Seramik: Bukan sekadar Pinggan Mangkuk dan Pasu

Penulis: Prof. Madya Ts. Ir. Dr Hasmaliza Mohamad

Pensyarah Kanan 
Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan dan Sumber Mineral,
Universiti Sains Malaysia Kampus Kejuruteraan

Jawapan yang selalu kita dengar bila soalan “Apakah itu seramik?” diajukan ialah pinggan, mangkuk, pasu  atau jubin lantai. Jawapan ini sememangnya tidak salah kerana barangan yang dinyatakan tersebut merupakan barangan seramik yang sering kita temui dan digunakan di mana sahaja. Namun sebenarnya, pengertian seramik adalah jauh lebih daripada itu. Malah ianya merupakan salah satu bahan terpenting dalam dunia sains dan teknologi, walaupun peranannya sering diabaikan dalam sesetengah keadaan. Seramik ialah bahan yang telah digunakan oleh manusia sejak ribuan tahun dahulu, namun sehingga hari ini ia masih relevan dan terus berkembang seiring dengan kemajuan teknologi moden.

Apakah Sebenarnya Seramik?

“Seramik” merupakan perkataan yang berasal dari Yunani purba iaitu “keramos” atau “keramikos” yang bermaksud “tembikar”. Yang mana mereka mentafsirkan “tembikar” sebagai gabungan 4 elemen daripada bumi iaitu; tanah liat, air, udara dan api. Iaitu diperbuat daripada tanah liat, dibentuk dengan air, dikeringkan di udara dan dijadikan tahan lama dengan menggunakan api.

Kamus Oxford juga memberi maksud “seramik” sebagai “tembikar” manakala salah satu tafsiran yang lebih moden dari kamus Sains Seramik Dan Kejuruteraan menyatakan “seramik adalah sebarang ketegori barangan yang bukan organik dan bukan logam yang dikenakan suhu melebihi 540 °C atau lebih semasa pembuatan atau penggunaan”. Satu lagi definisi yang lebih luas bagi “seramik” ialah “sebatian pepejal yang terbentuk melalui penggunaan haba dan kadangkala haba serta tekanan, terdiri daripada sekurang-kurangnya satu logam dan unsur pepejal bukan logam atau bukan logam, atau gabungan sekurang-kurangnya dua unsur pepejal bukan logam, atau gabungan sekurang-kurangnya dua unsur pepejal bukan logam dan bukan logam”. Definisi ini memberikan pengertian yang lebih jelas berkenaan “seramik” yang merangkumi bahan, proses penghasilan serta penggunaannya.

Sifat-Sifat Bahan Seramik: Sangat Keras Tetapi Mudah Pecah?

Umumnya kita tahu bahan seramik merupakan satu bahan yang keras, namun pada masa yang sama ianya mudah retak atau pecah. Sains bahan menyifatkan ianya sebagai bahan rapuh yang mana secara saintifiknya ianya berkaitan dengan ikatan antara atom. Asasnya, sifat setiap bahan yang ada didunia ini ditentukan oleh ikatan antara atom yang membentuk bahan tersebut. Terdapat dua kategori umum bagi ikatan antara atom; ikatan primer dan ikatan sekunder. Ikatan primer yang terdiri dari pada ikatan ionik, ikatan kovalen dan ikatan logam adalah jauh lebih kuat berbanding dengan ikatan Van der Waals yang dikategorikan sebagai ikatan sekunder.

Seramik biasanya mempunyai gabungan ikatan ionik dan kovalen yang sangat kuat, menyebabkan atom-atomnya terikat rapat membuatkan seramik mempunyai sifat-sifat berikut:

• kekerasan tinggi
• ketahanan terhadap haba
• rintangan terhadap bahan kimia

Namun, ikatan ini juga menjadikan seramik kurang anjal. Tidak seperti logam yang boleh dibengkokkan, seramik tidak boleh berubah bentuk dengan mudah. Apabila dikenakan hentakan, tenaga tidak dapat diserap dengan baik, lalu menyebabkan ia retak atau pecah. Inilah sebabnya cawan seramik boleh menahan air yang cukup panas, tetapi mudah pecah jika terjatuh ke lantai.

Jenis-Jenis Seramik: Tradisional dan Termaju

Berdasarkan takrifan, definasi serta sifat-sifat yang diberikan berkenaan “seramik” maka secara umumnya bahan seramik boleh dikategorikan kepada dua kategori utama iaitu tradisonal dan termaju yang secara umumnya dibezakan berdasarkan bahan mentah yang digunakan yang menentukan sifat serta penggunaan barangan seramik yang dihasilkan bagi kedua-dua kategori tersebut.

1. Seramik Tradisional

Seramik tradisional atau juga disebut sebagai seramik konvensional merupakan jenis seramik yang dihasilkan daripada mineral yang wujud secara semula jadi iaitu:

• tanah liat
• pasir silika
• feldspar

Seramik tradisional biasanya digunakan dalam kehidupan harian contohnya:

• pasu dan barangan perhiasan
• pinggan dan mangkuk
• jubin
• peralatan sanitari seperti tandas dan sinki

2. Seramik Termaju

Seramik termaju atau turut dikenali dengan pelbagai terma seperti seramik kejuruteraan, dan seramik tenikal, merupakan produk seramik yang direka khas untuk aplikasi berteknologi tinggi. Produk seramik jenis ini dihasilkan dari bahan mentah sintetik, antara contohnya ialah:

• alumina (Al₂O₃),
• zirkonia (ZrO₂),
• silikon karbida (SiC),
• silikon nitrida (Si₃N₄).

Oleh kerana ianya dihasilkan oleh bahan mentah sintetik yang bermula dari makmal dengan keadaan proses yang terkawal, maka sifat bahan yang dihasilkan lebih terkawal dan memberikan prestasi yang lebih tinggi. Oleh itu, bahan seramik ini boleh direka bentuk untuk memenuhi pelbagai keperluan bagi kegunaan pelbagai industri seperti:

• elektronik
• perubatan
• aeroangkasa
• tenaga

Di sini, peranan jurutera Bahan sangat penting untuk memanipulasi bahan mentah, sifat dan proses dalam merekabentuk bahan seramik.

Tidak mengira jenis seramik, secara umumnya bahan mentah (atau campuran bahan mentah) akan melalui beberapa proses utama seperti pembentukan, pengeringan dan pembakaran pada suhu tinggi (bergantung kepada jenis produk seramik). Proses pembakaran inilah yang menjadikan seramik keras, kuat dan stabil. Satu lagi proses yang diperlukan bagi kebanyakan produk seramik ialah proses pelicauan (glazing) yang mana boleh dikatakan hampir kesemua produk seramik (terutamanya seramik tradisonal) perlu dilicau.

Seramik dalam Kehidupan Harian

Tanpa kita sedari, seramik berada di sekeliling kita dan digunakan setiap hari. Antara produk yang paling biasa kita temui ialah:

• pasu & barangan perhiasan
• pinggan mangkuk dan periuk
• jubin lantai dan dinding
• mangkuk tandas dan sinki

Sifat seramik yang tahan haba, tidak berkarat dan mudah dibersihkan menjadikannya bahan yang sangat sesuai untuk kegunaan ini.

Sebagai contoh, mangkuk tandas diperbuat daripada seramik kerana sifat-sifat berikut:

• tidak menyerap air
• tahan bahan kimia pencuci
• mempunyai permukaan licin yang bersih

Peranan Seramik dalam Teknologi Moden

Di samping untuk kegunaan harian, apa yang lebih menarik ialah peranan seramik dalam teknologi moden. Di sini “seramik termaju” memainkan peranan yang penting. Bahan seramik termaju digunakan dalam peralatan elektronik dengan pelbagai sifat menarik bermula dengan sifat penebat elektrik – ia tidak mengalirkan arus elektrik sehinggalah kepada pengalir elektrik malah sehingga bersifat pengalir yang hebat (superconductor). Telefon pintar, komputer dan papan litar elektronik mengandungi komponen seramik kecil yang memastikan peranti berfungsi dengan selamat dan stabil. Bahan seramik termaju juga boleh direkabentuk untuk digunakan dalam kenderaan elektrik dan industri tenaga kerana keupayaannya menahan suhu tinggi dan tekanan yang ekstrem.

Selain penggunaan dalam peralatan elektronik, penggunaan bahan seramik dalam bidang perubatan juga amat mengagumkan. Seramik termaju yang dikenali sebagai seramik bio (bioceramics) digunakan antaranya untuk:

• gigi palsu
• mahkota gigi
• implan tulang / gigi

Seramik ini dipilih kerana ia bioserasi, iaitu tidak berbahaya kepada tubuh manusia. Malah, sesetengah seramik bio boleh berinteraksi dengan tisu dan membantu proses penyembuhan tulang. Ini menunjukkan bahawa seramik bukan sahaja kuat, tetapi juga mesra tubuh manusia.

Sebagai kesimpulan, seramik bukan sekadar bahan untuk barangan kegunaan harian. Ia ialah bahan sains yang penting, bahan strategik yang menyokong perkembangan teknologi moden dan kualiti hidup manusia bermula daripada kehidupan harian sehinggalah ke teknologi canggih dan perubatan moden.

Rujukan

1. Ian J. McColm (1994) “Dictionary of Ceramic Science And Engineering” 2^ndEdition, Plenum Press, New York.
2. Solomon Musikant (1990) “What every engineer should know about ceramic” Marcel and Dekkrtinc., New York
3. James S. Shackelford (2000) “Introduction to Materials Science for Engineers” 5^thEdition, Prentice Hall Inc. New Jersey
4. Donald R. Askeland and Pradeep P. Phule (2006) “The Science and Engineering of Materials” 5^thEdition, Thompson, Canada Ltd.
5. Michael Barsoum “Fundamental of Ceramics” International edition, Mc Graw-Hill
6. Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. “Materials Science and Engineering: An Introduction”. John Wiley & Sons.

7. https://www.britannica.com/technology/ceramics
8. Hench, L. L., & Wilson, J. (1993) “An Introduction to Bioceramics” Advanced series of ceramics – Vol.1, World Scientific.

Biodata Ringkas Penulis

Prof. Madya Ts. Ir. Dr. Hasmaliza Mohamad merupakan Pensyarah Kanan Kejuruteraan Bahan di Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan dan Sumber Mineral, Universiti Sains Malaysia Kampus Kejuruteraan. Terlibat secara aktif dalam pengajaran, penyelidikan, dan penulisan ilmiah, khususnya berkaitan bahan seramik termasuk kaca dan seramik-kaca.