Keramik, Grafit, dan Intan: Struktur, Sifat Sifat Umum dan Penggunaannya

Ada banyak aplikasi yang tidak sesuai didalam permesinan bila menggunakan logam atau polimer; keramik, intan, dan grafit di antaranya adalah bahan dengan sifat-sifat yang unik. Dalam Bab ini, kita menguraikan: Keramik: struktur dan sifat-sifatnya Jenis-jenis dan penggunaan khusus dari keramik Kaca: struktur, sifat-sifat, dan penggunaanya Intan : Sifat-sifat dan penggunaanya dalam permesinsan kasar dan permesinan halus Grafit : digunakan sebagai material cetakan dan sebagai serat dalam memperkuat plastic.

8.1 PendahuluanBeberapa jenis material dijelaskan dalam bab-bab sebelumnya yang tidak sesuai untuk

aplikasi teknik tertentu. Seperti contoh:a. Sebuah isolator listrik yang dipergunakan pada temperatur tinggi. b. Ubin lantai untuk manahan tumpahan, lecetan, dan abrasi.c. Pembakar hidangan yang transparan. d. Bantalan bola kecil yang ringan, kaku, keras, dan tahan pada temperatur yang tinggi. e. Pesawat ulang-alik pengorbit, terbuat dari aluminium, bila suhu permukaan mencapai

14500 C dan yang tidak dibutuhkan masukan kembali keatmosfir.Dari beberapa contoh ini jelaslah bahwa sifat-sifat yang diperlukan adalah kekuatan

terhadap temperatur tinggi, kekerasan, ketahanan dari bahan kimia, makanan, dan lingkungan, tahan terhadap aus dan korosi; dan konduktivitas listrik dan termal yang rendah.

Bab ini menjelaskan karakteristik umum dan penggunaan dari keramik, kaca, dan keramik kaca bahwa ini penting dalam pengguaan dipermesinan dan manufaktur. Karena karakteristik mereka yang unik, sifat dan penggunaan dari dua bentuk karbon, yaitu grafit dan intan, juga dibahas di sini. Pembuatan keramik dan kaca dan berbagai membentuk dan operasi penyelesaian secara rinci dalam Bab 1.8. Komposit, yang merupakan kelompok penting dari bahan, dijelaskan dalam Bab 9.

8.2 Struktur Keramik Keramik adalah senyawa dari unsur-unsur logam dan bukan logam. Istilah keramik

(dari kata Yunani keramos, yang berarti pembuat barang tembikar tanah liat, dan keramikos, artinya produk tanah liat) keduanya mengacun kepada bahan dan produk keramik itu sendiri. Karena banyaknya kemungkinan kombinasi dari unsur-unsur, beragam keramik sekarang

1

tersedia untuk berbagai aplikasi industri dan konsumen. Keramik paling awal digunakan untuk membuat tembikar dan batu bata, sekitas sebelum 4.000 SM Keramik telah digunakan selama bertahun-tahun dalam otomotif sebagai busi baik sebagai isolator listrik dan kekuatan terhadap suhu yang tinggi. Mereka telah menjadi semakin penting dalam alat dan bahan-bahan kuat bertahan, heat engines, komponen otomotif (seperti exhaust-port liners, pelapis piston, dan cylinder liners)

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 , keramik teknologi tinggi, atau keramik

halus) seperti turbin, otomotif, dan komponen kedirgantaraan; heat exchangers; semikonduktor; seals; prosthetics; dan alat pemotong.

Struktur kristal keramik (terdiri dari berbagai ukuran atom yang berbeda) merupakan salah satu yang paling kompleks dari semua struktur bahan. Ikatan antara atom-atom ini umumnya ikatan kovalen (berbagi elektron, sehingga ikatan ini kuat) atau ion (terutama

Gambar 8.1 Variasi dari komponen komponen keramik (a) Alumina sangat kuat untuk penggunaan pada temperature tinggi. (b) Gas-Turbine Rotors Dibuat dari Silikon Nitrida. Sumber : Courtesy of Wesgo Div., GTE

ikatan antara ion bermuatan, sehingga ikatan ini kuat). Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik daripada logam. Keramik dapat berikatan kristal tunggal atau dalam bentuk polikristalin. Ukuran butir mempunyai pengaruh basar terhadap kekuatan dan sifat-sifat keramik; ukuran butir yang halus (sehingga dikatakan keramik halus), semakin tinggi kekuatan dan ketangguhannya.

8.2.1 Bahan Mentah Di antara bahan mentah yang paling pertama digunakan untuk pembuatan keramik

adalah tanah liat, yang mana memiliki struktur seperti lembaran halus. Contoh yang paling

2

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 ditambahkan ke kaolin, air 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 utama lainnya untuk keramik yang ditemukan di alam adalah flint (sebuah batu yang tersusun dari silica sangat halus,SiO2) dan feldspar (kelompok kristalin mineral yang tersusun dari aluminium silikat ditambah kalium, kalsium, atau natrium). Porselen adalah keramik putih terdiri dari kaolin,Quartz, dan feldspar; penggunaan paling besar pada alat alat kesehatan. Dalam keadaan alami, bahan mentah ini umumnya mengandung kotoran dari berbagai jenis, yang harus dihilangkan sebelum bahan bahan diproses lebih lanjut menjadi produk-produk bermanfaat dengan kinerja yang handal.

8.2.2 Keramik Oksida Ada dua jenis utama Keramik Oksida: Alumina dan Zirconia (Tabel 8.1)

Alumina. disebut juga amril atau korundum, alumina (aluminium oksida, Al2O3) adalah bahan Keramik Oksida yang paling banyak digunakan baik dalam bentuk murni atau sebagai bahan baku yang akan dicampur dengan oksida lainnya. alumina memiliki kekerasan yang tinggi dan cukup kuat. Meskipun alumina ada di alam, alumina diketahui mengandung sejumlah kotoran dan sifat yang tidak seragam: hasilnya, perilakunya tidak dapat diandalkan. Aluminium oksida, silikon karbida, dan banyak keramik lainnya kini hampir seluruhnya diproduksi secara sintetik, sehingga kualitas mereka dapat dikendalikan. Pertama kali dibuat pada tahun 1893, sintetis aluminium oksida diperoleh melalui peleburan bauksit cair (bijih aluminium oksida yang merupakan sumber utama dari aluminium), iron filings, dan coke dalam pembakaran oven listrik. Produk yang didinginkan adalah hancuran dari aluminium oksida ditekan dingin dan disinter (keramik putih). Sifat mereka ditingkatkan dengan penambahan sedikit keramik lainnya, seperti titanium oksida dan titanium karbida.

Struktur berisi alumina dan berbagai oksida lain dikenal sebagai mullite dan spinel; mereka digunakan sebagai bahan tahan panas untuk aplikasi pada temperatur tinggi. Mekanis dan sifat fisik alumina cocok terutama dalam aplikasi seperti kelistrikan dan isolator panas dan dalam alat pemotong dan alat pengamplas.

Zirconia. Zirconia (Zirkonium oksida, ZrO2, berwarna putih) memiliki ketangguhan yang baik; ketahanan terhadap shock thermal, wear, dan tahan korosi; konduktivitas termalnya rendah, dan koefisien gesekannya rendah. Partially Stabilized Zirconia (PSZ) memiliki kekuatan yang tinggi dan ketangguhan dan kehandalan dayaguna yang lebih baik daripada zirkonia. Hal ini diperoleh dengan penambahan zirkonia dengan oksida dari kalsium, itrium, atau magnesium. Proses ini membentuk bahan dengan partikel halus tetragonal kubik zirkonia dalam kisi. Bahan baik untuk aplikasi pembuatan dies untuk hot ekstrusi dan butiran butiran zirkonia digunakan untuk penggerindaan dan tersebar sebagai media pelapisan aerospace, untuk otomotif utama dan topcoats dan untuk mencetak fleksibel pada kemasan makanan.

3

Dua karakteristik yang penting dari PSZ adalah koefisien pemuaian panas (yang hanya sekitar 20% lebih rendah daripada besi cor) dan Konduktivitas termal (yang kira-kira sepertiga dari keramik lainnya). Akibatnya, PSZ sangat cocok untuk komponen-komponen mesin panas, seperti kapal dan paking katup silinder, untuk membantu menjaga besi cor utuh dalam perakitan mesin. Transformation toughened zirconia (TTZ) memiliki ketangguhan yang lebih tinggi karena tahap kekerasannya tersebar dalam matriks keramik.

TABEL 8.1Jenis dan Karakteristik umum keramik Jenis Karakteristik umum Keramik oksida Alumina kekerasan tinggi dan kekuatan sedang; paling banyak

digunakan untuk keramik; alat pemotong; Alat Pengamplas; isolasi listrik dan termal.

Zirconia kekuatan dan ketangguhan tinggi; pemuaian panas dekati besi cor; cocok untuk aplikasi temperatur tinggi

Karbida Tungsten karbida Kekerasan, kekuatan, dan ketahanan aus tergantung pada

kandungan pengikat kobaltya; sering digunakan untuk alat pemotong.

Titanium karbida Tidak setangguh Tungsten karbida; memiliki nikel dan Molybdenum sebagai pengikat; digunakan sebagai alat pemotong.

Silikon karbida Kuat terhadap temperature tinggi dan ketahanan aus; digunakanuntuk heat engines dan sebagai alat pengamplas.

Nitrida Cubic boron nitride Bahan kedua paling keras yang diketahui, setelah intan;

digunakan sebagai alat pengamplas dan alat pemotong. Titanium nitride Berwarna emas digunakan sebagai lapisan karena

karakteristik gesekannya rendah. Silikon nitrida Ketahanannya tinggi terhadap perlahan maupun shock thermal;

digunakan dalam aplikasi temperatur tinggi. Sialon Terdiri dari silikon nitrida dan oksida dan karbida; digunakan

sebagai alat pemotong. Sermet Terdiri dari oksida, karbida dan nitrida; digunakan dalam

aplikasi temperaturtinggi. Silika Tahan terhadap temperatur tinggi; quartz menunjukan efek

piezoelektrik; silikat yang mengandung berbagai oksida digunakan dalam aplikasi nonstructural tempertur tinggi.

Kaca Mengandung paling sedikit 50 persen silika; struktur tak beraturan; beberapa jenis tersedia luas dengan berbagai sifat mekanis dan fisik.

4

Keramik kaca Mempunyai komponen kristal tinggi dalam struktunya; ketahanan shock thermal yang baik dan kuat.

Grafit Komponen kristal terdiri dari karbon; konduktivitas listrik dan termal tinggi; ketahanan shock thermal yang baik.

Intan Bahan paling keras yang diketahui; tersedia sebagai kristal Tunggal atau bentuk polikristalin; digunakan sebagai alat pemotong dan alat pengamplas

Contoh 8.1 Pisau KeramikPenggunaan keramik sekarang sedang diperluas ke pisau keramik yang umumnya

terbuat dari zirkonium oksida. Pisau keramik diproduksi dengan proses yang dimulai dengan menyampurkan bubuk keramik dengan berbagai ikatan dan dipadatkan (dibentuk) dalam tekanan yang tinggi. Ini kemudian dibakar (disinter) pada suhu di atas 1.0000 C selama beberapa hari. Kemudian digiling dan dipoles pada roda intan sehingga berbentuk ketajamannya, dan pegangannya dipasang. Skala Mohs (bagian 2.6) dari keramik oksida zirkonium adalah 8.2, dibandingkan untuk pengerasan baja dengan 6 dan maksimal 10 untuk intan.

Di antara keuntungan pisau keramik daripada pisau baja: a. Karena mereka mempunyai ketahanan aus dan kekerasan yang sangat tinggi, pisau keramik dapat berbulan-bulan dan bahkan bertahun-tahun sebelum penajaman. b, mereka lamban terhadap bahan kimia. Akibatnya, mereka tidak bernoda, makanan tidak menempel (sehingga mudah untuk bersih) dan mereka tidak meninggalkan rasa atau bau logam. c. Karena mereka ringan, mereka lebih mudah untuk digunakan.

Pisau harus disimpan dalam blok pisau kayu, dan memegangnya dengan hati-hati. Ketajamannya berdampak terhadap benda-benda lainnya (seperti meremukan atau menjatuhkannya pada tepi pada permukaan yang keras) harus dihindari, sebagai pisau tajam dibagian pinggir dapat menghasilkan tatal. Juga, mereka harus digunakan hanya untuk memotong (tidak untuk membongkar) dan dalam memotong daging, kontak dengan tulang ini tidak dianjurkan. Pisau harus diasah di tepi tepat seperti dari pabrik sehingga berbentuk digunakan roda grinding intan. Pisau keramik lebih mahal daripada pisau baja, biasanya mulai dari $ 60 untuk sebuah pisau 75 mm sampai $ 250 untuk 150 mm pisau bergerigi. Sumber: Courtesy of Kyocera Corporation.

8.2.3 keramik lainnya

Sebagian besar dari jenis keramik lain dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Karbida. Ciri karbida yaitu terbuat dari tungsten dan titanium (digunakan sebagai alat pemotong dan bahan cetakan) dan silikon (digunakan sebagai alat pengamplas, terutama roda grinda), beberapa contoh dari karbida adalah: Tungsten karbida (WC) terdiri dari partikel tungsten karbida dengan kobalt sebagai

pengikat. Jumlah bahan pengikat memiliki pengaruh besar terhadap sifat-sifat bahan; ketangguhan meningkat dengan kandungan kobalt, sedangkan kekerasan, kekuatan dan ketahanan aus menurun.

5

Titanium karbida (TiC) memiliki nikel dan molibdenum sebagai pengikat dan tidak setangguh tungsten karbida.

Silicon karbida (SiC) memiliki resistensi yang baik untuk pemakaian, thermal shock, dan korosi. Silikon karbida memiliki koefisien gesekan yang rendah dan kekuatan tahan pada temperatur tinggi. Jadi, sangat sesuai untuk komponen ditemperatur tinggi dalam heat engine dan juga digunakan sebagai alat pengamplas. Diproduksi pertama kali pada tahun 1891, silikon karbida sintetis terbuat dari pasir silika, coke dan sejumlah kecil natrium klorida dan serbuk gergaji. Proses ini mirip dengan membuat sintetik aluminium oksida

Nitrida. Kelas lain keramik adalah nitrida, contoh-contoh di antaranya adalah: Cubic Boron nitrida (CBN) adalah bahan paling keras kedua (setelah intan) dan memiliki

aplikasi khusus, seperti pada alat pemotong dan grinda pengasah. Tidak terdapat di alam dan sintetik pertama kali dibuat pada 1970-an melalui teknik serupa dengan yang digunakan dalam pembuatan intan sintetis

Titanium nitrida (TiN) digunakan secara luas sebagai lapisan dalam alat pemotong, memperbaiki umur alat berdasarkan karakteristik gesekan yang rendah.

Silikon nitrida (Si3N4) memiliki resistansi tinggi pada temperatur tinggi yang bergerak perlahan lahan, ekspansi termal rendah, dan konduktivitas termal yang tinggi. Akibatnya, tahan terhadap thermal shock. Hal ini cocok untuk aplikasi struktural suhu tinggi, seperti pada mesin otomotif dan komponen Turbin gas, cam follower rollers, bantalan, sand blast nozzles dan komponen untuk industri kertas.

Sialon. Sialon terdiri dari silikon nitrida dengan berbagai penambahan aluminium oksida, ittrium oksida dan titanium karbida. Sialon memiliki kekuatan yang lebih tinggi dan ketahanan thermal shock dari silikon nitrida. Saat ini, sialon digunakan terutama sebagai alat pemotong bahan. Kata sialon berasal dari silikon, aluminium, oksigen dan nitrogen. Sermet. Sermet adalah penyatuan dari ikatan fase keramik dengan fase logam. Diperkenalkan pada tahun 1962 dan juga disebut keramik hitam atau keramik tekanan panas, mereka menggabungkan ketahanan oksidasi suhu tinggi keramik dengan ketangguhan, ketahanan thermal shock dan keuletan dari logam. Penerapan umum sermet adalah dalam alat pemotong dengan komposisi yang khas menjadi 70% Al2O3 dan 30% TiC. Sermet lainnya mengandung berbagai oksida, karbida dan nitrida. Mereka telah dikembangkan untuk aplikasi temperatur tinggi, seperti nozel untuk mesin jet dan rem untuk pesawat. Sermet dapat dianggap sebagai material komposit, mereka dapat digunakan dalam berbagai kombinasi ikatan dengan keramik dan logam dengan teknik metalurgi serbuk.

8.2.4 Silika.Berlimpah di alam, silika adalah bahan yang polimorfik, ia dapat memiliki struktur

kristal yang berbeda (sebagai contoh, struktur kubik ditemukan dalam batu bata tahan api yang digunakan untuk aplikasi pembakaran suhu tinggi). Kebanyakan kaca mengandung lebih dari 50% silika. Bentuk yang paling umum dari silika adalah Quartz, dimana keras, kristal heksagonal kasar digunakan secara ekstensif dalam aplikasi komunikasi sebagai kristal berosilasi frekuensi tetap karena menunjukkan efek piezoelektrik.

6

Silikat merupakan produk dari reaksi silika dengan oksida aluminium, magnesium, kalsium, kalium, natrium dan besi; contoh tanah liat, asbes, mika dan silikat kaca Lithium aluminium silikat mempunyai ekspansi termal yang sangat rendah dan konduktivitas termal dan ketahanan thermal shock yang baik. Namun, juga memiliki kekuatan dan fatique life yang sangat rendah, sehingga usaha ini hanya cocok untuk aplikasi nonstruktural (seperti katalitik conventers, pemicu regenerasi, dan komponen penukar panas)

8.2.5 Nanokeramik dan Komposit Dalam rangka untuk meningkatkan keuletan dan sifat yang dibuat dari keramik,

ukuran partikel keramik telah dikurangi dengan menggunakan berbagai teknik, seperti gas kondensasi. Disebut nanoceramics atau nanophase keramik, bahan-bahan ini terdiri dari kelompok atom yang berisi beberapa ribu atom. Pengawasan penting terhadap ukuran partikel, distribusition, dan kontaminasi dalam keramik ini. Keuletan pada Nanoceramics secara signifikan menunjukkan suhu lebih rendah daripada keramik konvensional dan lebih kuat dan lebih mudah untuk dibuat dan untuk kerusakan mesin dengan lebih sedikit. Aplikasi sekarang ini dalam industri otomotif (seperti katup, rocker arms, turbocharger rotor dan Tabung silinder) dan dalam komponen mesin jet.

Nanocrystalline partikel fasa kedua (di urutan 100 nm atau kurang) dan serat juga digunakan sebagai penguat dalam komposit. Komposit ini telah meningkatkan sifat-sifat, seperti kekuatan tarik dan ketahanan mulur. (Lihat juga Nanomaterials dalam bagian 6.16)

8,3 Sifat Sifat Umum Dan Aplikasi Keramik Dibandingkan dengan logam, keramik biasanya memiliki karakteristik relatif sebagai

berikut; rapuh, kekuatan dan kekerasan tinggi pada temperatur yang meningkat; modulus elastisitas tinggi; ketangguhan, kepadatan, expansi panas yang rendah dan konduktivitas listrik dan panasnya rendah. Namun, karena bervariasi jenis bahan dan komposisi ukuran butir, sifat mekanik dan sifat fisik keramik berubah secara signifikan. Sebagai contoh, konduktivitas listrik keramik dapat dimodifikasi dari kurang menjadi baik, perubahan belakang ini adalah prinsip semikonduktor.

Karena kepekaan terhadap kekurangan, cacat, dan permukaan atau keretakan internal; kehadiran berbagai jenis dan tingkat kotoran; dan metode yang berbeda membuat keramik dapat memiliki berbagai sifat. Meskipun karakteristik individu keramik yang telah diuraikan dalam bagian 8.2, secara umum sifat mekanik dan fisik akan dijelaskan selanjutnya.

8.3.1 Sifat Mekanik Sifat-sifat mekanik beberapa keramik teknik disajikan pada tabel 8.2. Perhatikan

bahwa kekuatan tegangan tarik mereka (kekuatan pecah melintang, bagian 2.5) besarnya adalah sekitar satu urutan lebih rendah daripada kekuatan kompresi. Alasan untuk ini adalah kepekaan retak mereka, ketidakmurnian dan porositas. Menyebabkan cacat seperti inisiasi dan propagasi retak di bawah tegangan tarik dan mengurangi kekuatan tarik parah. Dengan demikian, reproduktifitas dan kehandalan (kinerja yang dapat diterima selama periode waktu tertentu) adalah aspek penting dalam kehidupan pelayanan komponen keramik.

7

Kekuatan tarik keramik polikristalin meningkat dengan menurunnya ukuran butir dan porositas. Hubungan ini diwakili sekitar oleh peryataan

UTS = UTS0e-np (8.1)

Di mana P adalah fraksi volume pori-pori di padat (dengan demikian, jika porositas 15%, maka P = 0,15), UTS adalah kekuatan tarik pada porositas nol, dan eksponen n berkisar antara 4 dan 7, modulus elastisitas keramik adalah kira-kira terkait ke porositas oleh peryataan

E = E0(1-1.9P+0.9P2) (8.2)

Di mana E0 adalah modulus porositas nol.

Tabel 8.2Sifat Sifat Dari Berbagai Jenis Keramik Pada Temperature Ruangan

MaterialLam-bang

Kekuatan Putus

Melintang (Mpa)

Kekuatan Tekan (Mpa)

Modulus Elastisits

(Gpa)

Kekerasan (HK)

Poisson's

Ratio (v)

Kepadatan (kg/m3)

Alumunium Oksida

Al2O3

140-240 1000-2900 310-410 2000-3000 0.26 4000-4500

Cubic Boron Nitrida

CBN 725 7000 850 4000-5000 - 3480

Intan - 1400 7000 830-1000 7000-8000 - 3500

Paduan Silika

SiO2 - 1300 70 550 0.25 -

Silikon Karbida

SiC 100-750 700-3500 240-480 2100-3000 0.14 3100

Silikon Nitrida

Si3N4

480-600 - 300-310 2000-2500 0.24 3300

Titanium Karbida

TiC 1400-1900 3100-3850 310-410 1800-3200 - 5500-5800

Tungsten Karbida

WC 1030-2600 4100-5900 520-700 1800-2400 -10000-15000

Partially Stabilized Zirkonia

PSZ 620 - 200 1100 0.30 5800

Tidak seperti kebanyakan logam dan termoplastik, keramik secara umum berdampak kurangnya ketangguhan dan ketahanan shock thermal karena kurangnya keuletan inheren; pertama dimulai, dari retakan yang menjalar dengan cepat. Selain mengalami kegagalan fatik di bawah siklik muatan, keramik (terutama kaca) memperlihatkan fenomena yang disebut kelelahan statis. Ketika mengalami beban tarik statis selama periode waktu tertentu, bahan-bahan ini tiba-tiba mungkin gagal. Fenomena ini terjadi di lingkungan di mana uap air hadir.

8

Kelelahan Statis, yang tidak terjadi dalam ruang hampa atau udara kering, telah dikaitkan dengan suatu mekanisme yang mirip dengan stress corrosion cracking dari logam.

Komponen keramik yang akan dikenai tegangan tarik mungkin dapat pra-tekan dalam banyak cara yang sama seperti beton pra-tekan. Prestressing komponen keramik yang berbentuk subjek mereka untuk tekanan kompresi. Metode yang digunakan meliputi: • Perlakuan panas dan Perubahan kimia • Perlakuan Laser permukaan • Pelapisan dengan keramik yang memiliki koefisien ekspansi termal yang berbeda • Penyelesaikan operasi Permukaan (seperti grinding) di mana akibat tegangan tekan sisa

pada permukaan Kemajuan besar telah dilakukan dalam meningkatkan ketangguhan dan sifat-sifat

keramik lainnya, termasuk pengembangan penggunaan mesin dan penggerindaan keramik. Di antara kemajuan ini adalah pilihan yang tepat dan pengolahan bahan baku, pengawasan kemurnian dan struktur, dan penggunaan bala bantuan dengan penekanan khusus pada metode analisa tegangan lanjutan selama desain komponen keramik.

8.3.2 Sifat Fisik Kebanyakan keramik mempunyai bobot yang relatif rendah, mulai dari sekitar 3-5,8

untuk keramik oksida dibandingkan dengan 7,86 untuk besi (tabel 3.1) Mereka mempunyai titik leleh atau dekomposisi pada tempertura yang sangat tinggi.

Konduktivitas termal keramik bervariasi sebanyak tiga urutan (tergantung pada komposisi mereka), sedangkan pada logam, berbeda-beda dengan hanya satu urutan. Seperti pada bahan lain, konduktivitas termal keramik berkurang dengan meningkatnya temperatur dan porositas, karena udara merupakan konduktor termalyang tidak baik. Konduktivitas termal k adalah berkaitan dengan positas oleh

K = k0 (1 - P) (8.3)

Di mana k0 adalah konduktivitas termal nol porositas dan P adalah porositas sebagai fraksi dari total volume.

Ekspansi termal dan konduktivitas termal menyebabkan tekanan internal yang dapat laed untuk shock thermal atau kelelahan panas dalam keramik. Kecenderungan ke arah cracking termal (disebut spalling ketika sepotong kecil atau lapisan dari permukan breaks off) yang lebih rendah dengan kombinasi dari ekspansi termal rendah dan konduktivitas termal yang tinggi. Sebagai contoh, leburan silika memiliki ketahanan shock thermal yang tinggi karena ekspansi termalnya hampir nol.

Sebuah Contoh yang menggambarkan pentingnya ekspansi termal yang rendah adalah keramik tahan panas untuk peralatan masak dan kompor listrik bagian atas, (Lihat juga keramik kaca, Bagian 8.5). Mereka dapat menopang gradient temperatr tinggi, dari panas ke ke dingin dan sebaliknya sifat buruk. Selain itu, ekspansi termal yang sama baik antara keramik dan logam adalah penting sebab dari penggunaan komponen keramik pada heat engines. Kenyataan bahwa konduktivitas termal pada komponen partially stabilized zirconia

9

dengan tertutup bahwa dari besi cor di blok mesin keuntungan tambahan dari penggunaan PSZ dalam heat engines.

Karakteristik lain adalah anisotropi pemuaian oksida keramik (seperti yang ditunjukkan oleh hexagonal close packed logam), ketika berbagai ekspansi termal yang berbeda bereaksi pada keramik (sebanyak 50% untuk quartz). Perilaku ini menyebabkan tekanan termal yang dapat mengakibatkan retak pada komponen keramik.

Sifat optik keramik dapat dikontrol dengan menggunakan berbagai formulasi dan dengan mengendalikan struktur. Metode-metode ini memungkinkan menyampaikan berbagai tingkat transparansi dan warna yang berbeda (misalnya, safir kristal tunggal benar-benar transparan; Zirconia putih dan butiran halus aluminium oksida polikristalin tembus adalah abu-abu). Porositas mempengaruhi sifat optik keramik banyak cara yang sama seperti udara yang terperangkap dalam es batu; itu membuat materi kurang transparan dan memberinya penampilan putih. Meskipun pada dasarnya keramik adalah resistor, mereka dapat dibuat konduktor listrik dengan memaduan mereka dengan unsur-unsur tertentu dalam rangka untuk membuat keramik bertindak seperti semikonduktor atau bahkan seperti superkonduktor.

8.3.3 Aplikasi Keramik memiliki banyak penggunaan oleh konsumen dan industri. Berbagai jenis

keramik digunakan dalam industri listrik dan elektronik, karena mereka memiliki tahanan listrik yang tinggi, kekuatan dielektrik yang tinggi (tegangan yang dibutuhkan untuk break-down listrik per unit ketebalan) dan sifat-sifat magnetik cocok untuk aplikasi seperti magnet dalam pengeras suara

Kemampuan keramik untuk mempertahankan kekuatan dan kekakuan pada temperatur tinggi membuat mereka sangat menarik untuk aplikasi temperatur tinggi. Pengoperasi pada temperature yang lebih tinggi dimungkinkan oleh penggunaan komponen keramik berarti pembakaran lebih efisien bahan bakar dan pengurangan emisi dalam mobil. Saat ini, efisien pembakaran internal mesin hanya sekitar 30%, tetapi dengan menggunakan komponen keramik, kinerja operasi dapat ditingkatkan paling sedikit 30%.

Banyak penelitian telah dilakukan pada pengembangan bahan dan teknik untuk semua heat engine keramik yang mampu beroperasi pada temperatur hingga 10000C. Bagaimanapun, Kemajuan yang diharapkan berjalan lambat karena masalah-masalah seperti tidak dapat diandalkan, kurang ketangguhan , kesulitan dalam pelumas bantalan dan komponen panas, belum terpenuhi kebutuhan teknik evaluasi yang tidak merusak yang dapat diandalkan, dan kurangnya kemampuan untuk struktural keramik (seperti silikon silikon nitrida dan karbida) untuk dapat diproduksi secara ekonomis dalam bentuk bersih, seperti ditimbang dengan mesin dan proses finishing yang diperlukan untuk kebutuhan akurasi dimensi dari mesin. Keramik yang sedang sukses digunakan, khususnya di komponen otomotif mesin turbin gas (seperti rotor), adalah silikon nitrida, silikon karbida, dan partially stabilized zirconia.

Pelapisan logam dengan keramik adalah aplikasi lain; hal itu dapat dilakukan untuk penurunan pemakaian, mencegah korosi, atau memberikan penghalang termal. Ubin pada pesawat ulang-alik, misalnya, yang terbuat dari serat silika mempunyai struktur sel terbuka

10

yang terdiri dari 5% silika. Bagian lain dari struktur ubin udara, sehingga keramik tidak hanya sangat ringan di beratnya tapi juga merupakan penghalang panas yang sangat baik. Ubin (34.000 pada setiap pesawat ulang-alik) terikat ke kulit aluminium pesawat luar angkasa dengan beberapa lapisan perekat berbasis silican .Temperatur kulit pada pesawat mencapai 14000C karena gesekan panas dari kontak dengan atmosfir.

Sifat menarik lainnya adalah kerapatan keramik yang rendah dan modulus elastisitas yang tinggi. Dengan keramik memungkinkan menurunkan berat mesin dan dalam aplikasi lainnya, memenuhi gaya inersia yang dihasilkan oleh bagian yang bergerak lebih rendah. Keramik turbocharger, misalnya, adalah sekitar 40% lebih ringan daripada yang konvensional. Komponen berkecepatan tinggi untuk peralatan mesin juga adalah calon untuk keramik (bagian 25.3). Selanjutnya, modulus elastisitas tinggi keramik membuat mereka menarik untuk meningkatkan kekakuan mesin, sementara mengurangi beratnya. Ketahanan tinggi yang dipakai membuat mereka cocok untuk aplikasi seperti silinder liners, Bushings, seals, bantalan dan kapal untuk silinder dan gun barel.

Contoh 8.2 Keramik Gun Barrel Ketahanan aus dan kepadatan yang rendah dari keramik telah menyebabkan

penyelidikan mengenai penggunaan mereka sebagai gun barrel. Keberhasilan mereka yang terbatas telah menyebabkan perkembangan lebih baru dalam pembuatan keramik komposit gun barel, yang telah meningkatkan kinerja baja tradisional barel. Kaliber 50 keramik zirkonia barel dibentuk dalam beberapa segmen yang terpisah, masing-masing 150-200 mm dan panjang dengan ketebalan dinding 3,75 mm dengan pembentukan dan proses sinter yang diuraikan dalam bagian 17.9

Segmen selanjutnya adalah dimesin untuk mendapatkan dimensi yang diiginkan dan penyelesaian pada permukaan. Zirconia telah dipilih untuk ketangguhannya yang tinggi, kekuatan lentur, spesifik panas, temperatur operasi, dan konduktivitas termal yang sangat rendah. Sifat termal penting bagi kinerja laras dan peluru.

Segmen keramik yang terpisah bergabung dan laras dibungkus dengan serat karbon / compsite matriks polimer yang mana keramik barrel sebagai subjek dengan tekanan kompresi 690 Mpa, sehingga sangat meningkatkan kapasitasnya untuk menahan tegangan tarik yang berkembang selama pembakaran. Bagian dalam dari laras kemudian menggeledah (memotong alur spiral internal untuk memberikan rotasi ke peluru keluar untuk stabilitas gyroscopic) dan dipasang gagangnya. Sumber: Courtesy of KH Kohnken, Permukaan konversi Technologies, Inc, Cumming, Georgia.

Ceramic 8,3 Bantalan keramik bola dan rol Bantalan keramik Silicon nitrida bola dan rol digunakan saat temperatur tinggi,

kecepatan tinggi, atau secara garis besar kondisi dilumasi terjadi. Bantalan dapat dibuat sepenuhnya dari keramik atau hanya bola dan rol adalah keramik dan arena adalah logam, di mana mereka disebut sebagai bantalan hibrida. Contoh mesin memanfaatkan keramik dan bantalan hibrida termasuk alat mesin kinerja tinggi, logam dapat kepala seaming, aliran kecepatan tinggi meter dan pesawat ulang-alik roket pendorong utama pompa oksigen dan hidrogen cair.

11

Gambar 8.2 Pemilihan dari bantalan keramik dan lintasan. Source: Courtesy of The Timken Company.

Gambar 8.2 ( Lanjutan )Bola keramik mempunyai toleransi diameter 0,13 μm dan kekasaran permukaan

0.02μm. Mereka memiliki ketahanan aus yang tinggi, ketangguhan fraktur tinggi, kinerja yang baik dengan sedikit atau tanpa pelumas dan memiliki kerapatan yang rendah. Bola memiliki koefisien ekspansi termal yang seperempat dari baja, dan mereka dapat bertahan hingga suhu 14000C. Dihasilkan dari titanium dan karbon nitrida dengan menggunakan teknik metalurgi bubuk, kepadatannya penuh dengan titanium carbonitride (TiCN) atau silikon nitrida (Si3N4) nilai bahan bantalan dapat dua kali sekeras baja kromium dan 40% lebih ringan. Komponen hingga diameter 300 mm dapat dihasilkan.

Biokeramik. Karena kekuatan dan kelambanan, keramik digunakan sebagai biomaterial (Bioceramics) untuk mengganti sendi dalam tubuh manusia, sebagai perangkat palsu, dan dalam perawatan gigi. Bioceramics yang umum digunakan adalah aluminium oksida, hidroksil apatit, tricalcium fosfat, silikon nitrida, dan berbagai senyawa silika. Penanaman keramik dapat dibuat berpori, dimana tulang bisa tumbuh ke dalam struktur keropos (dengan menanamkan titanium berpori) dan mengembangkan ikatan yang kuat dengan integritas struktural.

12

8,4 KacaKaca adalah padatan tak berbentuk dengan struktur cairan. Kaca telah

disuperdinginkan (didinginkan pada tingkat terlalu tinggi untuk memungkinkan terbentuknya kristal). Secara teknis, kaca didefinisikan sebagai produk peleburan anorganik yang telah didinginkan hingga kondisi yang kaku tanpa mengkristal. Kaca tidak memiliki titik leleh atau titik beku yang jelas, sehingga perilakunya mirip dengan paduan amorf (lihat metalik gelas) dan amorf polimer

Manik-manik kaca diproduksi pertama sekitar 2000 SM dan diikuti seni meniup kaca sekitar 200 SM. Silika telah digunakan untuk semua produk kaca hingga akhir 1600-an. Perkembangan pesat kaca di mulai pada awal 1900-an.Sekarang ini, ada beberapa yang berbeda dari 750 jenis kaca yang tersedia secara komersial dengan aplikasi mulai dari jendela kaca hingga kaca untuk wadah, peralatan masak, pencahayaan dan CRT tv tabung dan kaca dengan mekanik khusus, kelistrikan, temperatur tinggi, anti kimia, korosi dan karakteristik optik. Kaca khusus digunakan dalam serat optik (untuk komunikasi dengan cahaya dengan sedikit kerugian pada kekuatan sinyal) dan dalam serat kaca dengan kekuatan yang sangat tinggi (untuk digunakan dalam memperkuat plastik)

Semua kaca berisi minimal 50% silika, yang dikenal sebagai mantan kaca. Komposisi dan sifat kaca sangat dapat dimodifikasi dengan penambahan aluminium oksida, natrium, kalsium, barium, boron, magnesium, titaniun, lithium, memimpin dan kalium. tergantung pada fungsi mereka, oksida ini dikenal sebagai perantara

8.4.1 Jenis Gelas Hampir semua kaca komersial yang dikelompokkan menurut tipe

Kaca soda kapur Kaca alkali Kaca borosilikat Kaca aluminosilikat Kaca silika 96 % Kaca paduan silika

Kaca juga digolongkan menurut warna, buram (putih dan bening), ragam (berbagai bentuk), optik, photochromatic (gelap ketika terkena cahaya, seperti dalam kaca hitam), fotosensitif, (berubah dari bening menjadi buram), fibrosa (ditarik ke serat yang panjang, seperti dalam fiberglass). dan busa atau seluler (berisi gelembung, sehingga isolator termal yang baik). kaca juga dapat disebut menurut keras atau lunak, biasanya dalam pengertian termal daripada sifat mekanik (lihat juga kekerasan kaca) dengan demikian, kaca lembut melembutkan pada suhu yang lebih rendah daripada kaca yang keras. soda alkali kapur memimpin kaca yang dianggap lunak, sisanya keras

13

Tabel 8.3Sifat Sifat Berbagai Jenis Kaca

 Kaca soda

kapur

Kaca alkali

Kaca borosilikat

Kaca silika 96

%

Kaca paduan silika

Kepadatan TinggiPaling Tinggi

Sedang RendahPaling Rendah

Kekuatan Rendah Rendah Sedang TinggiPaling Tinggi

Tahanan terhadap thermal shock

Rendah Rendah Baik Lebih Baik Paling Baik

Resistivitas listrik SedangPaling Baik

Baik Baik Baik

Hot Workability BaikPaling Baik

Agak Baik KurangPaling Kurang

Heat Treatability Baik Baik Kurng Tidak Ada Tidak Ada

Tahanan Terhadap Bahan Kimia

Kurang Agak Baik Baik Lebik Baik Paling Baik

Dampak perlawanan abrasi Agak Baik Kurang Baik Baik Paling Baik

Transmisi Sinar ultraviolet Kurang Kurang Agak Baik Baik Baik

Biaya RelatifPaling Rendah

Rendah Sedang TinggiPaling Tinggi

8.4.2 Sifat Mekanik Perilaku dari kaca, seperti kebanyakan keramik, umumnya dianggap sebagai elastis

sempurna dan rapuh. Modulus elastisitas untuk rentang kaca komersial kebanyakan hingga 90 GPa dan poissons rasio dari 0,16 hingga 0,28. Kekerasan kaca, sebagai langkah perlawanan terhadap goresan, berkisar 5-7 pada skala Mohs, yang kira-kira setara dengan kisaran dari 350 sampai 500HK

Sebagian besar kaca umumnya memiliki kekuatan kurang dari 140 Mpa. Kekuatan relatif rendah dari sebagian besar kaca tersebut menunjukan hadirnya kekurangan kecil dan microcracks di permukaannya, beberapa atau semua yang mungkin diperkenalkan selama penanganan normal dari kaca cacat abrading. Kerusakan ini mengurangi kekuatan kaca besarnya dua dari tiga urutan, dibandingkan dengan kekuatan ideal (cacat bebas). Kaca dapat diperkuat dengan perlakuan panas atau kimia untuk memperoleh kekuatan dan ketangguhan yang tinggi. Kekuatan dari kaca secara teori dapat mencapai 35 Gpa. ketika kaca cair baru saja ditarik ke dalam serat (fiberglass), maka kekuatan tarik berkisar 0,2-7 Gpa, dengan nilai rata-rata sekitar 2 Gpa. Serat kaca ini lebih kuat dari baja, mereka digunakan untuk memperkuat plastik dalam aplikasi seperti perahu , badan mobil, perabotan, dan peralatan olahraga

14

Kekuatan dari kaca biasanya diukur dengan menekuk. Permukaan kaca sepenuhnya abraded (kasar) untuk memastikan bahwa tes memberikan tingkat kekuatan yang sebenarnya dapat diandalkan untuk layanan di bawah kondisi buruk. Fenomena kelelahan statis, diamati pada keramik, juga ditunjukkan oleh kaca. Seperti panduan, jika sebuah kaca harus menahan beban selama 1000 jam atau lebih, maksimum sepertiga tekanan maksimum yang sama dapat bertahan selama detik pertama pembebanan

8.4.3 Sifat Fisik kacamata memiliki konduktivitas termal yang rendah, tahanan listrik dan kekuatan

dielektrik yang tinggi.Kkoefisien ekspansi termalnya lebih rendah daripada logam, plastik, dan mungkin bahkan mendekati nol.Sebagai contoh, kaca silikat titnium (jelas, sintetis kaca silika tinggi) memiliki koefisien ekspansi termal mendekati nol. Paduan silika (jelas, sintetis silikon dioksida tidak berbentuk yang sangat tinggi kemurnian) juga memiliki koefisien ekspansi yang mendekati nol. Sifat optik kaca (seperti refleksi, penyerapan, transmisi, dan pembiasan) dapat diubah dengan mengubah komposisi dan perlakuannya. Kaca umumnya tahan terhadap serangan kimia dan tergolong tahan terhadap korosi oleh asam, alkali atau air

8.5 Keramik KacaMeskipun kaca tidak berbentuk, keramik kaca (seperti pyroceram, nama dagang)

memiliki komponen mikrostruktur kristalin tinggi. Kaca keramik berisi beberapa oksida dengan proporsi yang besar, dan dengan demikian, sifat-sifat mereka merupakan kombinasi dari orang- kaca dan - keramik. Kebanyakan keramik kaca lebih kuat daripada kaca. Produk ini pertama kali dibentuk ketika perlakuan panas, dengan devitrification (rekristalisasi) dari kaca terjadi. Tidak seperti kebanyakan kaca, keramik kaca pada umumnya jelas putih atau warna abu-abu.

Kekerasan keramik kaca berkisar sekitar 520-650 HK. Mereka memiliki koefisien ekspansi termal mendekati nol; sebagai akibatnya, mereka memiliki ketahanan thermal shock yang tinggi. Mereka kuat, karena tidak adanya porositas biasanya ditemukan pada keramik konvensional. Sifat dari keramik kaca dapat ditingkatkan dengan memodifikasi komposisinya dan oleh teknik perlakuan panas. Pertama kali dikembangkan pada tahun 1957, keramik kaca cocok untuk peralatan masak, heat exchangers dalam mesin turbin gas, radomes (antena radar untuk perumahan) dan aplikasi listrik dan elektronik.

8,6 Grafit Grafit adalah bentuk kristal karbon yang memiliki struktur berlapis dengan bidang

dasar atau lembaran memenuhi atom karbon tertutup. Akibatnya, grafit lemah ketika dipotong sepanjang lapisan. Karakteristik ini, pada gilirannya, memberikan grafit gesekan yang rendah sebagai pelumas padat. Namun, sifat gesekan itu rendah hanya dalam lingkungan udara atau kelembaban; dalam ruang hampa, grafit kasar dan pelumas yang buruk. Tidak seperti bahan lain, kekuatan dan kekakuan dari grafit meningkat oleh suhu. Grafit tak berbentuk dikenal sebagai jelaga (hitam jelaga) dan digunakan sebagai pigmen.

15

Meskipun rapuh, grafit memiliki kelistrikan yang tinggi dan konduktivitas termal dan ketahanan terhadap shock thermal yang baik hingga temperatur tinggi (meskipun mulai mengoksidasi di 5000C). Karena itu, bahan penting untuk aplikasi seperti elektroda, heating element, sikat untuk motor, bagian perlengkapan dan tungku pembakaran pada temperatur tinggi, bahan-bahan cetakan (seperti tempat untuk pencairan dan pengecoran logam) dan seals(Gambar 8.3). Karakteristik grafit adalah tahan terhadap bahan kimia; jadi sebagai contoh, adalah filter untuk digunakan dalam cairan perusak. Juga, penyerapan penampang penampangnya rendah dan hamburan untuk suhu neutron tinggi membuat grafit cocok untuk membuat aplikasi nuklir. Pensil biasa "memimpin" adalah campuran dari grafit dan tanah liat.

Grafit tersedia secara komersial dalam bentuk persegi, persegi panjang, dan bentuk bulat dengan berbagai ukuran dan umumnya dinilai dalam urutan penurunan ukuran butir: industri, butiran halus dan butiran mikro. Seperti dalam keramik, memperbaiki sifat mekanik grafit dengan menurunkan ukuran butir. Butiran mikro grafit dapat diisi dengan tembaga. Dalam bentuk ini, digunakan untuk elektroda pada mesin perubah listrik (bagian 27.5) dan untuk perlengkapan tungku. Grafit biasanya diproses terlebih dahulu oleh pencetakan atau pembentuk, kemudian oleh oven pembakar dan akhirnya oleh mesin untuk bentuk final.

Gambar 8.3 (a) Macam macam komponen permesinan yang terbuat dari Grafit. Source: Courtesy of Poco Grafhite, Inc., a Unocal Co. (b) Contoh dari Grafit elektoda electrical dischange machining. Source: Courtesy of Unicar, Inc

Grafit serat. penggunaan penting grafit adalah sebagai serat yang memperkuat plastik dan material komposit, seperti yang dijelaskan di bagian 9.2

Grafit karbon dan foams. Foams ini memiliki sifat-sifat penting untuk peralatan temperatur tinggi, tahan bahan kimia, ekspansi termal rendah, dan sifat termal dan listrik yang dapat disesuaikan untuk aplikasi tertentu. Foams karbon yang tersedia baik dalam struktur graphitic atau nongraphitic. Graphitic Foams (biasanya dihasilkan dari minyak bumi, batu bara tar, dan sintetik pithes) memiliki kerapatan yang rendah, konduktivitas panas dan listrik yang tinggi (tetapi kekuatan mekanik yang lebih rendah), dan jauh lebih mahal daripada Nongraphitic Foams (dihasilkan dari batubara atau resin organik), yang mana sangat tidak berbentuk.

Foams ini mempunyai mikrostruktur yang berhubungan dengan pori-pori yang saling berhubungan, sehingga mereka bergantung kerapatan pada sifat mekanik (lihat juga bagian

16

8.3). Mereka dengan dapat mepermudah mesin dalam berbagai bentuk kompleks dengan peralatan yang sesuai. Aplikasi inti busa karbon termasuk juga berguna sebagai bahan untuk pesawat terbang dan panel interior kapal, isolasi struktural, panel penyerapan suara, substrat untuk space-borne mirrors, baterai ion dan api lithium, dan panas perlindungan.

Buckyballs. Pengembangan sekarang ini lebih kepada produksi karbon molekul (biasanya C60) dalam bentuk bola sepak, disebut buckyballs, setelah Buckminster Fuller (1895-1983), penemu dari kubah geodesik. Juga disebut fullerenes, secara kimiawi dihasilkan molekul bola dari jelaga dan bertindak seperti partikel pelumas padat. Fullerenes dapat menjadi superkonduktor pada temperatur rendah bila dicampur dengan logam. Meskipun harapan dan investasi penelitian yang signifikan, tidak ada aplikasi komersial buckyballs yang ada saat ini.

Nanotubes. Karbon nanotube memiliki struktur geometris yang serupa dengan lembaran grafit, salah satu gambar nanotube sebagai menggulung lembaran grafit. Karbon nanotube beberapa nanometer dan biasanya berdiameter beberapa mikrometer panjangnya. Sementara nanotube telah diusulkan untuk sejumlah aplikasi, tak seorangpun telah sukses secara komersial sampai saat ini. Nanotube paling sering dikutip sebagai bahan bangunan alami untuk sistem microelectromechanical baru.

8,7 Intan Intan adalah bentuk utama dari karbon dengan struktur kovalen. Intan adalah

substansi paling keras yang diketahui (7.000 hingga 8.000 HK). Namun, rapuh dan mulai mengurai di udara sekitar 7000C, tapi tahan terhadap suhu yang lebih tinggi di lingkungan oksidasi.

Sintetis intan (sebutan diindustri) pertama kali dibuat pada tahun 1955. Metode umum pembuatan adalah subjek grafit dengan tekanan hidrostatik 14 GPa dan temperatur 30000C. Sintetis intan identik dengan intan alami. Sintetis intan memiliki sifat-sifat unggul dari kurangn murninya dan digunakan secara luas dalam aplikasi industri. Sintetis intan tersedia dalam berbagai ukuran dan bentuk; untuk mesin kasar, pasir yang halus yang paling umum adalah berdiameter 0,01 mm. Diamond like karbon (DLC) juga telah dikembangkan dan digunakan sebagai lapisan film intan, seperti yang dijelaskan dalam bagian 34.13. Partikel Intan juga dapat dilapisi dengan nikel, tembaga, atau titanium untuk meningkatkan kinerja dalam operasi penggerindaan.

Di samping penggunaannya sebagai perhiasan, Kualitas sintetis intan permata memiliki aplikasi yang mungkin seperti menghilangkan panas untuk komputer, di bidang telekomunikasi dan industri sirkuit terpadu dan sebagai jendela untuk laser daya tinggi. Konduktivitas listriknya adalah 50 kali lebih tinggi dari intan alami, dan itu adalah 10 kali lebih tahan terhadap kerusakan laser.

Karena karakteristik menguntungkan, intan memiliki banyak aplikasi penting, seperti: Alat Pemotongan material, sebagai kristal tunggal atau dalam polycrystal Sebagai abrasif pada roda penggerinda, untuk menggerinda bahan keras Balutan roda penggilingan (yaitu, mengasah dari butir abrasif)

17

Cetakan untuk menggambar kawat kurang dari diameter 0,06 mm Pelapis alat potong

RINGKASAN Beberapa bahan bukan logam sangat penting baik dalam penggunaan permesinan dan

dalam proses pembuatan. Keramik, yang merupakan senyawa dari unsur-unsur logam dan bukan logam, karakteristik umum adalah kekerasannya tinggi, kekuatan tekanan tinggi, modulus elastisitas tinggi, ekspansi termal rendah, tahanan tehadap suhu tinggi, tahan bahan kimia yang baik, kepadatan rendah, dan konduktivitas panas dan listrik yang rendah. Di sisi lain, mereka rapuh dan memiliki ketangguhan yang rendah. Nanophase keramik mempunyai sifat lebih baik daripada keramik biasa. Porositas dalam keramik mempunyai efek yang penting terhadap sifat sifat yang dimilikinya.

Keramik secara umum dikategorikan sebagai keramik tradisional atau keramik industri (atau teknologi tinggi); terakhir ini sangat menarik untuk pemakaiannya seperti komponen heat engine, alat pemotong, dan komponen yang memerlukan ketahanan terhadap aus dan korosi. Bagian penting dalam desain dan pembuatan keramik adalah keramik oksida (alumina dan zirkonia), tungsten dan silikon karbida, nitrida dan sermet.

Kaca adalah cairan yang superdingin dan tersedia dalam berbagai komposisi dan mekanis, fisik, dan optiknya. Keutamaan keramik kaca adalah dalam struktur kristal dan mempunyai sifat yang lebih diperlukan sekali daripada gelas.

Sebagian besar kaca memiliki kekuatan yang relatif rendah, tapi kaca dapat diperkuat dengan perlakuan panas dan kimia untuk memperoleh kekuatan dan ketangguhan tinggi. Kaca serat digunakan secara luas sebagai bahan penguat dalam material komposit, seperti plastik yang diperkuat serat.

Grafit, fullerenes, dan intan adalah bentuk-bentuk karbon yang menampilkan kombinasi sifat yang tidak biasa. Bahan ini memiliki beberapa aplikasi yang unik dan muncul dalam bidang teknik dan manufaktur. Grafit memiliki aplikasi pada temperature tinggi dan listrik; serat grafit digunakan untuk memperkuat plastik dan bahan komposit lainnya. Intan (baik alami dan sintetis) digunakan sebagai alat pemotong untuk pengoperasian mesin halus, seperti thin wire drawing, dan sebagai abrasif untuk roda grinda. Intan mempunyai aplikasi seperti karbon sebagai bahan pelapis memberikan peningkatan ketahanan aus.

18