SINTESIS BAHAN KERAMIK MAJU SILIKON NITRIDA (Si 3 N 4 ) DARI SERBUK SILICA KOMERSIAL DAN SERBUK KARBON AKTIF DENGAN METODE CARBOTHERMAL REDUCTION NITRIDATION

AWAN OCTAVIANTO, Ir. M. Waziz Wildan, M.Sc., Ph.D.

2014 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Keramik berasal dari bahasa Yunani yaitu keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang mengalami proses pembakaran. Pada masyarakat awam keramik identik dengan barang yang dibuat dari tanah liat yang dibakar. Keramik diklasifikasikan menjadi 2 yaitu keramik tradisional dan keramik modern, contoh keramik modern adalah silika nitrida (Si3N4) yang sering diaplikasikan di dalam industri untuk refractory (bahan atau material yang tahan terhadap suhu tinggi). Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis silika nitrida dari serbuk silika komersial dan serbuk karbon aktif dengan metode carbothermal reduction nitridation (CRN). Silika yang digunakan adalah silika komersial produk dari Sigma-Aldrich dengan seri S5631. Serbuk silika kemudian dikalsinansi pada suhu 800 ºC selama 1 jam. Serbuk silika yang telah dikalsinasi kemudian dicampur dengan karbon aktif. Karbon aktif produk dari Merck dengan seri 1.021186.1000. Ukuran partikel yang akan dicampur � 37 microns komposisi stoikiometri (3 mol silika, 6 mol karbon, dan 2 mol gas nitrogen) menggunakan turbula mixer. Setiap campuran dipanaskan pada suhu 1400 ºC di lingkungan gas nitrogen teknis dengan durasi penahanan 2 dan 5 jam,di lingkungan gas nitrogen Ultra High Purity (UHP) dengan durasi penahanan 2 dan 10 jam. Uji XRD digunakan untuk mengkarakterisasi hasil sintesis. Hasilnya menunjukkan bahwa pada durasi penahanan 10 jam di lingkungan nitrogen UHP silikon nitrida sudah terbentuk. Oleh karena itu pemanasan pada suhu 1400 ºC dengan durasi penahanan 10 jam di lingkungan nitrogen UHP dipilih sebagai produksi yang paling mendekati dengan Si3N4 produk dari Good Fellow Inggris. Untuk meningkatkan jumlah Si3N4, hasil dari pemanasan dihaluskan kemudian dipanaskan kembali pada suhu 1400ºC selama 10 jam di lingkungan nitrogen UHP. Proses ini dilakukan sebanyak 2 kali kemudian hasilnya di karaterisasi kembali dengan XRD. Hasil menunjukkan bahwa spesimen yang telah dipanaskan, dihaluskan dan dipanaskan kembali dua kali menghasilkan silikon nitrida yang mendekati dengan Si3N4 produk dari Good Fellow Inggris sebagai pembanding.

Ceramics is derived from the Greek, keramikos. It means a form of clay that having the combustion process. At the ordinary people�s life, ceramic synonymous with goods which made from baked clay. Ceramics are classified into two group, they are traditional and modern ceramics, modern ceramic sample is silica nitride (Si3N4) which is often applied in industry (refractory). This study aims to synthesize silica nitride of commercial silica powders and active carbon powder by the method of carbothermal reduction nitridation (CRN). Silica that be used is a commercial silica products from Sigma-Aldrich with S5631 series. Silica powder then to be calcined at 800 ºC temperature for 1 hour. Calcined silica powder then mixed with activated carbon. Activated carbon that be used is a product of Merck with 1.021186.1000 series. Particle size � 37 microns stoichiometric composition will be mixed (3 moles of silica, 6 moles of carbon, and 2 moles of nitrogen gas) using Turbula mixer. Each mixture was heated at 1400 °C in nitrogen gas environment with a technically holding time about 2 and 5 hours, in a nitrogen gas environment Ultra High Purity (UHP) by 2 and 10 hours holding time. XRD test results are used to characterize the synthesis. The results showed that the 10 hours holding time in a nitrogen atmosphere UHP, a silicon nitride has already formed. Therefore heating at a temperature of 1400 ºC with 10 hours holding time in UHP nitrogen atmosphere selected as the best production. To increase the amount of Si3N4, the result of heating pulverized and then heated again at a temperature of 1400 ºC for 10 hours in UHP nitrogen atmosphere. This process was done 2 times then result characterized again by XRD. The results showed that the specimens that have been heated, crushed and heated back twice produces the most good silicon nitride, although the observation using SEM-EDX and TEM still contained silica.

Kata Kunci : silika sintesis silikon nitrida karbon aktif carbothermal XRD SEM-EDX TEM