Prosiding Pertemuandan PresentasiIlmiah P3 TM-BATAN; Yogyakarta14 -15 Juti 1999
Buku I
97
PEMBUA T AN PARTIKULAR KOMPOSIT AISi/SiC DENGAN METODE MET ALURGI SERBUK Arya Rezavidi, UPT-LSDE-BPPT,
Serpong
Budiarto Pusat Penelitian
Sains Materi-BATAN
Serpong
ABSTRAK PEMBUATAN PARTIKULARKOMPOSITAISi/SiCDENGAN METODE METALURGI SERBUK: Telah di/akukan pembuatan partiku/ar komposit AISi/Si menggunakan metoda metalurgi serbuk Kedua campuran serbuk dengan perbandingan persen volume 95 ..5.85: /5.75 : 25.65 : 35, dan 50 : 50. dikompaksi 7,0 ton/cm 2, sinter pada 850 °C. 950 °e, dan /050 °c se/ama / jam. Komposit AISi/SiC yang dihasi/kan dikarakterisasi dengan pengukuran struktur krista/, uji kekerasan dan kerapatan masa. Didapat pola difraksi komposit yang serupa dengan po/a A/Si hanya saja terjadi penurunan intensitas yang signifikan pada puncak (///). (200). (3//). Hasi/ uji kekerasan menunjukkan ni/ai kekerasan berkisar antara: /06,65., /30,88 VHN. dan ni/ai kerapatan massa : /,989 -2,886 gr/cm3.
ABSTRACT SYNTHESISOF AISi/SiC PARTICULARCOMPOSITEWITH POWDERMATALURGY METHOD. The synthesisAISi/Sicparticular compositeusingpowder metallurgytechniquehavebeen carried out. The two mixerpowder with ratio volumeratio 95.. 5.85: 15.75: 35.65: 35,and50: 50 well pressedat 7.0tonlcm 2, sintering at 850 °C, 950 °C, and 1050 °c for 1 hour. Theproduct ofAISi/SiC compositewas characterized with crystal structure measurement, hardnesstester,and density tester. It was found that the difraction pattern was similar to AISi but there is decreaseofpeak intensityespeciallyon (111), (200),and (311). The hardnestester result show the hardnesstester value about 106.65-130.88 VHN, and the density value 1.989-2.886 grlcm3.
PENDAHULUAN B
ahan alumunium silikat dipergunakan dalam bidang
(AISi) biasanya rekayasa dipakai
sebagai kawat penghantar karena memiliki keunggulan memiliki daya hantar listrik dan daya hantar panas yang tinggi dan resistansi korosi dibanding dengan logam murni lain, hanya kekurangan bahan ini bersifat luluh atau lunak. Sehinggadiharapkandengan adanya penguatSiC dalam AISi, bahan ini diramalkan memperbaiki sifat mekaniknya sehingga cocok untuk dipergunakan sebagaibahan struktur komponenkomponenmesin yang sukar dibuat denganteknik pengecoran.Sedangkanpemilihan silikon karbida sebagaibahan penguattembaga dipertimbangkan karena memiliki sifat optimal dalam kekerasannya (9,5 skala Mohs), sifat thermal yang baik dengan sifat muai yangrendah,sifat mekanikdan resistansi korosi yang baik. Sifat mekanik yang baik dari bahaninidisebabkankarenaikatankovalendari SiC dimana tiap atom silikon dikelilingi oleh atom karbonsecaratetra,dengansebabitu bahanini sukar disinter, meskipundisinter sambilditekanbahanini sukar terbentuk menjadi spatu padatan dalam bongkah yang besar. SiC digunakan sebagai komponen tungku pemanas, plat-plat alas pembakaran dan juga digunakan sebagi elemen ISSN0216-3128
pemanas,pelapis anti korosif, bagian-bagianmesin (sebagaibahan resistansi panas), pelapis elemen bakar nuklir berbentuk kel.ereng (kernel fuel element), bahan refaraktori, bahkan karena SiC memiliki band gap sebesar2,2ev, bahan ini dapat digunakansebagaibahanvaristor ( sensoryangpeka terhadapsentuhan)dll. Karenapermasalahandi atas maka , perlu dilakukan pembuatan dan kajian karakteristikpartikular komposit AISi/SiC dimana AISi diperkuatoleh gugus SiC dibawah temperatur leleh matrik AISi (1173°C),sehinggamenghasilkan sifat bahan yang lebih keras karena pengaruh penguatanSiC tersebut. Produk keramik silikon karbida ~SiC) merupakansalah satujenis keramikkarbida dengan nilai kekerasanyang tinggi. SiC memiliki ikatan kovalen dimana tiap atom silikon (Si) dikelilingi atom karbon (C) secara tetrahedral dengan dua macampolimorpi : * Memiliki struktur heksagonal yang dikenal dengan SiC rasa a dengan wilma kelabu kehitaman dan temperatur pembentukkannya diatas20000C. * Memiliki struktur kubus yang dikenal dengan SiC rasa 13 dengan warna hijau dengan temperaturpembentukannya dibawah20000C.
Arya Rezavidi,dkk.
0,
, ,: ,
Secaragarisbesarpenelitianini dilaksanakan dalam beberapa tahap yaitu :Penyiapan sampel, perlakuan panas (sintering), karakterisasi dan evaluasi produk, sehingga kalau digambarkan kedalam diagram alir pelaksanaanpenelitian ini adalah.
-~
I
, I
I I
I PENIMBANGAN
DAN
IPENCAMPURAN .u
.'
I ~ENGEPRESAN
0"
O.'I~
=:>AISi, SiC, PV A II SiC=5, 15,25,35, daD50 % I
I ~
PEMANASAN
=:>di aliri argon: 850°C. 950°C dan lO50oC
Gambar a.Struktur kubus yang identikdengan f3SiC, b.Struktur site A dari f3-SiC c.Struktur Site B daTif3-SiC
7"ton/cm2
UI KARAKTERISASI
I
=:> Kekerasan,
Bahan
I Kerapatan massa, I Identifikasi rasa Gambar 2. Diagram alir pembuatanPartikular Komposit AISi/SiC
AISi 99 %, serbuk (Merck) dan SiC 99 %, serbuk, PVA (Aldrich)
BASIL DAN PEMBAHASAN
BAHAN DAN T A TA KERJA
Alat -Difraktometersinar-x,tipe XD610 (Shimadzu) -Hardnesstester,tipe M(Shimadzu) -Timbangananalitik
,
Analisa uji kekerasan Dari pengujian kekerasanyang dilakukan hasilnya dapatdilihat padatabel1.
Tata kerja Tabell. Data basil pengukurankekerasandari kompositAISi/SiC pactasuhusinter: 850 °C, 950 °c danl050
°C.
Dari rebel 1 menunjukkan terjadinya kecenderunganpeningkatannilai kekerasandengan bertambahnya perbandingan.maupun temperatur sinter. Hal ini kemungkinandisebabkanoleh adanya tegangan sisa akibat tekanan kompaksi yang terdistribusi meratadan kemungkinanadanya pori yang mengecil, sehingga pada temperatur sinter dinaikkan memiliki kekerasan yang lebih tinggi. Padaprosessinterbahan komposit,maka kelarotan masing-masingrasa sangat rendah bahkan tidak saling larot. Oleh sebabitu, ketika terjadi transport massa pada proses sinter, maka transport massa yang terjadi hanya antar partikel yang sejenisyaitu antar partikel AISi (matriks). Sedangkantransport massa antara partikel AlSi dan SiC terhambat. Dengan adanya transport massa yang terhambat Arya Rezavidi,dkk.
maka: tejadi teganganpada antar muka A1Si/SiC ketika sinter yang akan membentuktegangansisa pada sampelsetelahdisinterbahkandapatterbentuk retak pada daerahsekitar rasa SiC, selain itu juga akan terbentuk pori-pori pada matriks antar A1Si partikel SiC. Hal ini sesuasidenganbasil penelitian oleh Zhang,dkk [9]yang menggunakan prosestekan panas dari bahan keramik komposit A1Si(7% Si)/SiC( 80 % : 20 % vol.), dimana nilai kekerasan 115,8 :t 2,8 VHN, sedangkan basil penelitian menghasilkankekerasanantara 106,65 -130,88 VHN. Analisa uji kerapatan massa Dari pengujian kerapatan massa yang dilakukan hasilnya dgpatdilihat pada tabel 2. Dari
ISSN0216-3128
Prosiding Pertemuan don Presentasi /lmiah P3TM-BATAN. Yogyakarta 14 -/5 Juli 1999
tabel menunjukkan terjadinya kecenderungan peningkatan kerapatan massa dengan bertambahnya perbandingan maupun temperatur sinter. Hal ini disebabkan karena jika temperatur sinter makin tinggi maka penyusutan yang terjadi makin besar. Penyusutan inilah yang akan meningkatan kerapatan massa pellet. Temperatur sinter yang makin tinggi berarti akan makin besar pula energi aktivasi yang mendorong terjadinya transport massaselama sinter. Hal ini mengakibatkan penyusutan yang terjadi makin besar pula. Penyusutan yang besar menyebabkan densiflkasi karena volume sampel mengecil clan partikel menjadi lebih rapat Hal ini
BukuI
99
sesuasidenganbasil penelitian oleh Zhang, dkk [9] yang menggunakanprosestekan panas dari bahan keramik komposit AISi(7% Si)/SiC( 80 % : 20 % vol.), dimana nilai kerapatanmassa2,778 gr/cm3, sedangkan basil penelitian menghasilkan nilai kerapatanmassaantara1,989-2,886 gr/cm3.Hal ini dapat terjadi karena proses tekan panas akan mengakibatkandensifIkasiyang lebih tinggi akibat pemberian tekanan ketika sinter dan mencegah pembentukanpori. Pemberian tekanan ini akan melawan tegangan balik sinter akibat transport massa.Akibatnyadensitasnyaakan lebihtinggi.
Tabel 2. Data hasil pengukuran kerapatanmassa daTikomposit AISi/SiC pada suhu sinter 8500 C, 9500 C danl0500 C.
Analisa Identifikasi rasa Hasil pengamatan pola difraksi struktur bubuk bahan AlSi, mengandung dua unsur yang berbeda clan memiliki struktur kristalografi yang tidak sarna. Fasa Al menggunakan grup ruang Fm3m (1-255) dengan simetri kristal FCC, parameter kisi awal, (a) = 4,05 A, dan rasa Si menggunakan grup ruang Fd3m (1-227) dengan simetri kristal kubus (diamond), parameter kisi awal (a) = 5,43 A dengan konstanta kisi (a) = 4,4391 A [7) .Hasil pengamatanpola difraksi struktur bubuk SiC, berupa struktur Face Center Cubic (FCC), dengan konstanta kisi (a) = 4,4391 A [g) .Hasil analisa dengan difraksi sinar-x untuk komposit AISi/SiC dengan komposisi SiC yang berbeda dapat dilihat pada gambar 3a sid 3e, Dari gambar 3a, menunjukkan bahwa pola difraksi dari bahan komposit AISi/SiC dengan variasi persen volume( 95 : 5 ), dan puncak-puncak difraksi .AlSi, .SiC, Gambar 3b, menunjukkan bahwa pola difraksi dari bahan komposit AISi/SiC dengan variasi persen volume (85 : 15) clanpuncak-
ISSN0216-3128
puncak difraksi .AISi, .SiC, gambar 3c, menunjukkan bahwa pola difraksi dari bahan komposit AISi/SiC dengan variasi persen volume (75 : 25),an puncak-puncakdifraksi .AISi,. SiC, Gambar3d, menunjukkanbahwa pola difraksi dari bahan komposit AISi/SiC dengan variasi persen volume (65 : 35), dan puncak-puncakdifraksi. AISi, .SiC sertapada Gambar 3e, menunjukkan bahwa pola difraksi dari bahan komposit AISi/SiC dengan variasi persenvolume.95 : 5, b).85 : 15, c).75 : 25, d).65 : 35, dan e).50 : 50, .AISi, .SiC terjadi Dari Gambar 3a, menunjukkanbahwa pola difraksi dari bahan komposit AISi/SiC dengan variasi persenvolume (50 : 50), dengan puncakpuncak difraksi .AISi,. SiC. Dari Gambar3a-5e terlihat terjadi pergeseran posisi puncak-puncak kearah sudut 20 yang lebih kecil. Pergeseranini menandakan adanya dilatasi kisi yang diduga berasal dari masuknya SiC kedalam komposit AISi/SiC.
Arya Rezavidi,dkk.
.-. ~
.
.. n
.~
.... .
..c: r:
..
n u .w
.. n C
.. C
.
.~
Q u
~
-.-
... ~
0
-
~
c
~::=~C' l. 'G i
0 .!'G
A J
~
'0
,""'. eo
.
.I.
70
10
2' 0".'- Cd..!
1
hi/)
..a -"
... ,..",
;
---
.1
-oi" .9.-
.~~~
~
C
to -.2-
---
c
0'" )0
. n
1... -"
,
..>. "
..
~... .'0,
c
... c
.I.
0-'0 Gambar
3,
~
..-",
'0
-0
'll
'."(;1;5
.,,.._~=J\...!.,:j; ~ ,
7~
.n.,~
.,"
..
id..1
.to
u
~
I. ..
___l~g}_._:
.1
--.
.
L -,£00). :;;;.t I
()II)
~ ~
---~'0
50
.0
l'
'0
10
1. loj..)
-+'0
Difraktogram dari bahankompositAISi/SiC denganvariasi persenvolume, a).95 ; 5, b).85 c).75 : 25, d).65 : 35, daDe).50: 50, .AISi,. SiC
Arya Rezavidi, dkk.
15,
ISSN 0216-3128
4.
KESIMPULAN Dari penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan sebagaiberikut: .
6. PROF. IR. TATA SURDIA MS. MET.E & PROF. DR .SHINROKU SAITO, " PengetahuanBahan Teknik ", Pt Pradaya Paramita,Jakarta.1975.
Nilai kerapatan massa (densitas) akan semakin besar, dengan semakin besarnya penambahan % vol. komposisi SiC.
7. JOHN B. WACHMANN., Stnictural Ceramic., Treatiseon Material Scienceand Technology., AcademicPress,Inc., 1979.
Nilai kekerasan akan semakin besar, dengan semakin besamya penambahan % vol. komposisi SiC. 0
8. PARIKIN, GUNAWAN, W.PRASUAD, A.PURWANTO, YATNO, SETAWAN, Pengukuran Tegangan sisa Pada Paduan Alumunium-Silikon Dengan Teknik Difraksi Sinar-x, Prosiding Pertemuan Ilmiah sains Materi 1996, halo 89-1.03.PPSM,BATAN, Serpong,22-23 Oktober 1996
Didapat pola diftaksi komposit yang serupa dengan pola AISi hanya saja terjadi pergeseran posisi puncak-puncak kearah sudut 2e yang lebih kecii.. Pergeseran ini menandakan adanya dilatasi kisi yang diduga berasal dari masuknya SiC kedalam komposit AISi/SiC.
UCAPAN TERIMA KASIH Pactakesempatanini penulis mengucapkan banyak terimakasihkepadapimpinan Laboratorium LSDE, BPPT Serpong,dan sdr Erik dan Eka daTi mahasiswaTeknik Kimia, FTI, Univ. Jayabayayang telah membantupenelitianini.
DAFTARPUSTAKA D. J. LLOYD at-al., Microstructural AI-SiC PartialsilateComposites.,Microstructural
2.
10. J.ZHANG, A. T. ALPAS, Wear Regimes in Ceramic Particulate Reinforced Alumunium Alloys, Proceedingof ASTM 1993, Materials Congress, Materials Week'93, Pennylvania, 1993,p.65-75
TANYAJAWAB Silakhudin *
NOR AZMAH ABD. KADIR et-al., Some Characteristics of Hot-Pressed Silicon Carbide., Standard&;Industrial Research Institute of Malaysia,1993.
Apakah dipakai
Science,vol 17(1977).
3. CARDUNER, KEITH R et-al., Characterization of B-Silicon Carbideby Silicon-29 Solid- State NMR, TransmissionElectron Microscopy,and Powder X-ray Diffraction, J. Am. Ceram.Soc., 73(7)2271-76(1990).
5
9. R.W.G. WYCKOFF, Crystal Structures,vol.l Interscence, New York 19.
W (40%)
metode untuk
"metalurgi membuat
kira-kira
serbuk"
paduan
bagaimana
bisa
Cu (60%)
juga clan
hasilnya.
Budiarto
*
Metode
"Metalurgi
Serbuk "
bisa
untuk
membuatapaduan Cu60W 40, untuk mengetahui hasilnya harus dilakukan karakterisasi terhadap sifat fisik, sifat mekanik dan sifat kimianya.
SUNIL DUTA., Densificationand Propertiesof -Silicon Carbide., J. Am. Ceram. Soc.,
67(10)C-269-C-270(1975).
ISSN0216-3128
Arya Rezavidi,dkk.
