Pengertian material Keramik, Polimer dan komposite beserta sifat sifatnya

KLASIFIKASI MATERIAL TEKNIK

                         
                     

                                

1.1 KLASIFIKASI DAN SIFAT MATERIAL

     

Material adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang. Berdasarkan pengertian tersebut maka material teknik adalah material yang digunakan untuk menyusun sebuah benda dan digunakan untuk perekayasaan dan perancangan di bidang teknik.

         Bahan / material merupakan kebutuhan bagi manusia mulai zaman dahulu sampai sekarang. Kehidupan manusia selalu berhubungan dengan kebutuhan bahan seperti pada transportasi, rumah, pakaian, komunikasi, rekreasi, produk makanan dll. Perkembangan peradaban manusia juga bisa diukur dari kemampuannya memproduksi dan mengolah bahan untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. (jaman batu, perunggu dsb. Pada tahap awal manusia hanya mampu mengolah bahan apa adanya seperti yang tersedia dialam misalnya : batu, kayu, kulit, tanah dsb. Dengan perkembangan peradaban manusia bahan - bahan alam tsb bisa diolah sehingga bisa menghasilkan kualitas bahan yang lebih tinggi

Material teknik dapat dibedakan menjadi 6  : 

• Logam

• Keramik

• Polimer

• Komposit 

• Semikonduktor. 

• Biomaterial.

LOGAM

                           

 gambar logam

                         Logam adalah material yang mempunyai daya hantar listrik yang tinggi dengan sifat konduktor yang baik dan tahan terhadap temperatur tinggi, mempunyai titik didih tinggi, keras, mengkilap, tidak tembus cahaya, dan dapat dideformasi sehingga banyak digunakan pada banyak konstruksi.

          

                      

Jenis logam juga terbagi mnjadi 2 jenis yaitu logam ferro dan non ferro.dan jenis material teknik yang dipakai secara luas dalam teknologi modern adalah baja. Baja adalah material logam yang dapat dipakai secara fleksibel dan mempunyai beberapa karakteristik. Material ini kuat dan siap dibentuk menjadi bermacam-macam keperluan teknik. Material ini berspektrum luas dan mempunyai kemampuan berdeformasi secara permanen yang merupakan modal penting dalam menentukan harga tegangan luluh pada berbagai beban.

                             

Keramik

Keramik merupakan campuran antara unsur logam dan nonlogam, kebanyakan dalam bentuk oksida, nitrida dan karbida. Material yang termasuk dalam kelompok ini tersusun atas clay, semen dan gelas. Material ini bersifat insulator terhadap listrik dan panas dan lebih tahan pada temperatur tinggi dan lingkungan yang berat daripada logam dan polymer. Sifat mekanik material ini keras namun getas.

                             

   gambar keramik

Polymer

Polimer adalah molekul rantai panjang yang mengandung beberapa ikatan mer. Mer dalam sebuah polimer adalah sebuah molekul hidrokarbon tunggal seperti etilen (C2H4).  Karet dan plastik termasuk dalam kelompok ini. Kebanyakan berupa senyawa organik yang secara kimia tersusun atas unsur karbon, hidrogen, dan nonlogam lainnya. Density yang rendah dan fleksibilitas yang tinggi merupakan ciri khas material ini. Pemakaian plastik juga sangat luas, mulai peralatan rumah tangga, interior mobil, kabinet radio/televisi, sampai konstruksi mesin.

                                   

 gambar polymer

Komposit

Komposit merupakan material hasil kombinasi dari dua material atau lebih, yang sifatnya sangat berbeda dengan sifat masing-masing material asalnya. Komposit selain dibuat dari hasil rekayasa manusia, juga dapat terjadi secara alamiah, misalnya kayu, yang terdiri dari serat selulose yang berada dalam matriks lignin. Komposit saat ini banyak dipakai dalam konstruksi pesawat terbang, karena mempunyai sifat ringan, kuat dan non magnetik.

Perkembangan teknologi material telah melahirkan suatu material jenis baru yang dibangun secara bertumpuk dari beberapa lapisan. Material ini lah yang disebut material komposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. Pada dasarnya, komposit  didefinisikan sebagai campuran makroskopik dari serat dan matriks. Serat merupakan material yang (umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan tarik.Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan.

Fiberglass salah satu contoh yang sudah banyak dikenal yaitu serat gelas dilekatkan dalam sebuah material polymer. Komposit didisain untuk menunjukkan suatu kombinasi dari sifat-sifat terbaik tiap-tiap material penyusunya. Fiberglass mendapatkan kekuatan yang tinggi dari serat gelas dan fleksibilitas dari polymer. Saat ini banyak material yang dikembangkan melibatkan komposit.

                                       

  gambar komposit

Semikonduktor

Semikonduktor memiliki sifat-sifat listrik ditengah-tengah antara konduktor dan insulator listrik. Material ini sangat peka terhadap kehadiran konsentrasi atom, yang dapat dikontrol pada daerah yang sangat kecil. Semikonduktor memungkinkan adanya IC (integrated circuit) yang merupakan revolusi bagi industri elektronik dan komputer.

Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor, bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikan materi lain (biasa disebut materi doping). Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara yang terkontrol.

                                         

 gambar semikonduktor

Biomaterial

            Biomaterial diaplikasikan sebagai bagian yang dipasang pada tubuh manusia untuk mengganti kan anggota tubuh yang sakit atau rusak. Material ini harus tidak bersifat toxic (beracun/ menghasil kan zat beracun) dan cocok dengan jaringan tubuh (tidak mengakibatkan reaksi biologi yang merugikan). Semua material; logam, keramik, polymer, komposit dan semikonduktor bisa digunakan sebagai biomaterial.

                                     

1.2  SIFAT MATERIAL

A.    SIFAT FISIK

            Merupakan kemampuan suatu bahan/material ditinjau dari sifat-sifat fisikanya. Sifat yang dapat dilihat atau tampak langsung dari suatu bahan/material. Sifat fisik ini relatif tidak dapat dirubah. Beberapa sifat fisik yang dimiliki suatu bahan/material, antara lain:

1.      Warna

Umumnya semua bahan/material mempunyai warna yang khas. Contohnya: tembaga berwarna merah, besi berwarna hitam, besi cor kelabu berwarna abu-abu, alumunium berwarna keperakan, dan sebagainya.

2.      Kepadatan (density)

Yaitu berat bersatunya volume beban. Kebalikan dari densitas adalah volume spesifik. Perkalian dari kedua besaran ini diperoleh dari volume atom. Contohnya: massa jenis, berat jenis, dan lain sebagainya.

3.      Ukuran dan bentuk (dimensi). Setiap bahan atau material pasti memiliki bentuk dan ukurannya masing-masing sesuai dengan kebutuhan yang akan digunakan.

B.     SIFAT THERMAL

Kenaikan temperatur pada saat akan menaikan getaran atom yang mengakibatkan ekspansi thermal kisi, sehingga terjadi perubahan dimensi. Perubahan volume dengan berubahnya temperatur berperan penting dalam proses-proses metalurgi seperti pengecoran dan perlakuan panas. Contohnya: titik cair, dan titik lebur.

C.    SIFAT LISTRIK

Berbagai sifat listrik dari material adalah konduktivitas, koefisien temperatur dari tahanan, kekuatan dielektrik, resistivitas dan lain sebagainya.

1.      Konduktivitas listrik. Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus listrik.

2.      Koefisien temperatur. Adalah perubahan kapasitansi dengan suhu dinyatakan linear sebagai bagian per juta derajat celcius, atau sebagai perubahan persen pada rentang suhu tertentu.

3.      Kekuatan dielektrik. Merupakan ukuran kemampuan suatu material untuk bisa tahan terhadap tegangan tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan.

4.      Resistivitas. adalah kemampuan suatu bahan untuk mengantarkan arus listrik yang bergantung terhadap besarnya medan istrik dan kerapatan arus. Semakin besar resistivitas suatu bahan maka semakin besar pula medan listrik yang dibutuhkan untuk menimbulkan sebuah kerapatan arus.

D.    SIFAT MAGNETIK

Sifat magnetik ini dapat dibedakan menjadi 2 tipe, diantaranya yaitu:

a)      Diamagnetik: yaitu tolak-menolak dengan daerah magnet

b)      Paramagnetik (feromagnetik): yaitu tarik-menarik dengan daerah magnet

E. SIFAT MEKANIS

            Kemanpuan suatu bahan/material dalam menerima beban mekanis, baik beban statis maupun beban dinamis. Contoh: ketangguhan, kelelehan, kekerasan, ketahanan mulur, kekuatan tarik, dan lain sebagainya.

Terdapat acuan dan sifat mekanis yang menentukan spesifikasi standar material tersebut. Data tersebut diperoleh dengan uji mekanis sesuai standar yang ditentukan. Data tersebut hanya berlaku pada kondisi yang disebutkan, bila material telah mengalami perlakuan tertentu, sifat mekanisnya dapat berubah. Beberapa standar spesifikasi yang biasa digunakan, antara lain” ISO, SAE, JIS, AISI, DIN

           

Beberapa spesifikasi sifat mekanis yang dimiliki material yaitu:

1.      Strength (kekuatan)

Yaitu kemampuan material/bahan untuk menahan pengaruh gaya-gaya luar yang bekerja sampai pada batas kerusakan. Beberapa macam kekuatan logam dapat dibaca dalam materi pengujian sifat mekanis logam.

2.      Stifness (kekakuan)

yaitu kemampuan bahan untuk menahan perubahan bentuk (deformasi)

3.      Elasticity (elastisitas)

Yaitu sifat bahan yang dapat kembali (regain) kebentuk semula setelah deformasi terjadi, pada saat gaya luar atau beban dihilangkan.

4.      Plasticity (plastisitas)

Yaitu sifat material yang tidak dapat kembali (retain) kebentuk semula setelah deformasi dibawah beban pemanen. Sering disebut dengan deformasi permanen.

5.      Ductility (keliatan)

Yaitu kemampuan bahan untuk menahan beban patah dan mudah dibentuk atau diolah seperti pengerolan, penarikan, dan sebagainya. Semakin besar keliatan suatu bahan maka semakin aman terhadap kemungkinan patah. Kelihatan pada umumnya dinyatakan oleh regangan teknis sampai titik patah (break) dari suatu pengujian tarik. Besarnya kelihatan dinyatakan dalam persentase perpanjangan dan persentase pengecilan luas.

6.      Menyatakan energi yang diabsorbsi oleh bahan sampai titik patah, yaitu merupakan luas bidang bawah kurva tegangan regangan.

7.      Kelelahan

Patahan lelah disebabkan oleh tegangan berulang dan juga dapat terjadi pada tegangan kurang dari 1/3 kekuatan tarik statik pada bahan struktur pada konsentrasi tegangan. Dalam keadaan dimana pemusatan tegangan diperhitungkan, mungkin bahan akan putus pada tegangan yang lebih rendah. Jadi kelelahan memegang utama dalam putusnya bahan secara mendadak pada penggunaan suatu struktur atau komponen.

Proses terjadinya patah lelah, yaitu: tejadinya retakan awal, perambatan retakan lelah, patahan static terhadap luas penampang sisa. Sedangkan untuk mencegahnya maka perlu dilakukan pengawasan pada setiap prosesnya.

8.      Creep (melar)

Beberapa bahan dapat berdeformasi secara kontinu dan perlahan-perlahan dalam periode waktu yang lama jika dibebani secara tetap. Deformasi semacam ini, yang tergantung pada waktu disebut melar.

9.      Keausan

Terjadi karena adanya gesekan (friction) pada bidang kontak saat sebuah komponen bergerak dengan tahanan. Jika hal tersebut terjadi secara terus-menerus makan abrasi (pengikisan) akan berlanjut dan merusak kelihatan komponen yang selanjutnya berkembang terus menjadi lebih parah sampai suatu saat patah.

10.  Kekerasan

Adalah kemampuan bahan untuk menahan beban yang tinggi termasuk kemampuan logam memotong logam yang lain.

E.     SIFAT TEKNOLOGI

            Merupakan kemampuan suatu bahan/material untuk diproses lanjut atau dilakukan proses pengerjaan permesinan. Contoh: mampu mesin, mampu las, mampu cor, mampu dibentuk, mampu dikeraskan, dan lain sebagainya

F.     SIFAT KIMIA

            Ketahanan suatu bahan/material terhadap lingkungan terutama dari sifat asam dan basa. Contoh: ketahanan terhadap karat, ketahanan tehadap panas, beracun.

G.    SIFAT LOGAM

            Sebelumnya telah dibahas penggolongan sifat-sifat dari sebuah material, baik untuk logam maupun non-logam. Untuk material logam, terdapat beberapa sifat-sifat yang penting, antara lain:

1.      Malleability (mampu tempa)

Yaitu kemampuan logam untuk ditempa. Logam mempunyai sifat yang mampu dibentuk dengan suatu gaya, baik dalam keadaan dingin maupun panas tanpa tejadi retak pada permukaannya, misalnya dengannya hammer (palu).

2.      Machinibility

Yaitu kemampuan suatu logam untuk dikerjakan dengan mesin, misalnya: dengan mesin bubut, milling, dan lain sebagainya

3.      Strenght (kekuatan)

Yaitu kemampuan suatu logam untuk dibengkokan beberapa kali tanpa mengalami retak.

4.      Toughness (sifat ulet)

Yaitu kemampuan suatu logam untuk menahan deformasi.

5.      Hardness (kekerasan)

Yaitu ketahanan suatu logam terhadap penetrasi atau penusukan indentor yang berupa bola baja, intan piramida, dll

6.      Weldability (mampu las)

Merupakan kemampuan suatu logam untuk dapat dilas, baik dengan menggunakan las listrik maupun dengan las karbit (las)

7.      Corrosiaon resistance (tahan korosi)

Yaitu kemampuan suatu logam untuk menahan korosi atau karat akibat kelembaban udara, zat-zat kimia, dll

8.      Tahan impact

Sifat yang dimiliki oleh suatu logam untuk dapat tahan terhadap beban kejut

9.      Ductility (mampu tarik)

Yaitu kemampuan logam untuk membentuk dengan tarikan sejumlah gaya tertentu tanpa menunjukkan gejala-gejala putus. Contoh dari gejala putus yakni adanya pengecilan permukaan penampang pada salah satu sisi.