LAPORAN PENELITIAN DOSEN MUDA. Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Keramik Lumpur Lapindo

Transkripsi

1 BIDANG REKAYASA LAPORAN PENELITIAN DOSEN MUDA Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Keramik Lumpur Lapindo Oleh: Muh Amin, S.T., M.T. R.M. Bagus Irawan, S.T., M.Si. DIBIAYAI DIPA KOPERTIS WILAYAH VI NOMOR: 081/006.2/PP/KT/2009 DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL FAKULTAS TEKNIK/PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADYAH SEMARANG (UNIMUS) OKTOBER 2009 ix

2 HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN HASIL PENELITIAN DOSEN MUDA 1. Judul Penelitian : Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Keramik Lumpur Lapindo 2. Bidang ilmu penelitian : Rekayasa 3. Ketua Peneliti a. Nama Lengkap : Muh Amin, S.T., M.T. b. Jenis Kelamin : L c. NIK : K d. Pangkat/Golongan : Penata Muda/IIIa e. Jabatan : Asisten Ahli f. Fakultas/Jurusan : Teknik / Teknik Mesin 4. Jumlah Tim Peneliti : 1 orang 5. Lokasi Penelitian : Lab. Fak. Teknik Mesin dan Lab. Bahan Teknik UGM 6. Waktu penelitian : 8 bulan 7. Biaya : Rp ,00 (Sembilan Juta Lima Ratus Ribu Rupiah) Mengetahui, Dekan FT UNIMUS Semarang, Oktober 2009 Ketua Peneliti, Drs. Samsudi Raharjo, S.T. NIP Muh Amin, S.T., M.T. NIK. K Menyetujui, Ketua Lemlit UNIMUS Dra. Sri Darmawati, M.Si. NIP i

3 RINGKASAN Lumpur Lapindo merupakan suatu limbah yang sangat mengganggu keberadaan masyarakat setempat dan aplikasi dari lumpur tersebut masih dalam taraf penelitian awal sehingga nilai jual dari limbah tersebut masih sangat rendah. Agar Lumpur Lapindo dapat diaplikasikan sebagai material keramik teknik maka harus diketahui terlebih dahulu sifat fisis dan mekanis yang dimilikinya agar dalam penggunaannya dapat dioptimalkan. Oleh sebab itu perlu adanya suatu penelitian yang simultan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari keramik Lumpur Lapindo sebelum diaplikasikan di beberapa industri maju. Menurut hasil penelitian awal yang sudah dilakukan oleh beberapa peneliti bahwa Lumpur Lapindo dapat dimanfaatkan sebagai bahan keramik dan bahan pengganti semen untuk pembuatan paving dan beton. Disamping itu Lumpur Lapindo dapat dipergunakan sebagai material keramik karena memiliki kandungan senyawa-senyawa yang dapat dimanfaatkan sebagai material pembuatan keramik. Pemanfaatan Lumpur Lapindo sebagai material keramik masih belum dioptimalkan penggunaannya dibidang teknik. Hal ini dapat dilihat masih sedikitnya penelitian yang dilakukan dibidang keramik teknik yang berbahan dasar Lumpur Lapindo. Sehingga perlu diadakan penelitian lebih lanjut tentang Lumpur Lapindo sebagai material keramik teknik agar dapat dioptimalkan penggunaannya. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan solusi dalam penanganan limbah Lumpur Lapindo yang mendesak keberadaan warga setempat dengan memanfaatkan bahan limbah sebagai pembuatan produk berupa material keramik. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan data tambahan mengenai material baru terutama dibidang keramik teknik sebagai material refraktori (material tahan terhadap suhu tinggi) yang berasal dari limbah Lumpur Lapindo (material lokal /Indonesia). Sehingga material lokal tersebut dapat dioptimalkan dalam penggunaannya. Pada proses pessureless sintering dengan tekanan kompaksi 100 MPa (pada pembuatan green body) dengan suhu sinter C diperoleh harga densitas Keramik Lumpur Lapindo tertinggi yaitu sebesar (2, 417±0,009) gram/cm 3. Harga kekerasan Vickers tertinggi pada Keramik Lumpur Lapindo dengan tekanan kompaksi 100 MPa dengan suhu sinter 800 o C adalah (914,340±92, 06) MPa. Kekuatan bending Keramik Lumpur Lapindo tertinggi pada tekanan kompaksi 100 MPa dengan suhu sinter 800 o C adalah (30,63±1,77) MPa. Harga fracture toughness Keramik Lumpur Lapindo tertinggi pada tekanan kompaksi 100 MPa dengan suhu sinter 800 o C adalah sebesar (0,424±0,07) MPa. ii

4 PRAKATA Alhamdulillahirobbil a laamin puji syukur kami panjatkan pada Alloh SWT atas limpahan nikmat yang diberikan pada kita sehingga dalam waktu yang relative singkat ini kami akhirnya dapat menyelesaikan program DIKTI dalam hal penelitian dosen muda dengan judul Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Lumpur Lapindo. Ucapan terimakasih kami ucapkan pada pihak-pihak terkait mulai dari rekan-rekan yang telah rela menyumbangkan ide, pihak Laboran Teknik Mesin Unimus dan Teknik Bahan UGM yang telah menyediakan sarana dan prasarana pengujian material, pihak Lemlit Unimus yang telah memberikan kesempatan untuk melakukan penelitian ini dan juga pihak Direktorat Jenderal Perguruan Tinggi (Departemen Pendidikan Nasional) yang telah rela memberikan anggaran untuk melakukan penelitian ini. Hasil dari penelitian ini kami harapkan dapat menyumbangkan data dalam khasanah keilmuan khususnya dibidang material teknik. Disamping itu dapat ditindak lanjuti untuk penerapan aplikasi pemanfaatan Lumpur lapindo sebagai material teknik khususnya material keramik. Kami menyadari bahwa hasil dari penelitian ini masih jauh dari kesempurnaan maka dari itu kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan. Semarang, Oktober 2009 Peneliti iii

5 DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN A. LAPORAN HASIL PENELITIAN RINGKASAN PRAKATA DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN i ii iii iv vi vii viii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah.. 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Pustaka Landasan Teori Tekanan kompaksi Uniaxial Pressing Uji Bending Uji Densitas Uji Kekerasan Metode Indentasi untuk mengukur K IC Uji Fracture Toughness ( K 1C ) dengan SENB Uji Bending.. 8 BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 3.1. Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian. 10 BAB IV METODE PENELITIAN 4.1. Bahan penelitian Alat Penelitian Cara Penelitian Persiapan Penelitian iv

6 Pelaksanaan Penelitian BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1. Uji Komposisi Kimia Pengujian Densitasl Pengujian Kekerasan Pengamatan Struktur Mikro Pengujian Fracture Toughness dengan Metode Indentasi Kekerasan Pengujian Fracture Toughness dengan Metode SENB Pengujian Kekuatan Bending.. 21 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Saran Kesimpulan. 23 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN B. DRAF ARTIKEL ILMIAH.. 31 C. SINOPSIS PENELITIAN LANJUTAN v

7 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Variasi pengujian dan jumlah specimen.. 14 Tabel 5.1. Hasil uji komposisi kimia 15 vi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Hubungan tekanan kompaksi dengan densitas dari serbuk yang dikompaksi (McEntire dan Norton, 1991).. 4 Gambar 2.2. Tahapan kompaksi partikel (German,1994) Gambar 2.3. Skema sebuah uniaxial pressing.. 5 Gambar 2.4. Pertumbuhan butir pada tahap sintering (a) initial stage (b) intermediate stage (c) final stage (d) fracture surface (German, 1991) 6 Gambar 2.5. Bentuk pengujian Vickers 6 Gambar 2.6. Median crack... 7 Gambar 2.7. Palmqvist crack 7 Gambar Skema pengujian fracture toughness dengan metode Single-Edge Notched Beam (SENB) 8 Gambar 2.9. Skema pengujian three- point bending JIS R Gambar Cetakan spesimen silindris.. 12 Gambar Bentuk spesimen silindris Gambar Cetakan spesimen balok.. 12 Gambar Bentuk spesimen untuk pengujian Kekuatan Bending 12 Gambar Bentuk spesimen untuk pengujian fracture toughnes dengan Metode SENB 12 Gambar 5.1. Hasil pengujian densitas.. 15 Gambar 5.2 Keramik Lumpur Lapindo mengalami melting point Gambar 5.3 Hasil pengujian kekerasan Vickers Gambar 5.4. Foto struktur mikro Keramik Lumpur Lapindo Gambar 5.5. Bentuk Injakan Vickers Hadrness Gambar 5.6. Hasil pengujian K IC dengan metode SENB. 20 Gambar 5.7. Bekas Injakan Vickers Hardness. 20 Gambar 5.8. Perpanjangan Crack Gambar 5.9. Foto permukaan patah dari specimen.. 21 Gambar Hasil pengujian kekuatan bending. 22 Gambar Foto permukaan patah spesimen akibat uji kekuatan bending vii

9 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN 1 BIODATA PENELITI LAMPIRAN 2 BAHAN DAN ALAT PENGUJIAN LAMPIRAN 3 ARTIKEL ILMIAH viii

10 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Limbah yang ditimbulkan akibat semburan lumpur panas di Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo yang selanjutnya disebut sebagai Lumpur Lapindo berlangsung sejak 29 Mei 2006 lalu sangat melimpah sehingga sangat meresahkan masyarakat sekitar jika limbah tersebut tidak dikelola dengan baik. Menurut hasil penelitian awal yang sudah dilakukan oleh beberapa peneliti bahwa Lumpur Lapindo dapat dimanfaatkan sebagai bahan keramik dan bahan pengganti semen untuk pembuatan paving dan beton (Diah N, 2007). Material limbah (lumpur) yang berasal dari Porong (Lumpur Lapindo) ini memiliki kandungan senyawa-senyawa (SiO 2 = 57, 14 %; NaCl= 11,68 %; FeSi= 9,15 %; Al 2 O 3 = 9,09 %; CaAlF5= 4,5 % dan Mg 3 SiO 3 (OH) 4 = 8,44 %) sehingga dapat berpotensi sebagai material pembuat keramik (Aristianto,2006). Lumpur Lapindo ini dapat dipergunakan sebagai material keramik karena memiliki kandungan senyawa-senyawa yang dapat dimanfaatkan sebagai material pembuatan keramik, (Lily P, 2006). Keramik merupakan salah satu jenis material teknik yang terus menerus dikembangkan, yang merupakan prospek cerah dalam pengembangan dibidang teknik. Produk keramik telah banyak diaplikasikan dibidang teknik terutama dipermesinan seperti: alat potong, nosel, katup, turbin, ball bearing (Barsoum, 1997). Keunggulan keramik secara umum adalah titik cair tinggi, tahan terhadap temperatur tinggi, tahan terhadap gesekan, tahan korosi, daya hantar panas rendah, densitas relatif rendah dan koefisien muai panas rendah (Barsoum, 1997). Namun demikian, keramik juga mempunyai kelemahan yaitu bersifat getas (brittle) (Green, 1998) dan ketangguhan retak (fracture toughness) yang rendah (Chawla, 1993). Pemanfaatan Lumpur Lapindo sebagai material keramik masih belum dioptimalkan penggunaannya dibidang teknik. Hal ini dapat dilihat masih sedikitnya penelitian yang dilakukan dibidang keramik teknik yang berbahan dasar Lumpur Lapindo. Sehingga perlu diadakan penelitian lebih lanjut tentang Lumpur Lapindo sebagai material keramik teknik agar dapat dioptimalkan penggunaannya Rumusan Masalah Perkembangan material keramik di Indonesia masih sangat sedikit hal ini terbukti dengan masih sedikitnya penelitian di bidang keramik, apalagi keramik yang berbahan 1

11 dasar dari Lumpur Lapindo. Lumpur Lapindo merupakan suatu limbah yang sangat mengganggu keberadaan masyarakat setempat dan aplikasi dari lumpur tersebut masih dalam taraf penelitian awal sehingga nilai jual dari limbah tersebut masih sangat rendah. Agar Lumpur Lapindo dapat diaplikasikan sebagai material keramik teknik maka harus diketahui terlebih dahulu sifat fisis dan mekanis yang dimilikinya agar dalam penggunaannya dapat dioptimalkan. Oleh sebab itu perlu adanya suatu penelitian yang simultan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari keramik Lumpur Lapindo sebelum diaplikasikan di beberapa industri maju. Pada penelitian ini ada hipotesis yang akan diuji yaitu dengan adanya penambahan tekanan kompaksi dan suhu sintering dalam pembuatan green body yang dilanjutkan dengan proses Pressureless Sintering dapat meningkatkan kekerasan Keramik Lumpur Porong sedangkan harga densitas dan fracture toughness juga akan meningkat tetapi akan diikuti penurunan jika sudah melewati batas suhu optimum. 2

12 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Pustaka Penelitian yang dilakukan oleh TIM Institut Teknologi Sepuluh November (ITS) Surabaya menyimpulkan bahwa material Lumpur Lapindo yang berasal dari Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo ini mengandung senyawa-senyawa (SiO 2 = 57, 14 %; NaCl= 11,68 %; FeSi= 9,15 %; Al 2 O 3 = 9,09 %; CaAlF5= 4,5 % dan Mg 3 SiO 3 (OH) 4 = 8,44 %) (Aristianto, 2006) yang dapat dimanfaatkan untuk pembuatan keramik (Diah N, 2007). Hasil penelitian yang dilakukan oleh (Aristianto, 2006) menunjukkan bahwa Kekuatan Bending dari material keramik dari Lumpur Lapindo adalah sebesar 3,81 MPa. Lumpur Lapindo memiliki kandungan senyawa yang sama dengan fly ash (limbah dari hasil pembakaran batu bara) (Januarti J. E, 2007). Cheng, dkk (2002) melakukan penelitian tentang glass ceramics dari fly ash dengan menggunakan tekanan kompaksi sebesar 150 MPa pada spesimen dengan ukuran (4x1,5x0,7) cm. Sintering dilakukan dengan variasi suhu (850, 900, 950, 1000 dan 1050) o C dengan holding time selama 2 jam, setelah itu didinginkan pada temperatur ruang. Hasil dari pengujian menunjukkan kekuatan bending maksimum dicapai pada suhu ( ) o C. Cheng dan Chen (2004) meneliti karakterisasi glass-ceramics dari fly ash dengan ukuran partikel (0,2-500) µm yang dicetak dengan ukuran (4x1,5x0,7) cm dengan tekanan kompaksi sebesar 118 MPa. Sintering dilakukan dengan divariasi suhu (850, 900, 950, 1000 dan 1050) o C dengan holding time selama 2 jam. Pada suhu 850 o C dan 900 o C terjadi peningkatan laju pengintian dan pertumbuhan kristal. Sedangkan suhu diatas 1000 o C, porositas dan laju penyerapan air terjadi penurunan yang signifikan sehingga density dan compressive strength terjadi peningkatan Landasan Teori Keramik adalah bahan padat anorganik yang bukan logam (Surdia dan Saito, 1985). Keramik diturunkan dari kata Keramos, kata Yunani untuk barang tembikar dari lempung (clay) atau perabotan yang terbuat dari lempung dan dibakar (Somiya, 1989). Menurut Van Vlack (1985) keramik adalah bahan non-organik yang tersusun dari unsur logam dan bukan logam, daya tahan terhadap slip umumnya lebih baik, sehingga keramik lebih keras dan selalu kurang ulet dibandingkan bahan logam atau polymer. Material keramik secara umum memiliki sifat yang sangat baik seperti: titik lebur yang tinggi, kekuatan yang baik pada temperatur tinggi, Young s modulus yang tinggi, 3

13 ketahanan aus atau gesek yang baik, ketahanan korosi yang baik, konduktifitas panas yang relatif rendah, muai panas yang relatif rendah, dan densitasnya relatif rendah Tekanan kompaksi Kenaikan tekanan kompaksi dapat menurunkan porositas dari green body. Jika green body tersebut disinter dapat meningkat densitasnya karena dengan kenaikan tekanan kompaksi yang semakin tinggi hubungan luasan antar partikel akan menjadi lebih besar, hal ini disebabkan void nya terdesak hingga berkurang (German, 1994). Pada Gambar 2.1 menunjukkan pengaruh tekanan kompaksi terhadap densitas dari serbuk yang telah mengalami proses compacting. Densitas Tekanan kompaksi Gambar 2.1. Hubungan tekanan kompaksi dengan densitas dari serbuk yang dikompaksi (McEntire dan Norton, 1991). Rearrangement deformasi Peningkatan tekanan kompaksi Gambar 2.2. Tahapan kompaksi partikel (German,1994) Tahapan dari proses compacting partikel yaitu tahap pertama terjadi rearrangement partikel, tahap kedua terjadi deformasi elastis, dengan porositas yang semakin kecil, tahap ketiga terjadi deformasi plastis, disertai kenaikan densitas, seperti pada Gambar 2.2 (German,1994). Jika pada tahapan ini tekanan kompaksi yang diberikan dipertahankan (konstan) akan mengakibatkan aglomerate akan membesar sehingga porositasnya hilang (McEntire dan Norton, 1991) 4

14 Uniaxial Pressing Keramik teknik pada umumnya dibuat dari partikel-partikel halus yang dibentuk dengan proses penekanan partikel tersebut secara uniaxial-pressing atau isostatic pressing. F punch die powder punch F Gambar 2.3. Skema sebuah uniaxial pressing Uniaxial pressing dilakukan dengan cara menekan powder di dalam die dengan menggunakan tekanan satu arah axial menggunakan plunger atau piston seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3. Penekanan dapat dilakukan dengan cara mekanis atau hidrolis. Hasil dari compacting ini disebut green compact Sintering Sintering yaitu memanaskan green body di dalam furnace (dapur pemanas) pada temperatur 2/3 dari titik cairnya supaya partikel halus tersebut beraglomerasi menjadi bahan padat. Kebanyakan bahan keramik dibuat dengan cara sintering dan tahapan dalam sintering mengacu pada urutan perubahan secara fisik yang terjadi ketika partikel-partikel saling mengikat dan porositasnya menurun (Djaprie, 1998). Tahap-tahap sintering dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu tahap pertama (initial stage) terjadi rearrangement dan neck formation, tahap kedua (intermediate stage) terjadi neck growth, grain growth dan pore-phase continuous, dan tahap terakhir atau tahap ketiga (final stage) terjadi much grain growth, discountinuous pore-phase, grain boundary dan pores eliminated (German, 1991) Peningkatan suhu sintering merupakan pemicu berkembangnya grain growth pada green body yang mengalami proses sintering. Disamping itu juga pengaruh holding time pada waktu sintering. Pada Gambar 2.4 terlihat bahwa pada holding time yang lebih lama 5

15 akan terbentuk grain yang besar karena grain-grain yang berdekatan akan saling membentuk contact area yang lebih besar (Barsoum, 1997). Sedangkan kekuatan bendingnya akan menurun karena jumlah shear antar contact area dari grain akan turun (German,1994). Gambar 2.4. Pertumbuhan butir pada tahap sintering (a) initial stage (b) intermediate stage (c) final stage (d) fracture surface (German, 1991) Uji Densitas Densitas aktual spesimen diukur dengan menggunakan Teori Archimedes (Barsoum, 1997 ) : ρ W udara actual = xρ fluida (2.1) Wudara Wfluida Dimana : ρ actual = densitas (gr/cm 3 ) W fluida = berat dalam fluida (gr) W udara = berat di udara (gr) ρ fluida = densitas fluida (gr/cm 3 ) Uji Kekerasan Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode Vickers seperti pada Gambar 2.5. P Alat uji Vickers sudut indentor Spesimen d Gambar 2.5. Bentuk pengujian Vickers Angka kekerasan Vickers dapat ditentukan dengan persamaan berikut : 6

16 P HV = 1,8544 (2.2) 2 d Dimana : Hv = angka kekerasan Vickers (MPa) P = pembebanan (N) d = diagonal rata-rata akibat pembebanan Vickers (mm) Metode Indentasi untuk mengukur K IC Hasil dari pengujian kekerasan Vickers dan pengamatan panjang retak yang terjadi pada ujung-ujung bekas Vickers Hardness dapat dipakai untuk mencari harga fracture toughness (K IC ) spesimen (Barsoum, 1997). Ada 2 macam bentuk crack, yaitu: 1. Median crack crack l d Setelah dipolis dipolis 2. Palmqvist crack Gambar 2.6. Median crack Dipolis Setelah dipolis Gambar 2.7. Palmqvist crack Harga K IC dapat dicari dengan menggunakan persamaan Shetty untuk crack jenis palmqvist sebagai berikut: (Roger, 1987) 7

17 0,5 Hv. P K IC = 0,0889 (2.3) 4xl Dimana: Hv = Harga kekerasan Vickers (MPa) P = Gaya pembebanan pada pengujian Vickers (N) l = Panjang crack (mm) Uji Fracture Toughness ( K 1C ) dengan SENB Pengujian Fracture Toughness (K 1C ) bertujuan untuk mengetahui ketangguhan terhadap retak pada spesimen (Barsoum, 1997). Metode yang dipergunakan adalah Single- Edge Notched Beam (SENB) seperti pada Gambar 2.8. F fail / 2 F fail / 2 S 2 c B W S 1 F fail / 2 F fail / 2 Gambar Skema pengujian fracture toughness dengan metode Single-Edge Notched Beam (SENB). Hasil pengujian fracture toughness ( K 1C ) tersebut dihitung dengan persamaan (Barsoum, 1997). K 3. c ( S S 0,5 1 2 IC = 2 Dimana : 2. BW. ) ζ. F fail (2.4) K 1C = fracture toughness (MPa. m 0,5 ) S 2 = jarak antar gaya tekan (m) ξ = faktor kalibrasi B = lebar spesimen (mm) c = panjang retak (m) W = tinggi spesimen (mm) S Uji Bending = jarak antar tumpuan (m) Untuk mengetahui kekuatan terhadap beban bending, dilakukan pengujian bending. Pengujian dilakukan dengan metode three-point bending (Somiya, 1989) dengan standard pengujian JIS R 1601 (Gambar 2.9). 8

18 F fail W B L F fail / 2 F fail / 2 Gambar 2.9. Skema pengujian three- point bending JIS R 1601 Hasil pengujian three-point bending dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : 1 1 M =. L.( F fail. ) (2.5) I = BW (2.6). M. y 3. L. Ffail σ MOR = = 2 I 2BW (2.7) Dimana : F fail = gaya tekan (N) W = tinggi spesimen (mm) I = momen inersia (mm 4 ) σ MOR = modulus of rupture (MPa) y = W / 2 (mm) M = momen (N. mm) B = lebar spesimen (mm) L = jarak antara dua tumpuan (mm) 9

19 BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 3.1. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: a. Memanfaatkan limbah Lumpur Lapindo sebagai bahan keramik. b. Meneliti pengaruh tekanan kompaksi dan suhu sintering terhadap densitas, kekerasan, kekuatan bending dan fracture toughness dari Keramik Lumpur Lapindo. c. Meneliti pengaruh tekanan kompaksi terhadap struktur mikro dari Keramik Lumpur Lapindo Manfaat Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk memberikan solusi dalam penanganan limbah Lumpur Lapindo yang mendesak keberadaan warga setempat dengan memanfaatkan bahan limbah sebagai pembuatan produk berupa material keramik. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan data tambahan mengenai material baru terutama dibidang keramik teknik sebagai material refraktori (material tahan terhadap suhu tinggi) yang berasal dari limbah Lumpur Lapindo (material lokal /Indonesia). Sehingga material lokal tersebut dapat dioptimalkan dalam penggunaannya. 10

20 BAB IV METODE PENELITIAN 4.1. Bahan penelitian Bahan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Lumpur Lapindo yaitu bahan lumpur dari semburan lumpur panas di Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo dengan ukuran partikel rata-rata 325 mesh (45 m). Resin untuk mounting spesimen. Kertas ampelas (ukuran 120, 220, 400, 600, 800 dan 1000) untuk menghaluskan permukaan spesimen Alat Penelitian Perlatan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah: Timbangan digital (Sartorius Type LC 1201 S) digunakan untuk menimbang serbuk Lumpur Lapindo dan untuk pengujian densitas keramik Lumpur Lapindo. Cetakan (bentuk silindris) digunakan untuk pembuatan spesimen uji densitas dan kekerasan. Cetakan (bentuk balok) dipergunakan untuk pembuatan spesimen uji kekuatan bending dan fracture toughness. Mesin tekan (Tarno Grocki type UPHG20 Japan) digunakan untuk penekan (press) dalam pembuatan green body. Dapur pemanas digunakan untuk proses sintering. Alat uji kekerasan Vickers (Hardness Tester type 38505) digunakan untuk pengujian kekerasan. Microskop optik (Olympus Japan) digunakan untuk pengamatan struktur mikro, menentukan panjang diagonal Injakan Vickers dan bentuk permukaan patah Cara Penelitian Persiapan Penelitian Pada persiapan penelitian dilakukan: o Mempersiapkan bahan uji berupa Lumpur Lapindo o Pembuatan cetakan spesimen (silindris dan balok) seperti pada Gambar 4.1 dan 4.2. o Mempersiapkan kertas ampelas (ukuran 120, 220, 400, 600, 800 dan 1000). o Menyediakan resin untuk mounting spesimen. 11

21 F punch die serbuk Lumpur F Gambar Cetakan spesimen silindris punch (Somiya, 1991) 15 mm F 15 mm Gambar Bentuk spesimen silindris punch retak awal punch serbuk F Gambar Cetakan spesimen balok 8 mm 40 mm 10 mm Gambar Bentuk spesimen untuk pengujian Kekuatan Bending 3 mm 20 mm 40 mm 8 mm 10 mm Gambar Bentuk spesimen untuk pengujian fracture toughnes dengan Metode SENB 12

22 Pelaksanaan Penelitian Kegiatan penelitian dilaksanakan sesuai dengan diagram alir pada gambar 4.6, dengan mempersiapkan serbuk Lumpur Lapindo dengan ukuran rata-rata partikel 325 mesh. Pembuatan sepesimen pertama kali dilakukan dengan pembuatan green body dengan uniaxial pressing pada sebuah cetakan dan selanjutnya dilakukan proses pressureless sintering. Tetapi sebelum dilakukan proses sintering terlebih dahulu dilakukan percobaan pendahuluan untuk mendapatkan specimen pada sintering yang tepat. Mulai Meshing Serbuk Lumpur Lapindo (ukuran partikel 325 mesh) Uji komposisi kimia Cetak spesimen dengan uniaxial-pressing dengan variasi tekanan kompaksi (100, 110 dan 120) MPa Spesimen silindris (d=15 mm dan t=5 mm Spesimen balok (10x8x40) mm 3 Suhu sintering (800, 900 dan 1000) o C Sintering (temperatur terbaik) Uji densitas Tentukan temperatur terbaik Spesimen di-mounting didalam resin Polishing Uji Bending dan Fracture Toughness dengan SENB Pengamatan permukaan patah Pengamatan struktur mikro (Microscope Optic) Uji kekerasan Vickers Analisis/Pembahasan Kesimpulan Selesai Gambar 4.6 Diagram alir penelitian 13

23 Variasi spesimen pada penelitian ini yaitu seperti terlihat pada Tabel 4.1 berikut: Tekanan Kompaksi (MPa) Spesimen Uji Densitas dan Kekerasan Vickers (Silindris) Spesimen Uji KIC (Balok) Temperatur Sintering ( o C ) Temperatur terbaik Spesimen Uji Bending (Balok) Temperatur terbaik Jumlah Total Spesimen Tabel 4.1 Variasi pengujian dan jumlah spesimen 90 14

24 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1. Uji Komposisi Kimia Hasil uji komposisi kimia pada Tabel 5.1 adalah sebagai berikut: Unsur SiO 2 Al 2 O 3 FeS i CaAlF 5 Mg 3 SiO 3 (OH) 4 NaCl H 2 O - HD %Berat 58,21 9,10 9,34 4,6 8,49 12,11 1,80 12,94 Tabel 5.1. Hasil uji komposisi kimia Unsur utama yang sangat berpotensial dalam pembuatan keramik dari Lumpur Lapindo adalah SiO 2 sebesar 58, 21 % dan Al 2 O 3 sebesar 9, 10 % Pengujian Densitasl Pengujian densitas dilakukan dengan menggunakan teori Archimedes yaitu dengan cara menimbang spesimen di udara (W udara ) dan di air (W fluida ). Dari penimbangan spesimen di dalam air akan diperoleh pengurangan berat sebesar berat air yang dipindahkan oleh spesimen tersebut. Dengan menggunakan persamaan (2.1) akan diperoleh densitas aktual dari kaolin tersebut. Hasil pengujian densitas ditunjukkan pada Gambar DENSITAS DENSITAS Densitas (gr/cm3) Suhu Sint ering (oc) Tekanan Kompaksi (MPa) Tekanan=100 MPa Tekanan=110 MPa Tekanan=120 MPa Sint ering = 800oC Sintering = 900oC Sint ering = 1000oC Gambar 5.1. Hasil pengujian densitas Gambar 5.1 menunjukkan bahwa dengan kenaikan tekanan kompaksi akan menurunkan harga densitas dari Keramik Lumpur Lapindo tersebut. Pada dasarnya dengan kenaikan tekanan kompaksi yang lebih tinggi mengakibatkan porositas dari green body semakin kecil sehingga void yang terjadi setelah disinter juga kecil yang mengakibatkan 15

25 porositas akan turun sehingga densitasnya akan mengalami kenaikan. Akan tetapi apabila tekanan kompaksinya dinaikkan terus maka akan terjadi kerusakan mikro yang mengakibatkan turunnya harga densitas. Demikian juga dengan peningkatan suhu sinter mengakibatkan densitas Keramik Lumpur Lapindo terjadi penurunan apabila sudah mulai melting karena porositasnya terjadi penambahan. Akan tetapi apabila kenaikan suhu sintering dilakukukan sebelum mendekati temperature melting maka akan terjadi kenaikan harga densitas. Efek dari peningkatan suhu sintering pada proses sintering adalah terjadinya penurunan porositas (German, 1991). Diantara suhu sintering tersebut nampak bahwa suhu sintering 800 o C memberikan harga densitas tertinggi untuk masing-masing tekanan kompaksi. Pada suhu sintering ( ) o C untuk tekanan kompaksi antara 100 MPa, 110 MPa dan 120 MPa terjadi penurunan densitas. Hal ini disebabkan pada tekanan kompaksi 100 MPa, 110 MPa dan 120 MPa kemungkinan sudah memasuki intermediate stage bahkan final stage pada proses sintering. Pada intermediate stage terjadi penurunan porositas yang sangat besar (German,1991). Sedangkan densitas tertinggi dicapai pada tekanan kompaksi 100 MPa dengan suhu sintering 800 o C yaitu sebesar (2, 417±0,009) gr/cm 3. Keramik Lumpur Lapindo meskipun memiliki kandungan yang sama dengan fly ash (Januarti J. E., 2007) tetapi apabila dibuat bentuk keramik memiliki sifat yang tidak sama terutama dalam hal tekanan kompaksi. Dalam penelitian Januarti J. E. (2007) tentang glass ceramics dari fly ash dengan menggunakan tekanan kompaksi sebesar 150 MPa menunjukkan harga yang terbaik sedangkan pada kermik Lumpur Lapindo pada tekanan 110 sudah mengalami penurunan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5.1 yang menunjukkan terjadinya penurunan harga densitas pada tekanan ( ) MPa. Jika hasil penelitian ini dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dari Chen dan Tuan (2004) yang meneliti karakterisasi glass-ceramics dari fly ash dengan ukuran partikel (0,2-500) µm yang dicetak dengan ukuran (4x1,5x0,7) cm dengan tekanan kompaksi sebesar 118 MPa. Pada suhu 850 o C dan 900 o C terjadi peningkatan laju pengintian dan pertumbuhan kristal. Sedangkan suhu diatas 1000 o C, porositas dan laju penyerapan air terjadi penurunan yang signifikan sehingga density dan compressive strength terjadi peningkatan. Hal ini tidak dialami oleh Keramik Lumpur Lapindo karena pada suhu sintering 1200 o C Keramik Lumpur Lapindo sudah mengalami melting seperti pada Gambar 5.2 sedangkan suhu sintering terbaik dicapai pada suhu sintering 800 o C dengan ditandainya harga densitas yang tertinggi. 16

26 Gambar 5.2 Keramik Lumpur Lapindo mengalami melting point 5.3. Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan dilakukan pada spesimen yang disinter pada suhu sinter C, C dan C yang sebelumnya di-mounting dalam resin untuk memudahkan sewaktu pemolesan dan pengujian kekerasan. Pengujian kekerasan dilakukan dengan beban 153, 2 N menggunakan mesin uji kekerasan makro. Kedua diagonal injakan indentor Vickers diamati dengan menggunakan mikroskop optik. Harga kekerasan Vickers dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2) dan hasilnya ditampilkan pada Gambar 5.3. KEKER A SA N HV (MPa) Tekanan Kompaksi (MPa) Sintering=800oC Sint ering=900oc Sint ering=1000oc Gambar 5.3 Hasil pengujian kekerasan Vickers Dari Gambar 5.3 terlihat bahwa peningkatan tekanan kompaksi akan mengakibatkan penurunan kekerasan kaolin. Hal ini disebabkan dengan peningkatan tekanan kompaksi pada fase final stage pada proses sintering mengakibatkan porositas akan bertambah, demikian juga setelah disinter. Akan tetapi dengan meningkatnya suhu sintering pada fase sebelum final stage akan mengakibatkan kekerasan semakin tinggi karena akan terjadi ikatan yang kuat antar partikel-partikel tersebut (Djaprie, 1998). Kekerasan tertinggi diperoleh pada suhu sinter C untuk masing-masing tekanan kompaksi. Pada suhu sinter 900 o C dan 100 o C sudah mengalami penurunan 17

27 kekerasan secara signifikan untuk masing-masing tekanan kompaksi. Harga kekerasan tertinggi diperoleh pada tekanan kompaksi 100 MPa dengan suhu sinter 800oC yaitu sebesar (914,340±92, 06) MPa. Besarnya nilai standard deviasi disebabkan kelemahan dalam pengamatan injakan Vickers Hadrness dengan menggunakan Mikroskop Optik Pengamatan Struktur Mikro Pada Gambar 5.4 merupakan hasil dari foto mikro pada Keramik Lumpur Lapindo yang telah mengalami compacting. Pengamatan dengan menggunakan mikroskop optic terlihat bahwa dengan bertambahnya tekanan kompaksi akan terjadi pertumbuhan grain yang lebih besar sehingga inilah yang menyebabkan densitas Keramik Lumpur Lapindo terjadi penurunan karena porositasnya semakin besar. SINTERING (oc) TEKANAN KOMPAKSI (MPa) ,18 mm Gambar 5.4. Foto struktur mikro Keramik Lumpur Lapindo 5.5. Pengujian Fracture Toughness dengan Metode Indentasi Kekerasan Pengujian kekerasan spesimen yang dilakukan dengan menggunakan Vickers hardness dapat dimanfaatkan untuk mengestimasi fracture toughness dari bahan getas. Bahan getas yang diindentasi dengan Vickers akan menghasilkan suatu bekas injakan Vickers dengan crack yang terjadi pada ujung-ujung bekas injakan. Data mengenai crack 18

28 dapat digunakan untuk menghitung harga K IC. Ada dua jenis crack yang dihasilkan yaitu Median Crack atau Palmqvist Crack (seperti dapat dilihat pada Gambar 2.6 dan 2.7). Untuk mengetahui jenis crack yang terjadi, perlu dilakukan polishing secara bertahap pada spesimen dan kemudian secara bertahap dilihat di bawah mikroskop. Pada penelitian Keramik Lumpur Lapindo pada pengamatan crack akibat bekas injakan Vickers Hadrness tidak tampak adanya crack sehingga tidak dapat dilakukan penghitungan harga fracture toughness dengan metode indentasi Vickers seperti tampak pada Gambar ,18 mm Gambar 5.5. Bentuk Injakan Vickers Hadrness Sehingga penghitungan harga fracture toughness untuk Keramik Lumpur Lapindo yang sebenarnya hanya dapat dilakukan dengan Metode Single Edge Noth Beam (SENB) Pengujian Fracture Toughness dengan Metode SENB Pegujian fracture toughness dilakukan dengan membuat spesimen uji berbentuk balok yang diberi crack awal (Barsoum, 1997). Spesimen disinter pada suhu sinter 800 o C dengan tanpa tekanan (pressureless) yang selanjutnya panjang retak diukur dengan menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran 100 kali. Spesimen dihaluskan permukaannya dengan mesin amplas. Pengujian dilakukan dengan menggunakan metode Single-Edge Notched Beam (SENB) dengan mesin Torsee s Universal Testing Machine. Hasil pengujiannya dapat dilihat pada Gambar

29 0.550 FRACTURE TOUGHNESS (KIC) KIC (Mpa.mm 4 ) Tekanan Kompaksi (MPa) Gambar 5.6. Hasil pengujian K IC dengan metode SENB Pada Gambar 5.6 dapat dilihat bahwa Keramik Lumpur Lapindo yang disinter pada suhu sinter 800 o C harga fracture toughness tertinggi diperoleh pada tekanan kompaksi 100 MPa yaitu sebesar (0,424±0,07) MPa.m 0,5. Sedangkan pada tekanan kompaksi 900 MPa dan 1000 MPa berangsur-angsur mengalami penurunan. Hal ini kemungkinan disebabkan adanya pertumbuhan grain boundary yang semakin besar pada Lumpur Lapindo yang disinter pada suhu sinter 800 o C dengan tekanan kompaksi 100 MPa sampai dengan 120 MPa. Sehingga dengan bertambahnya ukuran grain boundary maka energi yang diserap akan semakin kecil yang mengakibatkan rendahnya kemampuan untuk menahan gaya dari luar. Pengujian harga fracture toughness dengan metode indentasi kekerasan Vickers tidak dapat dilakukan karena dari hasil pengamatan panjang retak dengan menggunakan microscope optic dengan pembesaran 200 x tidak ditemukan adanya retak seperti tampak pada gambar 5.7. Gambar 5.7. Bekas Injakan Vickers Hardness Rendahnya harga fracture toughness dalam penelitian ini kemungkinan disebabkan adanya awal crack yang terjadi pada spesimen yang belum dilakukan pengujian. Terjadinya awal crack ini disebabkan adanya cacat pada ujung crack yang 20

30 dibuat pada spesimen (green body). Disamping itu dalam proses pembuatan crack pada spesimen untuk uji fracture toughness yang dibuat bersamaan saat pencetakan spesimen. Sehingga spesimen setelah disinter akan mengakibatkan adanya konsentrasi tegangan pada spesimen tersebut disamping terjadi pertambahan panjang crack setelah disinter seperti pada Gambar 5.8. Crack awal Crack perpanjangan setelah disinter Gambar 5.8. Perpanjangan Crack Sedangkan bentuk permukaan patah dari spesimen yang telah dilakukan uji fracture toughness dapat dilihat pada Gambar 5.9. crack Gambar 5.9. Foto permukaan patah dari spesimen 5.7. Pengujian Kekuatan Bending Pengujian bending bertujuan untuk mengetahui fracture strength maximum dari spesimen. Pengujian bending dilakukan dengan menggunakan mesin Torsee Universal Testing pada spesimen yang disinter pada suhu 800 o C. Pengujian dilakukan dengan metode three-point bending test dengan mengacu pada standard pengujian JIS R Hasil dari pengujian dapat dilihat pada Gambar

31 KEKUATAN BENDING MOR (MPa) Tekanan Kompaksi (MPa) Gambar Hasil pengujian kekuatan bending Dari Gambar 5.10 dapat dilihat bahwa terjadi penurunan kekuatan bending sebesar 4 % yaitu dari (30,63±1,77) MPa pada tekanan kompaksi 100 MPa menjadi (26,40±2,59) MPa pada tekanan kompaksi 110 MPa. Hal ini disebabkan adanya grain boundary dari grain sudah mulai adanya penggabungan beberapa grain terdekat yang membentuk satu grain baru yang lebih besar. Sehingga contact area dari grain akan menjadi lebih kecil. Hal ini akan mengakibatkan shear pada grain boundary menjadi kecil yang mengakibatkan kekuatan bendingnya menjadi lemah. Sedangkan bentuk permukaan patah dari spesimen yang telah dilakukan uji kekuatan bending dapat dilihat pada Gambar mm Gambar Foto permukaan patah spesimen akibat uji kekuatan bending 22

32 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain: 1. Pada proses pessureless sintering dengan tekanan kompaksi 100 MPa (pada pembuatan green body) dengan suhu sinter C diperoleh harga densitas Keramik Lumpur Lapindo tertinggi yaitu sebesar (2, 417±0,009) gram/cm Harga kekerasan Vickers tertinggi pada Keramik Lumpur Lapindo dengan tekanan kompaksi 100 MPa dengan suhu sinter 800 o C adalah (914,340±92, 06) MPa. 3. Kekuatan bending Keramik Lumpur Lapindo tertinggi pada tekanan kompaksi 100 MPa dengan suhu sinter 800 o C adalah (30,63±1,77) MPa. 4. Harga fracture toughness Keramik Lumpur Lapindo tertinggi pada tekanan kompaksi 100 MPa dengan suhu sinter 800 o C adalah sebesar (0,424±0,07) MPa Saran Setelah dilakukannya penelitian ini dapat disarankan bagi para peneliti yang akan melanjutkan (meningkatkan) dalam penelitian ini antara lain: 1. Dalam pembuatan green body spesiman pada proses compacting supaya diperhatikan kecepatannya (konstan) agar hasil dari green body tidak mengalami kerusakan cacat). 2. Perlu dilakukan variasi tekanan kompaksi yang lebih rendah agar diperoleh hasil yang optimal. 3. Dalam penimbangan spesimen untuk uji densitas setelah selesai menimbang spesimen dan akan dilakukan penimbangan lagi seharusnya distandardkan terlebih dahului. 4. Dalam pengamatan bekas injakan Vicker dan panjang crack-nya supaya dilakukan dalam suasana yang tenang agar dapat diperoleh harga yang lebih akurat. 5. Dalam pembuatan crack awal pada spemimen untuk uji fracture toughness dalam penelitian ini masih jauh dari relita sehingga perlu adanya modifikasi dalam pembuatan crack ini. 23

33 DAFTAR PUSTAKA Aristianto, 2006, Pemeriksaan Pendahuluan Lumpur Panas Lapindo Sidoarjo untuk Produk Keramik, Handouts. Barsoum, M. W., 1997, Fundamental of Ceramics, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York. Chawla, K.K., 1993, Ceramic Matrix Composites, University Press, Cambridge, Great Britain. Cheng, T. W, Ueng, T. H., Chen. Y. S. and Chiu, J. P., 2002, Production of Glass- Ceramics from Incinerators Fly Ash, Journal Ceramics international 28, Cheng, T. W. and Chen, Y. S., 2004, Characterization of Glass-Ceramics Made From Incinerators Flay Ash, Journal Ceramics international 30, Diah N., 2007, Penelitian Awal Pemanfaatan Lumpur Porong Kab. Sidoarjo untuk Komponen Bangunan, Balai Teknologi Pemukiman. Djaprie S, 1987, Ilmu dan Teknilogi Bahan, Erlangga, Jakarta. Green, D. J., 1998, An Introduction to the Mechanical Properties of Ceramic, University Press, Cambridge, Great Britain. German R.M., 1994, Powder Melallurgy Science, The Penylvania State University, USA. German R.M., 1991, Fundamentals of Sintering, Engineered Materials Handbook Ceramics and Glassses, ASM International, USA. Gordan L, 1991, Application for Traditional Ceramic, Engineered Materials Handbook Ceramics and Glassses, ASM International, USA. Januarti, J.E., 2007, Lumpur Lapindo Untuk Semen, ITS, Surabaya. Lily P, 2006, Karakteristik Fisik Kimia Lumpur Panas Porong Sidoarjo, ITS Surabaya, Handouts. Lee, W.E., Rainforth, W.M., 1994, Ceramic Microstuctures Property Control by Processing, Chapman and Hall, London UK. McEntire B. J. dan Norton, 1991, Powder Compaction Processes-Dry Pressing, Engineered Materials Handbook Ceramics and Glassses, ASM International, USA. Roger, L. K. M., 1987, Evaluation of Fracture Toughness Determination Methods as Applied to Ceria-Stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal, Journal American Ceramic Society 70(12) C-366-C-368. Somiya S., 1989, Advanced Technical Ceramics, Academic Press inc, Tokyo. Surdia T, 1985, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta. 24

34 Vlack V, 1980, Elements of Materials Science and Engunering, Addison-Wesley Publishing Company, USA. 25

35 LAMPIRAN 1 BIODATA PENELITI 1. Ketua Peneliti 1. Nama Lengkap : Muh Amin, ST, MT 2. Pangkat/Golongan : Penata Muda/III-A 3. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli 4. Asal Perguruan tinggi : Universitas Muhammadiyah Semarang 5. Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin 6. Bidang Keahlian : Mekanika Bahan 7. Alamat Rumah : Klampok 2/2 Godong Grobogan Purwodadi Hp Riwayat Pendidikan : Macam Tempat Th. Selesai Titel Bidang S1 UMS 2000 S.T Teknik Mesin S2 UGM 2005 M.T Mekanika Bahan 9. Riwayat Pekerjaan : Bekerja di UNIMUS sejak 2006 sampai sekarang 10. Pengalaman Penelitian : Desain Rangka Sepeda dengan Pemodelan Elemen Batang dan Shell dengan Bantuan CATIA-Elfini Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Kaolin Pengaruh Tekanan Kompaksi Terhadap Karakterisasi Keramik Kaolin yang dibuat dengan Proses Pressureless Sintering Pemanfaatan Limbah Serat Sabut Kelapa sebagai Bahan Pembuat Helm Pengendara Kendaraan Roda Dua 11. Tulisan Publikasi : Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering Terhadap Densitas dan Kekerasan Kaolin. Pengaruh Tekanan Kompaksi Terhadap Karakterisasi Keramik Kaolin Kaolin yang di Buat dengan Metode Pressureless Sintering. Analisis Harga Fracture Toughness Dengan Metode Indentasi Kekerasan Vickers Keramik Kaolin. 26

36 2. Anggota Peneliti 1. Nama : RM. Bagus Irawan, ST, MSi 2. Pangkat/Golongan : Penata Muda Tk I /III-B 3. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli 4. Asal Perguruan tinggi : Universitas Muhammadiyah Semarang 5. Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin 6. Bidang Keahlian : Teknik Mesin Konversi & Master Teknik Lingkungan 7. Alamat Rumah : Jl. Gedawang Permai K-15 Banyumanik Semarang Hp / Riwayat Pendidikan : Macam Tempat Th. Selesai Titel Bidang S1 S2 UNDIP UNDIP S.T M.Si Teknik Mesin Tek. Rekayasa Lingkungan 9. Riwayat Pekerjaan : Bekerja di UNIMUS sejak 1999 sampai sekarang 10. Pengalaman Penelitian : Analisis Kerusakan Sistem Rem ABS pada Mazda 626 Cronos. Studi Pengaruh Bentuk Body Muka Daihatsu Espass Terhadap Koefisien Tahanan Aerodinamika. Unjuk kerja Catalytic Converter Untuk Mereduksi Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor. Rancang Bangun Modifikasi Catalytic Converter dengan Material Substrat Tembaga Cu dan Nikel Ni untuk Mereduksi Emisi Gas Carbon Monoksida. Pengaruh Pemakaian Catalytic Converter Terhadap Performance Mesin Standart Kendaraan Bermotor. 11. Tulisan publikasi : Artikel Andai Rob Melanda Balaikota Artikel Green Hotel Mungkinkah/ (kasus gumaya Palace Hotel) Artikel Semarang Zero Waste Artikel Pengelolahan sampah Terpadu Artikel Rumah Umum Rakyat Artikel Green Hotel (Berwawasan Lingkungan), Suara Merdeka 22 Maret 2005 Artikel Green Hospital, Alih Fungsi Mall Yogya (Berwawasan Lingkungan) 27

37 Artikel Kendaraan Pribadi, Kemacetan dan Emisi Artikel Wisata Sejarah, Suara Merdeka 26 April 2005 Artikel Sekolah Asing Tantangan Atau Ancaman?, Suara Merdeka 7 Juni 2005 Artikel Mengembangkan Wisata Sejarah, Seputar Semarang, 6 Juli 2005 Artikel Kekerasan Dalam Kelas, Seputar Semarang, 14 September 2005 Artikel Kembang Kempis Ngesti Pandowo Artikel Pengendalian Polusi Udara, Jawa Post, 16 Oktober 2003 Artikel Revitalisasi Ngesti Pandowo, SS, November 2005 Artikel Museum Sebagai Daya Tarik Kota, SM, 21 Desember 2995 Artikel PTS Sulit Menjadi Periset, SM, 19 Januari 2006 Pengasuh tips Seputar Otomotif di Semarang Post Pembicara Seminar Nasional Hasil-Hasil Penelitian PTN dan PTS Se-Indonesia Penyampaian Pidato Ilmiah dalam Rangka Dies Natalis UNIMUS dihadapan bapak Gubernur, Walikota dan pejabat pemerintah dan militer serta para Rektor PTS Bahaya Timbal Mengancam Warga Kota, Bulletin UNIMUS Hujan Asam Mengancam Warga Kota Semarang, Bulletin UNIMUS 28

38 LAMPIRAN 2 BAHAN DAN ALAT PENGUJIAN Alat Mesh partikel Timbangan digital (Sartorius Type LC 1201 S) Cetakan Silindris Cetakan Balok Mesin tekan (Tarno Grocki type UPHG20 Japan) Furnace 29

39 Mesin Ampelas Mesin Uji Vickers Hardness (Hardness Tester type 38505) Microskop optik (Olympus Japan) Timbangan digital (Sartorius Type LC 1201 S) Serbuk Lumpur Lapindo 30

40 DRAFARTIKEL ILMIAH Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering terhadap Kekerasan Keramik Lumpur Lapindo Muh amin 1), Bagus Irawan 2) Abstrak Lumpur Lapindo merupakan suatu limbah yang sangat mengganggu keberadaan masyarakat setempat dan aplikasi dari lumpur tersebut masih dalam taraf penelitian awal sehingga nilai jual dari limbah tersebut masih sangat rendah. Agar Lumpur Lapindo dapat diaplikasikan sebagai material keramik teknik maka harus diketahui terlebih dahulu sifat fisis dan mekanis yang dimilikinya agar dalam penggunaannya dapat dioptimalkan. Oleh sebab itu perlu adanya suatu penelitian yang simultan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari keramik Lumpur Lapindo sebelum diaplikasikan di beberapa industri maju. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan solusi dalam penanganan limbah Lumpur Lapindo yang mendesak keberadaan warga setempat dengan memanfaatkan bahan limbah sebagai pembuatan produk berupa material keramik. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan data tambahan mengenai material baru terutama dibidang keramik teknik sebagai material refraktori (material tahan terhadap suhu tinggi) yang berasal dari limbah Lumpur Lapindo (material lokal /Indonesia). Sehingga material lokal tersebut dapat dioptimalkan dalam penggunaannya. Pada proses pessureless sintering dengan tekanan kompaksi 100 MPa (pada pembuatan green body) dengan suhu sinter C diperoleh harga kekerasan Vickers tertinggi adalah (914,340±92, 06) MPa. Kata Kunci: keramik teknik, pessureless sintering, kekerasan Vickers PENDAHULUAN Limbah yang ditimbulkan akibat semburan lumpur panas di Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo yang selanjutnya disebut sebagai Lumpur Lapindo berlangsung sejak 29 Mei 2006 lalu sangat melimpah sehingga sangat meresahkan masyarakat sekitar jika limbah tersebut tidak dikelola dengan baik. Menurut hasil penelitian awal yang sudah dilakukan oleh beberapa peneliti bahwa Lumpur Lapindo dapat dimanfaatkan sebagai bahan keramik dan bahan pengganti semen untuk pembuatan paving dan beton (Diah N, 2007). 1,2) Staf Pengajar Program Studi S1Teknik Mesin - Unimus 31

41 Keramik merupakan salah satu jenis material teknik yang terus menerus dikembangkan, yang merupakan prospek cerah dalam pengembangan dibidang teknik. Produk keramik telah banyak diaplikasikan dibidang teknik terutama dipermesinan seperti: alat potong, nosel, katup, turbin, ball bearing (Barsoum, 1997). Keunggulan keramik secara umum adalah titik cair tinggi, tahan terhadap temperatur tinggi, tahan terhadap gesekan, tahan korosi, daya hantar panas rendah, densitas relatif rendah dan koefisien muai panas rendah (Barsoum, 1997). Namun demikian, keramik juga mempunyai kelemahan yaitu bersifat getas (brittle) (Green, 1998) dan ketangguhan retak (fracture toughness) yang rendah (Chawla, 1993). Pemanfaatan Lumpur Lapindo sebagai material keramik masih belum dioptimalkan penggunaannya dibidang teknik. Hal ini dapat dilihat masih sedikitnya penelitian yang dilakukan dibidang keramik teknik yang berbahan dasar Lumpur Lapindo. Sehingga perlu diadakan penelitian lebih lanjut tentang Lumpur Lapindo sebagai material keramik teknik agar dapat dioptimalkan penggunaannya. Tujuan dari penelitian ini adalah meneliti pengaruh tekanan kompaksi dan suhu sintering terhadap kekerasan dari Keramik Lumpur Lapindo dan meneliti pengaruh tekanan kompaksi terhadap struktur mikro dari Keramik Lumpur Lapindo. TINJAUAN PUSTAKA Penelitian yang dilakukan oleh TIM Institut Teknologi Sepuluh November (ITS) Surabaya menyimpulkan bahwa material Lumpur Lapindo yang berasal dari Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo ini mengandung senyawa-senyawa (SiO 2 = 57, 14 %; NaCl= 11,68 %; FeSi= 9,15 %; Al 2 O 3 = 9,09 %; CaAlF5= 4,5 % dan Mg 3 SiO 3 (OH) 4 = 8,44 %) (Aristianto, 2006) yang dapat dimanfaatkan untuk pembuatan keramik (Diah N, 2007). Hasil penelitian yang dilakukan oleh (Aristianto, 2006) menunjukkan bahwa Kekuatan Bending dari material keramik dari Lumpur Lapindo adalah sebesar 3,81 MPa. Lumpur Lapindo memiliki kandungan senyawa yang sama dengan fly ash (limbah dari hasil pembakaran batu bara) (Januarti J. E, 2007). Cheng, dkk (2002) melakukan penelitian tentang glass ceramics dari fly ash dengan menggunakan tekanan kompaksi sebesar 150 MPa pada spesimen dengan ukuran (4x1,5x0,7) cm. Sintering dilakukan dengan variasi suhu (850, 900, 950, 1000 dan 1050) o C dengan holding time selama 2 jam, setelah itu didinginkan pada temperatur ruang. Hasil dari pengujian menunjukkan kekuatan bending maksimum dicapai pada suhu ( ) o C. Cheng dan Chen (2004) meneliti karakterisasi glass-ceramics dari fly ash dengan ukuran partikel (0,2-500) µm yang dicetak dengan ukuran (4x1,5x0,7) cm dengan tekanan 32

42 kompaksi sebesar 118 MPa. Sintering dilakukan dengan divariasi suhu (850, 900, 950, 1000 dan 1050) o C dengan holding time selama 2 jam. Pada suhu 850 o C dan 900 o C terjadi peningkatan laju pengintian dan pertumbuhan kristal. Sedangkan suhu diatas 1000 o C, porositas dan laju penyerapan air terjadi penurunan yang signifikan sehingga density dan compressive strength terjadi peningkatan. METODE PENELITIAN Bahan penelitian Bahan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Lumpur Lapindo yaitu bahan lumpur dari semburan lumpur panas di Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo dengan ukuran partikel rata-rata 325 mesh (45 m). Resin untuk mounting spesimen. Kertas ampelas (ukuran 120, 220, 400, 600, 800 dan 1000) untuk menghaluskan permukaan spesimen. Alat Penelitian Perlatan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah: Timbangan digital (Sartorius Type LC 1201 S) digunakan untuk menimbang serbuk Lumpur Lapindo dan untuk pengujian densitas keramik Lumpur Lapindo. Cetakan (bentuk silindris) digunakan untuk pembuatan spesimen uji kekerasan. Mesin tekan (Tarno Grocki type UPHG20 Japan) digunakan untuk penekan (press) dalam pembuatan green body. Dapur pemanas digunakan untuk proses sintering. Alat uji kekerasan Vickers (Hardness Tester type 38505) digunakan untuk pengujian kekerasan. Microskop optik (Olympus Japan) digunakan untuk pengamatan struktur mikro, menentukan panjang diagonal Injakan Vickers dan bentuk permukaan patah. Cara Penelitian Pada persiapan penelitian dilakukan: o Mempersiapkan bahan uji berupa Lumpur Lapindo o Pembuatan cetakan spesimen silindris seperti pada Gambar 1. o Mempersiapkan kertas ampelas (ukuran 120, 220, 400, 600, 800 dan 1000). o Menyediakan resin untuk mounting spesimen. 33