73
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KERAMIK ZIRKONIA
Sejak zaman dahulu kala, Zirkon telah dikenal sebagai batu permata. Zirkon berasal dari bahasa Arab, Zargon, yang bermakna : warna keemasan. Zirkonia dengan
nama lain dioksida logam ZrO
2
, telah diidentifikasi pada tahun 1789 oleh ahli kimia Jerman, Klaproth. Perkembangan zirkonia sebagai material teknik telah diperlihatkan
oleh Garvie pada tahun 1970 dengan mendemonstrasikan cara pembuatan terbaik tranformasi fasa t-m dari Penstabilan Sebagian Zirkonia PSZ, yang akan
mempengaruhi sifat keramik zirkonia Živko dkk, 2004. Zirkonia ZrO
2
merupakan oksida logam yang diperoleh melalui pemurnian pasir zirkon ZrSiO
4
. Pasir ini banyak terdapat ditemukan sebagai bahan tambang. Zirkonia ZrO
2
merupakan salah satu jenis dari keramik teknik yang aplikasinya sangat luas. ZrO
2
tergolong material bersifat polimorfi yang memiliki tiga macam struktur kristal yaitu : monoklinik, tetragogal dan kubik. Monoklinik Zirkonia
m-ZrO
2
dan tetragonal Zirkonia t-ZrO
2
tergolong tidak stabil pada suhu 1000 C –
1100 C, karena pada kisaran suhu tersebut terjadi transformasi fasa dari monoklink
ke tetragonal reversible sehingga dapat menimbulkan perubahan volume 3 – 5 . Dampaknya akan terjadi keretakan mikro microcrack, dan bila retak tersebut
menjalar maka dapat menimbulkan kerusakan failure pada material Worral, 1986. Hal yang sama juga dikemukakan oleh Thornton, P.A dan Vito J. Colangelo
1985 bahwa ZrO
2
akan mengalami perubahan polimorfi pada suhu 1000
o
C yang 5
Bobbin : KOmputasi Numerik Untuk Analisis Karakteristik Keramik PSZ dengan Aditif MgO, CaO Berbasis Matlab, 2008 USU e-Repository © 2008
74 menghasilkan perubahan volume yang signifikan lihat Lampiran E halaman 139.
Pada keadaan ini, ZrO
2
murni akan mengalami keretakan crack selama siklus pemanasan dan pendinginan pada pemakaian material refraktori.
Menurut Garvie 1970 dan Guliati dkk 1980 dinyatakan bahwa kubik Zirkonia k-ZrO
2
merupakan fasa yang paling stabil terhadap perubahan suhu. ZrO
2
murni umumnya memiliki struktur kristal monoklinik, dan untuk merubah ke fasa yang stabil k-ZrO
2
diperlukan pemanasan sampai suhu yang tinggi di atas suhu leburnya yaitu 2680
C. Gambar 2.1 menunjukkan diagram transformasi fasa struktur kristal zirkonia.
1000 – 1100 C
Monoklinik ZrO
2
Kubik ZrO
2
2680 C
Tetragonal ZrO
2
Gambar 2.1 Diagram transformasi fasa struktur kristal zirkonia Garvie,1970
Selain itu, juga dinyatakan bahwa penambahan oksida-oksida bivalen dan trivalen seperti misalnya : CaO, MgO, Y
2
O
3
, Sc
2
O
3
dapat diperoleh fasa stabil k-ZrO
2
pada suhu relatif rendah di bawah titik leburnya. Adanya fasa k-ZrO
2
dalam bentuk keramik ZrO
2
dapat dihindari penjalaran retak mikro akibat tranformasi fasa monoklinik. Proses penambahan aditif pada pembuatan keramik ZrO
2
, dalam strukturnya terbentuk sebagian fasa stabil k-ZrO
2
yang disebut sebagai proses penstabilan sebagian zirkonia Partially Stabilized Zirconia – PSZ .
Gambar 2.2.a dan 2.2.b merupakan diagram fasa biner sistem ZrO
2
-CaO dan ZrO
2
-MgO.
Bobbin : KOmputasi Numerik Untuk Analisis Karakteristik Keramik PSZ dengan Aditif MgO, CaO Berbasis Matlab, 2008 USU e-Repository © 2008
75
Dari kedua diagram fasa tersebut terlihat bahwa untuk dapat terbentuknya fasa k-ZrO
2
dan t-ZrO
2
muncul secara bersama-sama maka diperlukan prosentase aditif CaO sekitar 7 – 15 mol dan untuk MgO sekitar 3 – 14 mol.
Gambar 2.2.a Diagram Fasa ZrO
2
-CaO Garvie, 1970
Gambar 2.2.b Diagram Fasa ZrO
2
-MgO Garvie, 1970
Produk keramik PSZ memiliki keunggulan antara lain : tahan korosi, stabil untuk pemakaian suhu tinggi, sangat keras, memiliki kekuatan patah lebih besar 400
MPa, dan mempunyai densitas lebih besar dari 5x10
3
kgm
3
lihat Lampiran A Tabel G.c halaman 73. Produk PSZ yang banyak dijual adalah tipe Mg-PSZ menggunakan
aditif MgO. Sedangkan, tipe Ca-PSZ menggunakan aditif CaO jarang ditemui di pasaran. Produk keramik PSZ banyak digunakan sebagai komponen alat pemotong
cutting tools, noozle pengapian dan beberapa komponen mekanik bearing, seal pump dan refraktori suhu tinggi Chan dkk, 1992. Produk PSZ ini juga telah
dikembangkan untuk penggunaan sebagai bahan biokeramik, misalnya prosthodontics Živko dkk, 2004 dan bedah tulang.
Bobbin : KOmputasi Numerik Untuk Analisis Karakteristik Keramik PSZ dengan Aditif MgO, CaO Berbasis Matlab, 2008 USU e-Repository © 2008
76 Reaksi dari keramik zirkonia tersinter dari paduan bahan ZrO
2
, Al, MgAl telah diteliti oleh Yang 2007. Lapisan campuran serbuk dari Al dengan Ca-PSZ
tidak efektif pada penggilingan karena keausannya attrition bila dibandingkan dengan serbuk alumina. Akan tetapi dengan menggunakan bola alumina alumina
balls lebih baik dari pada bola zirkonia zirconia balls karena efesiensi aus penggilingan akan bertambah dengan besar. Akan lebih mudah menggiling
menggunakan serbuk MgAl daripada serbuk Ca-PSZ. Selama pemanasan, Mg dan Al pertama-tama akan menjadi oksida dan selanjutnya berubah menjadi spinel
MgAl
2
O
4
. Pada reaksi ini, MgO tidak tereaksi dan ternyata inilah yang menstabilkan zirkonia. Oksida yang terbentuk pada proses oksidasi mempunyai
ukuran butir grain size yang sangat halus sehingga reaksi sintering menjadi lebih efektif pada densifikasinya, dan juga menghasilkan mikrostruktur yang homogen.
Sifat mekanik mechanical properties dari paduan zirkonia dan spinel stabil akan lebih baik dari paduan zirkonia yang hanya distabilkan oleh MgO saja Yang, 2007
2.2 KARAKTERISASI MATERIAL KERAMIK
Kategori