BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Bentonit
Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit dalam dunia perdagangan dan termasuk kelompok dioktohedral. Penamaan jenis lempung tergantung dari penemu atau peneliti, misal ahli geologi, mineralogi, mineral industri dan lain-lain. Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan alumunium silikat hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempung yang kurang memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan
melalui pengolahan
tertentu. Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam fulling atau pembersih bahan wool dari lemak.(Tekmira) Bentonit berasal dari sebuah kota yaitu Ford Benton Wyoming di Amerika Serikat yang diabadikan sebagai nama lempung (clay mineral), karena lempung yang pertama kali pada daerah tersebut memiliki sifat yang berbeda dengan lempung yang ditemukan pada daerah dengan lempung yang ditemukan sebelumnya. Keunikan sifat bentonit kemampuan untuk mengembang dan membentuk koloid jika dimasukkan ke dalam air. Bentonit merupakan mineral alumina silikat hidrat yang termasuk dalam pilosilikat, atau silikat berlapis yang terdiri dari jaringan tetrahedral (SiO 4 )2- yang terjalin dalam bidang tak hingga membentuk jaringan anion (SiO 3 )2- dengan perbandingan Si/O sebesar 2/5. Rumus kimia umum bentonit adalah Al 2 O 3 .4SiO 2 .H 2 O. 85 % kandungan bentonit adalah montmorilonit. (Megawati Aviantari, 2008)
Komposisi Bentonit berdasarkan hasil analisa terhadap sampel bentonit yang diambil langsung di lapangan, diperoleh komposisi bentonit adalah sebagai berikut :
Tabel. 2.1. Komposisis Bentonit KOMPOSISI
%
Kalsium Oksida (CaO)
0
Magnesium Oksida (MgO)
0
Alumunium Oksida (Al 2 O 3 )
22,9
Ferri Oksida (Fe 2 O 3 )
5,1
Silika (SiO 2 )
55,5 ( Zuriah Sitorus)
Menurut Hasil analisis kimia contoh lempung serap/bentonit yang diambil dari Dengok, Kelurahan Tanjungharjo, kecamatan Naggulan Yogyakarta. (Ir. AY Humbarsono,Ejurnal )
Tabel.2.2. Komposisi Bentonit/serat lempung Dengok, Yogyakarta Senyawa SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K2O MnO Ti 2 H2O
% Berat 66,03 16,69 2,17 1,93 0,51 2,19 2,09 0,06 0,15 0,68 (AY HUMBARSONO)
2.1.1. Jenis-Jenis Bentonit Berdasarkan tipenya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu 1. Tipe Wyoming (Na-bentonit – Swelling bentonite) Na bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam keadaan kering berwarna putih atau cream, pada keadaan basah dan terkena sinar matahari akan berwarna mengkilap. Perbandingan soda dan kapur tinggi, suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8, tidak dapat diaktifkan, posisi pertukaran diduduki oleh ion-ion sodium (Na+). 2. Mg, (Ca-bentonit – non swelling bentonite) Tipe bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi di dalam air, tetapi secara alami atau setelah diaktifkan mempunyai sifat menghisap yang baik. Perbandingan kandungan Na dan Ca rendah, suspensi koloidal memiliki pH: 4-7. Posisi pertukaran ion lebih banyak diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnesium. Dalam keadaan kering bersifat rapid slaking, berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat. Penggunaan bentonit dalam proses pemurnian minyak goreng perlu aktivasi terlebih dahulu. (Tekmira) Sedangkan menurut (Megawati ,2008) bentonit dibagi dua yaitu: a. Natrium Bentonit Bentonit jenis ini disebut juga bentonit type Wyoming atau drilling bentonit mengandung ion Na+ relative lebih banyak jika dibandingkan dengan ion Ca 2 + dan in Mg 2 +. Natrium bentonit mempunyai sifat mengembang apabila dicelupkan ke dalam air hingga delapan kali lipat dari volume semula, sehingga keadaan suspensi akan lebih kental. pH suspensi bernilai 8,5-9,8 (bersifat basa). Mineral ini sering dipergunakan untuk Lumpur pemboran, penyumbat kebocoran bendungan, bahan pencampur pembuatan cat, bahan baku farmasi, dan perekat pasir cetak pada industri pengecoran logam. Berdasarkan kandungan bentonit yang digunakan peneliti, termasuk bentonit jenis Natrium. b. Kalsium bentonit Bentonit jenis ini disebut Mg, Ca-bentonit. Jenis ini mengandung kalsium (K 2 O) dan magnesium (MgO) lebih banyak dibandingkan natriumnya dan mempunyai sifat sedikit
menyerap air sehingga apabila didipersikan
dalam air akan cepat mengendap (tidak
membentuk suspensi). pH kalsium bentonit 4,0-7,0 (bersifat asam). Mineral ini dipergunakan untuk bahan pemucat warna untuk minyak.
2.2. Keramik
Keramik adalah semua benda-benda yang terbuat dari tanah liat/lempung yang mengalami suatu proses pengerasan dengan pembakaran suhu tinggi. Pengertian keramik yang lebih luas dan umum adalah “Bahan yang dibakar tinggi” termasuk didalamnya semen, gips, metal dan lainnya.(Kamus ilmiah)
2.2.1. Pembagian Keramik
Pada prinsipnya keramik dapat dibagi dua bagian yaitu keramik tradisional dan keramik modern Keramik tradisonal adalah keramik yang terbuat dari bahan alam seperti kaolin, feldspar, clay dan kwarsa. Yang termasuk keramik ini adalah barang pecah (dinner ware), keperluan rumah tangga (tile brick) dan untuk industry (refractory). Keramik modern (fine keramik) adalah keramik yang dibuat dengan oksida – oksida logam atau logam, seperti oksida. Pengguanannya sebagai elemen pemanas semikonduktor, komponen turbin. (Joeliningsih, 2004)
2.2.3. Sifat-Sifat Keramik
Sifat –sifat keramik dapat dilihat dibawah ini 1. Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah. 2. Tahan terhadap korosi. 3. Dapat bersidat magnetic dan non magnetic. 4. Keras, dan kuat. 5. Rapuh.
6. Sifat listriknya dapat menjadi isolator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor.
2.3. Karakteristik Bahan
2.3.1. Sifat Fisis
2.3.1.1. Penyusutan
Penyusutan terjadi akibat menurunnya porositas dimana keporian terisi oleh bahan-bahan yang mudah melebur. Penyusutan suatu produk sangat erat kaitannya dengan proses pembuatan bahan tersebut. Temperatur pembakaran sangat berpengaruh terhadap penyusutan. Semakin tingi temperatur pemabakaran yang diberikan terhadap bahan maka keporian akan semakin tertutupi oleh bahan yang mudah melebur sehingga terjadi penyusutan yang semakin besar. Besar Penyusutan keramik normal adalah 30 %. (Kenneth, 1996)
Penyusutan bakar adalah persentase penyusutan diameter sebelum dan sesudah dibakar, dan secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :
% susutbakar =
do − di x100% …………………………..……………….(2.1) do
Dimana : d 0 = diameter sebelum dibakar d i = diameter sesudah dibakar
2.3.1.2. Porositas
Porositas dalam suatu keramik dinyatakan dalam % rongga atau fraksi volume dari suatu rongga yang ada dalam bahan tersebut. Porositas sangat dipengaruhi oleh bentuk dan distribusinya. Porositas dintakan dalam % yang menghubungkan antar volume pori terbuka terhadap volume benda keseluruhan, secara persamaan dapat dilihat :
Porositas (%) =
mk − mk 1 x x100% .................................................(2.2) Vk ρ air
Dimana : m k = massa kering sampel setelah dibakar (gram) m b = massa basah sampel setelah direndam selama 1 x 24 jam (gram) V k = volume sampel setelah dibakar
ρ air = massa jenis air (gram/cm3) 2.3.1.3. Densitas
Densitas merupakan pengukuran massa setiap satuan volum benda. Semakin tinggi densitas (massa jenis) suatu benda, maka semakin bessar pula massa setiap volumnya. Densitas ratarata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumnya. Sebuah benda yang memiliki densitas lebih tinggi akan memiliku volume yang lebih rendah dari pada benda bermassa sama yang memiliki densitas lebih rendah. Densitas keramik konvensional adalah sebesar 3.980 kg/m3. (Menurut Kenneth, 1996) Secara matematis densitas dirumuskan sebagai berkut: 𝜌=
𝑚 𝑣
………………………………………………………….(2.3)
Dimana: 𝜌 = densitas ( gram / cm 3 ); m = massa (gram); v = volume (cm3)
2.3.2. Sifat Mekanik
Berbagai jenis keramik termasuk semen, bata untuk bangunan, bata tahan api dan gelas dipergunakan sejak lama sebagai bahan konstruksi bangunan. Bidang penggunaan baru bagi keramik sebagai bahan konstruksi telah dikembangkan, sebagaimana telah terlihat dalam studi yang luas mengenai karbida silicon dan nitride silicon sebagai bahan untuk turbin adan motor yang sangat efisiean. Pada umumnya keramik memiliki sifat-sifat yang baik yaitu : keras, kuat dan stabil pada temperatur tinggi, tetapi keramik bersifat getas dan mudah padah seperti halnya porselen, keramik cina ataupun gelas. Dalam bab ini dikemukakan penejelasan dasar yang diperlukan agar sifat-sifat mekanik dari keramik diketahui lebih baik. (Tata Surdia,2005). Adapun sifat mekanik bahan keramik dapat ditinjau dari kuat tekan dan kekerasan dapat dijelaskan sebagai berikut :
2.3.2.1. Kuat Tekan
Besarnya kekuatan tekan suatu bahan merupakan perbandingan besarnya beban maksimum yang dapat ditahan bahan dengan luas penampang bahan yang dapat mengalami gaya tersebut. Secara matematis besarnya kuat tekan suatu bahan dapat dirumuskan sebagai berikut :
fc =
P …………………………………………………………………………………………………….. (2.4) A
Dengan f c = kuat tekana(Pascal) P = Beban Maksimum (N) A = Luas Permukaan (m2)
2.3.2.2. Kekerasan
Kekerasan adalah kriteria untuk menyatakan intensitas terhadap suatu bahan terhadap deformasi yang disebabkan objek lain. Kekerasan adalah salah satu ciri khas bahan keramik dengan kekerasannya yang sangat tinggi. (Tata Surdia,2005). Besarnya kekerasan keramik normal/konvensional adalah sebesar 2600 MPa. (Menurut Kenneth, 1996).
Kekerasan dapat juga didefinisikan sebagai ketahanan bahan terhadap penetrasi pada permukaan, namun pada umumnya terhadap deformasi platis karena pada bahan yang ulet kekerasan memiliki hubungan yang sejajar dengan kekuatan. Cara pengukuran kekerasn dapat ditentukan dengan deformasi yang berbeda, yaitu dengan kekerasan Brinnel, Rocwkwell, Vickers. Pengujian kekerasan dapat dilakukan dengan Harness Vickers. Alat uji kekerasan menggunakan indektor yang bentuknya berupa bola kecil, piramida, atau titik indentor berfungsi sebagai pembuat jejak pada logam (sample) dengan pembebanan tertentu, nilai kekerasan diperoleh setelah diameter jejak diukur. Kekerasan suatu bahan dapat ditentukan dengan persamaan berikut: 𝐻𝑣 = 1,8544 Dengan:
𝑃
𝐷2
………………………………………………………. (2.5)
Hv = kekerasan Vickers (kgf/mm2) P = beban yang diberikan (kgf) D = panjang rata-rata garis diagonal bekas penekanan (mm)
Secara rinci sifat mekanik dan sifat fisis keramik konvensional dapat dilihat dalam table berikut ini ;
Tabel.2.3. Sifat fisis dan mekanik keramik konvensional Sifat Keramik Sifat Mekanik • Kekerasan • Kuat Tarik Sifat Fisis • Densitas • Penyusutan • Titik Leleh
Besar Parameter 2600 MPa 0.6 GPa 3,980 g/cm3 30 % 5000 0C
Beberapa kekerasan dari jenis – jenis keramik dapat dilihat pada table berikut :
Table.2.4. Beberapa kekerasan dari jenis – jenis keramik
Jenis Keramik
Kekerasan (MPa)
Magnesium Oksida
700
Silikon Oksida
820
Aluminium Oksida
2100
Diamond
8000 (Sumber, Kenneth, 1996)
Sifat – sifat fisik keramik standard ISO Table.2.5. Sifat – sifat fisik keramik standard ISO
Kandungan (% berat)
Keramik AluminaTinggi Al 2 O 3 > 99,8
Standar ISO 6474 Alumina Al 2 O 3 > 99,5
Rapatan (gram/cm3)
>3,98
> 3,90
Ukuran butiran (micron)
3-6
<7
Kekasaran permukaan (micron) Kekerasan (Vickers) Kuat tekan (MPa) Kuat tekuk (MPa) setelah diuji dengan larutan Ringer Modulus Young (GPa)
0,02 2300 4500 550
>2000 400
380
( Anton J, Hartono )
2.4 Struktur Kristal
2.4.1 Fasa Kristalin
Dalam konteks ilmu dan rekayasa material ,fasa adalah bagian dari suatu material yang berbeda dengan bagian bagian lainnya dalam hal struktur atau komposisi . Perhatikan ‘’ es – air’’ . Meskipun keduanya memiliki komposisi yang sama,air adalah cairan yang fluid sedangkan es adalah padatan yang kristalin. Batas fasa antara keduanya menunjukkan adanya diskontiniutas pada strukturnya ; ke duanya merupakan fasa yang berbeda. Demikian pula halnya,baik garam biasa maupun garam laut ,keduanya mengandung NaCl tetapi keduanya merupakan fasa yang berbeda diskontiniutas pada batas yang mereka miliki menandakan adanya perubahan baik dalam hal komposisi maupun struktur. Sekarang perhatikan suatu kombinasi 50-50 antara air dan alkohol ; keduanya dapat saling melarutkan (soluble) atau saling tercampur (miscible),sehingga hanya ada satu fasa. Akan tetapi ,suatu campuran 50-50
antara air dan minyak tidak saling tercampur (immiscible) ; pasangan yang disebut belakangan ini terdiri dari dua fasa yang berbeda dengan diskontiniutas komposional pada batas fasanya.
2.4.2 Kristal
Pada hakekatnya semua logam ,sebagian besar material keramik ,dan beberapa polimer tertentu berkristalisasi ketika mereka memadat. Bagi orang awam ,kata Kristal mengandung makna suatu material yang memiliki permukaan,transparan,bahkan bernilai tinggi. Namum demikian ,fasa kristalin memiliki satu karakteristik yang lebih mendasar lagi,yang harus kita telaah jika kita ingin memahami struktur internal dari logam dan material material lainnya. Kristal mempunyai perioditas sehinnga menghasilkan tatanan rentang-panjang(longrange order). Maksud nya adalah susunan atomik lokalnya berulangdengan interval yang teratur jutaan kali dalam ketiga dimensi ruang. Tatanan
yang di jumpai pada Kristal dapat digambarkan sebagian dengan
menggunakan koordinasi-koordinasi atomic yang sketsa nya di perlihat kan pada gambar 2.4.1,dimana setiap ion Na+
hanya memiliki ion –ion Cl- sebagai tetangga terdekat, dan
setiap ion Cl- hanya memiliki ion-ion Na+ sebagai tetangga terdekat , jarak antara tetangga terdekat pada Naclsudah tetap,dengan kata lain (r Na + + R Cl - ) selalu sama dengan 0,097 nm ditambah 0,181 nm,atau 0,278 nm, tetangga tetangga dari setiap ion individual selalu ditemukan pada arah yang identik begitu juga tetangga untuk ion ion lainnya yang serupa. Meskipun semua hubungan lokal ini penting,yang lebih penting lagi adalah bahwa salah satu perpanjangan dari koordinasikoordinasi atomik (atau ionik) dalam tiga dimensi ini menghasilkan periodisitas rentang panjang yang khas. Perpanjangan itu menggambarkan ekstrapolasi yang tak terbatas. Atom ( atau ion ) dari suatu volumeberukuran kecil yang disebut sel satuan/unit cell berulang pada interval yang spesifik. Semua sel satuan di dalam suatu kristal identik . jika kita mendiskripsikan salah satunya,berarti kita telah mendiskripsikan semuanya. Ini akan mempermudah proses analisis dan deskripsi struktur internal kita nantinya.
Gambar 2.4.1 Struktur Kristal Nacl. 2.4.3 Sistem Kristal Periodisitas tiga dimensi yang merupakan karakteristik kristal , dapat dipahami dengan menggunakan beberapa geometri yang berbeda . Sel satuan pada gambar 2.4.1 adalah sel kubik : ke tiga dimensinya sama dan saling tegak lurus sesamanya. Kristal ini di golongkan kedalam sistem kubik. Sebelum membahas sistim-sistim Kristal yang lain ,kita harus memilih kerangka referensi. Sesuai konvensi ,kita menempatkan sumbu x,y,dan z beserta titik asalnya pada sudut belakang kiri bawah. Sudut sudut aksialnya di beri tanda huruf yunani , alpha ( α ), beta ( β ) , gamma ( γ ). Juga sesuai konvensi ,dimensi dimensi sel satuan nya masing masing dinamai sebagai a,b,dan c untuk ketiga arah sumbu.
Gambar 2.4.2 Sumbu Kristal
Variasi variasi sudut aksial dan variasi ukuran relatif dari dimensi a ,b, danc akan menghasilkan tujuh ( dan hanya tujuh ) sistim kristal. Sistim ini di muat dalam Tabel 2.6.
Tabel 2.6 Sistim Kristal SISTIM
SUMBU
SUDUT SUMBU
Kubik
a=b=c
α = β = γ = 90°
Tetragonal
a=b ≠ c
α = β = γ = 90°
Ortorhombik
a≠ b ≠ c
α = β = γ = 90°
Monoklinik
a≠ b ≠ c
α = γ =90 ≠ β
Triklinik
a ≠b≠c
α ≠ β ≠ γ ≠ 90°
Heksagonal
a=b ≠ c
α = β = 90°; γ = 120°
Rombohedral
a=b=c
α = β = γ ≠ 90°
2.4.4. Kisi
Sesuai dengan ringkasan tabel 2.6 , kita dapat membagi ruang menjadi tujuh sistim pengisian ruang. Sesuai dengan ke tujuh sisti ini terdapat 14 pola titik ,disebut kisi kisi Bravais ( Bravais lattices). Tiga diantara nya adalah sistim kubik sederhana (sc : simple cubik), kubik pemusat ruang (bcc), dan kubik pemusat sisi (fcc) Secara abstrak ,kisi mendefenisikan suatu pengulangan titik yang periodik ,yang mana setiap titik kisi memiliki lingkungan sekitar yang identik dengan lingkungan sekitar dari titik titik kisi yang lain. Jarak ke titik tetangga ,dan arah atom tetangga selalu berulang. Pada kisi kisi kubik sederhana ,pengulangan terjadi hanya pada ke tiga arah orthogonal dari sumbu sumbu kubik tersebut. Pada sisi kubik pemusat ruang, pengulangan juga terjadi di pusat setiap sel satuan. Pada kisi kubik pemusat sisi ,pengulangan terjadi pada pusat dari setiap bidang permukaan kubus dan pada sudut sudut kubus (tidak ada pengulangan pada pusat kubus).
Kita dapat dapat menggantung atom atom ,molekul molekul ,atau kombinasi atom lain di titik kisi,namun demikian ketika melakukan keadaan tersebut keadaannya akan semakin kompleks. Akan tetapi ,sel satuannya tetap menyediakan modul struktural untuk fasa yang bersangkutan.
Gambar 2.4.3 Kisi Ruang. (Ke -14 kisi Bravais)
2.4.5 Struktuk Kubik 2.4.5.1 Logam Kubik Pemusat Ruang (bcc) Besi berkristalisasi dalam sistim kubik. Pada suhu ruang ,terdapat sebuah atom besi di setiap sudut dari sel satuan sel tersebut , dan sebuah atom lain di pusat ruang sel satuan. Besi merupakan jenis logam berstruktur kubik pemusat ruang (bcc) yang paling sering ditemui,namun bukan satu satu nya. Kromium dan tungsten (wolfram),termasuk logam logam lain yang juga memiliki struktur logam bcc. Setiap atom besi di dalam strukrur logam bccini dikelilingi oleh delapan atom besi terdekat, apakah atom tersebut terletak di sudut ataupun di pusat sel-satuan. Oleh karena itu, setiap atom memiliki lingkungan sekitar yang sama. Ada dua atom logam dalam setiap sel
stuan bcc. Satu atom terletak di pusat dan delapan oktan(seperdelapan bagian dalam sebuah lingkaran), terletak pada kedelapan sudut.
Gambar 2.4.4 Struktur Kubik Pemusat Ruang (bcc) Material dengan struktur logam bcc memiliki kontak atom di sepanjang diagonal ruang(d.r) dari sel satuan. Jadi kita dapat menulis : (d.r) logam bcc = 4R = a
3 …………………………….(2.6)
logam bcc
Atau a
logam bcc
=
4R/ 3 …………………………………………..(2.7)
dimana a adalah konstanta kisi . Kita dapat mengembangkan konsep mengenai faktor penumpukan(PF, packing factor)atomic dari suatu logam bcc dengan mengasumsikan atom-atomnya berbuntuk bola (model bola-keras) dan kemudian menghitung fraksi volume dari sel satuan yang ditempati oleh atom-atom tersebut: Faktor penumpukan =
volumeatom ……………………….(2.8) volumeselsatuan
Ada dua atom per sel satuan di dalam suatu logam bcc, dan kita menganggap atom berbentuk bola, sehingga:
[4πR / 3] = 2 [4πR / 3] 2 3
FP =
a3
3
[4R
/ 3
]
3
= 0,68…………………………(2.9)
2.4.5.2 Logam Kubik Pemusat Sisi (fcc) Susunan atomik dalam tembaga tidak sama dengan susunan atomic dalam besi, meski keduanya berstruktur kubik. Selain sebuah di setiap sudut sel satuan tembaga, ada satu atom lagi di pusat setiap sisi kubus, tetapi tidak ada satu atom pun di pusat kubus.
Struktur kubik pemusatan-sisi (fcc) ini,seperti halnya bcc, meerupakan struktur umum dari berbagai logam. Aluminium, tembaga, timbale, perak, dan nikel memiliki struktur ini (begitu pula besi pada suhu tinggi). Struktur logam fcc memiliki empat atom per sel satuan. Kedelapan oktan sudutnya jika dijumlah menghasilkan satu atom, dan masing-masing dari keenam pemusatan-sisi menambahkan setengah atom sehingga jumlah atom totalnya adalah empat atom per sel satuan . karena atom-atom tersebut salaing bersinggungan di sepanjang diagonal sisi (d.s), kita dapaat menuliskan: (d.s) logam fcc = 4R = a logam fcc 2 ……………………...(2.10) Atau ,untuk konstanta kisi, A logam fcc = 4R/ 2 …………………………………….(2.11)
Gambar 2.4.5 Struktur kubik Pemusat sisi. Factor penumpukan untuk suatu logam fcc adalah 0,74,yang lebih besar daripada factor penumpukan untuk logam bcc yang besarnya 0,68. Perbedaan ini memang dapat dipahami ,karena setiap atom dalam suatu logam bcc hanya memiliki delapan tetangga saja. Setiap atom didalam suatu logam fcc memiliki 12 tetangga. Atom pemusat sisi bagian depan memiliki empat tetangga terdekat,empat tetangga saling bersinggungan pada bagian belakang,dan empat bagian lainnya berada di depan. 2.5 Struktur Mikro Keramik Keramik memiliki struktur anorganik dan struktur amorf seperti gelas tapi kebanyakan keramik memiliki struktur Kristal. Struktur mikro keramik poli kristalin selalu
kompleks
dan
di
bedakan
oleh
adanya
batas
butir
(
grain
boundaries).renik
(pores),ketidaksempurnaan,dan kondisi multi fasa yang membuatnya lebih bervariasi. Pada daerah batas butir ,energi bertambah sehingga ketidakmurnian cenderung berkumpul disana. Ketidak murniaan adalah merupakan fase ke dua dan ketiga antara partikel konstituen kedalam batas butir. Dengan adanya penambahan ketidakmurniaan dan zat adiktif lainnya,struktur mikro dapat berubah, jika diamati pada batas butrannya maupun pada porositasnya. Umumnya keramik dihasilkan dari pembentukan bahan baku dalam bentuk powder dan
melakukan
sintering.
Keramik
yang
diperoleh
dengan
cara
ini
bersifat
polikristalin,gabungan butiran polikristalin yang halus serta terjadinya batas butir. Kesemua ini
tidak
terlepas
dari
pengaruh
yang
besar
terhadap
sifat-sifat
fisis
dan
kimianya.(Krista.S.2010).
2.6. Karakterisasi Struktur Kristal Keramik 2.6.1. Diffraksi Sinar-X (X-ray Diffraction)
Fenomena interaksi dan difraksi sudah di kenal pada ilmu optik . standard pengujian di laboratorium fisika adalah menentukan jarak antara dua gelombang dengan mengetahui panjang gelombang sinar datang dengan mengukur sudut berkas sinar yang terdifraksi. Pengujian ini merupakan aplikasi langsung dari pemakaian sinar –x untuk menentukan jarak antara kristal dan jarak antara atom dalam kristal. Gambar 2.4. berikut ,menunjukkan suatu berkas sinar x dengan panjang gelombang λ , jatuh pada sudut θ pada sekumpulan bidang kristal berjarak d . Sinar datang pada sudut θ hanya dapat terlihat jika berkas dari setiap bidang yang saling berdekatan saling menguatkan.
Oleh sebab itu jarak tambahan satu berkas di hamburkan dari setiap bidang yang berdekatan ,dan menenpuh jarak sesuai dengan perbedaan kisi yaitu sama dengan panjang gelombang n λ . Sebagai contoh ,berkas ke dua yang ditunjukkan pada gambar 2.4.harus
menempuh jarak lebih jauh dari berkas pertama sebanyak
PO + OQ. Syarat pemantulan
dan saling menguatkan dinyatakan oleh : n λ = PO + OQ= 2 ON sin θ =2 d sin θ n λ = 2 d sin θ
……………………………………………………….(2.12)
dengan : n = orde difraksi (bil.bulat) d = jarak bidang
θ = sudut difraksi
Gambar 2.4. Difraksi Bidang Kristal
Rumus 2-6 ini terkenal dengan hukam Bragg. Arah berkas sinar yang di pantulkan sepenuhnya oleh geometri kisi ,dimana sebaliknya geometri kisi diatur oleh orentiasi dan jarak antar bidang – bidang kristal . Jika untuk suatu Kristal kubus simetri ,diberikan ukuran struktur sel satuan a,sudut sudut dimana berkas sinar didifraksikan oleh bidang bidang Kristal (hkl) dapat di hitung dengan mudah melalui rumus jarak antar bidang : d (hkl) =
a (h 2 + k 2 + l 2 )
…………………………………………………..(2.13)
Untuk memastikan bahwa hokum Bragg dapat terpenuhi dan pemantulan dari berbagai bidang Kristal dapat terjadi ,maka penting t untuk memberikan batas ambang pada Ө atau λ . Berbagai cara dimana hal tersebut mengawali metode standard difraksi sinar X yang dinamakan dengan metode Laue,metode perputaran Kristal metode serbuk. Dalam metode Laue sebuah Kristal tunggal diam di tembak dengan berkas cahaya radiasi putih. Kemudian ,karena benda uji adalah betul-betul Kristal tunggal ,variable penting untuk memastikan bahwa hukum bragg dapat dipenuhi untuk semua bidang Kristal ,maka harus di berikan ambang batas panjang gelombang pada berkas sinar tersebut. Setiap kelompok bidang Kristal memilih λ yang tepat dari spectrum putih untuk menghasilkan suatu pantulan Bragg. Radiasi dari sebuah elektroda yang mempunyai nomor atom tinggi (wolfram) sering digunakan,tetapi semua bentuk radiasi putih dapat digunakan ( C.Kittle,2001).
