Apa yang memungkinkan bahan keramik tahan terhadap suhu ekstrem, siklus termal yang cepat, dan lingkungan korosif? Salah satu jawabannya terletak pada keramik cordierite, bahan rekayasa yang terkenal karena stabilitas termal dan isolasi listriknya yang luar biasa. Artikel ini membahas sifat-sifat, proses manufaktur, dan beragam aplikasi industri dari keramik cordierite, yang mengungkapkan peran pentingnya sebagai landasan industri.
Asal Usul dan Komposisi
Cordierite, dengan rumus kimia 2MgO·2Al
2
O
3
·5SiO
-
2
-
, adalah mineral silikat yang terjadi secara alami yang terdiri dari magnesium, aluminium, silikon, dan besi, yang mengkristal dalam sistem ortorombik. Pertama kali ditemukan pada tahun 1813 oleh ahli geologi Prancis Louis Cordier, yang namanya digunakan untuk menamainya, cordierite alami terutama terbentuk dalam batuan metamorfik suhu tinggi, granit, dan riolit. Karena kelangkaan alaminya yang terbatas, produksi skala industri bergantung pada metode sintetis.
-
Proses Manufaktur
Sintesis keramik cordierite melibatkan empat tahap kritis:
1. Persiapan dan Pencampuran Bubuk
Bahan baku biasanya termasuk talk, kaolin, dan alumina daripada oksida murni, karena ini memfasilitasi reaksi yang lebih mudah selama sintering. Pengurangan ukuran partikel meningkatkan reaktivitas.
Kontrol stoikiometri yang tepat sangat penting. Formulasi umum terdiri dari 34–43% talk, 20–30% kaolin, dan 30–40% alumina.
Penggilingan bola atau pencampuran dengan dispersan dan pengikat memastikan homogenitas dan meningkatkan kemampuan bentuk.
2. Pra-sintering
Pemanasan hingga sekitar 1275°C memulai pembentukan cordierite parsial sambil menghasilkan fase mullite dan cristobalite. Langkah ini memperkuat badan hijau untuk pemrosesan selanjutnya.
3. Sintering Primer
-
Pada 1335°C, reaktan yang tersisa berubah menjadi cordierite. Laju pemanasan dan waktu tinggal yang terkontrol mencegah peleburan (cordierite meleleh pada 1460°C). Atmosfer netral atau pengoksidasi mencegah dekomposisi.
4. Pasca-pemrosesan
Pendinginan lambat menghindari retak. Pemesinan (pemotongan, penggilingan) mencapai presisi dimensi dan hasil akhir permukaan.
Properti Utama
-
Keramik cordierite unggul karena karakteristiknya yang unik:
Ketahanan terhadap guncangan termal:
-
Ekspansi termal ultra-rendah (1.4–2.6 × 10
−6
/K) meminimalkan retakan di bawah perubahan suhu yang cepat.
Konduktivitas termal rendah:
-
Efektif untuk isolasi dan manajemen panas.
Isolasi listrik:
-
Resistivitas tinggi dan konstanta dielektrik rendah (ε
r
≈ 5 pada 1 MHz) cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi.
|
Ketahanan kimia:
|
Tahan terhadap asam, alkali, dan gas korosif.
|
|
Kinerja mekanik:
|
Kekerasan Mohs ~7; kekuatan lentur 120–245 MPa.
Tabel 1: Sifat Fisik dan Kimia Keramik Cordierite
|
|
Properti
|
Nilai
|
|
Kepadatan
|
2.0–2.53 g/cm
3
Titik leleh
|
|
1460°C
|
Koefisien ekspansi termal (25–1000°C)
|
|
1.4–2.6 × 10
|
−6
|
|
/K
|
Modulus Young
|
139–150 GPa
Kekuatan lentur (suhu ruangan)
120–245 MPa
Permitivitas relatif (1 MHz)
5
Aplikasi Industri
Komponen Tungku
Perlengkapan tungku cordierite ringan meningkatkan efisiensi transfer panas dalam sintering keramik, kaca, dan logam, mengurangi konsumsi energi.
Isolator Listrik
Digunakan dalam dudukan sekering, termostat, dan substrat sirkuit frekuensi tinggi karena sifat dielektrik yang unggul.
Penyangga Katalis
Struktur berpori dengan stabilitas termal berfungsi dalam pemurnian gas buang otomotif dan pengolahan gas industri.
Filter Sarang Lebah
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!
