PEMBUA TAN BAHAN KERAMIK REFRAKTORI DARI SiCDENGAN BAHAN ADITIF CLAY

Etty Marti Wigayati, Muljadi

Puslitbang Fisika Terapan LIP/, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang

ABSTRAK

PEMBUATAN BAHAN KERAMIK REFRAKTORI OARI SiC OENGAN BAHAN ADITIF CLAY. Telah dilakukan penelitian sinteringbahan SiC ( teknis) dengan aditif clay yang tujuannya untuk dipergunakan sebagai bahan refraktori. Temperatur sintering dibuat bervariasi : 1300 D

C ; 1400 DC dan 1500 DC sedang penambahan clay dibuat bervariasi yaitu 0%, 1%, 3% dan 4%. Metoda sintering dengan teknik pengisola&ianuntuk melindungi terhadap proses oksidasi. Benda uji kemudian diamati sifat-sifat mekanik, sifat fisis, sifat listrik dan srtuktur mikronya. Dari hasilpengamatan didapat bahwa harga densitasnya mencapai 3,22 gr/cm3, porositas masih sangat besar yaitu 31,8 %, compressive strength 271,4MPa pada komposisi penambahan clay 4 % dan pengukuran resitivita& listrik meriunjukan kurva yang menurun pada rentang suhu pengukuran30DC sampai 400 DC, sehingga bahan tersebut dapat dipergunakan sebagai Dahan refraktori.

ABSTRACT

RESEARCH OF SiC MATERIALS WITH ADDITIVE CLAY HAS BEEN DONE FOR REFRACTORY MATERIALS APPLICATION.Sintering temperature was varied at 1300 0 C ; 1400 0 C and 1500 0 C and also clay was varied 0%, 1 %, 3% and 4%. Sintering method was done by

using insulation technique for oxidation protection. Then test samples were measured mechanical, physical, and electrical properties, alsomicrostructure. The characterization results show the sample with additive 4 % clay has density value 3,22 gr/cmJ , porosity is still high 31,8 % ,compressive strength is 271,4 MPa, and electrical resistivity at temperature 30 to 400 ac. According of characterization results, those samples canbe used for refractory materials.

PENDAHULUAN

Refraktori adalah bahan yang dapat

dipergunakan pada temperatur tinggi, biasanyadipergunakan pada furnace, crusible, cutting tool, bahanabrasif, bantalan mesin dU. Menurut bahan bakunyareftaktori dapat dikategorikan dalam beberapa

kelompok(l):-Refraktori asam: adalah reftaktori yang berbasis

clay, silika daD fire clay.-Reftaktori basa adalah reftaktori yang berbasis

bausite, lime magnesia.-Reftaktori netral meliputi chromite, graphite.Yang harus diperhatikan sebagai bahan reftaktori harusmempunyai sifat -sifat (2):

Salah satu refraktori yang penting adalahrefraktori daTi bahan SiC, terutama banyak dipergunakandalam industri yang mempergunakan temperatur tinggi.Refiaktori SiC biasa digunakan pada selubungtermokopel, cawan bakar pada temperatur tinggi,komponen pelengkap pada furnace, abrasif material,mortal dll. Yang menjadi permasalahan refraktori SiCadalah cara melakukan sintering serbuk SiC, yaitu harusdilakukan pada temperatur yang sangat tinggi, sedangbahan SiC pada temperatur tinggi akan terosidasimenjadi Sial , hal ini yang tidak diharapkan. Sehinggaperlu dilakukan percobaan-percobaan tentang teknikmekakukan sintering bahan SiC.

Berdasarkan suatu hipotesis bahwa denganmenambahkan suatu bahan aditif tertentu pada serbukSiC, maka temperatur sintering dapat diturunkan.Sehingga dapat menunmkan ongkos produksi. Untukmenghindari terjadinya proses oksidasi selama sintering,maka benda uji harus dilindungi terhadap oksidasi yaitudengan menutup semua permukaan sehingga terjadikontak dengan udara disekitarnya.

Sifat kimia : tahan terhadap reaksi kimia.Mempunyai porositas yang lebih besarMempunyai sifat mekanik yang baikMempunyai sifat stabil.Mempunyai konduktivitas panar yang baik.

19~, 6 J~ 2001

P~u,..~R~~~~u,..A~~~ HM1;. \JJ~, ~

Pada tulisan ini akan ditampilkan suatupercobaan pembuatan bahan refraktori dari SiC denganbahan aditif clay untuk menurunkan temperatur sintering.Setelah dibentuk dengan pengepresan benda ujikemudian dibakar pada temperatur 1300 °c sampai1500oC. Pada proses pembakaran ini biasanya massa SiChilang sekitar 5 % karena teroksidasi. Penambahan claydisini berfungsi untuk melindungi butiran SiC clanmelindungi dari proses oksidasi, disamping itu fungsidari clay adalah mengikat partikel SiC menjadi partikelyang kompak karena komponen penyusun clay adalahalumino -silikat(3). Fungsi penambahan clay juga dapatmempercepat proses sintering, karena sintering SiCmumi terjadi pada temperatur yang sangat tinggi (I 700°Csampai 1800oC ). Sehingga diharapkan dengan teknikyang lebih sederhana clan biaya lebih murah dapatdilakukan pembuatan bahan refraktori SiC.

Secara jelas metodologi dapat dilihat dalamdiagram alir berikut ini:

Gambar 1. Diagram alir proses pembuatan keramikrefraktori SiC

BASIL

Dari pembuatan keramik refraktori SiC denganaditif clay didapatkan benda uji yang kemudiandikarakterisasi, hasilnya dapat dilihat pada kurvadibawah ini. Pada gambar 2 harga densitas terhadapkenaikan temperatur sintering, dirnana harga densitasakan bertambah besar dengan naiknya temperatursintering dan harga densitas bertambah naik dengannaiknya bahan aditif. Harga terbesar daTi densitas adalah3,22 gr/cm3 pada benda uji SiC dengan aditif clay.

3.5

METODOLOGI

"Eu01

iii 31~ I"incGI

C

2,51300 1400 1500

Suhu Sintering, °c

Gambar 2. Kurva densitas terhadap kenaikan suhu

sintering

Pada pembuatan bahan refraktori SiC, sebagaibahan baku utama adalah serbuk SiC teknis ( yangbanyak dijual dipasaran ) dan clay ( yang berasal dariTulung Agung) sebagai bahan aditif. Kedua bahantersebut dihaluskan dengan ayakan hingga lolos ayakan300 mesh. Komposisi aditif clay divariasikan yaitu: 0, I,3, dan 4 % beret.

Bahan baku tersebut kemudian dicampurdengan mempergunakan pengaduk magnetik dan mediayang dipergunakan adalah air. Campuran kemudiandikeringkan dan dicetak dengan alai cetak press hidrolik.Sampel kemudian disintering pada temperaturpembakaran yang dibuat bervariasi yaitu : 1300 0 C ;1400 0 C dan 1500 0 C yang ditahan selama 1 jam.

Selama proses sintering SiC mudah bereaksi denganoksigen yang berada diudara berdasarkan reaksi:

SiC + Oz ~ SiOz + COz

Dari hal diatas maka untuk melakukan sintering SiCdiperlukan beberapa tara :

Pacta kurva porositas terhadap kenaikantemperatur sintering terlihat bahwa harga porositas akanmengecil dengan naiknya temperatur sintering, porositasmengecil dengan bertambahnya bahan aditif clay. Hal inidapat diterangkan sebagai berikut, pacta saat prosessintering partikel daTi clay akan mengisi ruang-ruangdiantara SiC, sehingga dengan bertambahnya clay makabenrla uji akan s~makin memadat. Pacta penelitian iniharga porositas masih sangat besar yaitu 43,3 % pactasampel dengan 0 % clay, temperatur sintering l300oCdaD sampel dengan aditif clay 4 % temperatur sintering1500oC porositasnya 31,8 %. Besarnya harga porositasjuga disebabkan oleh digunakanya PV A bahan perekat,dimana PV A merupakan bahan organik sehingga pactasaat sintering akan hilang dan meninggalkan jejak pori.(Kurva porositas terhadap kenaikan temperatur sinteringdapat dilihat pacta gambar 3).

1

2.3.

Sintering dilakukan dalam suasana gas inert(mengalirkan gas inert selama proses sintering )Sintering dilakukan didalam tungku vakumPenimbunan benda uji yang disintering (mengisolasipermukaan benda uji sehingga tidak terjadi kontakdengan udara disekelilingnya).

Pada penelitian ini sintering SiC dilakukandengan cara penimbunan benda uji yang disinteringdengan grafit, seluruh permukaan benda uji terlindungdari pengaruh oksidasi. Cara ini dipilih karenamerupakan cara yang sederhana dan lebih ekonomisdibanding metoda lainnya. Setelah disintering kemudianbenda uji dikarakterisasi meliputi sifat mekanik, sifatfisis, dan rasa yang terjadi. Percobaan ini dilakukan diLaboratorium keramik dan glas P3FT LIPI.

120 ~, 6 J~ 2001

--~--- ~ U11LUJ\. llIC1:;mg-masmg

sampel. Hal ini disebabkan karena pengisolasian padaproses sintering, sampel kurang sempuma sehinggaterjadi proses oksidasi dimana pada temperatur tinggiterjadi laju oksidasi yang lebih cepat. Dari puncak-puncak yang timbul yang menunjukan pola pola yangseragam dimana pada variasi penambahan bahan aditifmaupun temperatur sintering tidak mempengaruhistruktur kristal daTi SiC. Selanjutnya pola difraksi dapatdilihat pada difraktogram (gambar 6).

30

iiiS'Vie0

Go

~40

j""-'::=======

---:::: --::::::~5-~ ---;;:=:::"1

j--x l30 I I I

1300 1400 1500

Suhu Sintering, °c

Gambar 3. Kurva porositas terhadap kenaikan suhu

sintering

j;,

"E~ ">" I....(

~..

Pacta pengamatan sifat mekanik denganmengukur compressive strength didapat basil sepertigambar 4. Harga kompresive strength akan semakin naik

dengan naiknya temperatur sintering, juga semakin naikdengan bertambahnya bahan aditif. Hal ini terlihat jelasbahwa dengan bertambahnya bahan aditif benda ujisemakin padat sehingga sifat mekanik daTi benda ujisemakin naik. Sehingga dengan penambahan bahan aditifpartikel-partikel clay akan mengisi ruang-ruang antarapartikel SiC sehingga benda uji semakin memadat. Jadidengan penambahan bahan aditif akan mempercepat lajusintering. Hasil dari pengukuran dapat dilihat pactagambar 4.

300

250.no~ 200

150

~ 100~~

25 75 125 175 225 275 325 375 425

Suhu PengtMuran. 'c

Gambar 5: Kurva resistivitas sampel terhadap

kenaikan suhu

50

01300 1400 1500

SUHU SINTERING, 'c

Gambar 4. Kurva compresive strength terhadapkenaikan suhu sintering

,...a-SiC

Pengukuran sifat listrik dari benda uji dilakukandengan metoda two point probe, dengan kontak perakden§an rentang temperatur pengukuran 750C sarnpai450 C dapat ditunjukkan pacta kurva garnbar 5.

Dengan naiknya temperatur pengukuran harga resistivitasbertambah kecil sehingga konduktivitas menjadi besardan penarnbahan bahan aditif akan memperkecilresistivitas ( konduktivitas bertarnbah besar ). Hal inikarena partikel-partikel SiC memadat diisi oleh partikelclay, sehingga benda uji lebih konduktif.

Analisa struktur kristal.dilihat pactadifraktograrn menunjukkan bahwa pola-pola difraksiyang terjadi mempunyai puncak-puncak yang sarna yaitupacta 28 antara 300 sarnpai 450 dimana setelah dilihatpacta kartu JCPDF menunjukkan a-SiC daD SiC.Sedangkan 28 pacta sekitar 210 adalah Sia2. Yang

(c) SiC + 1 % clay pada sintering 15000 C

121

2Ot

15 t

P~~~~~s.e~~A~~~H~W~,~

.

Sintering dapat dikakukan dengan teknikpenimbunan (mengisolasi terhadap terjadinyaoksidasi ) Temperatur sintering sekitar l500oCHarga densitas cukup besar, tetapi harga porositasbesar pula. Hal ini disebabkan penggunaan bahanperekat PV A, yang meninggalkan jejak pori.Sampel yang dibuat mempuyai kekerasan cukupbagus, sehingga bahan ini dapat digunakan sebagaibahan refraktori.Karena sampel mempunyai porositas yang besarmaka bahan ini cocok digunakan untuk refraktoriisolator.

.

(d) SiC + 3 % clay pad a sintering 15000 C

DAFfARPUSTAKA

[I] M.M.UPPAL, A Text Book of EngineringChemistry, Khanna Publishing,p.76-80,Delhi 1984.

[2] JAN H LA V AC, The Tecnology of Glass andCeramics. An Introduction. Glass Science andTechnology 4, Elservier Scientific PublishingCompany, p.56-55,Amsterdam- Oxford- NewYork, 1983.

[3] C. GANGULY, SK ROY AND PR ROY,Advanced Ceramics, Trans Tech Publications,p.35-40,Switzerland- Germany- UK, USA, 1990.

[4] J.H. CHESTERS, Refractories for iron andsteelmaking,p.101-I05, The Metal Society-London.

[5] GORDON LEWIS, Application for TradisionalCeramics, Ceramics and Glasses, EngineeredMaterials Hand book, vol 4, ASM International TheMaterials Information Society ,p.80-86, 1991.

(e) SiC + 4 % clay pada sintering 15000 C

Gambar 6. Difraktogram dari sam pel SiC

KESIMPULAN

Pacta pengamatan pembuatan bahan refraktoriSiC dengan aditif clay dapat disimpulkan bahwa:

~, 6 J-.: 2001122