SINTESIS KERAMIK Al 2 TiO 5 DENSITAS TINGGI DENGAN ADITIF MgO Disampaikan oleh: Kurmidi [1106 100 051] Dosen Pembimbing Drs. Suminar Pratapa, M.Sc.,Ph.D. Sidang Tugas Akhir (J 102)
Komponen Otomotif : filter gas, manifold, dan portliner (Muljadi, 1999). Aluminium Titanat
Batasan Masalah PENDAHULUAN a. Pembuatan keramik Al 2 TiO 5 dilakukan dengan menggunakan metode reaksi padatan dengan aditif 0, 2, dan 5% MgO. b. Suhu sinter terhadap paduan keramik ini adalah 1450 o C, 1500 o C dan 1550 o C. c. Karakterisasi yang dilakukan meliputi pengujian densitas, porositas, analisis fasa, analisis mikrostruktur, dan kekerasan.
Tujuan Mengetahui pengaruh variasi aditif MgO dan suhu sinter dalam pembentukan keramik AT terhadap sifat fisis dan mekanik (densitas, porositas, kekerasan, komposisi fasa & mikrostruktur) dengan menggunakan metode reaksi padatan.
Kajian Pustaka Sifat-sifat Aluminium Titanat α-al 2 O 3 +TiO 2 (rutile) β Al 2 TiO 5 (Kato dkk., 1980) Aluminium titanat merupakan material keramik yang koefisien ekspansi termalnya rendah, mempunyai titik leleh tinggi, ketahanan kejutan termalnya tinggi, konduktivitas termal rendah dan tahan rusak.
Sifat-sifat Al 2 O 3, TiO 2, dan AT murni (Tesi s Ahmad Faisal, 2007)
Solid Solution adalah pencampuran homogen yang terjadi antara dua atau lebih atom (logam) yang terjadi pada keadaan padat. Zat yang jumlahnya lebih sedikit di dalam larutan disebut (zat) terlarut atau solute, sedangkan zat yang jumlahnya lebih banyak daripada zat-zat lain dalam larutan disebut pelarut atau solvent. Secara umum terdapat dua jenis solid solution yaitu substitutional solid solutions dan interstitial solid solutions (West, 1984).
Proses sinter suatu proses yang meliputi sinter (pemanasan suhu tinggi) yang secara global menurunkan energi bebas dan disertai perubahan dimensi. Dalam proses sinter gaya kohesi antar partikel-partikel penyusun meningkat dan terjadi pemadatan yang ditandai dengan berkurangnya porositas. Eliminasi porositas terjadi melalui difusi antar batas butir dan pertumbuhan butir (Suasmoro, 2000).
Karakterisasi Material Keramik Karakterisasi dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat dan kemampuan suatu bahan. Dalam hal ini yaitu keramik AT, maka perlu dilakukan suatu pengujian atau analisis. Beberapa jenis pengujian/analisis yang dibahas untuk keperluan ini antara lain, pengujian, densitas, porositas, kekerasan, analisis fasa, dan analisis mikrostruktur.
METODOLOGI PENELITIAN
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 1. Karakterisasi Sifat Fisik
Terjadinya penyusutan diameter dan tebal pada sampel AT dengan variasi suhu sinter dan aditif MgO dikarenakan ada beberapa mekanisme difusi yang terjadi selama proses sinterberlangsung yaitu, difusi volum, difusi permukaan, difusi batas butir, dan difusi secara penguapan (Coblenz, 1991).
2. Pengujian Densitas dan Porositas
Hasil penelitian di atas menunjukkan bahwa, semakin meningkatnya suhu sinter akan menurunkan nilai porositas dan meningkatkan nilai densitas. Dengan adanya aditif MgO pada AT dapat memberikan pengaruh yang signifikan dalam meningkatkan nilai bulk density pada sampel AT-MgO. Densitas paling tinggi diperoleh pada suhu sampel AT aditif 5% MgO pada sinter 1550 o C dengan nilai densitas 3,26 g/cm 3.
3. ANALISIS DATA DIFRAKSI SINAR-X 3.1 Identifikasi Fasa
Hasil analisis data difraksi sinar-x di atas menunjukkan bahwa dengan penambahan MgO pada AT dengan komposisi berat 0 % MgO fase AT lebih dominan, sedangkan fasa korundum dan rutil menjadi minor. Pada sampel AT dengan aditif 2% MgO terbentuk fasa solid solution (Al 2(1-x) Mg x Ti 1+x O 5 ) dan korundum, sedangkan dengan aditif 5% MgO terbentuk fasa solid solution, korundum, dan spinel (MgAl 2 O 4 ).
4. Analisis Mikrostruktur dengan SEM-EDAX Gambar. Hasil foto SEM untuk sampel AT yang disinter pada suhu 1500 o C, AT 0% MgO
Gambar. Hasil foto SEM untuk sampel AT yang disinter pada suhu 1500 o C, AT 2% MgO
Gambar. Hasil foto SEM untuk sampel AT yang disinter pada suhu 1500 o C, AT 5% MgO
Hasil pengamatan dengan SEM pada gambar di atas menunjukkan adanya micro cracking yang nampak pada permukaan AT. Masih banyaknya pori yang terlihat pada permukaan AT aditif 0% MgO menyebabkan nilai bulk density AT belum sesuai dengan densitas teoritis. Berbeda halnya dengan sampel AT aditif 2% dan 5% MgO yang terlihat memiliki sedikit pori sehingga nilai densitas teoritis AT dapat tercapai.
Gambar. Foto SEM-EDAX (mapping) untuk sampel AT disinter pada suhu 1500 o C, (a) AT 0% MgO
Gambar. Foto SEM-EDAX (mapping) untuk sampel AT disinter pada suhu 1500 o C, (b) AT 2% MgO
Gambar. Foto SEM-EDAX (mapping) untuk sampel AT disinter pada suhu 1500 o C, (c) AT 5% MgO.
Gambar di atas menggambarkan pemetaan unsurunsur yang terdapat pada permukaan sampel AT aditif 0, 2, dan 5% MgO yang disinter pada suhu 1500 o C. Terlihat bahwa pada AT aditif 0% MgO terdapat butir-butir yang mengandung unsur Al, Ti, dan O, sedangkan untuk AT dengan aditif 2 dan 5% MgO terlihat adanya unsur Mg, hal tersebut ditunjukan dengan warna yang terdapat pada butirbutir tersebut. Sehingga hasil pemetaan komposisi unsur-unsur yang terkandung pada sampel AT sesuai dengan hasil yang diperoleh pada data difraksi sinar-x.
4. Pengujian Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan sampel di atas menunjukkan bahwa, semakin meningkatnya suhu sinter dan adanya aditif MgO akan meningkatkan nilai kekerasan dari AT. Nilai kekerasan tertinggi diperoleh pada sampel dengan aditif 5% MgO dan suhu sinter 1550 o C yaitu 1469 kgf/mm 2.
5. Kesimpulan & Saran Semakin meningkatnya suhu sinter akan menurunkan nilai porositas dan meningkatkan nilai densitas dari sampel AT-MgO. Densitas paling tinggi diperoleh pada sampel AT aditif 5% MgO pada suhu sinter 1550 o C dengan nilai bulk density 3,26 gr/cm 3. Hasil analisis data difraksi sinar-x dan SEM-EDAX membuktikan bahwa dengan adanya aditif MgO pada AT pada komposisi berat 2 % dan 5% MgO terbentuk fase solid solution dan korundum. Pada AT dengan aditif 5%MgO terbentuk fase solid solution, korundum, dan spinel. Kondisi ini sesuai dengan hasil pengamatan SEM-EDAX dan analisis data difraksi sinar-x. Kenaikan suhu sinter dan penambahan MgO akan meningkatkan nilai kekerasan dari AT. Nilai kekerasan paling tinggi diperoleh pada sampel dengan penambahan 5% MgO pada suhu sinter 1550 o C yaitu 1469 kgf/mm 2.
Saran Untuk penelitian selanjutnya di dalam pembuatan dan karakterisasi keramik paduan aluminium titanat dengan aditif MgO dapat juga menggunakan bahan aditif lain misal, zirkonia, silika maupun mullit.