STUDI PENGUJIAN THERMAL CONDUCTIVITY DAN FRACTURE TOUGHNESS PADA KOMPOSIT KERAMIK SILIKA/ZIRCONIA

DYAH YUNITASARI, IR. M. WAZIZ WILDAN, M.SC.,P.HD

2016 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Salah satu aplikasi keramik yang sering ditemukan adalah aplikasi untuk bahan refractory. Hal ini disebabkan karena keramik memiliki sifat refractory seperti konduktivitas termal dan konduktivitas listrik yang cenderung lebih rendah dan juga fracture toughness yang cukup baik. Banyak bahan dasar keramik yang berpotensi untuk menjadi bahan refractory yang memadai. Sehingga penelitian ini dilakukan untuk menemukan nilai thermal conductivity dan fracture toughness dari kandidat bahan dengan potensi refractory tinggi. Penelitian yang dilakukan adalah membuat keramik silika zirconia dengan cara memanfaatkan campuran silika (SiO2) dengan zirconia (ZrO2). Ukuran spesimen yang digunakan adalah diameter 25mm untuk uji thermal conductivity dan 30mm untuk uji fracture toughness. Setelah dicampur, silika dan zirconia dicetak dengan menggunakan mesin press pada tekanan 30 MPa yang bertujuan untuk membentuk green body berupa silinder dan balok dengan metode uniaxial pressing. Green body kemudian disinter pada suhu 1400 derajat C dan 1450 derajat C selama 2 jam, dalam lingkungan udara. Sintering dilakukan dengan laju pemanasan 10 derajat C/menit. Pengujian thermal conductivity dilakukan berdasarkan ASTM E 1225-87 dengan menggunakan heat conduction apparatus. Sedangkan pengujian fracture toughness dilakukan dengan menggunakan metode ball on three balls (B3B). Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa spesimen dengan kandungan 100% SiO2 yang disinter pada suhu 1400 derajat C memiliki nilai thermal conductivity terendah yaitu 0,878 W/mK dan nilai fracture toughness terendah yaitu 1,873 MPa.m^0.5 Sedangkan spesimen dengan kandungan 100% ZrO2 yang disinter pada suhu 1450derajat C memiliki nilai thermal conductivity tertinggi yaitu 1,756 W/mK dan spesimen dengan kandungan 80% ZrO2 memiliki nilai fracture toughness tertinggi yaitu sebesar 3,966 MPa.m^0.5.

Refractory is one of the ceramics application that is generally and mostly found within the structural application. It occurs to the virtue of ceramics suitable thermal conductivity and electric conductivity to act as one. The available potential ceramics raw materials are widely spread and so it becomes the main objective of this research to measure the value of thermal conductivity and fracture toughness from a highly considered materials. This research is engaged with the manufacturing of ceramics composites between silica and zirconia with 0-100% weight fraction. The dimension of specimens is 25mm for thermal conductivity and 30mm for fracture toughness experiments. The next step is to form the ceramic particles into a desired shape. This is accomplished by the addition of water and/or additives such as binders, followed by a shape forming process. Each of the specimen undergo pressing process with applied load of 30 MPa. After the particles are formed, the green ceramics experience a heat-treatment (called firing or sintering) to produce a rigid, finished product. The sintering process takes place under the application of temperature on 1400 degree C and 1450 degree C with 10 degree C/minute heating rate and 2 hours of heat exposure at maximum temperature. In this research, the method cut-bar technique is used for determining the thermal conductivity under ASTM E 1225-87. Meanwhile the fracture toughness test was conducted with ball on three balls (B3B) method. The result of this research shows that the lowest thermal conductivity and fracture toughness occur in specimen with 100% silica fraction weight sintered at 1400 degree C, for values of 0,878 W/mK and 1,873 MPa.m^0.5 respectively. While the highest thermal conductivity occurs in specimen with 100% zirconia fraction weight sintered at 1450 degree C and specimen with 80% zirconia fraction weight represent the highest fracture toughness of 3,966 MPa.m^0.5.

Kata Kunci : SILICA, ZIRCONIA, THERMAL CONDUCTIVITY, FRACTURE TOUGHNESS, B3B