KERAMIK PORSELIN ALUMINA SEBAGAI

BAHAN ISOLATOR LISTRIK

Drs. M. Gade, M.Si

Dosen Kopertis Wilayah I dpk pada FKIP UMN Al-Washliyah Medan

Abstrak

Porselin merupakan bahan keramik yang keras, kuat bewarna putih, tembus cahaya, tidak

poros, halus bila dibakar pada suhu tinggi dan bersifai Isolator listrik.

Keramik porselin alumina sangat mempengaruhi pada sifat fisis, mekanik, termal, listrik

dan mikrostrukturnya. dari karakterisasi sifat listrik yang dihasilkan akan bersamanya

kuat tembus listrik dengan komposisi bahan, suhu sintering dan dapat digunakan

sebagaibahan isolator listrik tegangan tinggi.

Kata kunci : Porselin, alumina, sintering, isolator listrik.

PENDAHULUAN

orselin merupakan keramik polikristalin

yang umumnya mempunyai fasa quarts,

mullit dan lebih dari 10 % volumenya

adalah fasa-fasa gelas. Porsein adalah bahan

keramik yang keras, kuat, bewarna putih, tembus

cahaya, tidak poros, halus bila dibakar pada suhu

tinggi dan bersifat isolator listrik (Relva C.

Buchanan. 1999). Salah satu contoh

pengembangan porselin dalam bidang industri

otomotif adalah pembuatan busi (Sparks Plugs).

Tahun 1930 dikembangkan industri porselin

untuk bahan isolator frekuensi tinggi. Kemudian

pengembangan dilakukan secara intensif oleh

MC. Dugel Borkett yang menghasilkan isolator

alumina yang dapat digunakan pada kondisi

tekanan tinggi. Pada dasarnya material porselin

dibentuk dari bahan baku: feldsfar, kaolin (ball

elay) dan kuarsa. Untuk maksud tertentu,

misalnya perbaikan sifat fisisnya dilakukan

penambahan aditif tertentu, antara lain : kapur,

talk, dolomite dan lainnya. Aditif ini dapat juga

berfungsi untuk meningkatkan plastisitas bodi,

kekuatan, memudahkan pembentukannya dan

terbentuknya struktur tertentu. Klasifikasi

keramik porselin dibedakan berdasarkan

komposisi, sifat-sifat dan aplikasinya. Aplikasi

keramik porselin lainnya adalah sebagai bahan

stop kontak, sekring, busi, isolator jaringan

listrik, sakelar pemutus tegangan listrik dan

sebagainya. Mengingat Indonesia kaya akan

bahan galian yang tersebar di daerah-daerah

maka usaha untuk mendorong pemanfaatan

bahan tersebut, khususnya untuk pembuatan

bahan isolator listrik menjadi topik dalam

pembahasan. Dengan demikian dapat diharapkan

suatu terobosan pemanfaatan bahan galian

sehingga memberikan nilai tambah tersendiri

yang cukup berarti.

1. Keramik Porselin

Keramik porselin merupakan salah satu

jenis keramik konvensional yang memiliki

mikrostruktur yang lebih halus, dan lebih

padat dibandingkan dengan keramik

konvensional lainnya seperti gerabah dan

stoneware. Penggunaan keramik porselin

tidak hanya terbatas sebagai barang seni,

P

peralatan rumah tangga dan tegel (Tile),

tetapi sudah digunakan sebagai komponen

peralatan teknik misalnya : isolator listrik,

komponen pada busi dan pompa.

Berdasarkan komposisi campuran bahan

baku, keramik porselin diklasifikasikan

menjadi tiga yaitu : Feldspatik Porselin,

alumina Porselin dan Kristobalit Porselin

(Muljadi at all, Jurnall LIPI 2002).

Bodi porselin konvensional dapat

dikalsifikasikan dalam dua tipe yaitu : low

tension porcelain dan high tension

porcelain. Perbedaan kedua tipe ini sangat

tergantung pada komposisi, jumlah fasa

gelas yang terbentuk, sifat-sifat sifat-sifat

dan aplikasinya (Relva C. Buchanan, 1991).

Porselin lunak 9low tension porcelaian)

biasanya kekuatan mekaniknya rendah,

tahan terhadap kejut suhu, respon terhadap

frekuensi tinggi kurang baik, hanya pada

frekuensi rendah (lebih kecil dari 104 Hz).

Porselin jenis ini biasanya disinter pada

suhu 1260 – 1320 °C.

Porselin keras (high tension porcelaian)

yang disebut sebagai porselin tegangan

tinggi, biasanya disinter pada suhu 1250 –

1450 °C, permukaannya halus dan

mengkilap (Relva C. Buchanan, 1991).

Bodi pembentuk porselin terdiri dari :

fieldsfar ()Kna)2O.3AL2O3.6Sio2, Kaolin

Al2O3. 2SiO2. 2H2O dan kuarsa SiO2.

Sifat fisis dari keramik porselin

diperlihatkan pada tabel dibawah ini.

Tabel Sifat fisis dari keramik porselin High

Tension (Charles A. Harper, 2003

Besaran Fisis Satuan Nilai

Porositas % 0,0

Densitas g/cm3 2,3 – 2,5

Temperatur

Sintering

°C 1300 –

1450

Resivitas (25°C) - cm 1012

- 1014

Kekerasan Pa 18 – 236

Modulus of

Rupture (MOR)

MPa 83

Bending Strenght MPa 137,8 –

310

Kekuatan

Dialektrik

kV/mm 13 - 18

Dialectrik Constant - 6,0 – 7,0

Loss factor - 0,020

Dari diagram fasa dapat dilihat bahwa

komposis porselin Alumina adalah 40 – 60%

(berat clay, 20 – 35% (berat) feldsfar dan 20 –

30% (berat) kuarsa.

Kaolin amerupakan bahan baku utama

badan keramik, yang berfungsi untuk

mengontrol rentang pembakaran dan distorsi

selama pembakaran. Kaolin akan membentuk

fasa cair pertama dalam sistem pada suhu sekitar

9000 °C. Kemudian fasa kristalin utama dan

berikutnya mullite (Relva C. Buchanan, 1991).

Feldsfar berfungsi sebagai bahan

pelebur (fluks) yang dapat menurunkan suhu

sinter, meningkatkan fasa gelas, menghindari

pori dan membentuk fasa mullite.

Peningkatan fasa gelas dan kandungan

alkali cendrung menurunkan sifat elektrik dan

kekuatan mekanik porselin. Larutnya fasa diatas

1200 °C akan meningkatkan viscositas dan

mempertahankan bentuk selama pembakaran.

Meningkatnya kandungan kuarsa berarti

meningkatnya kekuatan mekanik, menghasilkan

ukuran butir dibawah 10 m dan menurunkan

ekspansi termal. Pada keramik porselin dimana

elektron-elektron atom penyusunnya terikat

dengan kuat sehingga ion-ion tersebut tidak

berdifusi. Susunan kimia bahan keramik sangat

bervariasi mulai dari senyawa sederhana hingga

berupa campuran beberapa fasa kompl;eks.

Sedangkan porselin alumina merupakan salah

satu jenis porselin non konvensional. Porselin

alumina biasanya mengandung alumina

sebanyak 10 – 40% dari tola berat campuran.

Struktur kristal dari porselin alumina

mengandung 10-40 % adalah korudum, 8 – 20%

quartz dan < 10% adalah fasa gelas. Kekuatan

mekanik porselin ini menjadi tinggi oleh karena

adanya matriks gelas yang berfungsi

meningkatkan Young modulus dan kekuatannya

setara dengan korodum. Kelebihan dari kristal

korodum antara lain : ukuran butir relatif kecil

sekitar 3 – 5 m dan tidak menimbulkan cacat

mikro sekitar butiran quartz yang kasar, sehingga

suhu sinter menjadi tinggi dibandingkan dengan

keramik porselin konvensional. Dengan

demikian kekuatan mekanik dan kekerasan yang

tinggi sangat memungkinkan untuk diaplikasikan

sebagai isolator listrik yang membutuhkan

kekuatan tinggi (Relva C. Buchanan, 1991).

2. Alumina

Alumina adalah senyawa yang terdiri

dari alumunium dan oksigen, sehingga

alumina disebut juga senyawa oksida logam.

Keramik yang sering digunakan umumnya

mempunyai fasa Corundum ( - Al2O3)

dengan struktur tumpukan heksagonal

(Hexagonal Closed Packed, HCP).

Keunggulan alumina antara lain :

mempunyai titik lebur tinggi (2050 °C),

stabil digunakan hingga suhu 1700 °C,

kekuatan mekaniknya tinggi, keras,

penghantar panas yang baik, sebagai isolator

listrik dan tahan terhadap korosi. Karena

titik leburnya tinggi maka proses densifikasi

dari material ini juga membutuhkan suhu

sintering yang relatif tinggi (0,85 X titik

lebur = 1750 °C). (Pardamean et all Jurnal

LIPI, 2002)

Material keramik umumnya berupa

senyawa polikristal, dimana pada proses

pembuatannya meliputi beberapa tahap

antara lain : pemilihan bahan baku,

pencampuran, pembentukan dan

pembakaran (sintering). Parameter-

parameter proses pembuatan keramik sangat

tergantung pada jenis keramik yang akan

dibuat, bidang aplikasinya dan sifat-sifat

fisis yang diinginkan (James Reed. 1994).

Keramik porselin alumina mempunyai

kontribusi yang signifikan antara sifat

mekanik dan bisa digunakan sebagai bahan

isolator listrik. Menurut Buchanan RC 1986

bahwa keramik dengan kuat tembus listrik /

kuat dielektrik sekitar 9 – 11 kV/mm

tergolong untuk pemakaian isolator listrik

tegangan rendah/menengah). Sedangkan

kuat dielektrik 9,9 – 15,8 kV/mm tergolong

untuk porselin tegangan tinggi dan dapat

digunakan sebagai bahan isolator listrik

tegangan listrik.

PENUTUP

Dari bahasan diatas dapat disimpulkan

1. Unsur aditif alumina pada keramik porselin

sangat mempengaruhi sifat fisis, mekanik,

termal, listrik dan mikrostrukturnya.

2. Besarnya nilai dielektrik strenght untuk hig

tension porcelin sangat tergantung pada

kemampuan pemakaian tegangan listrik.

3. Kuat dielektrik pada tegangan tertentu

keramik porselin alumina dapat digunakan

sebagai bahan isolator listrik.

REFERENSI

Broudic J.C, J. Guille, S.Vilminot, 1989.

Properties of Sol Gel Ceramics and

Vitroceramiks With The Cordierite

Composition, Euro Ceramiks, Vol 2,

edited by R.A. Terstra, Netherland

Haus K.S, dkk. 1992, Synthesis and

Characterization of Low Thermall

Expansion Cordirerite, ASEAN. Japan

Seminar on Ceramics, Fine Ceranuks,

Kuala Lumpur- Malaysia

Junshiro Hayakawa, 1991, Testing Method of

Bending Strenght and Its Evoluation

JICA – SIRIM Publishing, Malaysia

Smallman, R.E dan Bishop, R.J. 1999.

Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa

Material. Erlangga : Jakarta

James Reed, 1994, Principle of Ceramics

Processing, Jhon Wiley and Son, Inc

Muljadi et all, 2002, Journal Fisika LIPI

Perdamean et all, 2002, Journal Telaah Fisika

LIPI Volume 23

Relva.C.Buchanan,1991,Electronics

Aplication for Advanced ceramics,

Engineering Material Hnadbook, New

York.

Relva. C. Buchanan, 1986, Ceramics Material

for Electronics, Marcel dekker Inc.

New York

Samual J. Scheneider Jr, 1991, Ceramics and

Glass, Vol 4, Engineering Material,

USA

Shackelford F. James. Introduction to

Materials Science for Engineers.

Prentoce Hall International. INC