PENGARUH PENAMBAHAN MnO2 TERHADAP KARAKTERISTIK VOLT-AMPERE DAN KARAKTERISTIK VOLT-WAKTU VARISTOR ZINC OXIDE PADA SUHU PENYINTERAN 1300OC
ABSTRACT
INFLUENCE OF MnO2 DOPANT ON V-I AND V-T CHARACTERISTICS
OF ZINC OXIDE VARISTOR IN 1300 OC SINTERING TEMPERATURE
Oleh
AHMAD SIDIK
This discusses the influence of MnO2 dopant on characteristics volt-ampere (V-I)
and volt-time (V-t) in varistor metal oxide with principal materials of ZnO. The
composition concentration of MnO2 is varied from 0.5 % mol, 1% mol, 1.5 %
mol, 2 % mol, and 5 % mol. Ceramics varistor zno and zno dopan with MnO2
have done. Making process varistor this pass 3 stages that is preparation with mix
powder ZnO with powder MnO2, printing process with dry pressing method and
the last process is sintering varistor disk in 1300 oC. After that, the characteristics
of volt-ampere (V-I) and characteristics character volt-time (V-t).
From V-I characteristics constants non-linear (β) and varistor resistance are
obtained. Adding 0,5 % and 1 % mol MnO2 can increase non-linear constant
varistor with β smaller is compared to that of ZnO varistor pure. It also increase
varistor resistances. While for the others decrease varistor resistances.
The result from characteristics measurement V-t is got response curve varistor and
characteristics curve V-t varistor. Varistor ZnO pure and ZnO-MnO2 has response
curve varistor present under impulse voltage curve. It's has characteristics curve
V-t lower compared with characteristics curve V-t impulse voltage. so that can be
said varistor work. Varistor ZnO-MnO2 has characteristics curve V-t lower than
varistor ZnO. And ZnMn 2 % has lowers characteristics curve between varistor
ZnO-MnO2 the other.
Keyword : varistor, ZnO-MnO2, characteristics volt-ampere (V-I), characteristics
volt-waktu (V-t), non-linearity varistor
ABSTRAK
PENGARUH PENAMBAHAN MnO2 TERHADAP KARAKTERISTIK
VOLT-AMPERE DAN KARAKTERISTIK VOLT-WAKTU VARISTOR
ZINC OXIDE PADA SUHU PENYINTERAN 1300OC
Oleh
AHMAD SIDIK
Dalam penelitian ini, dibahas tentang pengaruh penambahan senyawa MnO2
terhadap karakteristik Volt-Ampere (V-I) dan karakteristik Volt-waktu (V-t) pada
varistor metal oksida dengan material utama ZnO. Dengan konsentrasi senyawa
MnO2 yang diberikan adalah 0.5 % mol, 1% mol, 1.5 % mol, 2 % mol, dan 5 %
mol. Pembuatan keramik varistor ZnO dan ZnO yang didopan dengan MnO2 telah
dilakukan. Proses pembuatan varistor ini melalui 3 tahap yaitu preparasi dengan
mencampurkan serbuk ZnO dengan serbuk MnO2, proses pencetakan dengan
metode dry pressing. Dan proses penyinteran pelet varistor pada suhu 1300 oC.
Setelah itu, dilakukan pengukuran sifat karakteristik Volt-Ampere (V-I) dan
pengukuran sifat karakteristik Volt-waktu (V-t).
Dari pengukuran V-I varistor akan diperoleh nilai konstanta non-linear (β) dan
nilai resistansi varistor. Dengan menambahkan 0,5 % mol MnO2 dapat
meningkatkan kenon-linearan varistor yang ditandai dengan nilai β yang lebih
kecil dibandingkan dengan Varistor ZnO murni. Serta dapat meningkatkan nilai
resistansi varistor. Sedangkan untuk campuran yang lainnya menurunkan nilai
resistansi.
Hasil dari pengukuran karakteristik V-t diperoleh kurva unjuk kerja dan lengkung
karakteristik V-t varistor. Varistor ZnO murni dan ZnO-MnO2 memiliki kurva
unjuk kerja berada dibawah kurva tegangan impuls uji. Serta memiliki lengkung
karakteristik V-t yang lebih rendah dibandingkan dengan lengkung karakteristik
V-t tegangan impuls uji. Sehingga dapat dikatakan varistor telah dapat bekerja.
ii
Varistor ZnO-MnO2 memiliki lengkung karakteristik V-t yang lebih rendah
dibandingkan varistor ZnO. Dan ZnMn 2 % memiliki lengkung karakteristik yang
terendah diantara varistor ZnO-MnO2 yang lainnya.
Kata Kunci : Varistor, ZnO-MnO2, karakteristik Volt-Ampere (V-I), karakteristik
Volt-waktu (V-t), kenon-linearan varistor
iii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang dan Masalah
Varistor merupakan salah satu komponen penting dalam bidang elektroteknik.
Tergantung atas bidang aplikasinya, varistor mempunyai beberapa sebutan
yang khas dalam bidang teknik. Dalam bidang elektronika, varistor sering
disebut voltage dependent resistor mempunyai ukuran yang cukup kecil dan
dipakai untuk proteksi alat-alat elektronik dari gangguan tegangan impuls
yang diakibatkan oleh surja petir dan proses swicthing.
Gangguan-gangguan yang disebabkan oleh surja hubung dan surja petir,
hakekatnya akan menimbulkan tegangan lebih pada sistem tenaga listrik.
Tegangan lebih ini merupakan fenomena yang tidak dapat dihindarkan dan
akan menimbulkan kerusakan pada peralatan tenaga listrik seperti isolasi pada
transformator dan generator. Sehingga dibutuhkan varistor dengan sifat-sifat
kelistrikan yang baik sebagai salah satu alat yang dapat melindungi peralatanperalatan listrik dari gangguan tegangan surja(1).
Ada beberapa jenis varistor yang digunakan sebagai alat proteksi antara lain
varistor SiC (silikon karbon) dan varistor ZnO ( zinc oxide). Pada awalnya
(1)
Dedeng Herlan, 1995, Pengaruh tekanan kompaksi dan temperatrur sintering terhadap
karakteristik volt-ampere pada pembuatan varistor dengan material utama zinc-oxide,(Jakarta :
Thesis, Universitas Indonesia)
2
kebanyakan orang memakai varistor SiC sebagai pelindung bagi peralatan
listrik. Oleh karena varistor SiC memiliki sifat kelistrikan (karakteristik VoltAmpere dan karakteristik Volt-waktu) yang kurang baik, maka dilakukan
berbagai macam penelitian mengenai varistor ZnO sebagai alternatif alat
pelindung peralatan listrik.
Pada tahun 1935, Bunn melakukan penelitian tentang sifat kisi pada material
ZnO. Penelitian ini terus berkembang hingga saat ini, yang terbaru antara lain
adalah membahas tentang pengaruh penambahan zat aditif terhadap
karakteristik Volt-Ampere (V-I) dan karakteristik Volt-waktu (V-t) pada
material ZnO.
Penambahan zat lain sebagai dopan dalam pembuatan keramik elektronik
khususnya varistor dengan bahan dasar ZnO telah banyak diaplikasikan.
Contohnya Bi2O3. Syarif, et al (1998) menyatakan bahwa Bi2O3 telah mampu
menjadi pemacu pertumbuhan butir (grain growth prometer) melalui liquid
phase sintering dan memperbaiki karakteristik kenon-linearan varistor
sehingga menjadi lebih tinggi.
Untuk mendapatkan varistor ZnO sebagai alternatif alat pelindung peralatan
listrik yang lebih baik lagi pengaruh dopan dan suhu penyinteran merupakan
parameter yang sangat mempengaruhi pembentukkan karakteristik varistor.
Oleh karena itu pada penelitian ini dilihat pengaruh penambahan senyawa
mangan dioxide (MnO2) dengan memvariasikan campurannya pada keramik
varistor ZnO yang akan disinter pada suhu 1300oC, terhadap sifat listrik V–t
dan sifat listrik V-I. Pada penelitian ini MnO2 digunakan sebagai dopan, hal
3
ini dikarenakan penambahan dopan MnO2 dapat mengurangi arus bocor serta
dapat meningkatkan karakteristik kenon-linearan varistor(2).
Proses pembuatan keramik varistor meliputi preparasi, pembentukan atau
pencetakan, penyinteran dan pengujian karakteristik sifat listrik yaitu berupa
pengujian karakteristik V-I dan karakteristik V-t. Dalam proses preparasi
bahan dasar yang digunakan adalah ZnO dengan kemurnian 99% yang
didopan oleh MnO2, dengan variasi komposisi MnO2 yang ditambahkan
adalah 0,5% mol, 1% mol, 1,5% mol, 2% mol dan 2,5% mol. Persentase
komposisi MnO2 ini berdasarkan penelitian-penelitian yang pernah dilakukan
sebelumnya, pada penelitian-penelitian sebelumnya menggunakan persentase
campuran MnO2 sebesar 0,5% mol-2% mol(3), 0,1% mol-1,5% mol(4) dan
0,05% mol-1% mol(5).
Pada proses pembentukan keramik varistor elektronik ini menggunakan teknik
dry pressing (pengepresan kering) dengan tekanan 200 kg/cm2, berdasarkan
penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Agung Sayekti dan Saka Sandaran
dengan tekanan 150 kg/cm2 hasil yang diperoleh keduanya memilki batas butir
yang kurang baik. Sehingga pada penelitian ini tekanan ditingkatkan menjadi
200 kg/cm2 karena berdasarkan nilai-nilai tipikal tekanan dalam proses
pembuatan
(2)
varistor
yang
dikeluarkan
oleh
pabrik
adalah
antara
Bi Shiou Chiou, Ming Chih Chung,1993, Electrical Behaviour of the MnO 2 Doped ZnO-Bi2O3
System, Journal, Taiwan
(3)
Huey Hoon Hng, Poh Ling Chan,2002, Effect of MnO 2 doping in V2O5 doped ZnO varistor
System, Journal, Singapura
(4)
Heriberto Pfeiffer and Kevin M. Knowles,2003, Effect of Vanadium and Manganese
concentrations on the composition, structure and electrical properties of ZnO-rich MnO2-V2O5ZnO varistors, Journal, University of Cambridge
(5)
Bi Shiou Chiou, Ming Chih Chung,1993, Electrical behaviour of the MnO2 doped ZnO-Bi2O3
system, Journal, Taiwan
4
100-400 kg/cm2. Sesudah dicetak, kemudian dilakukan proses penyinteran
terhadap keramik varistor menggunakan furnace dengan suhu 1300 oC dengan
waktu penahanan selama 2 jam, hal ini bertujuan untuk memperoleh
kekerasan/kekuatan yang diperlukan dan karakteristik mikrostruktur. Proses
penyinteran ini telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya dengan suhu
sintering yakni 1200 oC(6) dan 1300 OC(7), dari kedua suhu penyinteran ini
kedua-duanya memiliki hasil yang baik karena batas butir varistor yang
dihasilkan lebih sedikit sehingga medan listrik pada varistor semakin kecil
akibatnya proses yang diperlukan untuk mencapai proses tembus semakin
mudah. Varistor yang telah disintering selanjutnya dilakukan pengujian
karakteristik V-I untuk mengetahui tingkat kenon-linearan suatu varistor dan
juga dilakukan pengujian karakteristik V-t yang bertujuan untuk mengetahui
kemampuan varistor dalam memotong tegangan tinggi impuls yang datang.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk :
1. Mengetahui cara pembuatan keramik elektronik ZnO-MnO2 untuk
aplikasi
varistor
dengan
memvariasikan
campuran
dengan
perbandingan mol yang telah ditentukan.
2. Menganalisis karakteristik sifat listrik volt–waktu (V-t) varistor ZnO
murni.
3. Menganalisis karakteristik sifat listrik V-I varistor ZnO murni
(6)
Bi Shiou Chiou, Ming Chih Chung,1993, Electrical behaviour of the MnO 2 doped ZnO-Bi2O3
system, Journal, Taiwan
(7)
Agung Sayekti,2008, Analisis karakteristik Elektrik Varistor ZnO Mnggunakan Tegangan
Impuls Kapasitif (Bandar Lampung : Skripsi, Universitas Lampung)
5
4. Menganalisis pengaruh variasi campuran MnO2 pada varistor ZnO
terhadap karakteristik sifat listrik V-t dan V-I
C. Kerangka Pemikiran
Pada tugas akhir ini dibahas mengenai pengaruh penambahan MnO2 pada
varistor ZnO terhadap sifat-sifat kelistrikannya. Adapun sifat-sifat listrik yang
dibahas adalah karakteristik V-I dan karakteristik V-t. Proses pembuatan
varistor ini meliputi preparasi, pencetakan, dan penyinteran. Pada proses
preparasi, material atau bahan uji yang digunakan adalah senyawa ZnO yang
dicampur dengan senyawa MnO2. Kompoisi campuran tersebut antara lain
99,5 %mol ZnO-0,5 %mol MnO2, 99 %mol ZnO-1 %mol MnO2, 98,5 %mol
ZnO-1,5 %mol MnO2, 98 %mol ZnO- 2 %mol MnO2, 95 %mol ZnO-5 %mol
MnO2. Senyawa ZnO terlebih dahulu dicampur dengan MnO2 yang diberi zat
pengikat campuran (aseton) kemudian dipanaskan dengan menggunakan
hotplate serta proses pengadukan menggunakan magnetic stirrer selanjutnya
dilakukan proses pengeringan di dalam oven pada suhu 80oC selama 24 jam
dan setelah itu digerus menggunakan mortar.
Senyawa hasil campuran tersebut dicetak menggunakan metode dry pressing
dengan alatnya yang disebut dengan press hirdolik pada tekanan 200 kg/cm2.
Selanjutnya varistor yang sudah dicetak dilakukan penyinteran di dalam
furnace pada suhu 1300 oC dengan waktu penahanan selama 2 jam. Varistor
yang telah disintering kemudian siap dilakukan pengujian karakteristik V-I
menggunakan rangkaian pengukuran arus bolak-balik
dan pengujian
6
karakteristik V-t menggunakan rangkaian pengujian tegangan impuls
kapasitif.
D. Hipotesis
Varistor ZnO yang didopan dengan senyawa MnO2 dengan komposisi 0.5 %,
1%, 1.5%, 2% dan 5% mol pada suhu penyinteran 1300 oC akan memiliki
karakteristik V-I dan V-t yang lebih baik dibandingkan dengan varistor ZnO
murni. Serta resistansi varistor menjadi lebih tinggi pada saat tegangan rendah
sebelum mencapai breakdown voltage.
7
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Setelah melakukan penelitian dan menganalisis hasil yang didapat, maka dapat
disimpulkan bahwa :
1. Pembuatan varistor telah berhasil dilakukan dengan melalui proses
preparasi, pencetakan dengan menggunakan metode teknik dry
pressing, serta proses penyinteran pada suhu 1300 oC
2. Berdasarkan pengukuran sifat listrik V-I varistor ZnMn 0.5 % dan
ZnMn 1 % mampu meningkatkan koefisien non-linear.
3. Berdasarkan pengukuran sifat listrik V-I, varistor ZnMn0.5 memiliki
nilai β yang terbaik diantara varistor yang telah dibuat pada pengujian
kali ini.
4. Berdasarkan pengukuran sifat listrik V-I diperoleh pula nilai resistansi
untuk masing-masing varistor. Dan ZnMn 0.5 % memiliki resistani
awal yang tertinggi.
5. Dari hasil pengukuran sifat listrik V-t varistor, varistor ZnMn2
memiliki tegangan tembus yang paling rendah dan mampu
memperbaiki gradien karakteristik V-t varistor.
6. Pada penelitian kali ini belum didapatkan suatu korelasi antara hasil
pengujian V-I dengan pengujian V-t
83
B. Saran
Setelah melakukan penelitian dan menganalisis hasil yang didapat, maka saran
yang dapat diberikan sebagai berikut :
1. Dalam pembuatan varistor, kebersihan alat-alat yang digunakan pada
proses preparasi, harus benar-benar diperhatikan. Hal ini bertujuan
untuk menghindari terjadinya kontaminasi benda-benda asing kedalam
campuran varistor.
2. Lebih berhati-hati dan lebih teliti pada saat proes pencetakan agar
sampel yang dibuat memiliki fisik yang baik (tidak pecah atau retak).
3. Menambahkan dopan lain agar diperoleh varistor yang memiliki nilai
resistansi yang ideal.
4. Memvariasikan komposisi MnO2 diantara range 0-0,5 % mol dan
diantara 0,5-1 % mol. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.
5. Perlu penelitian lebih lanjut untuk mencari korelasi antara ukuran
varistor dengan tegangan dischargenya
INFLUENCE OF MnO2 DOPANT ON V-I AND V-T CHARACTERISTICS
OF ZINC OXIDE VARISTOR IN 1300 OC SINTERING TEMPERATURE
Oleh
AHMAD SIDIK
This discusses the influence of MnO2 dopant on characteristics volt-ampere (V-I)
and volt-time (V-t) in varistor metal oxide with principal materials of ZnO. The
composition concentration of MnO2 is varied from 0.5 % mol, 1% mol, 1.5 %
mol, 2 % mol, and 5 % mol. Ceramics varistor zno and zno dopan with MnO2
have done. Making process varistor this pass 3 stages that is preparation with mix
powder ZnO with powder MnO2, printing process with dry pressing method and
the last process is sintering varistor disk in 1300 oC. After that, the characteristics
of volt-ampere (V-I) and characteristics character volt-time (V-t).
From V-I characteristics constants non-linear (β) and varistor resistance are
obtained. Adding 0,5 % and 1 % mol MnO2 can increase non-linear constant
varistor with β smaller is compared to that of ZnO varistor pure. It also increase
varistor resistances. While for the others decrease varistor resistances.
The result from characteristics measurement V-t is got response curve varistor and
characteristics curve V-t varistor. Varistor ZnO pure and ZnO-MnO2 has response
curve varistor present under impulse voltage curve. It's has characteristics curve
V-t lower compared with characteristics curve V-t impulse voltage. so that can be
said varistor work. Varistor ZnO-MnO2 has characteristics curve V-t lower than
varistor ZnO. And ZnMn 2 % has lowers characteristics curve between varistor
ZnO-MnO2 the other.
Keyword : varistor, ZnO-MnO2, characteristics volt-ampere (V-I), characteristics
volt-waktu (V-t), non-linearity varistor
ABSTRAK
PENGARUH PENAMBAHAN MnO2 TERHADAP KARAKTERISTIK
VOLT-AMPERE DAN KARAKTERISTIK VOLT-WAKTU VARISTOR
ZINC OXIDE PADA SUHU PENYINTERAN 1300OC
Oleh
AHMAD SIDIK
Dalam penelitian ini, dibahas tentang pengaruh penambahan senyawa MnO2
terhadap karakteristik Volt-Ampere (V-I) dan karakteristik Volt-waktu (V-t) pada
varistor metal oksida dengan material utama ZnO. Dengan konsentrasi senyawa
MnO2 yang diberikan adalah 0.5 % mol, 1% mol, 1.5 % mol, 2 % mol, dan 5 %
mol. Pembuatan keramik varistor ZnO dan ZnO yang didopan dengan MnO2 telah
dilakukan. Proses pembuatan varistor ini melalui 3 tahap yaitu preparasi dengan
mencampurkan serbuk ZnO dengan serbuk MnO2, proses pencetakan dengan
metode dry pressing. Dan proses penyinteran pelet varistor pada suhu 1300 oC.
Setelah itu, dilakukan pengukuran sifat karakteristik Volt-Ampere (V-I) dan
pengukuran sifat karakteristik Volt-waktu (V-t).
Dari pengukuran V-I varistor akan diperoleh nilai konstanta non-linear (β) dan
nilai resistansi varistor. Dengan menambahkan 0,5 % mol MnO2 dapat
meningkatkan kenon-linearan varistor yang ditandai dengan nilai β yang lebih
kecil dibandingkan dengan Varistor ZnO murni. Serta dapat meningkatkan nilai
resistansi varistor. Sedangkan untuk campuran yang lainnya menurunkan nilai
resistansi.
Hasil dari pengukuran karakteristik V-t diperoleh kurva unjuk kerja dan lengkung
karakteristik V-t varistor. Varistor ZnO murni dan ZnO-MnO2 memiliki kurva
unjuk kerja berada dibawah kurva tegangan impuls uji. Serta memiliki lengkung
karakteristik V-t yang lebih rendah dibandingkan dengan lengkung karakteristik
V-t tegangan impuls uji. Sehingga dapat dikatakan varistor telah dapat bekerja.
ii
Varistor ZnO-MnO2 memiliki lengkung karakteristik V-t yang lebih rendah
dibandingkan varistor ZnO. Dan ZnMn 2 % memiliki lengkung karakteristik yang
terendah diantara varistor ZnO-MnO2 yang lainnya.
Kata Kunci : Varistor, ZnO-MnO2, karakteristik Volt-Ampere (V-I), karakteristik
Volt-waktu (V-t), kenon-linearan varistor
iii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang dan Masalah
Varistor merupakan salah satu komponen penting dalam bidang elektroteknik.
Tergantung atas bidang aplikasinya, varistor mempunyai beberapa sebutan
yang khas dalam bidang teknik. Dalam bidang elektronika, varistor sering
disebut voltage dependent resistor mempunyai ukuran yang cukup kecil dan
dipakai untuk proteksi alat-alat elektronik dari gangguan tegangan impuls
yang diakibatkan oleh surja petir dan proses swicthing.
Gangguan-gangguan yang disebabkan oleh surja hubung dan surja petir,
hakekatnya akan menimbulkan tegangan lebih pada sistem tenaga listrik.
Tegangan lebih ini merupakan fenomena yang tidak dapat dihindarkan dan
akan menimbulkan kerusakan pada peralatan tenaga listrik seperti isolasi pada
transformator dan generator. Sehingga dibutuhkan varistor dengan sifat-sifat
kelistrikan yang baik sebagai salah satu alat yang dapat melindungi peralatanperalatan listrik dari gangguan tegangan surja(1).
Ada beberapa jenis varistor yang digunakan sebagai alat proteksi antara lain
varistor SiC (silikon karbon) dan varistor ZnO ( zinc oxide). Pada awalnya
(1)
Dedeng Herlan, 1995, Pengaruh tekanan kompaksi dan temperatrur sintering terhadap
karakteristik volt-ampere pada pembuatan varistor dengan material utama zinc-oxide,(Jakarta :
Thesis, Universitas Indonesia)
2
kebanyakan orang memakai varistor SiC sebagai pelindung bagi peralatan
listrik. Oleh karena varistor SiC memiliki sifat kelistrikan (karakteristik VoltAmpere dan karakteristik Volt-waktu) yang kurang baik, maka dilakukan
berbagai macam penelitian mengenai varistor ZnO sebagai alternatif alat
pelindung peralatan listrik.
Pada tahun 1935, Bunn melakukan penelitian tentang sifat kisi pada material
ZnO. Penelitian ini terus berkembang hingga saat ini, yang terbaru antara lain
adalah membahas tentang pengaruh penambahan zat aditif terhadap
karakteristik Volt-Ampere (V-I) dan karakteristik Volt-waktu (V-t) pada
material ZnO.
Penambahan zat lain sebagai dopan dalam pembuatan keramik elektronik
khususnya varistor dengan bahan dasar ZnO telah banyak diaplikasikan.
Contohnya Bi2O3. Syarif, et al (1998) menyatakan bahwa Bi2O3 telah mampu
menjadi pemacu pertumbuhan butir (grain growth prometer) melalui liquid
phase sintering dan memperbaiki karakteristik kenon-linearan varistor
sehingga menjadi lebih tinggi.
Untuk mendapatkan varistor ZnO sebagai alternatif alat pelindung peralatan
listrik yang lebih baik lagi pengaruh dopan dan suhu penyinteran merupakan
parameter yang sangat mempengaruhi pembentukkan karakteristik varistor.
Oleh karena itu pada penelitian ini dilihat pengaruh penambahan senyawa
mangan dioxide (MnO2) dengan memvariasikan campurannya pada keramik
varistor ZnO yang akan disinter pada suhu 1300oC, terhadap sifat listrik V–t
dan sifat listrik V-I. Pada penelitian ini MnO2 digunakan sebagai dopan, hal
3
ini dikarenakan penambahan dopan MnO2 dapat mengurangi arus bocor serta
dapat meningkatkan karakteristik kenon-linearan varistor(2).
Proses pembuatan keramik varistor meliputi preparasi, pembentukan atau
pencetakan, penyinteran dan pengujian karakteristik sifat listrik yaitu berupa
pengujian karakteristik V-I dan karakteristik V-t. Dalam proses preparasi
bahan dasar yang digunakan adalah ZnO dengan kemurnian 99% yang
didopan oleh MnO2, dengan variasi komposisi MnO2 yang ditambahkan
adalah 0,5% mol, 1% mol, 1,5% mol, 2% mol dan 2,5% mol. Persentase
komposisi MnO2 ini berdasarkan penelitian-penelitian yang pernah dilakukan
sebelumnya, pada penelitian-penelitian sebelumnya menggunakan persentase
campuran MnO2 sebesar 0,5% mol-2% mol(3), 0,1% mol-1,5% mol(4) dan
0,05% mol-1% mol(5).
Pada proses pembentukan keramik varistor elektronik ini menggunakan teknik
dry pressing (pengepresan kering) dengan tekanan 200 kg/cm2, berdasarkan
penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Agung Sayekti dan Saka Sandaran
dengan tekanan 150 kg/cm2 hasil yang diperoleh keduanya memilki batas butir
yang kurang baik. Sehingga pada penelitian ini tekanan ditingkatkan menjadi
200 kg/cm2 karena berdasarkan nilai-nilai tipikal tekanan dalam proses
pembuatan
(2)
varistor
yang
dikeluarkan
oleh
pabrik
adalah
antara
Bi Shiou Chiou, Ming Chih Chung,1993, Electrical Behaviour of the MnO 2 Doped ZnO-Bi2O3
System, Journal, Taiwan
(3)
Huey Hoon Hng, Poh Ling Chan,2002, Effect of MnO 2 doping in V2O5 doped ZnO varistor
System, Journal, Singapura
(4)
Heriberto Pfeiffer and Kevin M. Knowles,2003, Effect of Vanadium and Manganese
concentrations on the composition, structure and electrical properties of ZnO-rich MnO2-V2O5ZnO varistors, Journal, University of Cambridge
(5)
Bi Shiou Chiou, Ming Chih Chung,1993, Electrical behaviour of the MnO2 doped ZnO-Bi2O3
system, Journal, Taiwan
4
100-400 kg/cm2. Sesudah dicetak, kemudian dilakukan proses penyinteran
terhadap keramik varistor menggunakan furnace dengan suhu 1300 oC dengan
waktu penahanan selama 2 jam, hal ini bertujuan untuk memperoleh
kekerasan/kekuatan yang diperlukan dan karakteristik mikrostruktur. Proses
penyinteran ini telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya dengan suhu
sintering yakni 1200 oC(6) dan 1300 OC(7), dari kedua suhu penyinteran ini
kedua-duanya memiliki hasil yang baik karena batas butir varistor yang
dihasilkan lebih sedikit sehingga medan listrik pada varistor semakin kecil
akibatnya proses yang diperlukan untuk mencapai proses tembus semakin
mudah. Varistor yang telah disintering selanjutnya dilakukan pengujian
karakteristik V-I untuk mengetahui tingkat kenon-linearan suatu varistor dan
juga dilakukan pengujian karakteristik V-t yang bertujuan untuk mengetahui
kemampuan varistor dalam memotong tegangan tinggi impuls yang datang.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk :
1. Mengetahui cara pembuatan keramik elektronik ZnO-MnO2 untuk
aplikasi
varistor
dengan
memvariasikan
campuran
dengan
perbandingan mol yang telah ditentukan.
2. Menganalisis karakteristik sifat listrik volt–waktu (V-t) varistor ZnO
murni.
3. Menganalisis karakteristik sifat listrik V-I varistor ZnO murni
(6)
Bi Shiou Chiou, Ming Chih Chung,1993, Electrical behaviour of the MnO 2 doped ZnO-Bi2O3
system, Journal, Taiwan
(7)
Agung Sayekti,2008, Analisis karakteristik Elektrik Varistor ZnO Mnggunakan Tegangan
Impuls Kapasitif (Bandar Lampung : Skripsi, Universitas Lampung)
5
4. Menganalisis pengaruh variasi campuran MnO2 pada varistor ZnO
terhadap karakteristik sifat listrik V-t dan V-I
C. Kerangka Pemikiran
Pada tugas akhir ini dibahas mengenai pengaruh penambahan MnO2 pada
varistor ZnO terhadap sifat-sifat kelistrikannya. Adapun sifat-sifat listrik yang
dibahas adalah karakteristik V-I dan karakteristik V-t. Proses pembuatan
varistor ini meliputi preparasi, pencetakan, dan penyinteran. Pada proses
preparasi, material atau bahan uji yang digunakan adalah senyawa ZnO yang
dicampur dengan senyawa MnO2. Kompoisi campuran tersebut antara lain
99,5 %mol ZnO-0,5 %mol MnO2, 99 %mol ZnO-1 %mol MnO2, 98,5 %mol
ZnO-1,5 %mol MnO2, 98 %mol ZnO- 2 %mol MnO2, 95 %mol ZnO-5 %mol
MnO2. Senyawa ZnO terlebih dahulu dicampur dengan MnO2 yang diberi zat
pengikat campuran (aseton) kemudian dipanaskan dengan menggunakan
hotplate serta proses pengadukan menggunakan magnetic stirrer selanjutnya
dilakukan proses pengeringan di dalam oven pada suhu 80oC selama 24 jam
dan setelah itu digerus menggunakan mortar.
Senyawa hasil campuran tersebut dicetak menggunakan metode dry pressing
dengan alatnya yang disebut dengan press hirdolik pada tekanan 200 kg/cm2.
Selanjutnya varistor yang sudah dicetak dilakukan penyinteran di dalam
furnace pada suhu 1300 oC dengan waktu penahanan selama 2 jam. Varistor
yang telah disintering kemudian siap dilakukan pengujian karakteristik V-I
menggunakan rangkaian pengukuran arus bolak-balik
dan pengujian
6
karakteristik V-t menggunakan rangkaian pengujian tegangan impuls
kapasitif.
D. Hipotesis
Varistor ZnO yang didopan dengan senyawa MnO2 dengan komposisi 0.5 %,
1%, 1.5%, 2% dan 5% mol pada suhu penyinteran 1300 oC akan memiliki
karakteristik V-I dan V-t yang lebih baik dibandingkan dengan varistor ZnO
murni. Serta resistansi varistor menjadi lebih tinggi pada saat tegangan rendah
sebelum mencapai breakdown voltage.
7
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Setelah melakukan penelitian dan menganalisis hasil yang didapat, maka dapat
disimpulkan bahwa :
1. Pembuatan varistor telah berhasil dilakukan dengan melalui proses
preparasi, pencetakan dengan menggunakan metode teknik dry
pressing, serta proses penyinteran pada suhu 1300 oC
2. Berdasarkan pengukuran sifat listrik V-I varistor ZnMn 0.5 % dan
ZnMn 1 % mampu meningkatkan koefisien non-linear.
3. Berdasarkan pengukuran sifat listrik V-I, varistor ZnMn0.5 memiliki
nilai β yang terbaik diantara varistor yang telah dibuat pada pengujian
kali ini.
4. Berdasarkan pengukuran sifat listrik V-I diperoleh pula nilai resistansi
untuk masing-masing varistor. Dan ZnMn 0.5 % memiliki resistani
awal yang tertinggi.
5. Dari hasil pengukuran sifat listrik V-t varistor, varistor ZnMn2
memiliki tegangan tembus yang paling rendah dan mampu
memperbaiki gradien karakteristik V-t varistor.
6. Pada penelitian kali ini belum didapatkan suatu korelasi antara hasil
pengujian V-I dengan pengujian V-t
83
B. Saran
Setelah melakukan penelitian dan menganalisis hasil yang didapat, maka saran
yang dapat diberikan sebagai berikut :
1. Dalam pembuatan varistor, kebersihan alat-alat yang digunakan pada
proses preparasi, harus benar-benar diperhatikan. Hal ini bertujuan
untuk menghindari terjadinya kontaminasi benda-benda asing kedalam
campuran varistor.
2. Lebih berhati-hati dan lebih teliti pada saat proes pencetakan agar
sampel yang dibuat memiliki fisik yang baik (tidak pecah atau retak).
3. Menambahkan dopan lain agar diperoleh varistor yang memiliki nilai
resistansi yang ideal.
4. Memvariasikan komposisi MnO2 diantara range 0-0,5 % mol dan
diantara 0,5-1 % mol. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.
5. Perlu penelitian lebih lanjut untuk mencari korelasi antara ukuran
varistor dengan tegangan dischargenya