STUDI SIFAT FISIS DAN KONDUKTIFITAS TERMAL KOMPOSIT CLAY/ALUMINA UNTUK APLIKASI FIRE BRICK

Muhammad Sadat Hamzah, Ir. M. Waziz Wildan, M.Sc, Ph.D.

2012 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Material keramik merupakan bahan refraktori yang mampu dipergunakan pada temperatur tinggi tanpa terjadi perubahan bentuk maupun struktur kristalnya dan kandungan alumina biasanya 25,4–41,9%. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan alumina dan temperatur sinter terhadap sifat fisis, sifat mekanik dan termal dari composite clay/alumina. Bahan yang digunakan adalah serbuk clay diperoleh dari Sulawesi Tengah dengan komposisi (% berat) Al2O3 27,45%; SiO2 50,25%; Fe2O3 9,33%; Na2O 4,04%; CaO 3,26%; K2O 3,73%; MgO 2,40%; TiO2 0,17%, H20 3,14% dan loss on ignition 7,94%. Clay dibuat serbuk melalui proses sieving hingga diperoleh ukuran ?? 74 µm. Clay dikalsinasi pada suhu 800°C ditahan selama 30 menit. Serbuk alumina diperoleh dari Nippon Light Metal dengan ukuran serbuk ?? 74 µm, sebanyak 0%; 15%; 30%; 45%, dan 60% fraksi berat dicampur dengan serbuk clay. Proses pencampuran menggunakan mixer merk Stuart Scientific selama 2 jam. Campuran serbuk clay dan alumina dikompaksi secara uniaksial dengan tekanan 50 MPa, kemudian di sinter pada lingkungan atmosfer dengan temperatur 1000°C, 1100°C, 1200°C dan 1300°C, ditahan selama 120 menit, dengan laju kenaikan suhu sinter 10°C per menit. Pengujian yang dilakukan meliputi, densitas bulk, kekerasan Rockwell, kekuatan bending, ketangguhan impak dan konduktifitas termal. Hasil pengujian menunjukkan bahwa dengan meningkatnya fraksi berat alumina dan temperatur sinter meningkatkan densitas relatif, kekerasan Rockwell, kekuatan bending, ketangguhan impak dan konduktifitas thermal. Nilai densitas relatif tertinggi 82,04% pada fraksi berat 30% alumina dengan suhu sinter 1200??C dan nilai kekerasan Rockwell, kekuatan bending, ketangguhan impak dan konduktifitas tertinggi diperoleh pada komposit dengan fraksi berat 60% alumina dan suhu sinter 1300°C berturut-turut adalah 29,6 HRB; 62,14 MPa; 3 kJ/m2 dan 9,34 W/ m ??C.

Refractory ceramic material which is widely used in high temperature process without physical and crystal changes. and it usually contains 25.4 – 41.9% of alumina. This research aims to study sintering temperatures and alumina on its addition on clay ceramic on physical, mechanical, and thermal properties of clay/alumina composites. The clay was obtained from Central Sulawesi containing (weight%) 27.45% Al2O3; 50.25% Fe2O3; 4.04% Na2O; 3.26% CaO; 3.73% K2O; 2.40% MgO; 0.17% TiO2; 3.14% H2O and 7.94% loss on ignition. The clay was made into powder through sieving process to achieve the size ≤74 µm. Calcination was carried out at a temperature of 800oC for 30 minutes. The alumina powder was purchased from Nippon Light Metal with ≤74 µm in size. The clay powder was mixed with alumina powder with the weight fraction of alumina of 0%, 15%, 30%, 45% and 60% in clay powder. Each mixture mixed using a Stuart Scientific mixer for 2 hours. The mixture was uniaxial in a cylindrical dies with a pressure of 50 MPa, then the green body was pressureess sintered at different temperatures of 1000oC, 1100oC, 1200oC and 1300oC in the atmospheric environment, for 2 hours with a heating rate of 10oC per minute. The bulk density, Rockwell hardness, bending strength, impact toughness, and thermal conductivity test were performed to obtain properties of the material The results show that the relative density, Rockwell hardness, bending strength, impact toughness, and thermal conductifity increase with increasing amount of the mass fraction of alumina and sintering temperature. The maximum value of the relative density 82.04% is exhibited for the composite with mass fraction of alumina 30% and at a sintering temperature of 1200oC. For the mass fraction of 60% and at a temperature of 1300oC, the maximum Rockwell hardness, bending strength, impact toughness, and thermal conductivity, 29.6 HRB; 62.14 MPa; 3 kJ/m2 and 9.34 W/moC, respectively.

Kata Kunci : clay, alumina , kompaksi uniaksial, sintering