Peningkatan ketangguhan retak bahan tahan api berkadar alumina tinggi dengan penambahan Whisker silikon karbid

NINDHIA, Tjokorda Gde Tirta, Promotor Prof.Dr.Ir. Ida Bagoes Agra

2003 | Disertasi | S3 Ilmu Teknik

Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan ketangguhan retak dan ketahanan terhadap thermal fatigue bahan tahan api berkadar alumina tinggi dengan whisker SiC sebagai bahan penguat. Penelitian juga bertujuan untuk mengetahui apakah bahan tahan api berkadar alumina tinggi yang terbuat dari bauksit dan flint yang diperkuat whisker SiC itu dapat dibuat melalui proses sintering tanpa penekanan (pressureless sintering). Bauksit dihaluskan menjadi 3 variasi ukuran partikel, yaitu 15-20µm, 10-15µm, dan 5-10µm, lalu dicampur dengan flint dengan ukuran partikel 1µm dengan perbandingan berat 8:3. Ke dalam campuran bauksit dan flint ditambahkan whisker SiC. Pencampuran dilakukan dalam jar-mil. Untuk campuran yang dibuat dengan ukuran partikel bauksit 15-20µm terdapat 7 variasi penambahan whisker SiC, yaitu 0%brt(0%vol), 2%brt(2,5%vol), 4%brt.(5%vol), 6%brt.(7,5%vol), 8%brt.(9,9%vol), 10%brt.(12,4%vol), dan 12%brt.(14,9%vol). Untuk campuran yang dibuat dengan ukuran partikel bauksit 10-15µm dan 5-10µm terdapat 4 variasi penambahan whisker SiC, yaitu 0%brt.(0%vol), 4%brt.(5%vol), 8%brt.(9,9%vol), dan 12%brt.(14,9%vol). Seluruh benda uji selanjutnya dicetak dengan menambahkan 10% berat air murni untuk dibentuk menjadi green budy yang diberi takik berbentuk v sebagai awal retak. Tekanan kempa divariasi menjadi 3, yaitu tekanan rendah (70 MPa), tekanan sedang (105MPa), dan tekanan tinggi (140MPa). Langkah selanjutnya adalah pengeringan dan pelapisan permukaan komposit dengan bahan matriksnya agar terbentuk lapisan pelindung dan oksidasi yang dilanjutkan dengan proses sintering dengan terlebih dahulu melakukan percobaan untuk memperoleh suhu sintering yang tepat pada variasi suhu 13500C, 13750C, 14000C, dan 14250C. Variasi suhu ini terletak pada ¾-4/5 titik leleh bahan tahan api berkadar alumina tinggi pada proses sintering bisa dilakukan. Laju pemanasan proses sintering dilakukan pada 30C/menit, dengan penahanan selama 1 jam dan pendinginan alami di dalam tungku. Sintering dilakukan dalam atmosfir udara dengan kondisi tanpa tekanan (pressureless). Pengujian ketangguhan retak dijalankan dengan metode four-point bending dengan benda uji berbentuk single edge crack, yang dilengkapi displacement gauge untuk mengukur bukaan retak. Benda uji dengan ketangguhan retak tertinggi untuk tiap-tiap variasi tekanan kempa diberikan perlakuan thermal fatigue dengan cara memanaskan secara berulang dari suhu kamar sampai suhu 10000C, dengan laju pemanasan 40C/menit, lalu dilanjutkan dengan pendinginan alami dalam tungku. Pengulangan dilaksanakan sebanyak 20 kali, untuk diketahui pengaruhnya terhadap ketangguhan retaknya. Permukaan patahan diamati dengan mikroskop optic dan juga scanning electron microscope (SEM). Kerapatan teoritis dan porositas benda uji diukur dengan mengikuti standar ASTM C20-80a, dan analisis fase yang terbentuk diuji dengan diffractometer sinar-X. Pengujian warpage (ASTM 154-72) dilakukan pada suhu 15000C untuk mengetahui penyimpangan bentuk yang terjadi dari bentuk awalnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa benda uji yang mengalami peningkatan ketangguhan retak akibat penambahan whisker SiC dan sekaligus memiliki ketahanan yang baik terhadap perlakuan thermal fatigue ditemukan pada benda uji yang saat pembentukan green body dikempa dengan tekanan tinggi (140 MPa), menggunakan bauksit dengan ukuran partikel 5-10 µm, kadar whisker SiC sebanyak 4% berat (5% volum), dan suhu sintering 14000C. Benda uj ini memiliki ketahanan yang baik terhadap thermal fatigue karena penguatan whisker SiC yang terjadi melalui mekanisme crack bridging. Hasil penelitian ini mennjukkan pembuatan bahan tahan api berkadar alumina tinggi yang diperkuat dengan whisker SiC dapat dilakukan melalui proses sintering tanpa tekanan (Pressureless sintering).

Available in Fulltext

Kata Kunci : bahan tahan api berkadar alumina tinggi, whisker SiC, pressureless sintering, ketangguhan retak, high alumina recraktory, thermal fatihue, fracture toughness.