Thermal Shock Resistance pada keramik Kaolin

RUSIYANTO, Ir. M. Waziz Wildan, MSc.,Ph.D

2005 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Kaolin (Al2Si2O5(OH)4) merupakan salah satu bahan keramik yang banyak digunakan untuk porcelain, chinaware, furnace lining, dan bata tahan api. Salah satu sifat bahan keramik yang penting untuk diketahui adalah thermal shock resistance atau ketahanan material terhadap perubahan temperatur yang mendadak. Sifat thermal shock resistance ini sangat penting untuk material refraktori. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui thermal shock resistance pada keramik kaolin. Spesimen berbentuk balok dengan ukuran 10 x 8 x 50 mm3 dibuat dari serbuk kaolin yang dikompaksi dengan tekanan 25 MPa secara uni-axial. Spesimen disinter pada temperatur 1400 ºC, 1450 ºC, dan 1500 ºC dengan penahanan 1 jam serta laju kenaikan temperatur 5 ºC/menit. Densitas diukur dengan menggunakan teori Archimedes. Spesimen yang telah disinter, kemudian dipolish dan dipanaskan pada temperatur 30, 130, 230, 330, 430, 530, 630 ºC selama 1 jam, kemudian diquench ke dalam air dengan temperatur 30oC. Kekuatan bending spesimen yang telah dithermal shock diuji dengan metode three point bending. Densitas aktual meningkat dengan naiknya temperatur sinter, pada temperatur 1400 oC sebesar 2,357 gr/cm3 dan pada temperatur sinter 1450 oC sebesar 2,484 serta pada temperatur sinter 1500 oC sebesar 2,624 gr/cm3. Berdasarkan pengujian bending, kekuatan bending untuk temperatur sinter 1400 oC pada ΔT = 0 ºC sebesar 40,47 MPa, ΔT = 200 ºC sebesar 50,31 MPa dan kekuatan menurun drastis pada ΔT = 300 ºC menjadi 19,50 MPa. Kekuatan bending untuk temperatur sinter 1450 oC pada ΔT = 0 ºC sebesar 59,94 MPa, ΔT = 200 ºC sebesar 42,01 MPa dan kekuatan menurun drastis pada ΔT = 300 ºC menjadi 17,62 MPa. Kekuatan bending untuk temperatur sinter 1500 oC pada ΔT = 0 ºC sebesar 109,76 MPa, ΔT = 0 ºC sebesar 98,14 MPa dan kekuatan menurun drastis pada ΔT = 300 ºC menjadi 24,47 MPa. Semua spesimen mengalami penurunan kekuatan secara drastis antara ΔT = 200 ºC sampai ΔT = 300 ºC.

Kaolin (Al2Si2O5(OH)4) is a kind of ceramic materials which has many applications in porcelain, chinaware, furnace lining, and firebrick. As that material can be applied in high temperature, it is important to investigate its thermal shock resistance. Thermal shock resistance indicates the ability of a material to withstand from failure due to rapid temperature changes. The purpose of this study is to investigate thermal shock resistance of kaolin ceramics. Green body specimens with a square bar shape and dimensions of (10 x 8 x 50) mm3 were uni-axially pressed with a pressure of 25 MPa. The green bodies were then pressureless sintered in a furnace for 1 hour and various temperatures of 1400 ºC, 1450 ºC, and 1500 ºC using a heating rate of 5 ºC/min. The density of sintered samples was measured using Archimedes method. The sintered and polished samples were heated up with a heating rate 5 ºC/minute to various temperatures of 30, 130, 230, 330, 430, 530, and 630 ºC and held for 1 hour. They were then thermal shocked by rapid cooling (quenching) to a water media with a temperature of 30oC. The strength of samples was measured using three point bending test. The results show that the density of the sintered samples increases with increasing sintering temperature. The density values are 2.357 gr/cm3, 2.484 gr/cm3 and 2.624 gr/cm3 for the samples sintered at 1400 oC, 1450 oC and 1500 oC respectively. For the samples sintered at 1400 oC, the bending strength is 40.47 MPa (ΔT = 0 ºC) and 50.31 MPa (at ΔT = 200 ºC) and this strength then decreases significantly to 19.50 MPa (at ΔT = 300 ºC). The strength of samples sintered 1450oC also sligthly decreases from 59.94 MPa (at ΔT = 0 ºC) to 42.01 MPa (at ΔT = 200 ºC) and then it decreases significantly to 17.62 MPa (at ΔT = 300 ºC). A similar trend of bending strength is also obtained in samples sintered at 1500 oC, in which the bending strength slightly decreases from 109.76 MPa (at ΔT = 0 ºC) to 98.14 MPa (at ΔT = 200 ºC) and then it decreases drastically to 24.47 MPa (at ΔT = 300 ºC). It can be concluded that all specimens have thermal shock resistance (ΔT) between 200oC and 300oC.

Kata Kunci : Keramik Kaolin, Thermal Shock Resistance, thermal shock resistance, kaolin ceramics.