Thermal Shock Resistance komposit matrik alumina (Mengandung 20 persen berat SiO2) yang diperkuat dengan partikel Ni

ISWANDI, Ir. M. Waziz Wildan, MSc.,PhD

2004 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Keramik merupakan salah satu material teknik yang mempunyai prospek cerah dan mempunyai banyak keunggulan diantaranya: tahan terhadap suhu tinggi, mempunyai titik cair tinggi, modulus Young tinggi, tahan korosi, daya hantar panas rendah, dan density relatif rendah. Namun demikian keramik mempunyai kelemahan yaitu bersifat getas dan fracture toughness rendah. Disamping itu bahan keramik dan bahan yang mengandung keramik biasanya tidak tahan terhadap perubahan suhu mendadak (thermal shock). Penambahan partikel logam merupakan salah satu solusi untuk mengurangi kelemahan tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui thermal shock resistance komposit matrik alumina (mengandung 20% berat SiO2) yang diperkuat dengan 0, 3, 9 dan 15% volume nikel. Pembuatan spesimen berbentuk balok (p= 50 mm, l= 7 mm, t= 8 mm) dilakukan dengan uniaxial pressing pada tekanan 120 MPa. Sintering tanpa tekanan (pressureless sintering) dilakukan di lingkungan argon pada temperatur 1425 0C yang ditahan selama 1 jam. Pengujian thermal shock resistance dilakukan dengan cara pemanasan spesimen pada suhu 25, 100, 200, 300 dan 400 0C dan ditahan selama 1 jam, kemudian dilanjutkan dengan quenching pada suhu 25 0C dengan media air. Spesimen kemudian diuji bending dengan four-point bending test. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan bending (bending strength) komposit matrik alumina sebelum mengalami thermal shock naik bersamaan dengan kenaikan fraksi volume Ni hingga 9% kemudian turun. Hasil pengujian thrmal shock resistance pada komposit tersebut dengan komposisi 0, 3, 9, dan 15% vol Ni menunjukkan bahwa penurunan kekuatan bending terjadi pada ΔT antara 175 0C dan 275 0C. Kekuatan bending komposit dengan 0, 3, 9,dan 15% vol Ni pada ΔT 175 0C masing-masing adalah 30 MPa, 29 MPa, 34 MPa dan 31 MPa. Sedangkan pada ΔT 275 0C kekuatan bending komposit dengan 0, 3, 9,dan 15% vol Ni masing-masing adalah 15 MPa, 16 MPa, 13 MPa dan 21 MPa.

Ceramics are materials which generally have excellent properties such as high melting point, high Young’s modulus, good wear resistance, good corrosion resistance, low thermal expansion, and relatively low density. Ceramics however have limitation in engineering applications because of their brittleness and low fracture toughness. Addition of metal particle into ceramics is a method to overcome such weaknesses. This research aims to investigate thermal shock resistance of alumina matrix composites (containing 20% weight SiO2) reinforced with 0, 3, 9 and 15% volume nickel partikel. Specimen was in the form of square bar (length L=50 mm, width B=7 mm, and high W= 8mm) produced by uniaxial pressing with a pressure of 120 MPa. Pressureless sintering of the specimen was conducted in argon gas environment at temperature of 1425 0C for 1 hour. Thermal shock resistance was conducted by heating the specimens at temperature of 25, 100, 200, 300 and 400 0C for 1 hour, and it was continued by quenching at temperature of 25 0C in water media. The specimens was then tested using four point bending test. The results of this experiment show that bending strength of the specimens without thermal shock, increases with increasing Ni content up to 9% volume Ni. Thermal shock resistance of the specimens occurs at ΔT (heating temperature – quenching media temperature) between 175 0C and 275 0C. Bending strength of the composites containing 0, 3, 9, nad 15 % volume Ni at ΔT 175 0C is 30 MPa, 29 MPa, 34 MPa, and 31 MPa, respectively. Whereas bending strength of the composites containing 0, 3, 9, and 15 % volume Ni at ΔT 275 0C is 15 MPa, 16 MPa, 13 MPa, and 21 MPa, respectively.

Kata Kunci : Alumina,Thermal Shock Resistance, Alumina , Silica, Nickel, pressureless sintering, thermal shock resistance