Pengaruh penambahan serbuk Zirconia terhadap sifat fisis dan mekanis Kaolin

HARTONO, Sigit Budi, Ir. M. Waziz Wildan, M.Sc.,Ph.D

2005 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari sifat fisis dan mekanis penambahan persentase berat zirconia terhadap keramik kaolin. Kaolin (2SiO2.Al2O3.2H2O), suatu material keramik yang telah digunakan secara luas pada industri keramik. Zirconia (ZrO2) biasanya digunakan sebagai media untuk meningkatkan fracture toughness suatu material yang dikenal dengan ZTC (Zirconia Toughened Ceramics) misalnya: ZTA (Zirconia Toughened Alumina) dan ZTM (Zirconia Toughened Mullite). Dalam penelitian ini, komposisi berat zirconia divariasikan dari 0%, 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, dan 18% terhadap matrik kaolin. Spesimen dibuat dengan tekanan kompaksi uni-axial 25 MPa untuk spesimen silindris dan balok. Dimensi spesimen silindris untuk uji densitas dan kekerasan dengan diameter 15 mm dan tebal 5 mm yang disinter pada tiga variasi temperatur sinter yaitu 1400, 1450, 1500 oC selama 1 jam. Dimensi spesimen balok (50 x 10 x 8) mm3 untuk uji bending dan spesimen balok dengan retak awal ditengah (SENB) untuk uji fracture toughness disinter pada suhu 1500 oC selama 1 jam. Densitas spesimen yang telah disinter diukur dengan teori Archimedes. Spesimen uji kekerasan dimounting dalam resin kemudian dipolis dan diuji dengan Vickers Hardness. Spesimen uji bending dipolis dan diuji dengan metode three-point bending. Spesimen fracture toughness dipolis dan diuji dengan metode single-edge notched beam (SENB). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa densitas aktual tertinggi sebesar 2,8 gr/cm3 dicapai pada variasi penambahan 18% berat zirconia dengan temperatur 1500 oC. Kekerasan naik dari 5 GPa (0% berat zirconia) menjadi 6,6 GPa (15% berat zirconia) dan terjadi penurunan pada 18% berat zirconia. Kekuatan bending spesimen yang disinter pada suhu 1500 oC naik dari 69 MPa (0% berat zirconia) menjadi 123,5 MPa (15% berat zirconia) dan turun pada 18% berat zirconia. Fracture toughness juga naik dari 0,73 MPa. m0,5 (0% berat zirconia) menjadi 0,96 MPa. m0,5 (15% berat zirconia) dan turun pada 18% berat zirconia.

The purpose of this study is to learn the effect of zirconia additions on the physical and mechanical properties of kaolin ceramics. Kaolin (2SiO2.Al2O3.2H2O) is ceramic materials which is widely used in ceramic industries. Zirconia (ZrO2) is known as excellent advanced ceramic materials and it can be used as reinforcement media in improving fracture toughness of other ceramic materials, for example ZTC (Zirconia Toughened Ceramics) such as ZTA (Zirconia Toughened Alumina) and ZTM (Zirconia Toughened Mullite). In this research, zirconia was used as reinforcement of kaolin matrix with various percentage of 0%, 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, and 18% (all given in wt. %). Each composition was uniaxially pressed with a pressure of 25 MPa to produce cylindrical (diameter of 15 mm and thickness of 5 mm), rectangular bar (50 x 10 x 8) mm3 and rectangular bar with a notch in the middle (SENB) shapes of green bodies. The cylindrical green bodies were sintered at various temperatures of 1400, 1450 and 1500 oC for 1 hour in air atmosphere. Density and hardness were measured on the cylindrical specimens using Archimedes and Vickers hardness method respectively. The rectangular bar and SENB specimens sintered at 1500 oC for 1 hour in air atmosphere. Three point bending test was used to measure the strength. Fracture toughness was measured using SENB method. The results show that the maximum density of 2.8 gr/cm3 was achieved on the specimens with 18% wt of zirconia sintered at 1500 oC. The Vickers hardness increase from 5 GPa (on specimens of kaolin monolithic) to 6.6 GPa (on specimens with 15% wt of zirconia) then it decreases on the greater zirconia contents. The bending strength of specimens sintered at 1500 oC increase from 69 MPa for kaolin monolithic to 123.5 MPa for specimens contain 15% wt of zirconia and then it decreases. The fracture toughness increase from 0.73 MPa. m0,5 (for kaolin monolithic) to 0.96 MPa. m0,5 for specimens contains 18% wt of zirconia.

Kata Kunci : fracture toughness, kekuatan bending, kaolin, zirconia, bending strength