DAFTAR ISI
Pengertian Kaca dan Porselen
Kaca dan porselin adalah tergolong bahan mineral, tetapi pengunaanya tidak pada bentuk atau keadaan alaminya melainkan harus diperoses terlebih dahulu dengan pemanasan (pembakaran).Kaca
kaca adalah substansi yang di buat dengan pendingin bahan-bahan yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi berongga. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikatdan beberapa senyawa antara lain : borat, pospat kaca dibuat dengan cara dilelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K) dengan bahan lain (kapur, oksida timah hitam).karna itu sifat dari kaca tergantung dari komposisi bahan-bahan pembentuknya tersebut.Masa jenis kaca berkisar antara 2 hingga 8,1 g/cm³, kekuatan tekanannya 6000 hingga 21000kg/cm² karena kekuatan terikatnya 100hingga 300kg/cm³. Karena kekuatan tariknya ralatif kecil. Maka kaca adalah bahan yang regas.dinding piranti adalah tdak sama.
Kaca yang di gunakan untuk suatu perangkat dan pada perangkat tersebut terdapat juga logam, misalnya ; lampu pijar, tabung sinar katode; maka nilai α nya harus di sesuai kan, yaitu harus rendah karena selalu bekerja pada suhu yang cukup tinggi.Dengan demikian maka tidak terjadi keretakan dibagian kacanya pada perangkat tersebut di gunakan.
Kemampuan larut kaca terhadap bahan lain akan bertambah sesuai dengan kenaikan suhunya. Kaca yang mempunyai kekuatan hidrolitik rendah ketahanan permukaanya pada media yang lembab adalah kecil. Kaca silika mempunyai ketahanan hidrolitik yang paling tinggi. Kekuatan hidrolitik akan sangat berkurang jika kaca diberi alkali.
Pada kenyataanya kaca silika adalah tidak peka terhadap asam kecuali asam fliorida. Pada pabrikasi kaca, asam fluorida digunakan untuk membuat kaca embun. Pada umumnya kaca tidak stabil terhadap pengaruh alkali. Sifat-sifat eliktris dari kaca dipengaruhi oleh komposisi dari kaca itu sendiri
Kaca digunaakan untuk tehnik listrik pada suhu normal diperlukan syarat-syarat antara lain; resistivas berkisar antara 108 hingga 1017 Ω-cm permitivitas relatif εr berkisar antara 3,8 hingga 16,2, kerugian sudut dieletriknya (tan ∂) 0,0003 hingga 0,1 tegangan break-down 25 hingga 50 kV/mm.
Kaca silika mempunyai sifat kelistrikan yang paling baik, pada suhu kamar besarnyaa resitivitas adalah 107Ω-cm, εr3,8 dan tan ∂ pada1 M HZ adalah 0,0003. Jika kaca silika di tambahkan natrum atau kalium, maka resitivitasnya menurun, tan ∂ nya akan naik sedikit.
Seringkali oksida logam alkali ditambahkan pada paembuatan kaca dengn maksud agar dengan sifat-sifat kaca menjadi lebih baik. Oksida-ksida tersebut dimasukan kedalam kaca sebagai pemurnian bahan-bahan mentah. Keberadaan natrium di dlam kaca adalah lebih tidak menguntungkan di banding kalium. Karna iOn Na adalah sangat kecail uuranya dan sangat mudah brgerk di dalam medan listrik.
Perbandingan antara Na dan K pengaruhnya dalam suatu kaca dapat di tunjukan pada Gb.berikut
Kaca yang mengandung oksida-oksida 2 alkali yang berbeda memungkinkan mempunyai sifat isolasi yang lebih tinggi di bandingkan jika kuantitas oksidanya mengandung 1 bagian dari kuatitas oksida 2 logam (efek netralisasi atau polialkalin). Kemampuan isolasi kaca juga dapat lebih baik jika padanya di tambah PbO ata BaO.
Pabrikasi dan peningkatan kualitas
Kaca di buat dengan cara mendinginkan secara cepat beberapa bahan yang di lelehkan atau kristalisasi. Proses tersebut dinamakan devrittrivikasi. Pendinginan yang cepat tersebut di ikuti dengan naiknya kekentalan substansi atau pembentukan keadaan kristal.Pabrikasi kaca di awali dengan pemotongan, penghlusan dan mencampur bahan-bahan mentah ,antara lain : Pasir silika (Si02), Soda (Na2CO3), Kapur (Ca CO3),Kalsium magnesiaum karbonat (CaCO3 . Mg CO3), Borak (Na B4O7),Asam borik (H3BO3), minium (Pb3O7), tanah kaolin dan feldspar.
Semua bahan tersebut difusikan.Kaca dapat dilelehkan dalam suatu wadah yang kapasitasnya dapat mencapai 2 ton bahan mentah. Setelah bahan-bahan tersebut meleleh (bahan-bahan yang mudah menguap hilang dengan sendirinya) maka terjadi reaksi antara komponen-komponen pembentuknya. Kaca yang masih dalam bentuk lunak disebut metal.Metal ini selanjutnya dihaluskan kembali di dalam sebuah tangki khusus. Dari tangki ini kaca diambil untuk dibentuk.
Karena kaca kental adalah kenyal, maka sangat mudah dibentuk yaitu dengan : peniupan (misalnya untuk : bola lampu, piranti gelas reaksi), penarikan (misalnya : tatakan gelas, pipa dan tabung) atau dengan penekanan dan pencetakan. Kaca yang masih panas dapat disolder dengan baik satu sama lain seperti halnya logam.Umumnya kaca diproduksi dengan bentuk datar antara lain : kaca jendela dan bentuk kemasan antara lain : botol, bola lampu.
Setelah pembentukan, kaca harus didinginkan perlahan-lahan dalam sistem anealing, biasanya dilakukan di dalam oven panjang yang disebut lehr. Pendinginan perlahan-lahan ini adalah sangat penting dilakukan untuk mengurangi regangan termal dalam.Regangan ini kemungkinan besar dapat menyebabkan retaknya kaca ketika terjadi pendinginan.
Kaca dingin dapat direkayasa yaitu dengan pemotongan menggunakan intan pemotong, pembubutan, perataan, pengeboran (mata bornya adalah logam yang ekstra keras misalnya : pobedit atau dengan bor perunggu yang menggunakan berbagai abrasip), kaca juga dapat dipoles.
Kaca sebagai pengisolasian
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, kaca silika mempunyai sifat isolasi yang tinggi, ketahanan panas yang tinggi dan kuat terhadap pengaruh hidrolitik.Pabrikasi piranti kaca silika menggunakan dapur tinggi khusus. Terdapat 2 macam kaca silica yaitu : kaca silica bening dan kaca silica tidak bening tetapi tembus cahaya ( transculent ).
Kaca silika bening mempunyai sifat yang lebih baik daripada kaca silika yang tidak bening.Pada kaca silika yang tidak bening terdapat gelembung gelembung udara di dalamnya.Hal ini dapat dimaklumi,karena proses pembuatan kaca silika bening ini lebih sulit daripada kaca silika tidak bening.Jika Kristal kuarsa dalam jumlah besar dikeluarkan,bisa digunakan pasir kuarsa biasa (pasir kali).Massa jenis kaca silika adalah 2,2 g/cm³.
Kebanyakan kaca silika yang digunakan di dalam keteknikan mempunyai berbagai substansi yang ditambahkan ke SiO₂,sehingga membuatnya lebih mudah direkayasa tetapi titik fungsinya menjadi lebih rendah.Kaca silika di dalam keteknikan diklasifikasikan menjadi 3 kelompok yaitu : Kaca alkali tanpa oksida berat Kaca ini mempunyai titik lebur yang agak rendah.Pemakaiannya antara lain untuk : botol,kaca jendela.
Kaca alkali yang mengandung oksida berat Kaca ini mempunyai sifat kelistrikan yang tinggi dibandingkan dengan kaca alkali kelompok Kaca flint ditambah dengan PbO atau kaca Crown ditambah dengan BaO digunakan sebagai kaca Optik.Kaca khusus untuk bahan dielektrik kapasitor adalah kaca flint yang disebut minos.Di antara kaca-kaca Crown terdapat jenis yang disebut pireks.Pireks mempunyai koofisien termal 33.10⁷ per° C dan mampu menahan perbedaan suhu yang mendadak. Kaca non alkali Penggunaan kaca ini adalah sebagai kaca optik dan bahan isolasi listrik.Beberapa jenis kaca dari kelompok ini mempunyai titik pelunakan yang sangat tinggi.
Pemakaian kaca pada keteknikan antara lain
- Pembuatan bola lampu,tabung elekktronik,penyangga filament.
Titik Pelunakan kaca ini tidak terlalu tinggi,muai panjangnya hendaknya dibuat mendekati muai panjang logam maupun paduannya yang disangga.Logam yang dimaksud adalah : wolfram,molybdenum - Untuk bahan dielektrik pada kapasitor
Minos adalah salah satu jenis kaca yang mempunyai permeabilitas relative tinggi yaitu 7,5 sudut kerugian dielektrik ( tan∂ ) kecil pada frekuensi 1 MHz,suhu 20˚C,Tan∂ = 0,0009 pada frekuensi 1 MHz,suhu 200˚C,tan∂ = 0,0012.Kaca minos mempunyai α=82.10⁷ per˚C,massa jenis 3,6 g/cm3. - Untuk membuat berbagai isolator
Misalnya: isolator penyangga,isolator antenna,isolator lend an isolator bushing.Untuk penggunaan ini,selain sifat kelistrikan yang baik juga dituntut mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi.tahan terhadap perubahan suhu yang mendadak,tahan terhadap pengaruh kimia.Jenis kaca yang digunakan untuk keperluan ini antara lain : Kaca silica,pireks kalium –natrium. - Pelapisan logam
Salah satu jenis kaca adalah enamel ( jangan dikacaukan dengan enamel vernis),enamel dalam hal ini dapat digunakan untuk lapisan logam atau benda lain sejenisnya,misalnya : dudukan lampu,reflector,barang-barang dekoratif ; yang tujuannya adalah melindungi barang-barang tersebut dari korosi dan sekaligus untuk mendapatkan permukaan yang lebih bagus.
Enamel juag dapat digunakan sebagai isolasi listrik yaitu untuk melapisi resistor tabung ( kawat yang dililitkan pada tabung tersebut adalah resistor antara lain : nikrom,konstanta ). Dalam hal ini enamel dileburkan dan kemudian tabung keramik yang sudah dililiti kawat tersebut dicelupkan sehingga sela-sela antara lilitan terisi enamel.
Tujuannya di samping untuk mengisolasi lilitan, juga melindungi lilitan terhadap uap,debu dan oksidasi udara pada suhu kerja yang tinggi. Resistor tabung yang dilapisi enamel seperti ditunjukkan pada Gb berikut
Enamel dipabrikasi dengan meleburkan komponen-komponennya yang halus kemudian dituangkan sedikit demi sedikit dalam keadaan meleleh ke dalam air yang dingin hingga membentuk seperti bola,hingga selanjutnya dihaluskan menjadi bubuk.
Pemakaian enamel untuk pelapisan dapat dilakukan dengan cara kering dan dapat pula dengan cara basah.Pada pelapisan kering,perangkat yang akan dilapisi hingga suhu tertentu kemudian dimasukkan ke dalam bubuk enamel.
Dengan demikian maka bubuk di sekelilingnya akan meleleh dan melapisi perangkat tersebut.Proses ini diulang-ulang sehingga diperoleh ketebalan pelapisan yang diinginkan. Pada pelapisan basah,mula-mula enamel diaduk dengan air sehingga menjadi bubur enamel yang digunakan untuk melapisi perangkat yang dimaksud.
Selanjutnya perangkat yang sudah dilapis tersebut dikeringkan dan setelah kering dipanaskan dengan oven sehingga enamel meleleh dan dengan demikian melapisi perangkat. Untuk keprluan pelapisan ini koefisien muai panjang enamel harus di usahakan sama dengan muai panjang perangkat yang dilapisi.
Komponen enamel untuk pelapisan resistor tabung (kaca boron-timah hitam dengan Mangan peroksida ) adalah sangat sederhana yaitu : 27 % PbO, 70% H3BO3 dan 3 % MnO2. Titik lebur enamel ± 600º C. Enamel akan hilang warnanya dan sebagian akan Melarut jika direndam di dalam air dalam waktu yang lama.
Untuk menambah Ketahanan enamel terhadap air dan panas biasanya ditambahkan pasir kuarsa. Sedangkan untuk menambahkan kemampuan lekatnya enamel yang digunakan Melapis baja atau besi tuang, ditambah Ni dan Co.
Sitol
Sitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan pengembangan baru. Pemakaian Sitol adalah sangat luas, struktur dan sifat-sifatnya adalah di antara kacaDan keramik. Sitol juga disebut keramik-kaca atau kaca-kristal. Yang banyakDijumpai di pasaran antara lain : pyroceram, vitoceram.Sitol mempunyai struktur kristal yang halus (hal ini yang membedakannya denganKaca biasa) tetapi berongga.Tidak seperti halnya keramik biasa, sitol tidak dibuat Dengan pembakaran tetapi cenderung dengan fusi dari bahan-bahan mentahnyadengan menjadikannya meleleh dan kemudian kristalisasi. Agar bahan ini mempunyaiketahanan terhadap suhu dan kelistrikan lebih baik maka perlu bahan tambahanyaitu : Fe S, Ti O2, alkali fluorida, alkali fospat dan logam-logam alkali tanah.Sitol ini mempunyai sifat mekanis yang tinggi, α yang rendah sehingga tahan terhadap 6, tan δ pada frekuensi 1 MHz sekitar 0,01 dan pada 10.000 MHz sekitar 0,001.
Porselin
Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan luas Penggunaanya. Istilah bahan-bahan keramik adalah digunakan untuk semua bahan yang dibakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah subtansinya.Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan dasar tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar.
Penggunaan isolator dari porselin antara lain: isolator tarik, isolator penyangga, rol Isolator seperti dapat dilihat pad Gb. berikut
Tanah liat khusus misalnya tanah liat Cina dan tanah liat yang sudah diolah digunakan pada pabrikasi porselin secara garis besar adalah sebagai berikut :
Dicampur dengan air hingga homogen (tetapi tidak terlalu encer seperti bubur). Selanjutnya adalah tahap pembantukanyaitu dengan : putaran, penekanan, cetakan Dan ekstruksi. Selanjutnya setelah perangkat terbantuk, dekeringkan lalu diadakan Pelapisan dengan gelas (glazing) dan terakhir adalah tahap pembakaran .
Perlu diingat bahwa pada proses pembuatan perangkat dari keramik sejak masih basah hingga selesai dibakar akan terjadi pengecilan dimensi. Sedangkan pada proses pelapisan dengan gelas dan pembakaran menentukan sekali kualitas produk.pembuatan perangkat dari keramik sejak masih basah pelapisan dengan ghingga selesai dibakar akan terjadi pengecilan dimensi. Sedangkan pada proses elas dan pembakaran menentukan sekali kualitas produk. setelah tanah liat dibersihkan dari kotoran-kotoran misalnya : kerikil; kemudian
Pelapisan denagan gelas di gunakan untuk memperkuat dan sekaligus mennghiasi permukaan, akan menjadikan produk porselin makin sedikit kemampuanya menyerap air, mudah di bersihkan, menghilangkan retak-retak yang ada permukaan. Dengan pelapisan gelas, arus bocor yang melelui permukaan isolator akan lebih kecil terutama pada keadaan basah dan sekaligus dapat menaikan tegangan terjadi loncatan busur api ( flshofer ).
Seperti pada penggunaan kaca bersama-sama dengan logam, koeffisien termal antara pelapis dan yang dilapisi harus sama. Jika gelas pelapisnya mempunyai α yang lebih kecil dari pada α yang dilpisi akan terjadi kompresi pada waktu trkena suhu yang rendah, Sedangkan jika kaca pelapis mempunyai α yang lebih besar dari pada α yang dilapisi pada waktu terkena suhu di atas suhu normal pelapisnya akan retak (bentuk retaknya kecil memanjang) yang disebut crazing
Maksud dari pembakaran adalah untuk mendapatkan kekuatan mekanik, kemampuan isolasi dan ketahanan terhadap air yang lebih tinggi. Selama pembakaran juga akan terjadi lubang-lubang kecil. Untuk menutup lubang-lubang ini di gunakan bahan yang disebut feldspar.
Untuk pembuatan isolator porselin diperlukan suhu yang berkisar antara 13000 hingga 15000 C dalam jangka waktu 20 hingga 70 jam. Kenaikan suhu dari suhu normal hingga suhu di atas adalah perlahan-lahan. Setelah mecapai suhu yang diinginkan, pendinginannya dilakukan secara perlahan-lahan sebelum dikeluarkan dari oven.
Untuk pembakaran atau pemanasan dalam oven dapat digunakan : soladikeringkan) diletakkan di ruang bakar agar tidak berhubungan langsung dengen nyala api atau lilitan elemen pemanas jika digunakan pemanas listrikr,gas,batubara atau listrik.
Cara pembakaran pada benda yang dibuat (sebelumnya. Hal ini untuk menghindari pemanasan yang tidak merata dan pembentukan jelaga. Bagian dasar dari benda tidak perlu dilapis dengan gelas agar tidak melekat dengan dasar ruang pembakaran jika sudah dingin.
Terdapat 2 macam oven untuk pembakaran porselin yaitu jenis Pemanggang (kiln) dan jenis trowongan. Terdapat 2 macam oven untuk pembakaran porselin yaitu jenis Pemanggang (kiln) dan jenis
 |
| Penampang Oven Terowongan |
Suhu tertinggi adalah di daerah tengah yaitu daerah pemanggang dan bagian pinggir lebih dingin. Dengan demikian selama perjalanan benda-benda kerja akan menjadi pemenasan dan pendinginan secara bertahap dan perlahan-lahan.
Karena oven jenis terowongan ada bagian yang selalu bergerak (untuk menempatkan benda kerja) maka pemanasan terhadap benda kerja adlah terus menerus, demikian pula Pengambilan bagi benda kerja yang selesai dipanasi tidak perlu memadamkan oven. Pengecilan yang terjadi selama proses pembuatan benda porselin dari keadaan basah Hingga pembakaran adalah sebesar 20%.karena itu untuk pembuatan benda porselin Pada waktu masih mentah harus lebih besar dari ukuran akhir yang dikehendaki .
Umumnya produk-produk porselin toleransi yang masih dapat ditolerir berkisar antara 2 hingga 5%. Benda-benda porselin disarankan tidak disambung dengan menggunakan sekrup tetapi untuk menyambungnya menggunakan lem, semen ttau diikat dengan logam.
Sifat-sifat porselin adalah sebagai berikut : massa jenis berkisar antara 2,3 hingga 2,5 g/cm³ koeffisien muai panjang (α) 3. 10-6 hingga 4,5 . 10-6 per° C. Kekuatan tarik 300 hingga 500 kg/cm2 porselin adalah 4000 hingga 6000 kg/cm2 , kekuatan tarik 300 hingga 500 kg/cm2 untuk yang menggunakan pelapis , 200 hingga 300 kg/cm2 yang tanpa pelapis.Kekuatan tekuk 80 hingga 100 kg/cm2. Porselin lebih keras daripada kaca
Sifat kelistrikan porselin antara lain : tegangan tembus berkisar antara 10 hingga 30 kV/mm, resitivitas 1011 hingga 1014 cm, permitivitas ( ξ ) berkisar antara 6 hingga 7, tan ∂ 0,0015 hingga 0,02, Sudut kerugian dielektrik akan naik jiga suhu di naikan seperti ditunjukan pada Gb. kurva tan .
Penggunaan proselin sebagai isolator ialah luas sekali baik sebagai isolator penyangga maupun sebagai isolator tarik. Untuk itu penggunaan proslin sebagai isolataor harus diperhatikan kemampuan mekanisnya di samping kemampuan elktriknya.
Penggunaan isolator pada tegangan tinggi, yang harus juga menjadi pertimbngan adalah tegangan pelepasan (Discharge-Voltge)nya. Tegangan pelepasan adalah tegangan yangn di kenakan pada isolator yang menyebabkan mengalirnya arus listrik melalui permukaan di antara elektroda-electroda.
Dalam banyak kasus, pelepasan ini menyebabkan busur api pada permukaan isolator. Busur api ini dapat terjadi pada keadaan kering maupun basah (curah hujan 4,5 hingga 5,5 mm/menit). Isolator gantung atau isolator tarik pada tegangan tinggi (bentuknya seperti cakram) pada bagian bawahnya di buat berlekuk-lekuk agar air hujan tidak merambat mellaluinya.
Banyak isolator gantung atau isolator tarik tergantung besarnya tagangan ynng di isolasi, Contoh : untuk tegangan 110 kV di perlukan 10 hingga 12 isolator, sedankan untuk 400 kV terdiri 20 hinga 24 isolator, Hubungan atau korelasi antara besarnya tegangan kerja dengan banyaknya isolator yang diperlukan seperti di tunjukan pada Gb tegangan kerja.