PENGELOMPOKKAN BAHAN

1. LOGAM

Ilmu logam adalah suatu pengetahuan tentang logam-logam yang menjelaskan tentang

sifat-sifat, struktur, pembuatan, pengerjaan dan penggunaan dari logam dan paduannya.

Bahan teknik 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. Logam dapat digolongkan dalam

kelompok logam ferro yaitu logam yang mengandung besi dan logam non ferro atau logam

bukan besi. Dari semua jenis logam dapat digolongkan menjadi logam murni dan logam

paduan. Logam paduan artinya logam yang dicampur dengan logam lain atau bahkan

dicampur dengan bukan logam. Dari semua golongan logam dapat dibedakan menjadi lima

bagian yaitu:

Logam berat adalah apabila berat jenisnya lebih besar dari 5 kg/dm3.

Misalnya : nikel, kromium, tembaga, timah, seng, dan besi.

Logam ringan adalah apabila berat jenisnya lebih besar dari 5 kg/dm3.

Misalnya : aluminium, magnesium, natrium, titanium, dan lain-lain.

Logam mulia adalah logam yang tidak dicampur dengan logam lain atau unsur lain

sehinggah sudah dapat digunakan sebagai bahan teknik, misalnya: emas, perak, dan

platina.

Logam refraktori yaitu logam tahan api, misalnya: wolfram, molebdenum, titanium,

zirconium.

Logam radioaktif, misalnya: uranium dan radium.

Dalam penggunaan dan pemakaian pada umumnya, logam tidak merupakan logam murni

melainkan logam paduan. Logam murni dalam pengertian ini adalah logam yang tidak

dicampur dengan unsur lainnya atau pengertian lain yaitu 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.

Memadukan dua logam yang lemah dapat diperoleh logam paduan yang kuat dan keras,

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 zatarang (bukan logam) adalah bahan yang rapuh, paduan besi dengan zatarang

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, sulfide atau karbonat.

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 besi yang sudah atau selalu bercampur dengan unsur lain.

Besi teknik terbagi atas tiga macam, yaitu:

1. Besi mentah atau besi kasar yang kadar karbonya lebih besar dari 3,7%.

2. Besi tuang yang kadar karbonnya 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 memberikan warna abu-abu kehitaman, dan disebut

besi tuang putih karena karbon mampu bersenyawa dengan besi.

3. Baja atau besi tempa yaitu kadar karbonnya 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 :

silisium, mangan, fosfor, belerang dan sebagainya yang kadarnya relatif rendah. Unsur-

unsur dalam campuran itulah yang mempengaruhi sifat-sifat besi atau baja pada

umumnya, tetapi unsure zatarang (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

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 dan Paduannya

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 logam non ferro murni, platina, emas dan perak 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,molebdenum, wolfram dan sebagainya.

Sedangkan dari logam non ferro ringan antara lain: magnesium, titanium, kalsium dan

sebagainya.

2. POLIMER

Polimer adalah rantai berulang dari atom yang panjang, terbentuk dari pengikat yang

berupa molekul identik yang disebut monomer. Sekalipun biasanya merupakan organik

(memiliki rantai karbon), ada juga banyak polimer inorganik. Contoh terkenal dari polimer

adalah plastik dan DNA.

Penggolongan polimer terdiri dari:

Berdasarkan asal polimer:

Polimer alam: polimer yang tersedia secara alami di alam. Contoh: karet alam (dari

monomer-monomer 2-metil-1,3-butadiena/isoprene), selulosa (dari monomer-

monomer glukosa), protein (dari monomer-monomer asam amino), amilum.

Polimer sintetik: polimer buatan hasil sintetis indukstri/pabrikan. Contoh: nilon (dari

asam adipatdengan heksametilena), PVC (dari vinil klorida), polietilena, poliester

(dari diasil klorida dengan alkanadiol)

Berdasarkan jenis monomer:

Homopolimer: terbentuk dari monomer-monomer sejenis. Contoh: polisterina,

polipropilenam selulosa, PVC, Teflon.

Kopolimer: terbentuk dari monomer-monomer yang tak sejenis. Contoh: nilon 66,

tetoron, dakron,protein (dari berbagai macam asam amino), DNA (dari pentosa, basa

nitrogen, dan asam fosfat),bakelit (dari fenol dan formaldehida), melamin (dari urea

dan formaldehida).

Berdasarkan penggunaan polimer:

Serat: polimer yang dimanfaatkan sebagai serat, misalnya untuk kain dan benang.

Contoh: polyester, nilon, dan dakron.

Plastik: polimer yang dimanfaatkan untuk plastik. Contoh: bakelit, polietilena, PVC,

polisterina, dan polipropilena.

Berdasarkan sifatnya terhadap panas:

Polimer termoplas/termoplastis: polimer yang melunak ketika dipanaskan dan dapat

kembali ke bentuk semula. Contoh: PVC, polietilena, polipropilena.

Polimer thermosetting: polimer yang tidak melunak ketika dipanaskan dan tidak

dapat kembali ke bentuk semula. Contoh: melamin dan selulosa.

Tabel perbedaan antara termoplas dan thermosetting

TermoplasTermosetting

Mudah diregangkan Keras dan rigid

Fleksibel Tidak fleksibel

Melunak jika dipanaskan Mengeras jika dipanaskan

Titik leleh rendah Tidak meleleh jikan dipanaskan

Dapat dibentuk ulang Tidak dapat dibentuk ulang

Berdasarkan reaksi pembentukannya:

Polimerisasi merupakan suatu jenis reaksi kimia dimana monomer-monomer bereaksi

untuk membentuk rantai yang besar.

Polimer adisi

Suatu polimer adisi memiliki atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya.

Reaksi pembentukan teflon dari monomer-monomernya tetrafluoroetilen, disebut

reaksi adisi. Menurut jenis reaksi adisi ini, monomer-monomer yang mengandung

ikatan rangkap dua saling bergabung, satu monomer masuk ke monomer yang lain,

membentuk rantai panjang. Produk yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi adisi

mengandung semua atom dari monomer awal. Jadi, polimerisasi adisi adalah polimer

yang terbentuk dari reaksi polimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap

diikuti oleh adisi dari monomer- monomernya yang membentuk ikatan tunggal.

Polimer Kondensasi

Polimer kondensasi mengandung atom-atom yang lebih sedikit karena terbentuknya

produk sampingan selama berlangsungnya proses polimerisasi. Polimer kondensasi

terjadi dari reaksi antara gugus fungsi pada monomer yang sama atau monomer yang

berbeda. Dalam polimerisasi kondensasi kadang-kadang disertai dengan

terbentuknya molekul kecil seperti H2O, NH3, atau HCl. Di dalam jenis reaksi

polimerisasi yang kedua ini, monomer- monomer bereaksi secara adisi untuk

membentuk rantai. Namun demikian, setiap ikatan baru yang dibentuk akan

bersamaan dengan dihasilkannya suatu molekul kecil – biasanya air – dari atom-atom

monomer. Pada reaksi semacam ini, tiap monomer harus mempunyai dua gugus

fungsional sehingga dapat menambahkan pada tiap ujung ke unit lainnya dari rantai

tersebut. Jenis reaksi polimerisasi ini disebut reaksi kondensasi.

3. KERAMIK

Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk

dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedia tahun

1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk

menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar. Sifat keramik sangat ditentukan oleh

struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik

juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum

strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas.

a. Karakteristik Struktur Keramik

Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral

bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi

dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit

elektron-elektron bebas.

b. Sifat-Sifat Keramik

Sifat Mekanik

Keramik merupakan material yang kuat, keras dan juga tahan korosi. Selain itu

keramik memiliki kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi.

Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk patah

tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Kekuatan tekan keramik biasanya

lebih besar dari kekuatan tariknya.

Sifat Termal

Sifat termal bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansi termal, dan

konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk

mengabsorbsi panas dari lingkungan. Sebagian besar keramik memiliki titik leleh

yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat

bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi

perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik.

Sifat Elektrik

Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi. Keramik dikenal sangat baik sebagai

isolator. Tahun 1986, keramik jenis baru, yakni superkonduktor temperatur kritis

tinggi ditemukan.

Sifat Kimia

Salah  satu  sifat  khas  dari  keramik  adalah  kestabilan  kimia. 

Sifat Fisik

Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan

material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik

biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat

sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan.

Sifat Optik

Banyak aplikasi memanfaatkan sifat optik bahan keramik ini. Transparansi gelas

membuatnya bermanfaat untuk jendela, lensa, filter, alat masak, alat lab, dan objek-

objek seni.

c. Klasifikasi Keramik

Keramik Tradisional

Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam,

seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah

(dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory).

Keramik Halus

Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced

ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan

menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam (Al2O3, ZrO2,

MgO,dll). Penggunaannya: elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan

pada bidang medis.

d. Keunggulan Keramik

Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah.

Tahan korosi

Sifat listriknya dapat isolator, semikonduktor, konduktor, bahkan superkonduktor.

Sifatnya dapat magnetik dan non-magnetik

Keras dan kuat, namun rapuh

4. KOMPOSIT

Kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti dua atau lebih material / bahan

yang digabung atau dicampur secara makroskopis untuk mendapatkan kekuatan yang

spesifik. Dimana pengertian makroskopis ini yaitu penggabungan material dimana masih

dapat dilihat sifat-sifat unsur-unsur pembentuknya.

Perbedaan yang mendasar antara material komposit dengan material alloy yaitu kalau pada

material alloy penggabungan materialnya dilakukan secara mikroskopis, sehingga tidak

bisa dilihat sifat-sifat dasar dari unsur-unsur pembentuknya.

a. Struktur dan Unsur Utama pada Bahan Komposit

Pada umumnya bahan material komposit terdiri dari dua bahan utama, yaitu :

Serat (fiber )

o Sebagai unsur utama pada komposit

o Menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekuatan, kekakuan, dan sifat

mekanik lainnya.

o Menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada material komposit.

o Bahan yang dipilih harus kuat dan getas, seperti carbon, glass, boron, dll.

Matrik (resin)

o Melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik.

o Bahan yang dipilih bahan yang lunak.

Dari pengertian di atas dan unsur-unsur utamanya, maka dapat diamati bahwa sebagian

besar struktur alami yang terdapat di alam adalah dalam bentuk komposit, contohnya :

Daun padi, terdiri dari serat daun yang dibungkus oleh matrik yaitu lychin

Batang bamboo, batangnya terdiri dari serat yang diikat dengan matrik dengan kuat

sehingga kaku dan ringan.

b. Kelebihan Bahan Komposit

Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan

konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari

beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan

(reliability), kebolehprosesan dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini : 

1. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal

Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting

dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan

serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang

lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.

Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan

bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks

penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik

yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit

yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam.

Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan

seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan

penghematan bahan bakar.

Dalam industri angkasa lepas terdapat kecenderungan untuk menggantikan

komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti

komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutama komposit

yang menggunakan serat karbon.

Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisa yang

lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecenderungan komponen

logam untuk mengalami kakisa menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi.

Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna)

yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat

dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan.

Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk

menghasilkan komposit hibrid. 

2. Keboleh prosesan

Keboleh prosesan merupakan suatu kriteria yang penting dalam penggunaan suatu

bahan untuk menghasilkan produk. Ini karena dikaitkan dengan produktivitas dan

mutu suatu produk. Perbandingan antara produktiviti dan kualiti adalah penting

dalam konteks pemasaran produk yang dipabrikasi. Selain dari itu kebolehprosesan

juga dikaitkan dengan keberbagai teknik fabrikasi yang dapat digunakan untuk

memproses suatu produk.

Adalah jelas bahwa bahan komposit diboleh prosesan dengan berbagai teknik

fabrikasi yang merupakan daya tarik yang dapat membuka ruang luas bagi

penggunaan bahan komposit. Contohnya untuk komposit termoplastik yang

mempunyai kelebihan dari segi pemrosesan yaitu ianya dapat diproses dengan

berbagai teknik fabrikasi yang umum yang biasadigunakan untuk memproses

termoplastik tanpa serat.

3. Biaya

Faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu

perkembangan industry komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan

suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek, seperti biaya bahan

mentah, pemrosesan, tenaga manusia dan sebagainya.

c. Kegunaan Bahan Komposit

Penggunaan bahan komposit sangat luas, yaitu untuk :

Angkasa luar

Komponen kapal terbang

Komponen Helikopter

Komponen satelit

Automobile

Komponen mesin

Komponen kereta

Olahraga dan rekreasi

Sepeda

Stick golf

Raket tenis

Sepatu olah raga

Industri pertahanan

Komponen jet tempur

Peluru

Komponen kapal selam 

Industri pembinaan

Jembatan

Terowongan

Rumah

Kesehatan

Kaki palsu

Sambungan sendi pada pinggang 

Kelautan

Kapal layar

5. ELEKTRONIK

Bahan Elektronika adalah alat yang berupa benda dan sangat menjadi bagian paling

penting dalam suatu rangkaian elektronika yang dapat bekerja sesuai dengan kegunaannya

masing masing. Kegunaan bahan ini mulai dari yang menempel langsung pada papan PCB,

CCB, Protoboard maupun papan Veroboard dengan cara di solder atau ada bahan yang

tidak menempel langsung pada papan rangkaian, misalnya alat penghubung atau kabel.

Bahan elektronika biasanya terdiri dari satu atau lebih bahan elektronika, yang terdiri dari

satu atau beberapa unsur materi dan jika bahan elektronika ini di satukan untuk di gunakan

sebagai desain rangkaian yang di inginkan dapat berfungsi sesuai dengan fungsi dari

masing masing bahan, ada yang di gunakan untuk mengatur arus dan tegangan, meratakan

arus, menyekat arus, memperkuat sinyal dan masih banyak fungsi dari bahan lainnya.

Daftar bahan elektronika yang sering dijumpai:

Kapasitor

Kapasitor atau yang biasa kita sebut dengan kondensator adalah alat yang dapat

menyimpan energi dalam medan listrik. Cara kerja kapasitor adalah dengan

mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Satuan dalam

kondensator di sebut dengan Farad, farad sendiri di ambil dari nama penemu kapasitor

yaitu Michael Faraday. Kondensator memiliki dua kaki dan dua kutub yaitu kutub

positif dan kutub negatif serta cairan elektrolit yang biasanya berbentuk tabung.

Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang di desain untuk menahan arus listrik dengan

mengambil tegangan listrik di antara kedua kutub, nilai tegangan resistansi berbanding

dengan arus yang mengalir berdasarkan hukum ohm. Resistor banyak di gunakan

sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik. Komponen resistor di buat

dari bermacam macam bahan kawat resistansi. Karakteristik dari resistor adalah

resistansi dan daya listrik yang dapat di hantarkan.

Transistor

Transistor adalah alat yang di pakai sebagai penguat, modulasi sinyal dan fungsi

lainnya. Transistor berfungsi sebagai kran listrik, di mana arus inputnya (BJT) atau

(FET), ini di gunakan agar pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber

listriknya. Transistor merupakan komponen elektronika yang sangat penting dalam

dunia elektronik, contoh dari penggunaan transistor adalah dalam rangkaian analog,

rangkaian amplifier (penguat) dan rangkaian digital. Beberapa transistor juga dapat di

rangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate dan memory.

Transformator

Transformator atau trafo adalah bahan elektro magnet yang dapat mengubah arus suatu

tegangan menjadi tegangan AC.

Dioda

Dioda adalah bahan aktif yang bersaluran dua. Dioda memiliki dua elektroda aktif di

mana arus listrik dapat mengalir. Dioda Varikab di gunakan sebagai kondensator

pengendali tegangan. Fungsi dioda adalah untuk memudahkan arus mengalir dalam

suatu arah dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya. Dioda juga dapat di sebut

sebagai elektronik dari katub pada transmisi cairan.

6. BIOMATERIAL

Istilah biomaterial adalah dimaksudkan bagi semua material sintetik maupun alami yang

digunakan dalam praktek klinik yang bertujuan sebagai pengganti, penyetabil, ataupun

penguat jaringan tubuh yang rusak. Dalam bidang bedah orthopedi, berbagai biomaterial

digunakan untuk mendapatkan berbagai peralatan guna fiksasi fraktur, osteotomi dan

arthrodesis, penutupan luka, penggantian jaringan, dan penggantian sendi total. Guna

memastikan bahwa tingkat keamanan dan fungsi mereka di bawah kondisi yang bervariasi

adalah baik, maka biomaterial orthopedi haruslah bersifat biokompatibel (mampu

berfungsi dalam in vivo tanpa menimbulkan respon buruk lokal maupun sistemik dalam

tubuh), tahan terhadap korosi dan degradasi (mampu bertahan tidak merapuh dalam

lingkungan in vivo tanpa memberikan reaksi buruk), dan memiliki property wear dan

mekanikal yang adekuat. Kriteria terrsebut menjadi penting khususnya pada keadaan

penggantian atau pengutan dalam penahanan beban struktur tulang seperti tulang panjang

dan sendi. Tambahannya, biomaterial harus memperlihatkan standar kualitas yang tinggi

dengan harga yang rasional. Mengerti akan hubungan antara struktur dan komposisi

biomaterial orthopedi (metal, polimer, keramik) yang sering digunakan dan kemampuan

mereka dalam memenuhi berbagai kriteria di atas adalah sangat utama guna memahami

efikasinya dalam praktik klinis.

a. Biokompabilitas

Sebagai benda asing dalam lingkungan in vivo, biomaterial orthopedi memicu satu

rangkaian kejadian yang bilamana diimplantasikan dapat membahayakan dalam hal ini

meracuni jaringan tubuh. Biokompatibilitas, dengan demikian, didefinisikan

berdasarkan tingkatan reaksi buruk yang ditimbulkan saat diimplantasikan. Sebagai

contoh, biomaterial yang hanya menimbulkan sedikit atau tidak samasekali respon

inang (seperti cobalt chromium metallic alloy) dapat disebut sebagai inert. Biomaterial

interaktif, di lain pihak, didisain untuk menimbulkan berbagai respon khusus yang

menguntungkan seperti pertumbuhan jaringan (misalnya porous tantalum). Biomaterial

yang berikatan atau merangsang sel yang kemudian diserap atau remodel (misalnya,

pemakaian polimer yang dapat hancur dalam jaringan yang digunakan dalam

pelipatgandaan jaringan fungsional). Akhirnya, material replant, terdiri dari jaringan

asli yang telah dikultur secara in vitro dari sel-sel yang didapat dari seorang pasien

khusus (contoh, khondroplasti untuk pengobatan defek kartilago fokal). Material yang

menimbulkan reaksi biologis yang lebih parah dari apa yang tercakup dalam definisi

tersebut di atas harus dipertimbangkan sebagai yang bersifat tidak biokompatibel.

Satu tingkat penerimaan biokompatibilitas telah ditetapkan bagi sebagian besar

biomaterial orthopedi yang biasa dipakai. Namun biokompatibilitas menjadi isu penting,

khususnya bagi peralatan multikomponen seperti satu kombinasi plat tulang atau

peralatan dengan artikulasi sebagaimana dalam arthroplasti sendi. Berbagai peralatan

tersebut mudah melepaskan partikel-partikel debris yang telah diketahui dapat

berakumulasi baik secara lokal maupun sistemik. Meskipun biomaterial yang dalam

bentuk utuhnya adalah bersifat biokompatibel (seperti ultra high molecular weight

polyethylene/UHMWPE), namun dalam bentuk partikelnya dapat menimbulkan reaksi

jaringan yang merusak seperti osteolisis yang mengawali destruksi jaringan dan

gagalnya pengobatan.

b. Ketahanan terhadap Korosi dan Degradasi

Lingkungan in vivo tubuh manusia dapat sangat korosif. Korosi menimbulkan dua

masalah yaitu meninggalkan bagian rusak pada daerah yang bersinggungan dengan

implan orthopedi yang nantinya sebagai sumber penimbul stress yang dengan jelas akan

menurunkan kekuatan implan, dan melepaskan produk korosi ke dalam lingkungan

sekitar yang dapat berefek buruk dari segi biokompatibilitas, menimbulkan nyeri,

pembengkakan, dan kerusakan jaringan sekitar. Berbagai implan orthopedi dapat

terpapar terhadap beberapa modus korosi bergantung dari geometri dan riwayat

pembuatannya, kondisi in vivo di mana ia diperuntukkan, dan adanya defek-defek

permukaan.

Korosi galvanik terjadi sebagai satu hasil dari potensial elektrokimia yang ditimbulkan

antara dua metal yang berkontak fisik dan immersed dalam satu medium konduktif

seperti misalnya serum atau cairan interstisil. Korosi galvanik adalah secara khas

diperlihatkan pada fraktur yang difiksasi dengan plat pada lokasi antarmuka plat dan

screw yang menahannya ke tulang. Meskipun plat dan screw tersebut pembuatannya

dari campuran metal yang sama, namun perbedaan dalam metode pembuatan antara

kedua komponen tersebut dapat menimbulkan beberapa variasi lokal dalam struktur

mikro dan komposisi kimianya, yang merangsang satu respon galvanik selama kontak

keduanya. Korosi galvanik juga dapat disebabkan oleh impurities dalam satu implan

(juga disebut korosi intergranuler). Meski jarang, korosi intergranuler telah pernah

dijumpai pada prostesis panggul yang diambil dari pasien di mana adanya cracks yang

dipropagasi antara beberapa pits, mengarahkan ke fraktur katastrofik. Korosi galvanik

paling baik dihindarkan melalui penggunaan bahan mentah dengan tingkat kemurnian

setinggi-tingginya, pengurangan tambahan impurities yang dapat masuk ke dalam

material selama pembuatannya, dan keyakinan bahwa digunakannya prosedur-prosedur

pemanasan yang konsisten pada berbagai komponen yang berbeda dari peralatan jenis

multikomponen.

Korosi fretting timbul pada lokasi kontak antarmaterial dengan terdapatnya gerakan

mikro relatif di antara keduanya ketika menerima beban. Diperkenalkannya teknik

modularitas pada peralatan arthroplasti sendi telah meningkatkan kejadian korosi

fretting oleh pemakaian tapered junction, sebagai contoh penggantian kaput femur dan

stem leher femur. Korosi fretting dapat juga menjadi masalah dalam sistim plat-screw

stainless melalui satu kombinasi kerusakan mekanis yang ditimbulkan oleh pemasangan

screw dan gerakan mikro tambahan dalam pengimplantasiannya, di mana keduanya

tersebut menyebabkan destruksi mekanis bagi lapis pelindung oksidanya. Cara korosi

ini dapat dihindarkan melalui pemasangan screw yang tidak terlalu tight,

mempertahankan alur taper tulang bebas dari debris, dan optimalisasi disain taper yang

mengurangi gerakan mikro relatif.

Korosi crevice timbul oleh karena perbedaan tekanan oksigen di dalam dan di luar satu

crevice dengan satu ikutan perubahan-perubahan dalam konsentrasi elektrolit dan pH.

Beberapa crevice dan, dengan demikian, potensial timbulnya korosi crevice adalah

sering terjadi dalam implan orthopedi, terbanyak dijumpai antar lokasi countersunk

lobang-lobang screw dalam peralatan seperti plat, dan komponen acetabuler tanpa

semen dan kepala screw yang digunakan untuk menahan peralatan ke tulang di

dekatnya. Sebagai contoh, korosi crevice dan fretting dijumpai pada sedikitnya 90% plat

tulang berbahan stainless steel yang diambil dari pasien-pasien. Korosi crevice dapat

dihindarkan melalui pengurangan defek permukaan yang dapat timbul saat

pembuatannya dan selama dalam masa pemasangannya saat operasi.

Degradasi biomaterial orthopedi seperti misalnya polimer adalah juga merupakan satu

bentuk korosi sebagai hasil dari paparan lingkungan yang merusak. Dalam beberapa

situasi, degradasi diprogramkan ke dalam material, seperti polimer yang dapat

didegradasi (biodegradable) yang ditujukan untuk menurunkan kekuatannya ataupun

untuk melepaskan obat-obatan tertentu dalam satu waktu tertentu. Pada situasi tertentu,

bagaimanapun, degradasi dapat detrimental terhadap sifat-sifat implan. Mungkin

komplikasi yang palaing dikenal luas yang dikaitkan dengan degradasi dalam implan-

implan orthopedi adalah degradasi oksidatif dari komponen UHMWPE untuk ganti

sendi total. Paparan terhadap radiasi dalam satu lingkungan ambient menyebabkan

scission dari rantai polimer dan mengkreasi adanya radikal bebas yang sebaliknya akan

berreaksi dengan oksigen. Sebagai hasilnya, akan menimbulkan satu penurunan berat

molekul dan satu peningkatan dalam kristalinitas dan densitas. Berbagai perubahan ini,

sebaliknya menyebabkan satu penurunan kekerasan polietilen tersebut dan resisten

terhadap propagasi crack dan peningkatan dalam modulus elastisitasnya. Dengan

demikian, implan polietilen yang terdegradasi

c. Sifat-sifat Mekanik Biomaterial

Menciptakan satu peralatan (device) untuk satu kebutuhan orthopedi memerlukan

kemampuan memerkirakan bagaimana sifat-sifat mekanik yang dimilikinya melalui

pertimbangan geometri dan sumber/bahan material yang akan digunakannya.

Memperkirakan sifat-sifat mekanik yang dimiliki satu jenis peralatan adalah bergantung

pada beberapa faktor: gaya-gaya yang nantinya akan bekerja padanya, burdens mekanik

pada mana gaya-gaya tadi akan bekerja secara internal dalam material tersebut, dan

kemampuan yang dimiliki material untuk menahan burdens tersebut dalam rentang

waktu usia yang dimiliki peralatan tersebut.