PEMILIHAN JENIS MATERIAL ELEKTRODA SUMBER ELEKTRON KATODA PLASMA

Volume 14, November 2012

ISSN 1411-1349

PEMILIHAN JENIS MATERIAL ELEKTRODA SUMBER ELEKTRON KATODA PLASMA Lely Susita R.M., Sudjatmoko, B.A. Tjipto Sujitno, Bambang Siswanto, Wirjoadi Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb 55010 Yogyakarta E-mail : [email protected]

ABSTRAK PEMILIHAN JENIS MATERIAL SISTEM ELEKTRODA SUMBER ELEKTRON KATODA PLASMA. Sistem elektroda yang dirancang adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menghasilkan plasma pulsa di dalam bejana plasma secara terkendali, dan terdiri dari sistem elektroda ignitor dan sistem elektroda generator plasma. Sistem elektroda ignitor terdiri dari dua buah yang dipasang pada sisi kiri dan kanan bejana generator plasma yang berfungsi menginisiasi lucutan, dan sistem elektroda generator plasma sebagai pembentuk plasma di dalam bejana generator plasma. Sistem elektroda ignitor terdiri dari katoda, anoda dan isolator antara katoda dan anoda. Sistem elektroda generator plasma terdiri dari katoda yang juga sama dengan katoda elektroda ignitor dan anoda yang juga sebagai dinding bejana plasma. Material katoda untuk sistem elektroda ignitor paling baik menggunakan material Mg karena mempunyai laju erosi ion γi paling rendah (11,7 µg/C) sehingga tidak mudah rusak (tererosi), serta mempunyai energi kohesif yang rendah (1,51 eV). Anoda pada sistem elektroda ignitor dan generator plasma dibuat dari material SS 304 non magnetik. Isolator antara katoda ignitor dan anoda ignitor terbuat dari teflon, karena mempunyai nilai resitivitas elektrik yang tinggi (>1018 Ω cm), sedangkan material isolator pada sistem elektroda generator plasma terbuat dari poliamide (PA6), karena pada konstruksi isolator antara katoda ignitor dan anoda generator plasma memerlukan sifat mekanik (kekerasan) yang tinggi. Kata kunci : Sistem elektroda, material elektroda, sumber elektron katoda plasma

ABSTRACT MATERIAL SELECTION FOR ELECTRODES SYSTEM OF PLASMA CHATODE ELECTRON SOURCE. Designed electrodes system is a system is to function as a controlled pulsa plasma generator in plasma reactor tube and this consists of electrode ignitor and electrode plasma generator. Ignitor electrode system consists of two electrodes system which are placed on the right and left of the tube. Each of the system consists of ignitor electrode system which initiates the discharge and electrodes system which generate plasma. Ignitor electrode system consists of chatode, anode and isolator between chatode and anode. Electrode system for plasma generator consist of chatode with the same chatode of ignitor electrode and anode of plasma tube wall. Cathode material for ignitor electrode system is better made of Magnesium (Mg) material due to its lowest ion erosion rate (γ = 11.7 µg/C) so it is difficult to be eroded and it has low cohesive energy (1.51 eV). Anode at ignitor electrode system and plasma generator are made of non magnetic of SS 304 materials. Isolator between ignitor chatode and anode is made of teflon due to its high electric resistivity (>1018 Ωcm) whereas isolator material for electrode system of plasma generator is made of poliamide (PA6), due to its high mechanical (hardness) properties. Keyword ; electrode system, electrode material, plasma chatode electron source

PENDAHULUAN esin pemercepat elektron sering disebut Mesin Berkas Elektron (MBE) adalah satu jenis teknologi baru yang telah dikembangkan dalam dua dekade yang lalu sebagai sumber radiasi pada proses iradiasi suatu produk industri. Pemanfaatan MBE dalam bidang industri telah berkembang pesat di negara-negara maju, terutama dalam proses pengeringan pelapisan (curing of coatings) permukaan bahan, proses

M

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 14, November 2012 : 166 - 176

pembentukan ikatan silang pada plastik, karet dan bahan isolasi kabel, proses vulkanisasi karet alam, sterilisasi peralatan medis, pengawetan bahan makanan, modifikasi tekstil dan graft polymerization. Apabila dibandingkan dengan proses termal konvensional ataupun proses kimia, maka proses iradiasi elektron mempunyai beberapa keunggulan antara lain: menghasilkan kualitas produk yang lebih tinggi, tidak menimbulkan polusi pada lingkungan, hemat energi, reaksi-reaksi terjadi pada suhu kamar, proses yang terjadi mudah 166


dikontrol, biaya operasi lebih rendah untuk produksi masal.[1] Pada saat ini sebagian besar MBE menggunakan sumber elektron dengan filamen yang dipanaskan, dilengkapi tabung akselerator, sistem pemfokus dan sistem pemayar; sehingga harga MBE cukup mahal, bentuknya cukup besar dan kurang kompak, serta berkas elektron yang mengenai permukaan bahan yang diradiasi masih kurang seragam. Untuk meningkatkan homogenitas dan efisiensi dari berkas iradiasinya serta kemudahan dalam pengoperasiannya maka jenis MBE juga berkembang, satu diantaranya adalah MBE pulsa yang menggunakan sistem sumber elektron berbasis katoda plasma. MBE jenis ini bentuknya kecil dan kompak, dan harganya relatif murah karena tidak menggunakan tabung akselerator, sistem pemfokus dan sistem pemayar. Dalam perkembangannya aplikasi berkas elektron pulsa cukup luas seperti dalam bidang industri MBE pulsa dapat digunakan dalam bidang kesehatan untuk industri pengolahan lateks karet alam, modifikasi permukaan pada industri semikonduktor dan polimer, serta industri pangan untuk pasteurisasi tanpa merusak tekstur dan nutrisi, juga netralisasi limbah. Komponen MBE pulsa terdiri dari bejana sumber elektron yang dilengkapi dengan elektron window, sumber elektron katoda plasma, sistem tegangan pemercepat dan pompa vakum. Sumber elektron katoda plasma yang juga disebut anoda berongga mempunyai dua sistem elektroda ignitor di sisi kiri dan kanan bejana generator plasma dan sistem elektroda generator plasma

ISSN 1411-1349

dengan grid yang dipasang di bawah dinding bejana generator plasma yang juga berperan sebagai anoda. Dalam makalah ini akan disajikan tentang deskripsi sistem elektroda dan jenis material elektroda yang berkaitan dengan persyaratan rancangan sistem elektroda yang meliputi kriteria dadal, hukum Paschen, laju erosi ion dan proses pembentukan plasma dari generator plasma.

DESKRIPSI SISTEM ELEKTRODA Sistem elektroda yang dirancang untuk sumber elektron katoda plasma adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menghasilkan plasma pulsa di dalam bejana plasma secara terkendali. Sistem elektroda terdiri dari dua sistem elektroda yaitu sistem elektroda ignitor dan sistem elektroda generator plasma, seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Sistem elektroda ignitor yang menginisiasi lucutan terdiri dari dua buah elektroda ignitor yang dilengkapi dengan dua unit sistem catudaya lucutan ignitor (IDPS). Sistem elektroda ignitor terdiri dari katoda, anoda dan isolator antara katoda dan anoda. Sistem elektroda generator plasma sebagai pembentuk plasma dalam bejana plasma dilengkapi dengan dua unit sistem catu daya lucutan busur (ADPS) dan sistem deteksi arus lucutan dan kerapatan plasma. Sistem elektroda generator plasma terdiri dari katoda yang juga sama dengan katoda elektroda ignitor dan anoda yang juga sebagai dinding bejana plasma.

Gambar 1. Sistem elektroda sumber elektron katoda plasma. Keterangan gambar : 1. Bejana plasma yang juga disebut anode berongga; 2. Anode pemicu; 3. Isolator; 4. Katoda sebagai sumber spot plasma; 5. Grid ekstraktor elektron; 6. Pemegang jendela; 7. Jendela elektron dari bahan Ti/Be; 8. Sumber daya pemicu, 10 kV, 100 mJ; 9. Sumber daya generator plasma; 10. Tegangan pemerecepat elektron; 11. Plasma spot; 12. Plasma. PEMILIHAN JENIS MATERIAL ELEKTRODA SUMBER ELEKTRON KATODA PLASMA Lely Susita R.M., dkk.

167


Sistem elektroda penghasil plasma, mempunyai dua sumber daya yaitu sumber daya ignitor (8) dan sumber daya generator plasma (9). Sumber daya ignitor (8) mempunyai spesifikasi tegangan 10 kV, dan energi 100 mJ mengalirkan tegangan melaui anoda (2) dan melalui isolator (3) akan membentuk spot plasma (11) di permukaan katoda (4) melalui proses lucutan permukaan, pada bejana plasma (1) dengan tekanan gas sekitar 10-4 Torr. Kemudian spot plasma (11) yang terbentuk akan dihamburkan oleh tegangan sumber daya generator plasma (9) dan hamburan spot plasma yang dipercepat tegangan sumber daya generator plasma akan mengionkan gas dalam rongga bejana plasma terbentuk lucutan busur plasma (12) di sekitar daerah anoda berongga (1), dan bila kedua sistem elektroda berjalan serempak maka keseluruhan ruang anoda akan terbentuk lucutan busur plasma. Oleh tegangan pemercepat (10) elektron yang lolos melalui grid (5) akan dipercepat sampai mampu menembus jendela Ti/Be (7) yang selanjutnya dimanfaatkan untuk iradiasi bahan.[2]

PEMBAHASAN Jenis Material Sistem Elektroda

ISSN 1411-1349

Untuk bejana plasma dengan tekanan sekitar 10-4 Torr, berdasar aturan Paschen, tegangan dadal antara katoda dan anoda sangat besar (sekitar ratusan kV untuk jarak elektrode beberapa cm).[3] Tegangan dadal gas (the gas breakdown voltage) VBr ditentukan sebagai fungsi dari perkalian tekanan gas p dan jarak antar-elektroda d. Telah dilakukan pengukuran tegangan dadal gas Ar dan He untuk tiga jenis material katoda Ag, Mg, Al oleh Mohamed Ali Hassouba dkk.[4] Tegangan dadal gas Ar yang diukur dalam kisaran pd 26 hingga 530 Pa cm (0.2 hingga 4.0 cm torr) sedangkan untuk gas He dari 133 hingga 2400 Pa cm (1.0 hingga 18 cm torr) untuk tiga jenis material katoda Ag, Mg, Al, ditampilkan pada Gambar 2 dan 3. Dari hasil pengukuran tersebut, menunjukkan bahwa tegangan dadal minimum (VBr)min Ar untuk ketiga material katoda terjadi pada nilai (pd)min = 80 Pa cm (0,6 torr cm), sedangkan (VBr)min He untuk ketiga macam katoda, terjadi pada nilai (pd) min = 530 cm Pa (4 cm torr). Tegangan dadal minimum (VBr)min tergantung pada jenis material katoda. Hal ini dapat dikaitkan dengan perbedaan fungsi kerja (work function) dari ketiga material katoda. Tegangan dadal minimum (VBr)min meningkat untuk work function material katoda yang lebih besar seperti ditunjukkan pada Tabel 1.

1. Material katoda

Gambar 2. Kurva Paschen untuk gas Ar menggunakan katoda Ag, Mg dan Al.


168


ISSN 1411-1349

Gambar 3. Kurva Paschen untuk lucutan He menggunakan katoda Ag, Mg dan Al. Tabel 1. Work function φ dan tegangan dadal minimum (VBr)min untuk jenis katoda dan gas yang berbeda.

φ(eV)

(VBr)min (Volt) [gas Argon]

(VBr)min (Volt) [gas Helium]

4,26-4,74

213

168

Magnesium (Mg)

3,66

192

162

Aluminium (Al)

3,6

182

152

Material Katoda Perak (Ag)

Spot plasma di permukaan katoda mempunyai ukuran mikrometer dan berintensitas cukup tinggi. Parameter dari spot plasma adalah laju erosi ion (ion erosion rate), dapat ditentukan dengan cara mengukur arus ion maksimum pada kondisi lucutan busur. Dari hasil eksperimen yang dilakukan oleh Savkin, KP.[5], laju erosi ion merupakan karakteristik dari bahan katoda dan tidak tergantung dari besarnya arus lucutan busur. Laju erosi ion umumnya lebih besar untuk unsur dengan energi kohesif rendah. Bahan-bahan yang mempunyai energi kohesif lebih besar memerlukan energi lebih besar untuk transformasi fasa bahan katoda padat menjadi plasma.

PEMILIHAN JENIS MATERIAL ELEKTRODA SUMBER ELEKTRON KATODA PLASMA Lely Susita R.M., dkk.

Laju erosi ion dari material katoda dapat ditentukan dengan cara mengukur arus ion total Ii, arus lucutan Iarc, dan distribusi muatan (charge state distribution) Qi, berdasarkan rumus

γi =

Ii M i M ⋅ = αi ⋅ i , I arc e Qi e Qi

(1)

dengan normalisasi arus ion αi = Ii/Iarc, Mi adalah massa atom dari material katoda, e adalah muatan keunsuran (1,602 x 10-19 coulomb). Hasil penelitian laju erosi ion untuk berbagai bahan katoda disajikan pada Tabel 2.[5]

169


ISSN 1411-1349

Tabel 2. Nilai normalisasi arus ion dan laju erosi ion pada arus lucutan 100 A. Material Katoda

Energi Kohesif

αi (%)

γi (µg/C)

(eV/atom) C

7,37

11,3

13,5

Mg

1,51

8,3

11,7

Al

3,39

8,3

14

Ag

2,95

6,0

27,8

Ti

4,85

6,8

15,2

V

5,51

5,7

12,8

Cr

4,10

8,0

18,2

Fe

4,28

6,0

16,9

Ni

4,44

4,8

14,5

Co

4,39

5,0

15,3

Cu

3,49

6,8

19,3

Zn

1,35

8,2

40,0

Zr

6,25

4,8

15,9

Nb

7,57

6,2

18,0

Cd

1,16

5,8

43,9

Ta

8,1

6,3

35,5

W

8,99

5,0

27,1

Pb

2,03

5,8

67,4

Bi

2,18

5,8

94,0

Dari data pada Tabel 2 dapat diketahui bahwa material katoda untuk sistem elektroda ignitor paling baik menggunakan material Mg karena mempunyai laju erosi ion γi paling rendah (11,7 µg/C) sehingga tidak mudah rusak (tererosi), serta mempunyai energi kohesif yang rendah (pada energi 1,51 eV telah terbentuk plasma). Semakin besar arus menuju katoda maka semakin besar spot plasma yang dihasilkan sehingga semakin besar pula partikel magnesium tererosi.

2. Material Anoda Kriteria dari bahan anoda pada sistem elektroda adalah 1. 2. 3. 4.

Tahan terhadap suhu tinggi Tahan terhadap korosi Mempunyai permukaan yang relatif luas Sifat daktilitas (keuletan) tinggi, sehingga dapat dengan mudah dibentuk.

Material anoda pada sistem elektroda ignitor adalah stainless steel (baja tahan karat) austenit


yang sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan material bukan magnet. Stainless Steel (SS) adalah paduan besi dengan minimal 12 % kromium. Komposisi ini membentuk protective layer (lapisan pelindung anti korosi) yang merupakan hasil oksidasi oksigen terhadap krom yang terjadi secara spontan. Meskipun seluruh kategori SS didasarkan pada kandungan krom (Cr), namun unsur paduan lainnya ditambahkan untuk memperbaiki sifat-sifat SS sesuai aplikasinya. Berdasarkan fasanya, stainless steel dapat dibagi menjadi enam kelompok: martensit, martensit-austenitik, feritik, feritik-austenitik, austenitik dan precipitation hardening steels. Kelima nama kelompok yang pertama mengacu pada komponen dominan dari struktur mikro baja (steel). Nama kelompok terakhir mengacu pada baja yang dikeraskan dengan mekanisme khusus yang melibatkan pembentukan endapan dalam struktur mikro baja. Dan hanya ada satu kategori dari baja tahan karat yang non-magnetik yaitu: baja austenitik, sedangkan yang lain adalah bersifat magnetik.[6-7] Tabel 3 menampilkan komposisi 170


ISSN 1411-1349

untuk berbagai kelompok baja tahan karat (stainless steel).

Perbedaan sifat mekanik SS terlihat pada kurva tegangan-regangan seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Baja martensit mempunyai kekuatan tarik (tensile strengths) tinggi tetapi sifat daktilitasnya (keuletan) rendah, sedangkan kekuatan baja austenitik rendah dan daktilitasnya sangat baik. Baja feritik-austenitik dan feritik mempunyai sifat mekanik di antara baja martensit dan austenitik.

Sifat Mekanik Stainless Steel SS dapat dibagi menjadi empat kelompok dengan sifat yang sama dalam setiap kelompok: martensit dan feritik-martensit, feritik, austenitikferitik dan austenitik.

Tabel 3. Komposisi untuk berbagai kategori baja tahan karat. Kategori Baja C ›0,10 ›0,17 ‹0,10

Martensit MartensitAustenit Kategori Baja

Komposisi (Berat %) Cr Ni Mo Lainnya 11-14 0-1 V 16-18 0-2 0-2 12-18 4-6 1-2 Komposisi (Berat %)

C

Cr

Ni

Mo

Lainnya

‹0,08 ‹0,25 ‹0,05

15-17 12-17 12-19 24-28 18-27

7-8 4-8 0-5 4-7

0-2 0-2 ‹5 1-4

Al Al, Cu, Ti, Nb Ti N, W

‹0,08

16-30

8-35

0-7

N, Cu, Ti, Nb

Precipitation Hardening Ferit Ferit-Austenit (Duplex) Austenit

Sifat Kekerasan Dapat dikeraskan

Sifat Kemagnetan Magnet

Dapat dikeraskan

Magnet

Sifat Kekerasan

Sifat Kemagnetan

Dapat dikeraskan

Magnet

Tidak dapat dikeraskan Tidak dapat dikeraskan Tidak dapat dikeraskan

Magnet Magnet Bukan Magnet

Gambar 4. Kurva tegangan-regangan untuk berbagai tipe stainless steel.


171


ISSN 1411-1349

Sifat Fisik Stainless Steel Tabel 4 dan Gambar 5-7 menunjukkan nilai berbagai sifat fisik dari stainless steel. Tabel 4. Sifat fisik untuk berbagai tipe stainless steel. Sifat Fisik Densitas (g/cm3) Modulus Young (MPa) Ekspansi Termal (×10-6/°C) 200-600°C Konduktivitas Termal (W/m°C) 20°C Kapasitas Panas (J/kg°C) 20°C Resistivitas (nΩm) 20°C Sifat Magnet

Martensit 7,6-7,7 220 12-13 22-24 460 600 Maget

Tipe Stainless Steel Ferit Austenit 7,6-7,8 7,9-8,2 220 195 12-13 17-19 20-23 12-15 460 440 600-750 850 Magnet Bukan Magnet

Ferit-Austenit 0,8 200 13 20 400 700-850 Magnet

Gambar 5. Modulus elastisitas stainless steel tipe Austenit.

Gambar 6. Konduktivitas termal stainless steel tipe Austenit dan Dupleks.


Gambar 7. Ekspansi termal stainless steel tipe Austenit dan Dupleks.

172


Dari Gambar 6 dan Tabel 4 terlihat bahwa konduktivitas termal baja austenit paling rendah dibandingkan dengan baja martensit, baja ferit dan baja ferit-austenit. Sedangkan dari Gambar 7 ditunjukkan bahwa ekspansi termal baja austenit jauh lebih tinggi daripada jenis baja lainnya. Hal ini dapat menyebabkan tegangan termal pada aplikasi dengan fluktuasi suhu, perlakuan panas dan pada pengelasan (welding).[8] Komponen anoda pada sistem elektroda ignitor dan anoda pada sistem elektroda generator plasma yang merupakan dinding bejana plasma dibuat dari material SS 304 (kelompok baja tahan karat austenitik), karena SS 304 mempunyai sifat daktilitas (keuletan) tinggi sehingga dapat dengan mudah dibentuk, sifat mampu las yang baik (weldability) dan non magnetik.

Material Isolator Fungsi yang paling penting dari material isolator adalah untuk mengisolasi/memisahkan bagian bagian yang bertegangan satu sama lain dan terhadap bumi (ground). Namun demikian selain berfungsi sebagai isolator, material ini harus mampu menahan beban mekanis, mampu menahan beban panas maupun tahan terhadap korosi. Beban-beban tersebut seringkali terjadi secara simultan, sehingga efek bersama dari berbagai parameter tersebut harus diketahui. Bergantung pada jenis aplikasinya, ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi. Sebagai contoh karakteristik elektrik yang harus dipenuhi meliputi (1) memiliki kekuatan elektrik yang tinggi (2) memiliki dielektrik losses yang rendah (hal ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya pemanasan lebih pada material isolasi, (3) memiliki konstanta dielektrik yang sesuai dan (4) memiliki kekuatan tracking yang tinggi selama terjadinya tekanan pada permukaan material, hal ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya tracking atau erosi. Sedangkan karakteristik mekanik meliputi (1) kekuatan tensil yang tinggi (misal pada isolator saluran udara), (2) memiliki kekuatan tarik yang tinggi (isolator pada gardu induk), (3) memiliki kekuatan tekan yang tinggi (isolator pedestal pada antenna), atau kekuatan menahan tekanan (isolator CB dengan tekanan internal). Karakteristik mekanik seperti modulus elastisitas, kekerasan dan lain sebagainya merupakan karakteristik yang sangat berhubungan dengan tekanan dan perancangan yang sesuai. Peralatan listrik sering kali mengalami kenaikan suhu pada operasi normal sebagaimana pada kondisi gangguan atau dimaksudkan untuk dioperasikan pada temperatur tinggi. Spesifikasi dari sifat termal yang harus diperhatikan meliputi kekuatan bertahan terhadap panas yang tinggi, konduktivitas termal yang tinggi, koefisien ekspansi termal yang rendah, PEMILIHAN JENIS MATERIAL ELEKTRODA SUMBER ELEKTRON KATODA PLASMA Lely Susita R.M., dkk.

ISSN 1411-1349

dan kekuatan terhadap busur api yang tinggi. Material isolator seharusnya juga tidak sensitif terhadap kondisi lingkungannya. Oleh karena itu material isolasi hendaknya memiliki beberapa sifat lain seperti ketahanan terhadap ozone, impermeabilitas, bersifat higroskopik/daya serap air rendah dan sifat kestabilan terhadap radiasi. Dalam sumber elektron katoda plasma, isolator digunakan untuk sekat antara katoda dan anoda dan akan menerima beban tekan, radiasi, lingkungan reaktif (plasma), beroperasi pada suhu plasma yang cukup tinggi dan dioperasikan pada tegangan tinggi pula (150 kV). Berdasar pada pertimbangan tersebut maka sebagai isolator dipilihlah Teflon (PTFE) atau Poliamide (PA6).

Material Teflon Nama Teflon merupakan nama dagang, nama ilmiahnya adalah politetraflurotilena dan disingkat dengan PTFE. Polimer jenis ini dihasilkan dari proses polimerisasi adisi senyawa turunan etilen yaitu tetrafluoroetilena (CF2 = CF2). Teflon sangat tahan terhadap bahan kimia, tahan panas, mempunyai koefisien gesek yang rendah (tidak mudah aus), mempunyai permukaan yang sangat halus (licin), sifat ini menjadikan Teflon sangat cocok untuk diaplikasikan dalam pembuatan segel (seal) temperatur tinggi, isolator maupun bagian dari bantalan (bearing). Bagian ini banyak digunakan dalam bidang semikonduktor, angkasa luar, maupun proses industri kimia maupun proses pengolahan industri makanan. Teflon merupakan jenis isolator yang terbuat dari bahan organik yang mampu beroperasi di atas suhu1800C hingga maksimum 2600C. Tipe, warna maupun bentuk Teflon yang tersedia dipasaran disajikan pada Tabel 5. Sedang sifat-sifat Teflon seperti sifat mekanik, termal maupun sifat elektrik disajikan pada Tabel 6 dan 7.[9,10]

Material Poliamide (PA6) Poliamida merupakan keluarga polimer yang membentuk hubungan amida (CO-NH) selama polimerisasi dan disebut Poliamida (PA). Yang paling penting anggota keluarga PA adalah nilon, yang kedua adalah nilai utama nilon adalah 6, angka 6 menunjukkan jumlah atom karbon dalam monomer. Sifat dari PA 6 ini kuat, sangat elastis, tangguh, abrasi perlawanan, self pelumas. Sifatsifat ini membuat PA6 mempunyai sifat mekanik yang stabil bahkan sampai pada suhu 12500C. salah satu kekurangan dari PA6 adalah bahwa ia sangat mudah menyerap air dengan disertai sifat degradasi. Sifat-sifat mekanik, elektrik dan termal PA 6 disajikan pada Tabel 7.[11]

173


ISSN 1411-1349

Tabel 5. Beberapa Tipe, Warna dan Bentuk dari Teflon. Type (Tipe) Virgin, Carbon-filled Bronze, Glass-filled and Etched

Colur (warna) White, Black and Brown

Shape (Bentuk) Sheet (Lembaran), Rod (Lonjoran), Hollow (Rongga), Tubing (Tabung), and Strip (Sirip)

Tabel 6. Sifat-Sifat (Mekanik, Termal dan Elektrik) Teflon dan Matetrial Sejenisnya. N o

Description

Unit

PTFE (Teflon)

PE

PC

POM

PP

PVC

PA6

Mechanical Properties (Sifat Mekanik) 3

g/cm

2,18

0,97

1,2

1,41

1

1,4

1,7

-

0,05

0,2

0,31

0,032

0,25

-

0,36

MPa

33,4

22,1

40

60

33

55

76

%

500

400

110

35

148

33

30

Ball Indentation Hardness

N/mm2

30

38

80

140

75

75

165

6

Notched Charpy Impact Strength

J/cm

1,55

2,79

1,44

0,53

1,26

5,29 (izod)

1,95

7

Modulus of Elasticity

N/mm2

700

700

2300

3200

1450

3000

3100

90

60

100

1

Density

2

Coefisient of Friction

3

Tensile Strength

4

Elongation Break

5

of

Thermal Properties (Sifat Termal) 1

Max Continuous Operating Temperatur

0

C

260

80

125

110

2

Linear Expansion Factor @ 230C

K-1

1,7x104

1x104

0,7x104

1x104

3

Thermal Conductivity @ 230C

W/m* K

0,21

0,4

0,19

0,31

0,22

0,14

0,23

1,5x104 0,8x104 0,8x104

Electrical Properties 1

Volume Resistance

Ohm.c m

> 1018

> 1015

> 1017

> 1015

> 1016

> 1015

> 1015

2

Surface Resistance

Ohm

> 1014

> 1014

> 1015

> 1013

> 1013

> 1013

> 1013

3

Dielectric Strength

kV/m m

11

45

27

55

127

20

26,4


174


ISSN 1411-1349

Table 7. Sifat-Sifat Poliamide PA 6. Mechanical properties Quantity Young’s modulus Tensile strength Elongation Compressive strength Fatigue Bending strength Impact strength Yield strength Physical properties Quantity Thermal expansion Thermal conductivity Specific heat Melting temperature Glass temperature Density Resistivity Breakdown potential Dielectric loss factor Friction coefficient Refraction index Shrinkage Water absorption

Value 2300-2500 48-85 100-320 46-90 31-34 110-120 0,44-3 35-40

Value 83-120 0.245-0.,27 1.592-1.7 220-223 50-75 1120-1140 1e+17 – 1e+20 17-35 0.04-0.06 0.38-0.45 1.53-1.53 0.3-2 2-4

Material isolator antara katoda ignitor dan anoda ignitor terbuat dari teflon, karena mempunyai nilai resitivitas elektrik yang tinggi (>1018 Ω cm), sedangkan material isolator pada sistem elektroda generator plasma dibuat dari poliamide (PA6), karena konstruksi isolator antara katoda ignitor dan anoda generator plasma memerlukan sifat mekanik (kekerasan) yang tinggi.

KESIMPULAN

Unit MPa MPa % MPa MPa MPa J/cm MPa

Unit e-6/K W/m.K J/kg.K °C °C Kg/m3 Ohm.mm2/m kV/mm

% %

Sistem elektroda ignitor terdiri dari katoda dengan menggunakan material Mg (magnesium), anoda terbuat dari material SS 304 non magnetik, dan isolator antara katoda dan anoda dari teflon. Sistem elektroda generator plasma terdiri dari katoda ignitor untuk inisiasi terbentuknya plasma dari material Mg, anoda yang merupakan dinding bejana plasma dibuat dari material SS 304 non magnetik, isolator antara katoda ignitor dan anoda generator plasma dibuat dari poliamide (PA6).

Berdasarkan pembahasan tersebut di atas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

UCAPAN TERIMA KASIH

Sistem elektroda sumber elektron katoda plasma adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menghasilkan plasma pulsa di dalam bejana plasma secara terkendali. Masing-masing sistem elektroda tersusun atas sistem elektroda ignitor yang menginisiasi lucutan dan sistem elektroda pembentuk plasma.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Widdi Usada, Bapak Agus Purwadi dan Bapak Aminus Salam atas bantuan baik teori maupun teknis sehingga dapat memahami sumber elektron berbasis katoda plasma. Terima kasih kepada Bapak Heri Sudarmanto, Bapak Saefurochman, dan Bapak Untung Margono atas bantuan diskusi dan teknis dalam membahas


175


masalah sistem elektroda ignitor maupun generator plasma.

DAFTAR PUSTAKA [1] SUDJATMOKO, "Rancang Bangun Sumber Elektron Katoda Plasma", Proposal Program Insentif Proliptek 2012. [2] WIDDI USADA, AGUS PURWADI, LELY SUSITA, "Karakteristik Spot Plasma Pada Lucutan Busur Plasma", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN, Yogyakarta, 2012. [3] V F PUCHKAREV and M B BOCHKAREV, "Cathode Spot Initiation Under Plasma", J. Phys. D: Appl, Phys. 27 (1994) 1214-1219. Printed in the UK. [4] MOHAMED ALI HASSOUBA, F. FAHMY and A. ABUWALI ELAKSHAR GARAMOON, "Measurements of The Breakdown Potentials for Different Cathode Materials in The Townsend Discharge", FIZIKA A 11 (2002)2, 81-90, Egypt. [5] K.P. SAVKIN, "Measurements of Ion Erosion Rate of Cathode Material in a Vacuum Arc Discharge", Intense electron and ion beams, 2005. [6] BÉLA LEFFLER, "Stainless-Stainless Steels and Their Properties". [7] D. PECKNER, I. M. BERNSTEIN, "Handbook of Stainless Steels", McGraw-Hill, 1977.


ISSN 1411-1349

[8] H. NORDBERG, "Mechanical Properties of Austenitic and Duplex Stainless Steels", in Stainless Steel 93. Innovation Stainless Steel, Florens, 1993. [9] http://id.wikipedia.org/wiki/teflon [10] http://en.wikipedia.org/wiki/polytetrafluoroethylene [11] http: //www.matbase.com/material/polymers/ engineering/pa-6/prope

TANYA JAWAB Widdi Usada − Adakah unsur / material selain Mg yang bagus untuk bahan katode ? Lely Susita − Berdasarkan penelitian laju erosi ion untuk berbagai bahan katoda yang dilakukan oleh Savkin K.P dan disajikan pada Tabel a, ditunjukkan bahwa beberapa material katoda mempunyai energi kohesif rendah (mudah membentuk spot plasma) antara lain Al, Ag, Zn, Cd, Pb, dan Bi tetapi nilai laju erosi ion materia tersebut sangat besar artinya materil Al, Ag, Zn, Cd, Pb, dan Bi mudah tererosi, karena semakin besar spot plasma yang dihasilkan maka semakin besar pula partikel material tersebut yang tererosi.

176

PEMILIHAN JENIS MATERIAL ELEKTRODA SUMBER ELEKTRON KATODA PLASMA

Recommend Documents