ENGETAHUAN BAHAN KERAMIK
(BAHAN BAKU BODY KERAMIK)
oleh Agus Mulyadi Utomo
Hidup dan Seni: goesmul.blogspot. pengetahuan keramik
goesmul@gmail.com
Tanah liat atau lempung berasal dari pendinginan
bahan-bahan meleleh dan pijar dari perut bumi berupa magma / lahar / lava
leleh menjadi batu-batuan di atas permukaan bumi yang kemudian mengalami proses
pemecahan geologis secara alamiah
oleh adanya pengaruh sinar matahari, air, hujan, gletser, suhu atau
temperatur yang terus menerus dalam
waktu lama bahkan ribuan tahun (jutaan tahun), terdiri dari berbagai macam mineral, feldspat, silika, alumina dan sebagainya.
Di bumi unsur kimia terbanyak
diperkirakan ada 4 unsur (90%) diantaranya terdiri dari oksida (50%), silica
(25%), alumunium (8%) dan besi (6%) (Anton J.H., 1994: 4). Kira-kira 70% atau 80% dari kulit bumi
terdiri dari batuan yang merupakan sumber tanah liat atau lempung (Ambar
Astuti, 1997: 15). Pada ketebalan tanah 0,25 sampai 1 meter terdapat akar-akar
dan sisa-sisa tumbuhan dan bahan organik
lainnya yang membusuk, memberi warna dan sifat yang beragam pada tanah.
Lempung atau tanah
liat adalah bahan baku
Selain
sebagai bahan baku untuk raga (body) keramik, lempung dan berbagai
oksida logam dan bahan senyaw anorganik
dan non-logam lainnya merupakan pula bahan baku
Bahan Body Keramik
Lempung atau
tanah liat, berasal dari proses pemecahan geologis
pada permukaan bumi secara alamiah. Lempung disebut juga sebagai produk
pencuacaan dari feldspar. Berawal
dari pendinginan bahan-bahan yang meleleh dan pijar dari perut bumi berupa magma atau lava leleh menjadi batu-batuan, yaitu batuan beku, batuan bentukan metamorf adalah bahan yang berubah
karena tekanan panas dan air, juga berbagai sumber pegmatit dengan mineral
yang kadar unsur tanahnya tinggi . Juga ada pula batuan sidemen yang bahannya berpindah dari tempat asal terbentuk yang
terbawa oleh angin, air (melalui sungai), salju / gletser dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah
kemudian mengendap pada suatu tempat yang stabil menjadi lempung atau tanah
liat, mika dan kapur, yang terdiri dari berbagai macam mineral, feldspat, silica, alumina dan
lainnya. Ada
Lempung
berdasarkan keadaan terdapatnya di alam bisa berupa bahan gembur (limpas) yang terdapat di alam jumlahnya
cukup berlimpah dan tersebar luas, misalnya pasir kuarsa dan clay. Bisa juga berupa bahan batuan yang terdapat
dalam struktur geologis yang terbatas seperti feldspar, mika dan quartzite.
Dapat pula berupa bahan batuan padat yang di alam jumlahnya relatif besar
seperti batu gamping, batu dolomite,
batu pasir kuarsa dan sebagainya.
Tanah liat
atau lempung terbagi menjadi 2 katagori yaitu:
Pertama sebagai tanah liat residu
atau tanah murni (primary clay) yang
terdapat ditempat asal batuan itu terbentuk atau tanah belum berpindah tempat
sejak terbentuknya. Pada umumnya tanah murni berwarna cerah atau putih atau
putih-keabu-abuan dan krem, berbutir kasar dan sifatnya tidak plastis. Tanah
primer ini terproses secara alamiah (bisa jutaan tahun) dengan tekanan yang
tinggi (veldspaat), temperatur tinggi
(feldspar) dan pelapukan kulit tanah
(kaolin) serta termasuk pula hasil
semburan lumpur panas dari dalam perut bumi. Katagori yang kedua, berupa
tanah campuran (secondary clay), tanah liat endapan atau tanah
sekunder yang terbentuk dari hasil proses perpindahan tempat oleh air, angin,
gletser dan sebagainya, berbutir halus dan bersifat plastis serta tercampur dengan kotoran mineral (impurities). Pada umumnya tanah campuran
ini warnanya beragam dan itu tergantung bahan lain yang banyak mencemarinya
seperti cobalt menjadi kebiruan, mangan menjadi violet, chrome menjadi kehijau-hijauan, besi terlihat kemerahan dan lainnya.
Disamping itu tanah jenis tersebut terdapat aneka proses geologis lainnya. Contoh tanah endapan adalah tanah limpah sungai, tanah marin (laut), tanah rawa, tanah danau
dan tanah sawah.
Terjadinya
lempung yang berasal dari proses peruraian batuan, terutama dari batuan beku
yaitu proses hipogenik dan epigenik. Proses hipogenik terjadi di bawah permukaan bumi, biasanya oleh pengaruh
uap panas yang mengandung larutan-larutan kimia. Proses ini dinamakan proses hydrothermal, khususnya untuk proses
terjadinya kaolin yang disebut kaolinisasi. Proses epigenik terjadi di atas permukaan bumi, proses ini dikenal dengan
sebutan pelapukan yaitu pelapukan fisika dan kimia. Pelapukan fisika umumnya
oleh karena pengaruh panas, dingin, mekanis atau benturan dan jamur, sehingga
batuan beku yang keras dan besar menjadi bagian-bagian yang kecil. Pasir-pasir
halus hasil pelapukan fisika
dilarutkan oleh pelapukan kimia yaitu
terutama karena pengaruh adanya air dan udara, proses ini disebut pelapukan kimia.
Lempung
adalah bahan bahan tanah sebagai hasil dari pemurnian batuan-batuan terutama feldspar dan yang mengandung senyawa alumina silikat hidrat (mineral lempung). Bahan ini akan plastis bila basah dan akan sangat
keras seperti batu bila dipanaskan pada temperatur tinggi. Mineral lempung adalah senyawa alumina
silikat hidrat yang mempunyai butir-butir sangat halus dan merupakan mineral yang dominan di dalam lempung,
terdiri dari 3 kelompok yaitu kelompok kaolin,
kelompok momorillonit dan kelompok
yang mengadung alkali.
Lempung untuk bisa dimanfaatkan dengan
baik sebagai bahan mentah keramik, maka bahan tanah tersebut dapat diusahakan
dengan pemisahan bahan secara mekanis, yaitu dengan mencuci atau menghilangkan
bahan mineral tambahan yang bersifat
lemak dan kurang larut dari pada kuarsa.
Bisa
juga dengan pengendapan kimia, yaitu dengan memekatkan hidroksida karbonat. Usaha lainnya dengan pembilasan kimia, yaitu
dengan pencuacaan lempung dari feldspar.
Dan perubahan termal (panas) dengan
pemekatan unsur tanah oleh perubahan termal
batuan beku.
Bahan mentah keramik memiliki pengertian
sebagai kumpulan mineral atau batuan
dari mana barang-barang keramik dibuat, baik dari keadaan aslinya (alam) maupun
setelah diproses (dibuat). Bahan mentah bisa berdasarkan asal bahan mentah
yaitu bahan alam seperti kaolin,
lempung, feldspar, kuarsa dsbnya.
Lalu bahan buatan seperti borida, nitride,
mullit, dsbnya. Bisa juga berdasarkan
sifat keplastisannya, yaitu bahan plastis seperti ballclay, kaolin dan bentonit serta bahan non-plastis seperti
feldspar, kuarsa, kapur, dolomite
dsbnya.
Berdasarkan penggunaanya, bahan mentah
keramik diperuntukan dalam pembuatan body
(raga) keramik dan pembuatan perwarna atau glasir keramik. Bahan mentah
juga berdasarkan fungsinya didalam membuat suatu komposisi bahan keramik yaitu
sebagai bahan yang bersifat sebagai pembentuk (kerangka), bahan pengikat
(gelas) dan sebagai bahan pelebur (flux)
yang menurunkan suhu bakar bahan secara menyeluruh. Tentu saja untuk menjadikan
bahan mentah yang siap pakai diperlukan bahan-bahan penolong seperti air,
minyak, bahan perekat, bahan elektrolit dan
sebagainya. Dalam proses pembakaran juga diperlukan bahan-bahan kondisioner
untuk suasana pembakaran yang bersifat oksidasi,
reduksi, mert dan dalam proses pengglasiran.
Lempung sebagai bahan mentah keramik
diperlukan keplastisan, adalah suatu sifat bahan basah yang dapat diberi bentuk
tanpa mengalami retak dan bentuk yang dibuat tetap dapat dipertahankan setelah
tenaga pembentuk dilepaskan. Sifat ini sangat mutlak atau penting dalam
pembentukan barang-barang keramik.
Lempung basah mempunyai sifat-sifat tersebut, maka lempung merupakan
bahan pokok dalam pembuatan keramik, terutama untuk benda seni dan kerajinan.
Sekilas Tentang Lempung
Sejak lama orang mengenal
bahwa lempung merupakan bahan keramik yang vital, karena dapat memberi sifat
pembentukan yang memungkinkan berubah dari bentuk kering menjadi slurry.
Setelah diketahui struktur lempung secara cermat, maka peranannya dapat
digantikan oleh bahan lain. Lempung itu berbentuk partikel lembaran yang berukuran kecil sekali dan berskala atom.
Permukaan partikel lempung bertegangan residu, tidak terlalu luas dan
tebalnya terbatas, atom-atom
permukaan cenderung masuk ke ruah sehingga memperkecil energi permukaannya. Akan tetapi karena tipisnya partikel, ion-ion tak dapat tertarik ke dalam, namun menjadi terkutub dan memberi
muatan positif dan negatif pada permukaannya. Muatan tersebut diimbangi oleh
jerapan fisik molekul air yang juga
dapat membentuk dwikutub dimana air tertaut dan tidak lagi mudah bergerak.
Partikel lempung dapat tumbuh
menyamping, searah bidang dan bagian tepi merupakan ikatan putus sehingga dapat
diimbangi secara kimia dengan menarik air. Lempung yang permukaannya amat luas
dan karena ukurannya sangat kecil, berakibat memiliki muatan besar pada
permukaannya sehingga lempung sanggup mengikat baik secara fisik maupun kimia
air di seputarnya. Air yang terjerap tidak mudah lagi dipisahkan dari lempung
kecuali dengan dipanaskan hingga di atas 1000ºC. Sistem lempung-air ini merupakan kunci
pembentukan keramik. Pada kandungan air yang sedikit (± 10%) air tak cukup
mengimbangi muatan dwikutup fisik atau kimia pada partikelnya. Partikel-partikel lempung pun bersaing memperebutkan air sehingga
saling menempel kuat. Dapat dibayangkan seperti halnya 2 lembaran kaca tipis diberi
air dan disatukan akan menempel dengan kuat namun mudah untuk digeser-geser
seakan meluncur di atas satu dengan lainnya dimana air berfungsi sebagai
pelumasnya. Bila kandungan air pada tingkatan sedang ± 15% s/d 25% berat, maka
cukup untuk mengimbangi muatan partikel,
bahkan ada kelebihan sedikit dan berfungsi sebagai pelumas, menjadikan bahan lempung
plastis sehingga mudah untuk dibuat bentuk dan terjaga bentuknya. Hal inilah
yang memungkinkan bagi pembuat keramik membentuk kontur lengkungan dan
bentuknya tetap terjaga meskipun dibiarkan, merupakan ciri khas bahan lempung
untuk membuat bentuk. Ciri-ciri bahan plastis apabila berubah bentuknya tanpa
patah dan dalam kerut pengeringan, bila air bebas yang terjerap secara fisik
dapat dihilangkan atau dikurangi, bentuknya bertambah kuat bila air berkurang
dan plateletnya saling tertaut. Pada kandungan air yang tinggi di atas 50 %
berat, air terjerap baik secara kimia maupun fisik membentuk sampul diseputar partikel dan bermuatan. Dengan banyaknya
air partikel-lempung yang bermuatan
sama saling bertolakan satu dengan lainnya, lalu membentuk suspensi dan mencegah partikel
mengendap. Larutan tetap keruh dan lempung berperan sebagai zat tersuspensi bagi segenap komponennya
termasuk silika dan alumina.
Slurry dengan kandungan air yang
banyak, partikelnya bermuatan sama,
saling bertolak / tertolak satu dengan lainnya, membentuk suspensi ( suatu campuran yang terdiri dari partikel-partikel kecil dari padatan / cairan = bercampur saja / bukan
larut ) mencegah partikel mengendap (penambahan
Waterglass sebagai pelumas) larutan
tetap keruh.
Definisi
Lempung: Adalah bahan tanah sebagai hasil pemurnian
batuan-batuan terutama feldspar dan yang
mengandung senyawa alumina silikat hidrat (mineral lempung). Bahan ini akan
plastis bila basah dan akan sangat keras seperti batu bila dipanaskan pada
temperatur tinggi (Mc. Namara).
Mineral
lempung, adalah
senyawa-senyawa alumina silikat hidrat
yg mempunyai butir-butir sangat halus dan merupakan mineral yang dominan
didalam lempung.
KERR membagi mineral lempung
menjadi tiga group:
1.
Kelompok
Kaolin
2.
Kelompok
Momorillonit
3.
Kelompok
yg mengandung alkali
Proses terjadinya mineral lempung berasal dari peruraian
batuan terutama batuan beku.
Proses terbentuknya
dikelompokkan 2 golongan:
a. Preses Hipogenik, terjadi dibawah permukaan bumi, biasanya oleh pengaruh
uap panas yang mengandung larutan-larutan kimia. Proses ini dinamakan Hidrothermal. Khusus untuk proses
terjadinya kaolin disebut kaolinisasi.
b. Proses Epigenik,
terjadi diatas permukaan bumi. Proses ini juga terkenal dengan
pelapukan.
Proses pelapukan dibagi menjadi 2:
1. Pelapukan fisika: oleh pengaruh panas, dingin, mekanis
/ benturan dan jamur, sehingga batuan beku yang keras menjadi bagian-bagian
yang kecil.
2. Pelapukan kimia:
pasir halus hasil pelapukan fisika dilarutkan oleh pelapukan kimia, terutama
pengaruh air dan udara.
Komposisi Kimia & Mineral Lempung
Bahan
keramik jarang diketemukan secara murni. Didalam bahan tersebut hampir selalu
ada bahan yang dinamakan “impurity” yang
akan sangat mempengaruhi sifat-sifatnya, terutama di dalam lempung itu sendiri terdapat
variasi komposisi yang sangat luas. Demikian
ruwetnya komposisi dari lempung sehingga studi yang mendalam sukar
dilaksanakan. Meskipun telah berabad-abad lamanya manusia membuat gerabah,
bata, genteng, guci, vas, dan sebagainya, hingga kini sebagian produk belum
diketahui secara pasti dan tuntas
bagaimana komposisi lempung yang dipakainya. Hanya sebagian dari pengembangan
IPTEK bahan yang terus melaju dan berkembang sebagai bagian dari komponen
teknologi tinggi (hitech / high-Tc),
rekayasa bahan tahan cuaca dan superkonduktor
suhu tinggi, serat dan komposit semen
keramik, sebagai pewadahan elektronik, elektro-keramik
sampai bio-keramik. Dengan kemajuan
teknologi, tabir misteri lempung mulai bisa terungkap dan produksi produk secara massal dan
besar-besaran telah dapat dilakukan dengan teliti diberbagai laboratorium
pabrikasi, dengan mesin yang dirancang sebelumnya.
Dalam
keadaan di alam, lempung terdiri dari mineral
primer, yaitu mineral yang
berasal dari batuan beku yang belum lapuk:
kwarsa (SiO2), feldspar (K2O.Al2O2.6SiO2: Na2O. Al2O2.6SiO2), Mica, Muskovit
(K2O. 3Al2O2. 6SiO2. 2H2O) , Olivin (Mg,
Fe, Ca) 2 SiO2, Biotit, Hidromika, Pyroxin, Amphibole, dll. Juga terdiri dari mineral sekunder, yaitu dari peruraian mineral primer oleh reaksi fisika &
kimia : kelompok kaolin, kelompok monmorillonit, Clorit, Vermikulit,
Hidromika, Attapulgit, mineral-mineral karbon / organik dan air. Baik mineral primer maupun sekunder
terdapat di dalam endapan lempung yang bervariasi. Lempung residual yang tidak terpengaruh oleh faktor transportasi, biasanya
banyak mengandung mineral primer.
Sedangkan lempung sekunder telah
mengalami transportasi yang jauh sehingga sedikit mineral primernya.
Komponen
utama dalam lempung adalah silika dalam bentuk bebas berupa kuarsa, amorf, silika-gel, flint, kaslidan.
Pengaruhnya dalam lempung yakni dapat mengurangi keplastisan, mengurangi susut
kering dan susut bakar, mengurangi kekuatan tekan & tarik kecuali jika
butirannya sangat halus. Dan mengurangi sifat ketahanan api walau tak selalu.
Ada alumina
yang dalam bentuk bebas berupa gibsite,
diaspore. Dalam bentuk senyawa berupa felsdpar,
mika, hornblende. Pengaruhnya dalam
lempung yaitu dapat mengurangi keplastisan, mengurangi susut kering & susut
bakar serta meningkatkan sifat tahan api.
Senyawa
yang mengandung alkali : yang terpenting
adalah senyawa garam seperti: NaCl, K2SO2, 2Na2SO2 . Senyawa garam terlarut ini akan membentuk “scum” atau buih-buih setelah dibakar.
Pengaruh senyawa alkali dalam lempung
adalah mengurangi sifat tahan api dan memudahkan padat pada pembakaran. Pada senyawa besi yang berupa: Fe2O2. Fe2O2. H2O ; Fe ( OH ) 2; FeO. OH ;
Fe2O2 ; FeS2; FeCO2; FeSO2. 7H2O. Pengaruh
utamanya pada lempung adalah mempengaruhi perubahan dalam warna, menurunkan
sifat tahan api, senyawa besi yang
larut dalam air akan membentuk “scum”
atau buih pada permukaan benda, dan dapat membentuk “iron spot” pada permukaan benda.
Senyawa kalsium, berbagai senyawa yang mungkin terdapat dalam lempung
bisa berupa kalsit / CaCO2, aragonit /
CaCO2, kalsium silikat,
gibpsum / CaSO2.2H2O, anhidrit
/ CaSO2, apatit. Pengaruhnya dalam lempung yaitu bertindak sebagai
bahan pelebur, bahan gelas yang terbentuk bersifat mobil, encer dan sangat korosif. Pada temperatur rendah (dibawah
temperatur reaksi) akan menurunkan susut dan mempermudah pengeringan. Dapat
memucatkan warna merah yang diakibatkan oleh senyawa besi setelah lempung dibakar. Dapat menyebabkan “lime blowing” pada badan keramik bila
terdapat dalam ukuran butir yang kasar. Senyawa kalsium sulfat dapat
menyebabkan bengkak-bengkak pada badan keramik. Senyawa magnesium berupa magnetit
( MgCO2), dolomit
(MgCO2.CaCO2) dan garam epson
( MgSO2.7H2O ) Umumnya
terdapat sedikit didalam lempung dan pengaruhnya kira-kira sama dengan senyawa kalsium. Senyawa titan, berupa rutile, anatas, brookit ( TiO2), ilmenit (
Fe2O.TiO2) dan spene
( Ca. Ti, SiO2 ) Jumlahnya
dalam lempung sangat sedikit, tetapi pada umumnya pasti ada. Senyawa karbon biasanya terdapat dalam
bentuk sisa-sisa tumbuh-tumbuhan, asam
humus dan senyawa-senyawa organik
lainnya. Pengaruh bahan-bahan karbon
pada lempung adalah sbb: dapat memberikan warna gelap sampai hitam dalam
keadaan mentah, menghasilkan suasana reduksi dalam dapur waktu pembakaran, akan
mempengaruhi warna serta sifat-sifat vitrifikasi
dalam pembakaran dan mungkin dapat mengurangi bahan bakar. Juga bila pembakaran
terlalu cepat dapat membentuk inti hitam (
black core ). Juga air dapat dipandang sebagai mineral dan didalam lempung kemungkinan
terdapat dalam bentuk sbb: sebagai air higroskopis,
yang jumlahnya tergantung pada luas
permukaan lempung. Lalu air terabsorbsi
yang terkait dengan “ex changeable cation”
pada lempung. Broken
bond water yaitu air yang berkaitan dengan valensi yang tidak jenuh pada ujung-ujung kristal. Dan terakhir ada air terikat
/ air kristal yang merupakan bagian-bagian penting didalam
struktur lempung.
Sifat-sifat Phisis Lempung
Sifat-sifat phisik lempung dalam keadaan mentah menentukan kegunaannya.
Suatu kenyataan lempung basah dapat diberi bentuk dan bila dikeringkan bentuk
tidak berubah serta bila dibakar pada
temperatur tinggi akan membentuk benda yang padat, awet serta bisa kelihatan
indah, sehingga menyebabkan lempung sebagai bahan yang berharga dalam kemajuan
peradaban / zaman. Sifat-sifat phisik lempung yang penting adalah sebagai
berikut:
a. Flokulasi dan deflokulasi,
suatu istilah yang berlawanan dipergunakan untuk melukiskan keadaan agregasi dari butir-butir lempung bila
dicampur air. Flokulasi adalah
proses penggumpalan butiran lempung menjadi gumpalan yang besar . Deflokulasi adalah
proses dispersi / pemecahan
gumpalan-gumpalan menjadi bagian-bagian
kecil. Proses dispersi dapat
diperkuat dengan penambahan elektrolit
atau deflokulan seperti water-glass, Na2CO2, Na2HPO2 dan lain-lain.
Jumlah penggunaan deflokulan tergantung
beberapa faktor yaitu:
1) Kadar butiran halus yang menunjukkan
sifat-sifat koloid;
2) Jumlah dan jenis garam terlarut yang ada
didalam lempung;
3) Sifat-sifat dari elektolit / deflokulan yang dipakai;
4) Sifat-sifat mineral lempung yang ada didalam
lempung.
b. Keplastisan,
adalah sifat yg memungkinkan lempung basah dapat diberi bentuk tanpa
retak-retak dan bentuk tersebut akan bertahan setelah gaya pembentuk
dihilangkan. Sifat ini memungkinkan lempung dapat diberi bentuk menurut
keinginan dan lempung juga menunjukkan derajat keplastisan yang berbeda-beda.
Faktor yg memepngaruhi keplastisan adalah:
1.
Pengaruh
air bahan-bahan padat dan gejala koloid yg menyertai
2.
Ukuran
partikel-partikel padat
3.
Komposisi
partikel-partikel padat
4. Bentukpartikel-partikel padat dan struktur dalamnya
5.
Keadaan
agregasi partikel padat
6.
Jumlah
luas permukaan partikel padat dan tarik-menarik inter molukuler
7. Adanya bahan lain yg dapat mempengaruhi sifat partikel
8.
Orientasi
partikel di dalam massa
Didalam pembuatan benda
keramik, keplastisan merupakan factor yg sangat penting, karena akan sangat
menunjang proses pembentukan yg mengikuti bentuk. Untuk
itu perlu dilakukan usaha peningkatan keplastisan.
Usaha-usaha peningkatan keplastisan:
1. Memcari
kadar air yang optimum
2. Pencampuran (tempering) yg lebih sempurna antara lempung dengan air
3. Menghilangkan/mengurangi bahan-bahan
non-plastis
dari lempung
4. Menambah bahan flokulan ke dalam lempung seperti:
* Mempergunakan bahan yg oleh permentasi / dekomposisi
menghasilkan
asam lemah misalnya peat,
serat-serat, bahan-bahan peruraian karbon
akan
meningkatkan keplastisan
* Menambahkan asam-asam lemah: asam humus, asam tannin, asam asetat
5. Dengan
menambahkan bahan-bahan koloid
6. Dengan
penggilingan dan penguledan yang baik
7. Dengan
menghalau udara yg terperangkap di dalam lempung dengan vakum
8. Dengan mengembangkan kondisi thexotrofi didalam lempung
9. Dengan melakukan ageing atau souring
Sifat-sifat berasosiasi dengan keplastisan:
1. Kelengketan (stickeness) yaitu
sifat lempung yang terlampau basah yang menempel pada jari-jari
2. Mobilitas: dipergunakan untuk menujukkan mudahnya bergerak dari massa
lempung
3. Extrudability: sangat
berhubungan dengan mobilitas, yaitu mudah / dapat / tidaknya lempung basah
dibentuk dengan jalan diextrud
melalui mulut/die suatu mesin extruder.
4. Daya ikatan ( bending power ), lempung yang diukur dgn bahan-bahan non-plastis yang
dapat dicampurkan tanpa mengurangi kemampuan campuran dibuat model, dalam
praktek terlihat kekuatan kering.
5. Perekat organikk: untuk
meningkatkan daya ikat dan keplastisan terutama pembuatan bentuk yang sulit
kerap kali dipergunakan bahan perekat organik
seperti: tepung dan ace, gom arab, tragasan, gom accia, dextrin, alginate, polyvinyl, silicon, metal
etil selulosa, sodium karbometil selulosa, gelatin, casein-glue, paraffin waxes
yang larut dalam air, air, olie bekas. Bahan-bahan ini menjadi keplastisan semu
(psendo plasticity).
c.
Daya Bersuspensi, adalah
suatu sifat dari bahan lempung yang memungkinkan bahan itu sendiri dan bahan
lain dalam keadaan bersuspensi di dalam suatu cairan. Sifat ini berkaitan
dengan keplastisan. Kaolin atau ball clay berbutir halus akan tetap
tinggal tersuspensi di dalam air berjam-jam tanpa menunjukkan pengendapan. Apabila
ditambah flokulan seperti asam, borax, MgSO2 dll, maka terjadi flokulasi (penggumpalan) dengan
pengendapan secara cepat. Bila ditambah bahan elektrolit seperti waterglass,
Na 
CO2
d. T
e k s t u r
Keplastisan, kekuatan
mekanis, kemudahan dalam pengeringan dan karakter produk setelah dibakar sangat
dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk partikel lempung. Ini disebut tekstur
lempung. Lempung gembur umumnya mempunyai dua jenis tekstur:
1. Tekstur mineral-mineral lempung yg sangat
halus.
2. Tekstur mineral-mineral non-plastis yang
umumnya sebagai impuritis / pengotor
bertekstur kasar sampai halus. Tekstur lempung keras atau serpih biasanya
menunjukkan derajat penggilingan. Makin banyak penggilingan makin halus
teksturnya. Dalam butiran lempung sebenarnya merupakan kumpulan dari
partikel-partikel mineral lempung yang sangat halus. Lain halnya untuk
pasir. Untuk memisahkan butir-butir
tersebut dipergunakan sederetan saringan standar yang disusun dari kasar hingga
halus. Untuk butir-butir lebih dari 200
mesh dipergunakan metoda pengendapan (
Andreasen ). Semua lempung terdiri dari 2 bagian yaitu bagian halus yang
plastis dan bagian kasar yang non-plastis.
e. Susut Kering
Waktu
proses pengeringan terjadi pengeluaran air. Air yang menyelimuti butiran
lempung secara berangsur-angsur menyingkir dan hal ini memungkinkan butir-butir
tersebut mendekat satu dengan yang lain. Setelah air selaput tersebut habis maka gilirannya air terserap pada
butir-butir akan keluar. Kedua jenis air tersebut akan menimbulkan susut
kering. Jenis air yg masih tersisa dinamakan air pori dan tidak menimbulkan susut. Sisa air yg masih terikat
secara mekanis ini hanya dapat dihilangkan setelah dipanaskan hingga 110˚ C .
Lempung sangat bervariasi susut keringnya. Derajat variasi susut kering lempung
identik dengan variasi jumlah air yang diperlukan untuk menimbulkan
keplastisannya. Makin tinggi keplastisan lempung, makin banyak air yg
terabsorbsi serta air selaput makin tebal, maka akan makin besar pula susut
keringnya. Lempung yang mempunyai susut kering tinggi sukar dikeringkan tanpa
timbulnya retak-retak / pecah-pecah. Lempung yang sangat halus, padat dan
sangat plastis akan sukar dikeringkan dan harus sangat hati-hati agar dapat
selamat. Jadi susut kering tinggi berarti ada kecenderungan untuk timbul pecah /
retak. Hal ini dapat dikurangi dengan penambahan bahan-bahan non-plastis
seperti pasir kwarsa, flint / kapur
dan feldspar di dalam porselin dan “grog” di dalam barang tahan api.
f. Kekuatan
Kekuatan lempung seringkali
ditentukan oleh kekuatannya waktu kering. Misalnya pipa tanah harus dibuat dari
lempung yg mana akan menjadi sangat kuat setelah kering, sehingga pipa dengan
didinding tipis tsb dapat dibawa dan disusun dalam tungku. Kekuatan lempung tergantung pada:
1. Karakteristik phisis dari lempung itu sendiri
2. Cara bagaimana lempung dikerjakan sebelumnya.
Suatu ball clay bila kering menjadi keras dan sangat kuat, tetapi
kadang-kadang bila dibuat benda hanya dari ball
clay akan timbul retak-retak.
Faktor
yang mempengaruhi kekuatan kering lempung :
1.
Ukuran dan bentuk butir dari bagian yang plastis dan non-plastis
2.
Derajad flokulasi lempung sebelum
dibakar
3.
Jumlah butiran sangat halus dari mineral lempung
4. Lama
waktu dan temperatur pada waktu lempung itu diperam (ageing) sebelum
dibentuk
5. Jumlah air yang dipergunakan menguapkan massa plastis tsersebut.
6.
Apakah air dan bahan-bahan lain tercampur merata atau tidak
7. Cara
yang dipergunakan dalam menguapkan massa siap pakai
8.
Kecepatan serta tinggi temperatur waktu pengeringan.
Semua
factor tersebut di atas secara bersama-sama / sebagaian akan mempengaruhi
kekuatan kering benda keramik yang telah dikeringkan.
g. S l a k i n g
Bila suatu lempung
diletakkan di dalam air, air akan masuk ke dalam lempung. Dan ketika lempung
menjadi basah, ia akan mengembang dan pada gilirannya lempung akan hancur
menjadi bagian kecil-kecil. Makin renggang ikatan ini akan mudahlah lempung
tersebut pecah menjadi bagian kecil. Lempung yang keras seperti serpih akan
memerlukan waktu lebih lama (bisa seminggu) untuk pecah, sedangkan lempung
lunak dan porous akan pecah didalam
air hanya dalam beberapa menit. Lempung yang ditambah pasir akan mempermudah
hancurnya lempung didalam air. Sifat slaking
dari lempung berhubungan erat dengan karakteristik didalam pelapukan, egeing dan pugging serta blunging
Ageing : adalah istilah yang
dipergunakan waktu lempung basah disimpan untuk
meningkatkan keplastisan
Pugging : adalah metode atau cara
mempersiapkan masa plastis
Blunging: adalah metoda / cara mempersiapkan massa slip.
Waktu
proses ageing, blunging dan pugging dilakukan air akan tercampur
merata keseluruh lempung dan butir-butir lempung di dalamnya akan dihancurkan
oleh slaking.
h. Warna Lempung
Warna lempung mentah
biasanya disebabkan oleh senyawa-senyawa besi
atau bahan-bahan karbon. Kadangkala
mineral-mineral mangan dan titan dalam jumlah yg cukup, memberikan
warna pada lempung. Lempung bebas impurity
di atas akan berwarna putih. Senyawa-senyawa besi yang terdapat dalam lempung dapat memberi warna krem, kuning,
merah, hijau atau coklat. Limonit adalah
senyawa besi yang sangat umum dapat
memberikan warna lempung krem, kuning dan coklat. Hematitit akan memberikan warna merah pada
lempung dan serpih. Senyawa besi silikat akan memberi warna hijau.
Senyawa mangan akan memberi warna
coklat. Senyawa karbon akan memberi
warna biru, abu-abu, hijau, hitam atau coklat tergantung jumlah, jenisnya dan
merata tidaknya tersebar dalam lempung.
Sangat
sukar untuk meramalkan dengan pasti perubahan warna keadaan mentah dengan
setelah dibakar
han Mentah
Keplastisan adalah suatu sifat bahan basah yang dapat diberi bentuk tanpa
mengalami retak dan bentuk tersebut tetap dipertahankan setelah tenaga
pembentuk dilepaskan. Sifat ini sangat penting dalam pembentukan barang
keramik. Lempung basah mempunyai sifat-sifat tersebut, maka lempung merupakan
bahan pokok dalam pembuatan keramik.
Definisi bahan mentah:
Adalah kumpulan mineral atau batuan
dari mana barang-barang keramik dibuat, baik dari keadaan aslinya (alam) maupun
setelah diproses.
Pembagian bahan mentah ada 5 lima, yaitu berdasarkan asal bahan mentah,
keplastisannya, penggunaannya, fungsi dalam komposisi dan berdasarkan keadaan
terdapatnya di alam.
1. Berdasarkan asal bahan mentah
a.
Bahan
mentah keramik alam: kaolin, lempung,
feldspar dan kuarsa, dsbnya.
b. Bahan mentak keramik buatan: borida,
nitride, H2BO2, mullit,dsbnya.
2. Berdasarkan sifat keplastisan
a. Yang bersifat plastis : ballclay, kaolin dan bentonit, dll.
b. Bahan mentah non-plastis : feldspar,kuarsa, kapur, dolomit dan
sebagainya.
3. Berdasarkan penggunaan
a.
Untuk pembuatan raga keramik: kaolin,
ball clay, feldspar, kuarsa, dolomit, kapur dll.
b.
Untuk pembuatan glasir keramik: yaitu bahan pelebur seperti asam borat, borax, Na2 CO2
* Bahan opacifier (dop): Sn0
, Zr0,dll
, Zr0,dll
*
Bahan pewarna: senyawa cobalt,
senyawa besi, seng, nikel, senyawa
chrome, dll
4. Berdasarkan fungsi dalam komposisi keramik
a. Bahan pembentuk
kerangka/pengisi: lempung, silica,
zircon, titania, silimanit,
bauxite, dsb
b.
Bahan pembentuk gelas / pengikat: silica,
oks borat, oks phosphor, oks arsen,
dsb
c. Bahan pelebur: feldspar, nephelin, bahan-bahan yang
mengandung Na, K, Ca,
Mg, dsbnya.
d. Bahan penolong:
Air, minyak, bahan perekat organik,
elektrolit, dsbnya.
e. Bahan kondisioner dalam proses (pembakaran):
* gas 02 untuk suasana oksidasi
* gas H2C0 untuk suasana reduksi
* N2, He, C02 untuk suasana mert
* gas / uap NaCl untuk pengglasiran
5. Berdasarkan
keadaan terdapatnya di alam
a. Bahan gembur /
limpas terdapat di alam berlimpah dan tersebar cukup luas : pasir kuarsa, clay
b. Batuan padat
terdapat di alam relatif besar : batu
gamping, batu dolomite, batu pasir kuarsa
c. Bahan batuan terdapat dalam
struktur geologis yang terbatas: feldspar, mika, quartzite
Bahan mentah diolah agar
murni (alumina, ferrit, tatanat, karbida, kuarsa, hematite, oksida, bauksit,
dll ). Ada
1.
Kalsinasi ( menghilangkan zat atsir dan mengurangi berat )
2.
Penggerusan
/ penghalusan ( untuk memperlancar reaksi selanjutnya )
3.
Pelarutan
( kaustik )
4.
Penyaringan
suspensi ( mineral lain terpisah )
5.
Pendinginan
( pengendapan komplek hidroksida )
6.
Pencucian
dan Penyaringan
7. Kalsinasi
alumunium hidroksida (1150 derajat Celsius),
agar terjadi alumina murni ( reaksi
suhu tinggi ). Silikon Karbida à mereaksikan silika dan kokas ( 2200 derajat Celsius )
1.1.5 Percobaan-percobaan
PERCOBAAN 1:
Mengenai komposisi bahan body keramik pada perlakuan suhu bakar 900 º C -1000º C terhadap penyusutan
dan peresapan air. Tulisan ini merupakan hasil penelitian uji sifat bahan body keramik dari komposisi tanah Lombok
77%, feldspar 15%, kaolin 4%, ballclay 2% dan serbuk semen api 2% pada perlakuan suhu bakar 900º-1000º C terhadap penyusutan
dan peresapan air. Metode yang dipergunakan adalah eksperimen (percobaan) dan berupa
pengujian sifat-sifat badan (body)
benda coba setelah dibakar. Benda coba diamati struktur permukaannya, warna
bakar penyusutan dan peresapan air (keporian). Dari 14 sampel yang diuji, 6
dibakar suhu 900º C dan 8 dibakar suhu 1000º C. Dari perlakuan tersebut
diperoleh kesimpulan bahwa susut bakar pada suhu lebih rendah adalah peresapan
airnya semakin tinggi. Penampakan visual berwarna merah bata pucat dari
komposisi tersebut masih dipandang baik sebagai prototype sample untuk body keramik.
Benda keramik merupakan
produk yang terbuat dari bahan-bahan yang dibakar suhu tinggi. Dalam
pembuatannya diketahui adanya sifat bahan body
yang meliputi: keplastisan, keporian (peresapan air) dan penyusutan. Dalam proses pembakaran umumnya sensitive terhadap perubahan-perubahan
badan (body), maka diperlukan
penelitian uji sifat – sifat keramik dari bahan yang dipergunakan sebagai
langkah awal penerapannya.
Pada kegiatan ini
dimaksudkan sebagai praktek mahasiswa dalam mata kuliah pengetahuan bahan keramik semester pertama
dan hasilnya dapat dipergunakan sebagai test
pieces (percobaan) dalam rangka
penelitian pengaruh perlakuan suhu bakar 900ºC dan 1000ºC terhadap penyusutan
dan peresapan air pada benda coba body keramik.
Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui hasil penyusutan
kering, susut bakar dan peresapan air pada komposisi bahan body tanah, contoh: tanah Lombok 77%, feldspar 15%, kaolin 4%, ballclay 2% dan serbuk semen api 2% pada
pembakaran 900ºC dan 1000ºC, lalu
hasilnya diamati untuk diketahui apakah kemudian body keramik ini dapat dipergunakan untuk prototype sample dilihat
pula dari sisi penampakan warna visualnya ( menarik atau tidak ).
Untuk menunjang kegiatan ini perlu tinjauan pustaka.
Bahan keramik terdiri dari kumpulan mineral
bahan tanah ( alumina silikat ) yang
dapat digunakan dalam pembuatan keramik, baik dalam keadaan asli atau alami
maupun telah melalui proses pemurnian. Pada umumnya bahan mentah keramik mengandung
komponen ketidakmurnian yang dapat merugikan dalam pembuatan.
Ada berbagai pendapat
tentang keramik, namun dapat diambil inti pengertiannya yaitu benda – benda
yang terbuat dari tanah liat yang diperoleh melalui proses pembakaran atau segala
macam benda yang dibuat dari tanah atau batuan non-metal dan anorganik yang dibakar sehingga pijar
dan kemudian menjadi keras (Angkama Setjadipraja, 1970 ). Klasifikasi praktis
yang mempergunakan sudut pandang struktur badan atau body keramik cenderung berbicara kualitas fisik akibat teknologi
pembakaran dan pengendalian mutu bahan (Yasana, 1987).
Menurut Solichin
Ardi ( 1986 ), yang menguraikan tentang karakteristik suatu produk keramik
jenis gerabah dengan beberapa parameter uji sebagai barikut :
Tabel:
Standar Uji
Body Gerabah Yang Dibakar Antara
1000ºC - 1100ºC
Parameter Uji Kondisi produk
|
|
- Keplastisan
( ketika kondisi
basah )
- Susut kering
- Susut bakar
- Susut jumlah/susut
total
- Peresapan air
|
Kurang sampai plastis ( ketika
kondisi basah )
= 7 – 8 %
= 7 %
= 15 %
= 10 – 15 %
|
Menurut Norton (1970) dan Budnikov (1964)
bahwa di dalam menyusun badan keramik dikenal istilah badan keramik triaxial dan non-triaxial. Badan keramik triaxial adalah badan keramik yang dibuat
berdasarkan atas tiga komposisi bahan, yaitu bahan plastis ( clay ), bahan pengisi ( kuarsa ) dan bahan pelebur ( feldspar ). Bahan plastis adalah bahan
yang berfungsi sebagai bahan pengikat dan memberi kemudahan dalam pembentukan
badan keramik pada kondisi mentah. Bahan ini biasa berupa ball clay, kaolin dan bentonit. Bahan pengisi adalah bahan
tidak plastis yang berfungsi sebagai bahan pengisi untuk membentuk rangka atau
kekakuan. Bahan ini berupa kuarsa, feldspar, pegmatite, alumina dan pecahan produk keramik. Bahan pelebur adalah
bahan tidak plastis yang berfungsi sebagai pelebur yang mengikat bahan pengisi
atau rangka pada temperatur tinggi, sehingga membentuk barang – barang keramik.
Bahan ini dapat berupa feldspar,
kapur, dolomite, nephelin syenit.
Lebih lanjut Nuryanto (2001)
menyebutkan bahwa temperatur bakar golongan gerabah adalah dibawah 1000ºC
dengan nilai peresapan air (PA) >15% (Nuryanto, 2001).
Metode kerja
adalah pengujian karakteristik bahan yang di bakar pada suhu 900ºC dan 1000ºC dilakukan
di laboratorium meliputi uji penyusutan dan peresapan air dengan menggunakan
tungku listrik selama 8 jam, guna mengetahui sifat – sifat fisiknya.
Bahan – bahan dan komposisi yang
dipergunakan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut : tanah Lombok 77 %, Feldspar
15%, Kaolin 4 %, Ballclay 2 %, dan serbuk semen api 2 %.
Bahan-bahan mentah tersebut dicampur air menjadi adonan dan dibiarkan
basi atau di ageing selama minimal 24
jam, setelah dibasikan dibuat cetakan menyerupai bata-bata kecil dengan ukuran
10 cm X 2,5 cm X 1,5 cm untuk pengujian sifat-sifat dalam pengeringan dan
pembakaran. Setelah itu dilanjutkan dengan pengamatan dan pengukuran sifat
sifat benda uji. Untuk pengamatan sifat sifat body keramik dapat dikenali melalui pengamatan visual dan
pengukuran besaran fisik. Pengenalan sifat dengan pengamatan dapat dilakukan
terhadap warna, struktur ketetapan bentuk dan cacat permukaan. Sedangkan
pengukuran dilakukan untuk menentukan penyusutan atau pengembangan dan
peresapan air.
Sifat sifat ini akan menentukan
karakteristik body keramik yaitu
adanya cacat keramik seperti keretakan, pembengkokan dan selama proses
pengeringan maupun setelah proses pembakaran, sedangkan peresapan air kaitannya
pada kekuatan keramik yang tidak lepas dari pengaruh temperatur atau suhu
pembakaran. Untuk menentukan sifat ini dilakukan pengukuran besaran fisik yaitu
panjang mula-mula (keadaan plastis atau basah) =1°; panjang setelah kering =1¹
; panjang setelah bakar =1²; berat setelah dibakar =g1; berat air jenuh =g2.
selanjutnya untuk menentukan, peresapan air digunakan rumus sebagai berikut :
Untuk mencari penyusutan / Susut bakar:
Panjang
Kering – Panjang Bakar
Susut
Bakar = −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− X 100%
Panjang
Kering
Untuk mencari peresapan air:
Panjang Basah –
Berat Bakar
Presapan
Air = −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− X 100%
Berat Bakar
Hasil dan pembahasan
dari sejumlah 14 sample test pieces yang telah dilakukan dan
diamati, maka diperoleh hasil dan
pembahasan sebagai berikut:
Hasil dari pengukuran benda sample test pieces adalah :
Tebel
2
Hasil Uji Susut Bakar Suhu 900°C
Kode
|
Panjang Kering
|
Panjang Bakar
|
Susut Bakar
|
PM1
|
9,0
cm
|
9,0
cm
|
0
%
|
PM2
|
9,0
cm
|
9,0
cm
|
0
%
|
PM3
|
9,1
cm
|
9,0
cm
|
1
%
|
PM4
|
9,1
cm
|
9,0
cm
|
1
%
|
PM5
|
9,1
cm
|
9,0
cm
|
1
%
|
PM6
|
9,1
cm
|
9,0
cm
|
1
%
|
Rerata
|
0,66 %
|
||
Tabel
3
Hasil Uji Susut Kering dan Susut Bakar
Suhu 1000°C
Kode
|
Panjang Kering
|
Panjang Bakar
|
Susut Bakar
|
PM7
|
9,1
cm
|
9,0
cm
|
1
%
|
PM8
|
9,1
cm
|
9,0
cm
|
1
%
|
PM9
|
9,0
cm
|
8,9
cm
|
1,1
%
|
PM10
|
9,0
cm
|
8,9
cm
|
1,1
%
|
PM11
|
9,1
cm
|
9,0
cm
|
1,1
%
|
PM12
|
9,1
cm
|
9,0
cm
|
1
%
|
PM13
|
9,0
cm
|
8,8
cm
|
2,2
%
|
PM14
|
9,0
cm
|
8,8
cm
|
1
%
|
Rerata
|
1,18 %
|
||
Tabel 4
Hasil Uji Peresapan Air Suhu 900°C
Kode
|
Berat basah
|
Berat Bakar
|
Peresapan Air (PA)
|
PM1
|
33,3
g
|
27,1
g
|
15,5
%
|
PM2
|
30,7
g
|
26,4
g
|
16,5
%
|
PM3
|
30,3
g
|
26,2
g
|
15,6
%
|
PM4
|
30,9
g
|
26,7
g
|
15,7
%
|
PM5
|
34,1
g
|
29,1
g
|
17,2
%
|
PM6
|
32,5
g
|
27,9
g
|
16,5
%
|
Rerata
|
16,16 %
|
||
Tabel 5
Hasil Uji Peresapan Air Suhu 1000°C
Kode
|
Berat basah
|
Berat Bakar
|
Peresapan Air (PA)
|
PM7
|
27,9 g
|
24,1 g
|
15,8 %
|
PM8
|
28,9 g
|
24,7 g
|
17,0 %
|
PM9
|
32,6 g
|
27,9 g
|
16,8 %
|
PM10
|
32,3 g
|
27,7 g
|
16,6 %
|
PM11
|
30,9 g
|
26,5 g
|
16,6 %
|
PM12
|
30,6 g
|
26,54 g
|
17,7 %
|
PM13
|
31,3 g
|
26,8 g
|
16,8 %
|
PM14
|
32,5 g
|
28,0 g
|
16,1 %
|
Rerata
|
15,92 %
|
||
Pembahasan: kalau
diperbandingkan antara angka penyusustan (susut bakar) dengan peresapan air
dari perlakuan suhu bakar 900°C dengan 1000°C, ternyata ada perbedaan yang
sangat nyata yaitu rerata suhu bakar 900°C susut bakar mencapai angka 0,66 %
dan peresapan airnya adalah 16,16 % serta penampakan secara visualnya
bertekstur halus, batangan lurus, berpori, berwarna merah bata pucat dan
suaranya seperti bengkak. Pada suhu 1000°C susut bakar mencapai 1,18 % dan
peresapan air sebesar 15,92 % dengan kondisi penampakan bertekstur halus,
lurus, berpori, berwarna merah bata pucat dengan suara bengkak. Akibat
perlakuan suhu pembakaran yang berbeda, maka dapat diketahui sifat-sifat bahan body keramik jenis gerabah ini, yaitu
semakin tinggi suhu bakarnya semakin besar pula susut atau pengkerutannya
karena bahan-bahan organik dan sisa
air pembentukan mengalami penguapan secara sempurna pada proses pembakaran. Demikian pula halnya dengan
peresapan air (PA), yang berkaitan erat dengan keporian body dan kepadatannya. Logikanya semakin panas semakin tinggi
susutnya dan semakin kecil ruang keporiannya sehingga semakin kecil daya serap
airnya.
Dapat disimpulkan
dari penelitian ini dan uraian diatas sebagai berikut:
1.
Dari sisi penampakan visual, hasil komposisi campuran
tanah Lombok 77%, feldspar 15%, kaolin 4 %, ballclay 2% dan serbuk semen api 2 % sebagai bahan body keramik jenis gerabah dipandang
baik dan layak untuk diterapkan dengan warna merah bata pucat.
2.
Dari sejumlah 14 sample
yang dibakar temperatur 900°C (6) dan 1000°C (8) diperoleh data bahwa susut
bakar pada suhu yang lebih rendah adalah kecil, sedangkan semakin tinggi suhu
bakar maka semakin kecil pula peresapan airnya
PERCOBAAN 2:
Mempertimbangkan
bahwa benda kerajinan keramik merupakan salah satu konsumsi pariwisata yang
juga merupakan komoditas ekspor disamping untuk memenuhi kebutuhan domestic.
Pertumbuhan industri kerajinan keramik sejalan dengan perkembangan aspirasi dan
apresiasi masyarakat yang tentunya membawa konsekuensi pada kebutuhan massa
Pada umumnya
diketahui bahwa keramik merupakan produk dari bahan anorganik non-logam (lempung) yang dibakar dengan suhu tinggi.
Dalam pembuatan sifat bahan body yang
meliputi keplastisan, pengeringan dan proses pembakaran maupun setelah
pembakaran sangat sensitif terhadap perubahan komposisi bahan baku massa badan yang sesuai diperlukan penelitian sifat-sifat
keramik dari bahan baku massa raga berbahan local
Bali dan dari Jawa, Sumatera dan Lombok .
Disamping mendapatkan variasi komposisi yang lebih bervariasi dan fleksibel.
Bahan mentah
keramik terdiri dari kumpulan mineral lempung atau tanah (alumina silikat) yang dapat digunakan dalam pembuatan keramik, baik
dalam keadaan asli maupun telah melalui proses pemurnian. Pada umumnya bahan
mentah keramik yang dipergunakan perajin menmgandung komponen ketidakmurnian
yang dapat merugikan dalam pemakaiannya. Bahan-bahan mentah keramik dapat
dibagi menurut asalnya, keplastisannya, penggunaannya, fungsinya dalam keramik
serta menurut keadaan terdapatnya di alam (Hartono, 1986). Bagi perajin dan
seniman yang terpenting adalah keplastisannya yang terdiri dari bahan lempung
yang plastis.
a) Bahan plastis
Keplastisan adalah
sifat bahan-bahan basah yang mudah dibentuk dan bentuknya tetap bertahan
walaupun tenaga pembentuknya tidak diberikan lagi, sehingga sifat tersebut
banyak dimanfaatkan oleh perajin atau seniman (perupa) dalam berkarya.
Berdasarkan komposisi mineral, Kerr membagi
lempung menjadi 3 kelompok yaitu:
-
Kelompok kaolin
Al2O3.SiO2.2H2O , dickite, nacrite, hallysite, anauxite
dan allophone.
-
Kelompok
monmorillonit (Mg, Ca) O. Al2O3.5SiO2.nH2O, beidellite, nontronite dan saponite.
-
Kelompok
yang mengandung alkali yaitu metabentonit K2O.MgO.Al2O3, mica
lempung dalam jumlah yang bervariasi termasuk illit.
-
Wheeler juga membagi 3 jenis lempung yaitu:
1) Kaolin, dipercaya berasal dari kata “kaoling” yang berarti tebing
tinggi, yaitu
tempat asal perajin yang mengawali
pemakaian lempung jenis ini di China. Kaolin
merupakan tanah murni yang berwarna putih dalam keadaan mentah maupun setelah
dibakar. Kaolin memberikan komposisi teoritis Al2O3 =
47%, SiO2=39% dan H2O=14%. Namun
kenyataannya di alam sering terjadi penyimpangan dari komposisi tersebut. Hal
itu disebabkan oleh adanya substitusi didalam kisi-kisi kristal dan mineral-mineral
lain sebagai impuritis.
2) Ball Clay, secara umum
sebagai lempung sedimen yang berbutir
halus, biasanya mengandung bahan-bahan organik,
mempunyai keplastisan dan kekuatan kering yang tinggi, berwarna putih atau krem
sesudah dibakar. Penggunaannya dalam gerabah
padat sekitar 0 – 25%. Di dalam raga
keramik ball clay dapat menguntungkan
untuk meningkatkan kekuatan kering dan mempermudah transportasi serta
penyusutan benda setengah jadi. Sifat buruknya adalah mengandung oksida besi dan titan agak tinggi dapat mengurangi derajat putih serta mempunyai
sifat variabel sehingga sulit memperoleh
massa cor yang stabil.
3) Lempung stoneware,
adalah lempung refractory atau semi refraktori bersifat sangat plastis dan
jarak vitrifikasinya rendah. Lempung tersebut setelah dibakar padat,
memiliki susut kering, susut bakar dan porositas
rendah tanpa mengalami perubahan bentuk.
Menurut Wheeler (dalam
Hartono, 1986), bahwa lempung stoneware harus
memenuhi syarat yaitu plastis, sedapat mungkin tidak mengandung besi dan butiran kasar pasir, vitrifikasi awal 1200°C telah padat,
jarak sintering 200°Fahrenhait, dapat dibakar dan
dikeringkan dengan kecepatan biasa tanpa penambahan grog, bebas bahan karbonat,
sulfat dan garam lain yang membentuk buih (scum)
setelah dibakar serta badan raga kuat setelah dibakar padat atau membatu. Schurecht memberikan karakteristik
fisik 2 katagori untuk lempung stoneware
sebagai berikut:
Lempung Stoneware
Karteristik
Fisik
|
Katagori 1
(Sangat
Baik)
|
Katagori 2
(Baik)
|
Air Keplastisan (%)
|
24,2
|
23,0
|
Susut Kering Volum (%)
|
33,2
|
22,7
|
Kuat Lentur Kering 110°C
(Lbs/Inc2)
|
467,9
|
247,3
|
Kesetaraan Pancang Orthon ( °C )
|
1505
|
1680
|
b) Bahan
Tidak Plastis
Pada
umumnya bahan tidak plastis dapat mengurangi susut. Di dalam badan kramik bahan
tidak plastis berfungsi sebagai pelebur, pembentuk fasa gelas, pembentuk
kerangka atau sebagi pengisi, tergantung pada jenis bahannya. Jenis bahan
mentah tidak plastis yang umumnya dipakai adalah:
1) Kuarsa atau silica , SiO2, di alam terdapat bentuk kuarsa kristalin, batuan silica,
pasir silica dan flint. Di dalam badan keramik, kuarsa
berfungsi sebagai pengurang susut, mengurangi keplastisan, memberikan
struktur terbuka yang memudahkan gas-gas menguap waktu vitrifikasi , bertindak sebagai kerangka untuk mencegah terjadinya
perubahan bentuk.
2) Alumina, Al2O3 , bahan ini bersifat sangat refractory dan stabil baik secara fisik
maupun kimia. Secara kimia bahan bahan ini bersifat amphoter yaitu reaksi basa
terhadap SiO2 membentuk senyawa mullit dan reaksi asam terhadap oksida alkali. Sedangkan senyawa felsdspar Al2O3 bersifat netral. Dalam badan keramik alumina berfungsi sebagai penstabil massa
3) Feldspar, adalah senyawa alumina
silikat yang mengandung satu atau lebih unsur basa yaitu: K, Na, Ca atau Ba.
Feldspar merupakan mineral yang sangat umum dalam batuan beku asam
maupun basa. Karena sifatnya tidak palstis dan mudah lebur, maka dapat
mengurangi susut kering, kekuatan kering dan menambah susut bakar. Disamping
itu dapat mempermudah pengeringan, menambah kekuatan mekanik badan setelah
dibakar dan dapat merendahkan suhu bakar.
Sifat-sifat massa
Badan
atau raga keramik terdiri dari mineral-mineral
bahan tanah (alumina silikat) yang
memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
a. Plastis, yaitu bahan basah yang mudah diberi bentuk dan bentuknya
tetap bertahan walau tenaga pembentuk tidak diberikan lagi. Beberapa cara
meningkatkan keplastisan seperti menambah air optimum yang dibutuhkan, membuat
campuran rata / homogen, menambah bahan plastis jumlah tertentu, menambah bahan
flokulan yang dalam fermentasi
menghasilkan zat-zat yang dapat menguraikan unsur karbon dan asam humus
serta asam asetat, menyempurnakan
pengulatan dan penggilingan, juga menghilangkan udara yang terjebak.
b. Tekstur, adalah sifat yang berasosiasi dengan ukuran dan bentuk partikel butiran massa ,
yang berpengaruh terhadap keplastisan massa
c. Kekuatan kering, sangat memadai untuk penyempurnaan kerja dan benda
tidak rusak dalam transportasi serta penyusunan saat dibakar. Sifat fisik bahan
tergantung dari distribusi ukuran / bentuk butiran dari bahan plastis dan tidak
plastis serta fraksi butiran halus massa
d. Susut, adalah perubahan ukuran / dimensi dari badan keramik yang
berkaitan dengan proses pelepasan air terabsorpsi dan air terserap dalam
pengeringan yang disebut susut kering. Berkaitan dengan oksidasi, dekomposisi, senyawa karbon,
perubahan struktur kristal dalam
proses pembakaran dinamakan susut bakar.
e. Keporian, yaitu sifat raga yang berpengaruh terhadap karakteristik
fisik setelah dibakar seperti kekuatan, berat jenis, peresapan air, ketahanan
kimia, dll. Keporian tergantung tingakatan sintering.
f. Kekuatan biscuit, adalah
kekuatan setelah dibakar yang dipengaruhi oleh komposisi kimia dan mineral dalam badan serta kehalusan
butiran penyusun massa
g. Warna, setelah dibakar tergantung jenis unsur yang mempengaruhi
seperti warna putih dipengaruhi oleh bahan mentah berasal dari pelapukan batuan
granit, abu-abu kehitaman dari bahan
yang mengandung unsur karbon, merah
pengaruh hematite (Fe2O3),
kuning / krem / coklat karena pengaruh limonit
(2Fe2O3.
3H2O), hijau dipengaruhi silica bersenyawa besi, dan keemasan pengaruh FeS2
dimana unsur ini tidak dikendaki dalam pembuatan keramik halus.
Sifat-sifat tersebut di atas
sangat sensitive terhadap perubahan komposisi dan jenis bahan yang dipakai,
karena bhan mentah yng bervariasi.
Tinjauan earthenware atau gerabah
menurut Sudarsin Hadi (1986),
terdiri dari:
1) Gerabah halus lunak (Mayolika) dengan peresapan air tidak
lebih dari 20%, suhu bakar 100-1100°C, kisaran komposisi bahan tanah plastis
10-50%, kaolin 10-40%, feldspar 0-5%, kuarsa 10-30% dan kapur 0-10%.
2) Gerabah halus keras (earthenware) dengan peresapan air tidak
lebih dari 15%, suhu bakar 1100-1150°C, kisaran komposisi bahan tanah plastis
10-20%, kaolin 40-50%, feldspar 0-5%, kuarsa 10-30% dan kapur 0-5%.
3) Gerabah halus padat ( stoneware ) atau keramik batu, dengan
peresapan air kurang dari 5%, suhu bakar 1200-1300°C , kisaran komposisi bahan
tanah plastis 0-20%, kaolin 30-40%, feldspar 10-20%, kuarsa 20-40% dan kapur 0-15%.
Cara menyusun komposisi massa
1) Paduan bahan dalam resep, hal
tersebut dilakukan untuk jenis dan bahan tertentu saja (sama). Bila menggunakan
bahan lain perlu disusun resep baru, mengingat kandungan mineral tidak selalu sama dalam setiap bahan.
2) Campuran bahan dengan sistem
3 komponen, mengingat badan keramik hampir selalu tersusun 3 mineral utama yakni: unsur pemlastis (ball clay, kaolin), unsur penguat /
kerangka / pembentuk (kuarsa) dan
unsur pelebur atau flux (feldspar).
3) Menghitung ekivalensi oksida-oksida ke dalam rumus Seger,
dikelompokkan menjadi 3 komponen yaitu: RO, R2O,
R2O3
dan RO2 atau susunan sbb:
RO
R2O3, RO2
R2O
Pengertian: RO, R2O
oksida basa berfungsi sebagai
pelebur
R2O3 oksida amphoter sebagai modifier
RO2 oksida
asam sebgai pengisi / pembentuk kerangka
4) Berdasarkan komposisi kimia oksida-oksida dalam massa badan.
Metode dan pelaksanaan
Bahan yang dipergunakan
dalam penelitian ini adalah: tanah Pejaten (Bali), tanah Meliling (Bali), tanah
Baturiti (Bali), pasir padas Kapal (Bali), tanah putih (Lombok), feldspar Lodoyo (JAwa Timur), ball clay Bantur dan grog tanah Baturiti. Adapun alat yang
dipakai: mortar + agat, ayakan 100 mesh,
gelas ukur, cetakan kayu 12 X 2,5 X1,5 X 1 cm, jangka sorong, tungku bakar, pancang seger dan termokopel.
Metode dan langkah
kegiatan memakai metode eksperimen (percobaan) berupa pengujian sifat umum dari
suatu campuran massa dengan komposisi sebagai berikut:
Tabel Komposisi No. 1 s/d 8
No
|
Jenis
Bahan (%)
|
K 1
|
K 2
|
K 3
|
K 4
|
K 5
|
K 6
|
K 7
|
K 8
|
1
|
Tanah Pejaten
|
50
|
50
|
40
|
40
|
40
|
30
|
10
|
10
|
2
|
Tanah Meliling
|
40
|
30
|
40
|
20
|
10
|
50
|
40
|
50
|
3
|
Tanah Baturiti
|
10
|
20
|
20
|
40
|
50
|
20
|
50
|
40
|
4
|
Grog Tanah
Baturiti
|
10
|
10
|
10
|
10
|
10
|
10
|
10
|
10
|
Tabel Komposisi No. 9 s/d 17
Jenis Bahan
(%)
|
K 9
|
K 10
|
K 11
|
K 12
|
K 13
|
K 14
|
K 15
|
K 16
|
K 17
|
Tanah Pejaten
|
30
|
16
|
15
|
14
|
45,5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Tanah Meliling
|
5
|
-
|
-
|
-
|
6,5
|
55
|
70
|
70
|
70
|
Tanah Baturiti
|
35
|
64
|
60
|
56
|
13
|
25
|
10
|
15
|
20
|
Grog tanah
baturiti
|
10
|
10
|
10
|
10
|
20
|
15
|
20
|
15
|
10
|
Feldspar
Lodoyo
|
10
|
10
|
15
|
20
|
15
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Pasir Padas Kapal
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
10
|
-
|
-
|
-
|
Tabel Komposisi No. 18 s/d 25
No
|
Jenis
Bahan (%)
|
K 18
|
K 19
|
K 20
|
K 21
|
K 22
|
K 23
|
K 24
|
K 25
|
1
|
Tanah
Meliling
|
-
|
-
|
-
|
-
|
90
|
80
|
70
|
60
|
2
|
Feldspar Lodoyo
|
5
|
10
|
15
|
20
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3
|
Pasir
Padas Kapal
|
-
|
-
|
-
|
-
|
10
|
20
|
30
|
40
|
4
|
Tanah Putih
|
90
|
85
|
80
|
75
|
-
|
-
|
-
|
-
|
5
|
Ball Clay
Bantur
|
5
|
5
|
5
|
5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Adapun
kegiatan yag dilakukan adalah pengeringan bahan, menyamakan kandungan air
sampai kering udara dengan dijemur pada panas terik matahari. Bahan kemudian
diolah dengan cara digiling / digerus kering dengan mortar + agat sampai
diperoleh butiran halus lolos ayakan 100 mesh.
Dilanjutkan dengan pembuatan benda coba sesuai dengan komposisi tabel di atas dengan
ukuran cetak kayu yang sama dan pada salah satu permukaan diberi dua tanda yang
berjarak 10 cm. benda coba yang telah kering disusun dalam tungku dan dibakar
suhu 1150 dan 1260 derajat Celcius.
Setelah dibakar dikeluarkan dan diamati serta diperiksa sifat umum keramik
seperti suara (nyaring / tidak nyaring), permukaannya (kasar atau kehalusan),
warnanya, cacat (retak, lubang jarum, dll), susut jumlah bakar dan peresapan
air.
Prosedur pemeriksaan massa
a). Benda massa percobaan berbentuk batangan
uji ukuran 12 X 2,5 X 1,5 X 1 cm, permukaan benda uki diberi tanda garis jarak
10 cm. Benda coba dikeringkan dan diukur kembali misalnya P cm.
Maka susut
kering:
10 - P
-------- X 100 %
10
b). Benda coba di atas bibakar tertentu
(1150 & 1260 derajat celcius).
Setelah dibakar (yang semula P cm) diukur kembali misalnya P 1 cm.
Maka susut bakar:
P
- P1
-------- X 100%
P
Susut
jumlah bakar:
10
- P1
---------
X 100%
10
c). Benda
coba yang sudah dibakar dibersihkan dari debu dan ditimbang misal beratnya G gram. Benda coba lalu direndam air bersih 24 jam,
kemudian direbus mendidih selama 4 – 5 jam. Benda coba dikeluarkan dan dilap
serta ditimbang kembali misal beratnya G1
gram. Benda coba ditimbang lagi dalam
keadaan tercelup dalam air misal beratnya G2
gram.
Maka
peresapan air:
G1 - G
--------- X
100%
G
Keporian
semu:
G1
- G
---------- X 100%
G2 - G
d)
Pengamatan warna bakar
ditentukan oleh penglihatan, demikian juga dengan struktur permukaan halus,
kasar, kemungkinan retak-retak, ukuran dan bentuk retakan, terjadinya gelembung
dan peleburan setempat.
e) Pengamatan
suara / bunyi ditentukan dengan memukul benda coba menggunakan alat dari besi
yang dinyatakan nyaring dan tidak nyaring.
Hasil
pengamatan dan pemeriksaan sifat umum keramik dibahas atau didiskusikan dan
menghasilkan poin-poin berikut ini:
1. Susut
bakar, pada umumnya susut bertambah dengan kenaikan suhu bakar.
Hal ini disebabkan :
-
bahan melepaskan kandungan air (berupa air selaput, air terserap dan air
kristal);
- bahan
mengalami dekomposisi dengan mengeluarkan gas-gas;
- terjadinya perubahan struktur kristal dan pembentukan fasa gelas dari bahan
yang
mudah melebur, sehingga jarak dan ukuran butiran semakin kecil.
2. Peresapan
air turun apabila suhu bakar naik. Dalam pembakaran bahan-bahan yang mudah
lebur akan lebih dulu membentuk fasa
gelas dan mengisi pori-pori dari bahan keramik. Semakin banyak fasa gelas yang terbentuk semakin banyak
pori-pori yang tertutup atau kedap air.
3. Struktur
permukaan menunjukkan permukaan halus, baik pada suhu 1150°C & 1260°C, namun tidak semua komposisi sintering
(matang) pada suhu tersebut.
4. Warna
badan benda coba diperoleh bervariasi yaitu coklat, coklat tua, coklat
kehitaman,merah bata, krem dan putih krem, itu semua tergantung suhu dan
komposisi.
Suatu penelitian untuk menghasilkan komposisi
bahan mentah keramik yang memenuhi syarat sebagai body jenis earthenware (gerabah) dan stoneware. Dengan metode eksperimental berupa pengujian sifat umum
komposisi campuran bahan-bahan yang dibakar pada suhu 1150°C dan 1260°C. Sampel
diamati struktur permukaannya, warna bakar, suara, susut bakar, keporian dan
cacat yang terjadi dalam pembakaran. Badan massa percobaan menggunakan bahan
lokal Bali dan luar Bali sebanyak 8 macam jenis tanah dengan jumlah 25 benda
coba berbentuk batangan uji cetak plastis. Benda coba dikeringkan dan dibakar
dalam tungku.
Hasil pengamatan dan pemeriksaan massa campuran diperoleh kesimpulan komposisi
yang baik adalah sebagai berikut:
1. Untuk gerabah halus lunak diperoleh 1
komposisi yang memenuhi syarat, suhu 1150°C,
peresapan air 16,28%, warna berah bata, suara nyaring, struktur halus, susut
16%, adalah komposisi K15 dengan bahan tanah Meliling 70%, tanah Baturiti 10% dan grog tanah Baturiti 20%.
2. Untuk gerabah halus keras diperoleh 5
komposisi, suhu 1150°C, peresapan
air 6,48-12,98%, susut 17,5 – 20%, warna coklat, coklat kehitaman dan krem,
suara nyaring dan strukturnya halus. Adapun komposisi dan bahannya dalam
tabel berikut:
No
|
Bahan
Mentah
|
K1
|
K3
|
K4
|
K5
|
K6
|
1
|
Tanah
Pejaten
|
50
|
40
|
40
|
40
|
30
|
2
|
Tanah
Meliling
|
40
|
40
|
20
|
10
|
50
|
3
|
Tanah
Baturiti
|
10
|
20
|
40
|
50
|
20
|
4
|
Grog Tn. Baturiti
|
10
|
10
|
10
|
10
|
10
|
3. Untuk gerabah halus padat diperoleh
1 komposisi yang baik yaitu K14,
suhu 1150°C, peresapan air 4,85%,
susut 6,3%, warna coklat tua, suara nyaring, sintering, terdiri dari tanah Meliling 55%, tanah Baturiti 25%,
pasir padas Kapal 10%, dan grog tanah
Baturiti 15%.
4. Untuk keramik batu ( stoneware )
7 komposisi, suhu 1260°C, peresapan air
0,29-5,85%, susut 10 – 18%, suara nyaring, struktur halus dan sintering.
No
|
Bahan Mentah
|
K9
|
K13
|
K14
|
K18
|
K19
|
K20
|
K21
|
1
|
Tanah
Pejaten
|
30
|
45,5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
Tanah
Meliling
|
5
|
6,5
|
55
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3
|
Tanah
Baturiti
|
35
|
13
|
25
|
-
|
-
|
-
|
-
|
4
|
10
|
20
|
15
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
5
|
Feldspat Lodoyo
|
10
|
15
|
-
|
5
|
10
|
15
|
20
|
6
|
Pasir
Padas Kapal
|
-
|
-
|
10
|
-
|
-
|
-
|
-
|
7
|
Tn
Putih Lombok
|
-
|
-
|
-
|
90
|
85
|
80
|
75
|
8
|
Ball Clay Bantur
|
-
|
-
|
-
|
5
|
5
|
5
|
5
|
Warna Hasil
|
Coklat
|
Coklat Hitam
|
Coklat Tua
|
Putih Krem
|
Putih Krem
|
Putih Krem
|
Putih Krem
|
PERCOBAAN 3
Mengenai sifat keramik green-body
dan sintering pasca bakar 1225°C
untuk stoneware standar ASTM (American Society for Testing and Materials)
dengan bahan domestik. Sifat keramik dengan komposisi campuran 10% tanah putih
Kalimantan (K-Kalimantan), 30% felspar
Lodoyo ( F-Lodoyo), 32% clay Bantur
(C-Bantur), 10% kuarsa Belitung
(Q-Belitung), 18% kaolin Belitung
(K-Belitung) menunjukkan bahwa ‘green
body’ dari komposisi ini mempunyai
sifat plastis dengan air bentuk 30-35%, tekstur halus-rapat dan susut kering
10%. Sedangkan pada suhu bakar 1225oC tercapai keadaan ‘sintering’ dengan susut bakar 7,8%,
susut jumlah 17,5%, peresapan air 2,3%, suara nyaring, tekstur halus-rapat dan
warna putih pucat. Keramik dengan komposisi dan spesifikasi sifat tersebut
diatas dengan metode “freehand” :
slab, pijit-pilin, coil, putar, dapat
dibuat bentuk keramik bervariasi dan tidak terjadi kecenderungan perubahan
bentuk, retak, pecah atau cacat lainnya pada saat pembentukan, pengeringan atau
pembakaran. Menurut data literatur dan ketentuan standar American Society for Testing and Materials (ASTM)
bahwa keramik dengan sifat-sifat tersebut termasuk dalam jenis stoneware.
Mempertimbangkan bahwa mutu produk Indonesia
Menurut American Society for Testing and Materials (ASTM), bahwa keramik adalah produk yang dibuat dari bahan galian anorganik non-logam yang diproses
melalui pembakaran suhu tinggi dan mempunyai struktur molekul kristalin dan non-kristalin
atau campuran keduanya. Sedangkan bahan mentah keramik adalah kumpulan mineral atau batuan yang dapat digunakan
untuk pembuatan keramik baik dalam keadaan alami maupun setelah diproses (
Hartono, 1983 ). Adapun proses
pembuatan keramik terdiri dari : pengolahan bahan baku, pembentukan,
pengeringan dan pembakaran.
Para
keramikus atau seniman keramik biasanya menggunakan sifat keplastisan suatu
bahan baku untuk menciptakan bentuk yang menarik dan indah. Bahan tersebut
umumnya diperoleh dari hasil pencampuran dua atau lebih bahan mentah sehingga
sifat ideal pada setiap proses dapat dipenuhi. Menurut Daniel Rhodes dalam bukunya yang berjudul Stoneware and Porcelain, The Art of High-Fired Pottery, dinyatakan
karakteristik ideal bahan baku stoneware
dapat bervariasi tergantung pada jenis barang yang dibuat, tetapi sebagian
besar artisan akan memilih bahan baku
yang memiliki sifat-sifat fisik prabakar (green
body) yaitu: sangat plastis untuk pengerjaan dengan teknik putar,
mengandung butiran kasar secukupnya yang memungkinkan untuk membuat bentuk
besar, susut dalam pengeringan (susut kering) tidak lebih dari 5%, tidak ada
kecenderungan meleot, retak atau pecah dalam pengeringan, tidak mengandung alkali yang akan meninbulkan busa atau
bahan organik dalam jumlah besar.
Sedangkan sifat pascabakar (cone
8-10) yaitu : susut dalam pembakaran (susut bakar) tidak lebih dari 6%,
peresapan air antara 1-5%, warna pada pembakaran oksidasi coklat sedang dengan tekstur, warna pada pembakaran reduksi coklat oranye muda ( Rhodes,
1953 ).
Untuk
mencapai sifat ideal suatu badan keramik, diperlukan tiga kelompok mineral yang mesti ada didalam bahan
baku yaitu:
a). Bahan pengisi, yaitu mineral kuarsa: batu silika, pasir silika :
SiO2. Mineral yang diberi nama batu silika atau pasir silika
dibuat serbuk dan ditambahkan pada campuran badan keramik. Selama proses
pembakaran sedikit silika mengalami
peleburan membentuk cairan gelas dan sebagian besar terjadi konversi membentuk kristal kuarsa dan memegang peranan
penting yang menentukan perubahan sifat yang berkaitan dengan kekuatan badan. Kuarsa adalah bahan mentah keramik tahan
api, tahan asam / basa dan keras.
Jika hanya kuarsa sebagai komponen
tentunya merupakan produk yang sangat
bagus dengan ketahanan panas tinggi, tahan asam
/ basa dan awet, seperti pada produk
keramik maju. Sayangnya serbuk halus silika
adalah kering, tidak lekat dan rapuh setelah dibentuk. Oleh karena itu dalam
pembentukan diperlukan bahan pengikat yang disebut materialclay, yang membantu pembentukan pasta.
b). Bahan pengikat : mineral liat / plastis
(clay) untuk meningkatkan kemampuan
dibentuk, yaitu : kaolinit dengan
rumus Seger : Al2O3.
2SiO2. 2H2O. Clay tersusun
dari partikel-partikel halus yang
berasal dari bubuk mineral yang
mengalami pelapukan karena cuaca. Bubuk mineral lapuk yang mejadi partikel halus akan terbawa aliran dan
mengendap pada pedangkalan yang menjadi kompak karena pengaruh reaksi hidrothermal atau bakteri tanah selama
bertahun-tahun. Biasanya bahan ini digali, dicuci dan digunakan sebagai bahan
mentah keramik sebagaimana adanya. Setelah penambahan air tertentu, material clay menjadi lengket. Campuran serbuk
halus kuarsa dan clay dapat dirubah bentuknya dengan tekanan karena fungsi clay seperti tersebut dan bentuk
tersebut tetap setelah tekanan dihentikan. Fenomena ini disebut sebagai “plasticity”, dimana keramik dibentuk
dengan memanfaatkan sifat keplastisan ini. Setelah kering sifat plastis akan
hilang dan bentuk tetap seperti semula. Clay
memiliki peranan untuk memberikan kemampuan dibentuk. Dalam pembakaran clay akan terurai, orientasi partikel clay berkurang dengan cepat dan runtuh sebelum sintering. Oleh karenanya kehadiran feldspar sebagai material sintering
yang berfungsi mengikat partikel pada pembakaran suhu tinggi
sangat diperlukan.
c). Bahan pelebur (sintering material) : bahan yang
mengandung alkali / alkali tanah.
Mineral feldspar sebagai sintering material (bahan pelebur),
yaitu orthoclase, dengan rumus Seger : K2O. Al2O3.
6SiO2, adalah salah satu mineral silikat
yang khas, yang digali dari daerah penambangan, dihancurkan menjadi serbuk
halus dan selanjutnya digunakan dalam pembuatan badan keramik. Feldspar mudah lebur pada temperatur
tinggi membentukan cairan gelas yang mengisi ruang pada badan, yang dapat mempengaruhi peleburan
partikel halus dan mengikat partikel lebih besar serta memegang
peranan sebagai pasta yang menyatukan partikel
mejadi padat setelah pendinginan. Leburan gelas ini disebut "glass matrix".
Materi dan metode yang
dipergunakan, yaitu bahan baku keramik yang baru dibentuk (plastis / slip) terdiri dari butiran-butiran individu
komponen penyusunnya yang dipisahkan oleh keporian dan air pembentuknya,
sekitar 25-60% volume keporian, artinya belum membentuk ikatan kimia sehingga
mudah terlepas satu sama lain. Untuk memperoleh sifat yang diperlukan yakni
kekuatan, bahan yang telah dibentuk tersebut dibakar sampai temperatur tertentu
sehingga diperoleh keramik yang kuat dan padat yang disebut pembakaran sintering. Pembakaran keramik sampai
mencapai keadaan sintering umumnya
antara 1100-1400oC. Untuk memperoleh tingkatan sintering tertentu tanpa terjadi cacat pada badan, kehadiran tiga
mineral yaitu kuarsa, felspar dan clay sangat diperlukan. Berdasarkan hal ini maka sifat-sifat bahan
baku yang menjadi perhatian dalam studi ini adalah sifat prabakar yang meliputi
keplastisan, warna kering mentah, susut kering. Sedangkan sifat pascabakar meliputi warna, suara, susut
bakar, susut jumlah dan peresapan air. Untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap
perubahan sifat fisik pascabakar 1225oC, dilakukan perbandingan
dengan sifat sampel pascabakar 900oC.
Dalam studi literatur, analisis
pengaruh suhu terhadap perubahan sifat bahan dalam pembakaran keramik menurut T. Oishi
dapat diuraikan sebagai berikut :
a. Pelepasan air terikat, pada sekitar suhu 100oC air
terikat dilepaskan keudara, sebelum air terikat lepas sempurna, kenaikan suhu
akan menguapkan air terikat dengan cepat dan terjadi letupan pada badan.
b.
Penguraian termal senyawa organik,
pada sekitar suhu 250oC, zat organik
pada badan (bakteri, bahan perekat, potongan kayu, padi-padian, sebagai
pengotor) secara perlahan-lahan terurai dengan pemanasan dan meninggalkan sisa
karbon pada badan.
c.
Pelepasan air kristal, pada
sekitar suhu 450oC, clay
melepaskan air kristal, kaolinit
terkonversi membentuk metakaolin dan
sekaligus disertai terjadinya penyusutan volume. Reaksi ini bersifat endothermik, kenaikan suhu pada badan
lebih rendah dari ambien dan perbedaan suhu pada badan melebar. Pada saat
air kristal dilepaskan, kepemilikan
sifat partikel clay sebagai pasta / pengikat berkurang dengan drastis. Karena itu kekuatan mekanik
berkurang dan badan mudah menderita retak.
d.
Inversi kuarsa, pada
suhu 573oC terjadi perubahan dari alpha kuarsa (suhu rendah) menjadi beta kuarsa (pada suhu tinggi). Pada proses ini terjadi
pengembangan volume kuarsa sangat
besar. Air kristal lepas badan menjadi getas dan ini menyebabkan
menjadi retak.
e.
Pelepasan
sisa organik dengan
pembakaran, setelah material organik mengalami
dekomposisi termal, tumpukan sisa
(utamanya karbon) bereaksi dengan oksigen disekitar badan menjadi gas dan dengan cara difusi keluar
dari badan.
f.
Peleburan feldspar, feldspar
mulai lebur pada 800oC membentuk fasa
gelas yang sangat kental pada suhu rendah. Kekentalan mengecil secara
perlahan-lahan dari 850 oC dan membasahi partikel kuarsa dan meta
kaolin menjadi lebur dan mengisi ruang kosong diantara partikel. Dengan demikian proses ini mengurangi porositas, penyusutan dimensi dan
meningkatkan kekuatan badan secara drastis.
g. Penyusutan bakar, diatas 950oC meta kaolin berubah menjadi SiO2
dan spinel 2Al2O3.3SiO2.
Diatas 1000oC, fasa gelas
encer membasahi partikel kuarsa dan kuarsa mulai lebur. Leburan
kuarsa mengisi ruang diantara partikel
dan porositas menurun, badan menyusut dengan cepat. Dalam hal pembakaran reduksi, sebelum proses reduksi , pori tersisa pada badan.
Proses reduksi sebaiknya selesai
sebelum kematangan glasir.
h.
Pembentukan mullite, pada suhu sekitar 1100 oC spinel dalam fasa gelas menjadi lebur, membentuk kristal mullite seperti jarum, yang mengisi seluruh bentuk jaringan
gelas. Jumlah kristal mullite
tergantung pada komposisi fasa gelas.
Hubungan jumlah kristal mullite dan
kandungan fasa gelas serupa dengan
hubungan antara fiber dan gelas dalam gelas dengan penguat fiber. Keberadaan mullite memperkuat fasa gelas
yang pada gilirannya berpengaruh pada peningkatan sifat-sifat mekanik produk.
Penurunan kekentalan gelas lebih lanjut menyebabkan pengisian ruang kosong
menjadi lebih cepat terpenuhi dan penyusutan dapat dikatakan tidak terjadi
lagi.
i.
Sintering, pada suhu diatas 1200oC, partikel kuarsa halus lebur seluruhnya
dalam fasa gelas. Partikel kasar kuarsa terjadi peleburan pada permuakaannya. Pada proses ini ukuran
butiran berkurang tetapi butiran tersisa dalam fasa gelas dalam bentuk kristal kuarsa
dan tidak terjadi peleburan sempurna. Ruang antara partikel kuarsa yang terisi fasa
gelas hanya meninggalkan sedikit ruang kosong dalam bentuk pori tertutup (pori
yang tidak berhubungan dengan udara). Pada kondisi ini porositas sangat kecil dan
sintering berakhir. Sintering
adalah tingkat keadaan padat suatu bahan atau badan keramik. Kepadatan adalah
suatu keadaan badan yang tidak menyerap air dan mempunyai suara nyaring.
Menurut American Society For Testing
Material, menyatakan bahwa bodi stoneware
memiliki tingkatan sintering
mendekati vitreous dan mendekati vitrifikasi dengan peresapan air antara
0,5-3%.
Bahan, peralatan dan metode penelitian
ini dipergunakan adalah bahan yang berasal dari dalam negeri (Indonesia)
menurut bahan galian industri ( Ajat, dkk, 1997), peralatan dan metode
pengujian yang dipergunakan berdasarkan buku-buku Balai Besar Industri Keramik
( Supomo, 1998 dan Solihin, 1986).
a. Bahan dan Peralatan
Bahan
yang digunakan adalah sebagai berikut di bawah ini:
a).
Tanah putih Kalimantan (W-Kalimantan)
b).
Feldspar Lodoyo (F-Lodoyo)
c).
Kuarsa Belitung (Q-Belitung)
d).
Clay Bantur (C-Bantur)
e). Kaolin Belitung (K-Belitung)
Sedangkan peralatan yang diperlukan
terdiri dari :
a). Alat cetak sampel dengan ukuran bagian dalam ± 12 cm x 2,5 cm x 1,5 cm,
b).
Mikrometer dengan ketepatan 0,1 mm,
c).
Neraca cg,
d).
Pisau atau potongan kayu untuk melicinkan sampel,
e).
Cetakan tanda garis panjang tepat 10 cm,
f).
Tungku laboratorium suhu tinggi (1300oC),
g).
Alat pengukur suhu.
Metode selanjutnya yang dipergunakan metoda
percobaan atau eksperimental dengan tahapan sebagai berikut :
a). Pengolahan bahan mentah untuk mencapai kehalusan butiran dibawah 0,125 mm.
b).Penentuan komposisi
campuran dengan cara persen berat dengan mempertimbangkan kandungan mineral kuarsa, felspar dan clay dalam campuran.
c). Pembuatan benda uji dan penentuan susut kering, susut bakar, susut
jumlah,
peresapan air, warna dan suara).
Bahan
baku kering udara dengan kehalusan butiran dibawah 0,125 mm ditambahkan air
serata mungkin sehingga mencapai air pembentukan optimum. Kemudian ditutup
dengan lap basah dan dibiarkan selama ± 2 jam, supaya terjadi pemerataan kadar air.
Campuran lalu diulek dan dibanting-banting cukup lama, supaya airnya merata
betul dan terbentuk massa plastis (tidak ada gelembung udara). Sifat plastis
ditandai dengan sifat masa yang tidak lengket ketika ditekan dengan jari tangan
dan dapat membentuk lingkaran 360o dengan keliling 10 cm, tebalnya 1
cm tanpa terjadi retak. Dari masa plastis itu dibentuk benda uji dengan menggunakan
cetakan kayu yang sebelumnya bagian dalamnya diolesi minyak mineral supaya benda uji tidak melekat
pada cetakan dan mudah dikeluarkan. Ukuran benda uji ± 12 cm x 2,5 cm x 1,5 cm. Untuk penentuan
susut kering dan susut bakar pada tiap tingkat pembakaran digunakan paling
sedikit 6 benda uji. Masa plastis yang dimasukkan dalam cetakan sebaiknya
sedikit lebih banyak dari yang diperlukan untuk pembentukan ujinya, panjangnya
dan lebarnya sedikit kurang, tetapi tebalnya lebih. Bahan massanya ditekan dari
tengah ketepi hingga cetakannya berisi penuh. Kelebihan massa bahan kemudian
dipotong dan permukaannya dibuat licin dengan pisau atau potongan kayu yang
dibasahi. Setelah dibentuk, pada permukaannya diberi tanda garis 10 cm. Benda
uji ditimbang lalu dibiarkan pada udara terbuka sampai menjadi kering pada
papan yang diberi sedikit berminyak.
Penentuan Standar SNI, penentuan susut kering,
susut bakar, peresapan air, penetuan warna, cacat badan dan suara merujuk pada
Standar Nasional Indonesia yaitu SNI
15-0255-1984 dan SNI 12-2580-92
sebagai berikut:
1. Penentuan Susut Kering
(SNI 15-0255-1984). Benda
uji yang dikeringkan pada papan, pada waktu-waktu tertentu dibalik-balik supaya
pengeringannya merata dan mengurangi terjadi kelengkungan. Setelah benda uji menjadi
kering (dikontrol dengan penimbangan , selisih berat kurang dari 0,5 g untuk 2
hari berturut-turut), jarak tanda garis
ditentukan dengan mikrometer tepat sampai 0,1 mm (p cm), maka susut
kering = (10 – p)/10 x 100. Susut kering yang diberikan ialah hasil rata-rata
susut kering benda uji yang diukur.
2. Penentuan
Susut Bakar (SNI 15-0255-1984). Benda uji yang telah diukur jarak tanda garisnya p
cm, untuk mengetahui susut kering, dibakar dalam tungku laboratorium sampai
suhu yang telah ditentukan untuk setiap pembakaran. Kondisi pembakaran
sebaiknya netral. Bila tidak memakai tungku listrik, benda uji dimasukkan dalam
kapsel supaya terlindung dari api langsung. Kecepatan kenaikan suhu diatur
sedemikian, sehingga sampai 900oC dalam waktu 4 - 5 jam, sesudah itu
setiap kenaikan 100oC dalam waktu 1 jam.
Setelah pembakaran selesai , benda uji dibiarkan
menjadi dingin dalam tungku. Jarak tanda garis benda uji lalu ditentukan dengan mikrometer tepat sampai 0,1 mm (p1
cm).
Susut bakar = (p – p1) / p x 100% dan Susut
jumlahnya = (10 - p1) / 10 x 100%.
Susut bakar atau susut jumlah diberikan sebagai
hasil rata-rata semua susut bakar atau susut jumlah benda uji yang diukur.
Penentuan peresapan air (SNI
12-2580-92), mula-mula benda uji pasca bakar dikeringkan dalam oven pada suhu
105 – 110oC, sehingga beratnya tetap. Kemudian didinginkan dalam
desikator dan ditentukan berat keringnya
(D gram) dengan ketelitian 0,01 g. Benda uji dipanaskan dalam wadah berisi air
sampai mendidih dan ditahan selama 5 jam. Pasang penyekat atau semacamnya
sebagai pemisah antara benda uji dengan dinding atau dasar wadah, begitupun antara
benda uji satu dengan lainnya agar tidak bersentuhan. Kemudian dinginkan selama
24 jam, direndam dalam air, lalu keluarkan dan seka dengan kain lembab. Benda
uji segera ditimbang dengan neraca yang ketelitiannya 0,01 g ( W gram) maka,
peresapan airnya adalan = (W – D) / D x 100%.
Penentuan warna, cacat badan dan suara, selain
melakukan pengukuran untuk menentukan susut kering, susut bakar, susut jumlah
dan peresapan air, juga dilakukan penentuan warna dan pengamatan cacat badan
(retak, pecah, meleot) secara visual serta penentuan suara dengan memukul salah satu ujung benda
uji dengan sesama atau benda pejal lainnya. Suara yang terdengar dinyatakan nyaring
atau tidak nyaring.
Data dan pembahasan setelah melakukan pengamatan
terhadap sampel benda uji, diperoleh rata-rata dari hasil pengamatan 6 sampel,
sebagai berikut :
1.
Data sifat fisik prabakar
Keplastisan : sangat plastis
Warna : krem
Susut kering : 10,0%
2.
Data sifat fisik
pascabakar 900oC
Warna : putih krem,
Suara : tidak nyaring
Susut bakar : 0,9%
Susut jumlah : 11,1%
Peresapan air (pa) : 16,2%
3.
Data sifat fisik pascabakar 1225oC
Warna : putih krem
Suara : nyaring
Susut bakar : 7,8%
Susut jumlah : 17,5%
Peresapan air (pa) : 2,3%
4.
Data sifat fisik “Green
Body” prabakar
Keplastisan : sangat plastis
Warna : krem
Tekstur badan : halus,
rapat
Air pembentukan :
30-35%
Susut kering : 10,0%
5.
Data sifat fisik
pascabakar 900oC
Warna :
putih krem,
Suara :
tidak nyaring,
Tekstur badan : halus rapat
Susut bakar : 0,9%,
Susut jumlah : 11,1%,
Peresapan air (pa) : 16,2%,
6.
Data sifat fisik pascabakar 1225oC
Warna :
putih pucat
Suara :
nyaring,
Tekstur badan : halus rapat
Susut bakar : 7,8%,
Susut jumlah : 17,5%,
Peresapan air (pa) : 2,3%,
Dari
telaah kepustakaan dan data hasil pengamatan mengenai sifat prabakar dan
pascabakar badan yang diberi kode nama campuran III-A, yaitu W-Kalimantan
(tanah putih Kalimantan) 10%, F-Lodoyo (feldspar
Lodoyo) 30%, C-Bantur (clay Bantur)
32%, Q-Belitung (kuarsa Belitung ) 10% dan K-Belitung (kaolin Biliton) 18%, dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Sifat Fisik Prabakar ( keplastisan, warna, air pembentukan, susut
kering).
Keplastisan, adalah sifat dari bahan basah untuk dapat
diberi bentuk dan mampu mempertahankan bentuk walaupun tenaga pembentuknya
ditiadakan. Dengan difinisi ini berarti untuk memperoleh sifat plastis, pada
tanah kering perlu ditambahkan air sampai bisa dibentuk, yang disebut air
pembentukan. Jika bahan basah yang telah diberi bentuk, dikeringkan maka air
ini akan dilepaskan melalui proses penguapan dan menyebabkan penyususutan yang
disebut susut kering. Dari hasil pengamatan, benda uji mencapai keadaan sangat
plastis pada penambahan air 30-35% dari bahan kering dan pada pengeringan
terjadi penyusutan 10,0%, yaitu angka yang sangat jauh diatas penyusutan yang
dianggap ideal sebesar 5%. Walaupun angka ini sangat jauh berbeda, ternyata
tidak berakibat buruk pada badan secara signifikan. Hal ini diperkuat lagi dari
penampakan visual yaitu tidak adanya : perubahan bentuk, retak, pecah maupun
kecenderungan buruk lainnya. Namun perlu kehatian-hatian dalam proses
pengeringan komposisi ini, karena
penyusutan 10,0% termasuk angka yang sensitip terhadap pengeringan cepat. Jadi
harus dikeringkan dengan perlahan sampai kadar air mencapai 10%. Warna badan
pada keadaan kering adalah putih krem karena pengaruh unsur pengotor pada felspar berwarna kuning dan clay Bantur berwarna krem.
2. Sifat Fisik Pascabakar (Warna, Suara, Susut Bakar, Susut Jumlah,
Peresapan
Air)
a. Warna
Warna pascabakar memegang peranan penting. Warna putih atau gading
disukai untuk barang pecah belah dan warna gelap disukai untuk barang seni,
genteng dan sebagainya karena menghendaki penampilan bersifat alami. Tetapi
dengan adanya teknologi glasir rasanya tidak ada masalah dengan warna putih,
putih gading, krem atau gelap, karena penampilan dapat ditutup dengan penerapan
glasir. Dengan badan ini diperoleh warna putih agak krem, karena pada bahan
dalam komposisi mengandung sedikit oksida besi yang dalam pembakaran tinggi dapat
memberikan nuansa krem.
b. Suara
Suara
merupakan indikator kepadatan suatu badan keramik. Makin padat suatu badan suara makin nyaring. Hasil
pengamatan dengan memukul badan uji dengan sesama atau logam menghasilkan suara
yang tergolong nyaring. Hal ini sesuai dengan hasil pengujian peresapan air
yang menghasilkan angka untuk mengindikasikan tingkat kepadatan.
c. Susut Bakar
Adanya penyusutan bakar ini disebabkan
karena terjadinya penguapan sisa air pembentukan (air mekanis) yang belum
keluar sempurna waktu pengeringan, pelepasan air kimia, dekomposisi senyawa karbonat, oksidasi senyawa organik
(karbon), peleburan feldspar dan kuarsa yang mengakibatkan perubahan
ukuran butiran pori. Setelah proses ini selesai penyusutan tidak terjadi lagi.
Pada suhu bakar 1225oC, badan uji mengalami penyusutan sebesar 7,8%
atau diatas angka yang dianggap ideal sebesar 6%. Rupanya penyusutan 7,8% ini
masih dapat ditoleransi oleh unsur-unsur kekuatan badan sehingga cacat badan
tidak terjadi secara nyata. Sedangkan susut jumlah adalah penyusutan yang
terjadi dari keadaan basah (plastis) sampai pembakaran akhir 17,5%. Angka ini
perlu mendapat perhatian untuk keperluan disain produk.
d. Peresapan Air
Peresapan air berkaitan tingkat kepadatan badan.
Makin kecil peresapan airnya berarti badan semakin padat. Kepadatan merupakan
indikator kekuatan suatu bahan. Pada suhu 1225oC dicapai peresapan
air 2,3% suatu angka yang termasuk dalam daerah peresapan air untuk keramik stoneware menurut ketentuan ASTM yaitu diatas 0,5-3%.
Jadi pada suhu ini tingkat kepadatan badan sudah
memenuhi persyaratan secara teknis. Dari data diatas terlihat bahwa terdapat
perbedaan yang nyata antara penyusutan pada level suhu 900 dan 1225oC.
Demikian juga peresapan air, warna maupun suara menunjukkan perubahan sangat
berarti secara fisik. Hal ini berarti suhu bakar berpengaruh terhadap
sifat-sifat fisik bahan baku keramik.
Berdasarkan telaah kepustakaan dan data hasil
pengamatan akhirnya dapat disimpulkan bahwa komposisi III-A, yaitu tanah
Kalimantan 10%, feldspar Lodoyo 30%, clay Bantur 32%, kuarsa 10% dan kaolin
Belitung 18%, memenuhi persyaratan untuk pembuatan keramik halus padat stoneware dengan suhu pembakaran 1225oC
dengan warna putih agak krem.
email:
goesmul@blogspot.com
Apabila Anda mempunyai kesulitan dalam pemakaian / penggunaan chemical , atau yang berhubungan dengan chemical, jangan sungkan untuk menghubungi, kami akan memberikan konsultasi kepada Anda mengenai masalah yang berhubungan dengan chemical.
BalasHapusSalam,
(Tommy.k)
WA:081310849918
Email: Tommy.transcal@gmail.com
Management
OUR SERVICE
Boiler Chemical Cleaning
Cooling tower Chemical Cleaning
Chiller Chemical Cleaning
AHU, Condensor Chemical Cleaning
Chemical Maintenance
Waste Water Treatment Plant Industrial & Domestic (WTP/WWTP/STP)
Degreaser & Floor Cleaner Plant
Oli industri
Rust remover