II.6.3. Proses Pembakaran Sintering
Sintering adalah suatu proses pembakaran keramik setelah melalui proses pencetakan sehingga diperoleh suatu produk keramik yang kuat dan lebih padat. Suhu pembakaran
pada proses sintering sangat tergantung sekali dengan jenis bahan keramik, umumnya disekitar 80-90 dari titik lebur campuran bahan baku yang digunakan. Selama
berlangsungnya proses sintering akan terjadi pengurangan pori, penyusutan dan perubahan ukuran butir. Terjadinya pengurangan pori dan pertumbuhan butir grain
growth selama proses sintering akibat proses difusi diantara butir. Jenis proses difusi akan memberikan efek terhadap perubahan sifat-sifat fisis yaitu perubahan densitas,
porositas, penyusutan dan ukuran butir. Faktor-faktor yang menentukan proses dan mekanisme sintering antara lain : jenis bahan, komposisi, bahan pengotornya dan ukuran
partikel. Proses sintering dapat berlangsung apabila Reynen 1979 : 1. Adanya perpindahan materi diantara butiran yang disebut proses difusi
2. Adanya sumber energi yang dapat mengaktifkan transfer materi, energi tersebut digunakan untuk menggerakan butiran hingga terjadi kontak dan ikatan yang
sempurna. Energi untuk menggerakan proses sintering disebut gaya dorong driving force yang ada
hubungannya dengan energi permukaan butiran . Gaya dorong tersebut dapat diilustrasikan dari dua buah bola yang berukuran sama yang saling kontak dengan ukuran
kontak x seperti ditunjukan pada Gambar II.10. Gaya dorong untuk terjadinya kontak tersebut dapat bersifat tekan bila lekukan kontak neck tersebut cembung dan bersifat
tarik bila lekukan kontak neck tersebut cekung Ristic 1989.
Ahamad Faisal : Pengaruh Penambahan Al2TiO5 Pada Pembuatan Keramik Al2O3 Terhadap Sifat Fisis Dan Mikrostrukturnya, 2007 USU e-Repository © 2008
Gambar II.10. Model Dua Bola Saling Kontak Dengan Pembentukan Leher Kontak neck Ristic 1989.
Persamaan gaya dorong dapat ditulis Ristic 1989 :
x
γ σ
=
........................................... II.2
Gaya dorong tersebut diperoleh melalui pemberian energi yang dalam hal ini berupa pemberian panas dari luar pada suatu proses pembakaran. Energi permukaan partikel
persatuan volum berbanding terbalik dengan ukuran partikel [Ristic, 1989, William, 1991]. Berarti proses sintering dari partikel-partikel halus akan lebih cepat dibandingkan
partikel-partikel yang besar atau densitas sinternya semakin tinggi. Pada Gambar II.11 ditunjukkan suatu contoh pengaruh ukuran partikel terhadap proses sintering
Coblenz,1991.
Ahamad Faisal : Pengaruh Penambahan Al2TiO5 Pada Pembuatan Keramik Al2O3 Terhadap Sifat Fisis Dan Mikrostrukturnya, 2007 USU e-Repository © 2008
Gambar II.11. Kurva hubungan sintering density terhadap berbagai ukuran partikel keramik Al
2
O
3
yang disinter pada 1600 C Coblenz,1991.
Proses perpindahan materi difusi selama proses sintering ditunjukkan pada Gambar II.12. Ada beberapa mekanisme difusi selama proses sintering yaitu Coblenz,1991 :
difusi volume, difusi permukaan, difusi batas butir dan difusi secara penguapan dan kondensasi. Tiap-tiap mekanisme difusi tersebut akan memberikan efek terhadap
perubahan sifat fisis bahan setelah sintering antara lain perubahan : densitas, porositas, penyusutan dan pembesaran butiran.
1 Difusi permukaan 2,5,6 difusi volume 3penguapan kondensasi 4 difusi batas butir grain boundary diffusion
Gambar II.12. Mekanisme Perpindahan Materi Selama Sintering Coblenz,1991.
Pada proses sintering keramik ada beberapa tahapan yaitu meliputi Muljadi 1994 : A. Tahapan awal
partikel-partikel keramik saling kontak satu dengan yang lainnya setelah proses pencetakan.
Gambar II.13.a. Tahapan Awal Sintering
Ahamad Faisal : Pengaruh Penambahan Al2TiO5 Pada Pembuatan Keramik Al2O3 Terhadap Sifat Fisis Dan Mikrostrukturnya, 2007 USU e-Repository © 2008
B. Tahapan mulai sintering Pada tahapan ini sintering milai berlangsung dan permukaan
kontak kedua partikel semakin lebar. Perubahan ukuran butiran maupun pori belum terjadi.
Gambar II.13.b. Tahapan Mulai Sintering
C. Tahapan pertengahan sintering
. Pori-pori pada batas butir saling menyatu dan
terjadi pembentukan kanal-kanal pori dan ukuran butiran mulai membesar
Gambar II.13.c. Tahapan Pertengahan Sintering
D. Tahapan akhir sintering Pada tahapan ini batas butir bergerak dan terjadi
pembesaran ukuran butiran sampai kanal-kanal pori tertutup dan sekaligus terjadi penyusutan
Gambar II.13.d. Tahapan Akhir Sintering
Peningkatan densitas dan penyusutan lebih banyak disebabkan adanya difusi batas butir Muljadi 1994. Laju penyusutan dipengaruhi oleh waktu dan suhu sintering. Hubungan
laju penyusutan dengan waktu dan suhu sintering ditunjukkan pada persamaan Coblenz,1991 :
Ahamad Faisal : Pengaruh Penambahan Al2TiO5 Pada Pembuatan Keramik Al2O3 Terhadap Sifat Fisis Dan Mikrostrukturnya, 2007 USU e-Repository © 2008
5 6
5 2
5 2
4 ,
1 r
t kT
D L
L ⎥⎦
⎤ ⎢⎣
⎡ Ω =
∆
γ ........................................................ II.3
dengan : LL :
penyusutan shrinkage
: energi permukaan k
: konstanta
Boltzman r :
jari-jari D
: koefisien difusi t :
waktu T
: suhu
Beberapa parameter yang dapat dijadikan acuan untuk mengevaluasi proses sintering
material keramik adalah : Porositas, densitas, sifat listrik, kekuatan mekanik, dan penyusutan shrinkage . Hubungan antara parameter tersebut terhadap suhu sintering
untuk keramik secara umum ditunjukan pada Gambar II.13.
Gambar II.14.Hubungan Suhu Sintering Terhadap Perubahan Sifat –Sifat Material Keterangan : 1 Porositas, 2 Densitas, 3 Sifat listrik, 4 Kekuatan Mekanik,
5 Ukuran butir grain Size Muljadi 1994
Ahamad Faisal : Pengaruh Penambahan Al2TiO5 Pada Pembuatan Keramik Al2O3 Terhadap Sifat Fisis Dan Mikrostrukturnya, 2007 USU e-Repository © 2008
Pengaruh suhu sintering terhadap perubahan densitas dan porositas saling berlawanan, suhu sintering semakin tinggi maka densitas, kekuatan mekanik dan ukuran butir semakin
besar sedangkan porositas dan sifat listrik menurun.
II.7. KARAKTERISASI MATERIAL KERAMIK
Kategori