STUDI PENGUJIAN KEKUATAN IMPACT CHARPY DAN THERMAL CONDUCTIVITY PADA CERAMIC MATRIX COMPOSITE SILIKA/KAOLIN

ARUM SEKARWANGI, Ir. M. Waziz Wildan., M.Sc, Ph.D.

2018 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Keramik memiliki sifat mekanis yang lebih baik dibanding dengan logam, diantaranya kekerasan dan kekuatan yang tinggi, ketahanan creep, ketahanan terhadap bahan kimia, insulatif terhadap arus listrik, dan tahan terhadap suhu tinggi. Namun, keramik mempunyai kelemahan yang tidak bisa ditolerir yaitu sifat getas yang sangat tinggi. Untuk itu, penelitian kali ini dilakukan untuk mencari sifat mekanis dari keramik komposit silika dan kaolin (dibuat oleh Sigma-Aldrich) terhadap nilai ketangguhan impak dan konduktivitas termal. Silika dan kaolin dicampur dengan fraksi berat kaolin sebesar 0-100%. Pembuatan green body menggunakan metode uniaxial pressing dengan pembebanan sebesar 30 MPa kemudian dilakukan penahanan dengan selama 10 menit. Proses pembakaran menggunakan metode pressureless sintering pada lingkungan udara hingga mencapai suhu 1450 °C dengan laju pemanasan 10 °C/menit dengan waktu penahanan selama 2 jam kemudian diturunkan hingga mencapai suhu ruangan. Pengujian ketangguhan impak menggunakan standar ASTM E23 volum 03.01, dengan metode impact Charpy. konduktivitas termal menggunakan standar ASTM E 1225-04 volum 14.02, dengan alat Heat Conduction Apparatus. Pengukuran penyusutan volum, massa, densitas, dan porositas juga dilakukan untuk mendapatkan data pendukung. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketangguhan impak keramik komposit silika/kaolin semakin meningkat seiring bertambahnya fraksi berat kaolin. Nilai ketangguhan paling rendah didapatkan oleh spesimen 100%wt silika dengan 1210,170 J/m2 dan nilai paling tinggi didapatkan oleh spesimen 100%wt kaolin dengan 3372,715 J/m2. Konduktivitas termal keramik komposit silika/kaolin mengalami nilai yang cukup fluktuatif dalam perhitungan yang didasari dari pengambilan data. Nilai konduktivitas termal tertinggi didapatkan oleh spesimen 60%wt kaolin dan nilai terkecil dari spesimen 30%wt silika. Penulis meyakini penelitian yang lebih mendalam masih sangat diperlukan guna mendapatkan hasil yang lebih akurat.

Advance ceramics performance some better mechanical properties than metals, e.g., high strength and hardness, chemically stable, electrically insulative, and excellent high temperature capability. However, they have one characteristic in the behavior that are not forgiving, they are very brittle that are prone to catastrophic failure. The main objectives of this research are to measure the value of impact toughness and the value of thermal conductivity of silica/kaolin (manufactured by Sigma-Aldrich) composite. Silica and kaolin were engaged with 0-100% kaolin weight fraction. The green body was formed of an uniaxial pressing method with applied load of 30 MPa and held for 10 minutes. Sintering process takes place under the application of presureless sintering method until temperature 1450°C with 10°C/minute heating rate for 2 hours in an air atmosphere. Impact toughness test used Charpy impact test under ASTM E23 volume 03.01. Meanwhile the cut-bar method is used for determining the thermal conductivity under ASTM 1225-04 volume 14.02. the volume and mass shrinkage, density, and porosity of the sample were also measured as a complementary properties. The result of this research shows that the value of impact toughness increases as the kaolin weight fraction increases. The lowest and highest impact toughness occurs in specimen with 100% silica fraction weight and 100% kaolin fraction weight, for values of 1210,170 J/m2 and 3372,715 J/m2 respectively. While the lowest thermal conductivity occurs in specimen with 30% kaolin fraction weight and specimen with 60% kaolin fraction weight represent the highest. However, thermal conductivity in this research experience a fluctuate value based on the experimental data. Therefore, further investigation is still needed to get a more accurate and more reliable results.

Kata Kunci : silika, kaolin, mullite, ketangguhan impak, konduktivitas termal