Studi Deposisi Keramik Yttria-Stabilized Zirconia (YSZ) Pada Substrat Baja Feritik Sebagai Lapisan Pelindung Yang Ditumbuhkan Dengan Pulsed Laser Deposition - PLD

AGUSUTRISNO, Dr. Edi Suharyadi; Dr Abu Khalid Rivai

2015 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Telah berhasil dilakukan penumbuhan lapisan tipis Yttria-Stabilized Zirconia (YSZ) pada baja feritik menggunakan teknik Pulsed Laser Deposition (PLD) dengan struktur kristal dan stoikiometri yang sama dengan material target. Penumbuhan lapisan dideposisi dengan tekanan chamber 200-225 mTorr, repetation rate 10 Hz, perlakuan temperatur substrat (temperatur ruang, annealing, non-annealing dan 800C) dan jumlah tembakan laser (30.000, 60.000 dan 90.000). Selanjutnya sampel dianalisis dengan Optical Microscope (OM), Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive X-ray (SEM-EDS), X-Ray Diffractometer (XRD), Atomic Force Microscope (AFM) dan Vickers hardness tester. Sebagai bahan perbandingan juga dilakukan deposisi YSZ di atas Si-wafer dengan jumlah tembakan laser 90.000 kemudian dikarakterisasi dengan XRD dan AFM. Hasil analisis secara visual menggunakan OM dan AFM menunjukkan bahwa lapisan YSZ pada semua perlakuan telah terdeposisi di atas baja feritik dan Si-wafer. Pada perlakuan annealing dan non-annealing menunjukkan telah terbentuk fasa kubik (111) dengan derajat kristalinitas yang sama, namun terdapat perbedaan yakni pergeseran sudut difraksi pada bidang tersebut. Sedangkan hasil analisis kekasaran (roughness) pada perlakuan annealing adalah 129 nm. Pada perlakuan temperatur substrat saat pendeposisian dengan temperatur 800C diperoleh roughness 68 nm dan derajat kristalinitas lapisan YSZ yang dihasilkan lebih tinggi dibanding perlakuan dengan substrat pada temperatur ruang. Pada perlakuan variasi jumlah tembakan menunjukkan semakin banyak jumlah tembakan laser semakin tinggi derajat kristalinitas, sifat kekerasan dan ketebalan lapisan serta semakin banyak unsur Zr4+ dan Y3+ pada lapisan YSZ yang terbentuk. Selain itu juga terbentuk fasa tetragonal zirkonia pada semua jumlah tembakan. Sedangkan roughness rms yang dihasilkan cenderung sama berkisar 70 nm. Perbedaan jenis substrat menunjukkan bahwa pada substrat baja feritik menghasilkan lapisan YSZ dengan derajat kristalinitas dan roughness rms lebih tinggi dibanding substrat Si-wafer.

A thin film of Ytrria-Stabilized Zirconia has been deposited on a ferritic steel by Pulsed Laser Deposition (PLD) which the same crystal phase and stoichiometry with target material. The thin film was deposited with the chamber pressure range of 200-225 mTorr, repetation rate 10 Hz, the substrate temperature treatment (room temperature, annealing, non-annealing and 800C) and the number of laser shots (30.000, 60.000 and 90.000). Furthermore, samples were analyzed using Optical Microscope (OM), Scanning Electron Microscope Energy Dispersive Spectroscope (SEM-EDS), X-Ray Diffractometer (XRD), Atomic Force Microscope (AFM) and Vickers hardness tester. As a comparison thin film of YSZ was also deposited on a Si-wafer with number of shots 90.000, then characterized using AFM and XRD. The treatment of annealing and non-annealing show that cubic phase (111) was formed with the same crystallinities, but the position of peak (111) shift toward to the higher diffraction angle. On The substrate temperature treatment at 800C yields roughness 68 nm and YSZ crystallinity was higher than the substrate at room temperature. The number of laser shots treatment show that the crystallinity, hardness properties, thickness and composition of Zr4+ dan Y3+ increase by the increasing a number of shots. Meanwhile, tetragonal zirconia phase in all number of shots was formed. The roughness was the range of 70 nm. The difference of the substrates shows that the crystallinity and roughness of the steel ferritic was higher than the Si-wafer substrate.

Kata Kunci : Lapisan tipis, Yttria-Stabilized Zirconia (YSZ), Pulsed Laser deposition (PLD), baja feritik, derajat kristalinitas, roughness.