasien.
Jadi, perlu ditekankan bahwa biomaterial adalah zat yang berinteraksi
dengan sistem biologis sehingga biomaterial seharusnya tidak bereaksi dengan
sistem yang ada pada tubuh karena penerapan utama biomaterial adalah
penggantian alat-alat tubuh yang telah rusak.
Ketika ada bagian tubuh yang rusak, bagian tubuh tersebut dapat diubah
dan digantikan dengan bagian tubuh buatan (artificial). Salah satu contohnya
adalah patah tulang. Ketika seseorang menderita patah tulang, tulang tersebut
sudah tidak mampu bekerja sesuai keadaan awal. Tergantung keparahannya,
tulang tersebut dapat disambung kembali secara alami atau harus dioperasi. Jika
harus dioperasi maka diperlukan sebuah “sambungan” untuk menyambung
tulang yang telah patah. Sambungan ini haruslah dapat berfungsi walaupun
berada di dalam tubuh dan tidak mengganggu sistem kerja lain dalam tubuh.
Penerapan biomaterial antara lain:
1. Penggantian Sendi
2. Operasi tulang
3. Ligamen dan tendon buatan
4. Gigi palsu
5. Pembuluh darah buatan
6. Cangkok jantung
7. Kontak lens
8. Operasi plastik
Dll.
top related