Pembuatan dan Karakterisasi Keramik Alumina dengan Aditif Glass Bead

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK ALUMINA
DENGAN ADITIF GLASS BEAD

SKRIPSI

DONNA FREDISKA LUMBANBATU
130801062

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK ALUMINA DENGAN
ADITIF GLASS BEAD

SKRIPSI


Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains

DONNA FREDISKA LUMBANBATU
130801062

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PENGESAHAN

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK ALUMINA DENGAN
ADITIF GLASS BEAD

OLEH


DONNA FREDISKA LUMBANBATU
NIM 130801062

Disetujui Oleh :
Komisi Pembimbing

Pembimbing I,

Pembimbing II,

(Ir. Muljadi M.Sc)

(Dr. Perdinan Sinuhaji, MS)

NIP : 195711161983121002

NIP : 195903101987031002

Diketahui Oleh:


Departemen Fisika FMIPA USU

Pusat Penelitian Fisika-Lipi

Ketua,

Kepala,

(Dr. Perdinan Sinuhaji, MS)

(Dr. Bambang Widyaatmokp, M.Eng)

NIP : 195903101987031002

NIP : 196204301988031001

Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN


Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

: Pembuatan dan Karakterisasi Keramik Alumina
dengan Aditif Glass Bead
: Skripsi
: Donna Frediska Lumbanbatu
: 130801062
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam(FMIPA)
Universitas SumateraUtara

Disetujui di

Jakarta, 02 Mei 2017

Komisi Pembimbing
Pembimbing I

Pembimbing II,

(Ir. Muljadi, M.Sc)
NIP : 195711161983121002

(Dr. Perdinan Sinuhaji MS)
NIP : 195903101987031002

Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua

(Dr. Perdinan Sinuhaji MS)
NIP : 195903101987031002


Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

Judul

: Pembuatan dan Karakterisasi Keramik Alumina dengan
Aditif Glass Bead

Kategori
Nama
Nomor Induk Siswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

: Skripsi
: Donna Frediska Lumbanbatu
: 130801062
: Sarjana (S1) Fisika

: Fisika
: MIPA-Universitas SumateraUtara

Diluluskan di
Medan, Agustus 2017

Diketahui/ disetujui oleh :
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

Pembimbing,

(Dr. Perdinan Sinuhaji, MS)
NIP :195903101987031002

(Dr. Perdinan Sinuhaji, MS)
NIP : 195903101987031002

i


Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK ALUMINA DENGAN
ADITIF GLASS BEAD

SKRIPSI

Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2017

DONNA FREDISKA LUMBANBATU
130801062

ii

Universitas Sumatera Utara


PENGHARGAAN

Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan kasih
setianya yang selalu menyertai dan memberikan kemudahan sehingga saya dapat
menyelesaikan skripsi ini.
Tugas akhir merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar
sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan diatas penulis mengerjakan tugas akhir
dengan

judul

:

“PEMBUATAN

DAN

KARAKTERISASI


KERAMIK

ALUMINA DENGAN ADITIF GLASS BEAD”, Yang dilaksanakan di
Laboratorium Keramik P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong,
Tangerang Selatan, Banten sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan
penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
Orang tua terkasih Bapak S. Lumbanbatu dan Ibu D. Nainggolan dan adikadik ku (Jonhery Lumbanbatu, Lamijo lumbanbatu, Morina Lumbanbatu, Hesekiel
Lumbanbatu) terima kasih kalian selalu mendoakan, mendukung,memberikan
nasihat, motivasi untuk menyelesaikan skripsi ini. Dan seluruh keluargaku yang telah
memotivasi selama penyusunan skripsi ini.
Bapak Dr. Kerista Sebayang M.Sc selaku Dekan Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji MS selaku ketua Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, dan selaku dosen
pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini.

Bapak Ir. Muljadi M.Si selaku Dosen pembimbing yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M. Eng, selaku Kepala Laboratorium
Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong. Ibu Dr. Nenen Rusnaeni M.T, Bapak

iii

Universitas Sumatera Utara

Prof.Dr.Masno Ginting,Bapak Prof. Pardamean, Bapak Candra Kurniawan M.Si,
Bapak Eko Arif M.Si, Bapak Lukman Faris S.T, selaku pembimbing lapangan yang
telah memberikan

bimbingan,

waktu

dan

tenaga

kepada

penulis

dalam

menyelesaikan skripsi ini.
Bapak Drs Kurnia Sembiring, MS selaku Dosen Pembimbing Akademik
penulis selama mengikuti perkuliahan.
Seluruh Staf dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Departemen Fisika FMIPA
USU
Bang Sandro Petrus Siregar dan Sahabat saya Helentina Lumbanbatu yang
memberi motivasi, doa dan dukungannya yang tak henti-henti kepada penulis.
Teman-teman saya Krisdayanti Napitupulu, Kristin N. Hutagalung, Febriana
Lumbanbatu, Gibson Hutagalung, Niko NababanEmmy Rosinta, Rifandi, Andi
Pratama, Elfrida lingga (selaku teman seperjuangan di LIPI Tangerang) Rajuan,
Helprina, kak denti ( selaku teman satu kost) yang tak henti-hentinya memberikan
semangat, doa, dukungan kepada penulis.
Seluruh teman – teman angkatan 2013, Adik-adik angkatan 2014, 2015 dan
2016 Fisika-USU.

Medan, Juli 2017

Penulis

iv

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK ALUMINA DENGAN
ADITIF GLASS BEAD

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian “Pembuatan dan Karakterisasi Keramik Alumina dengan
Aditif Glass Bead”. Riset dilakukan dengan menggunakan dua buah jenis bahan
yaitu alumina dan glass bead. Sintesa alumina dilakukan melalui ball milling dengan
tahapan kompaksi dengan tekanan 8 ton, dicetak dengan metode die pressing.
Dilanjutkan pembakaran (sintering) dengan variasi temperatur 11000C, 11500C,
12000C, 12500C, 13000C, 14000C, ditahan selama 2 jam serta karakterisasi.
Karakterisasi yang dilakukan meliputi densitas, kekerasan, penyusutan, Optical
Microscope (OM) dan XRD. Karakteristik menunjukkan penambahan glass bead
berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanis. Keramik alumina dengan penambahan
10% glass bead memiliki densitas, kekerasan, dan penyusutan yang lebih tinggi
dibandingkan dengan penambahan 5% glass bead. Karakterisasi tertinggi keramik
alumina pada penambahan 10% glass bead dicapai pada saat temperatur 1400 0C
dengan densitas 2,56 gr/cm3, nilai kekerasan 580,40 Hv dan nilai penyusutan
15,23%. Karakterisasi tertinggi keramik alumina pada penambahan 5% glass bead
dicapai pada saat temperatur 14000C dengan densitas 1,90 gr/cm3, nilai kekerasan
558,26 Hv, dan nilai penyusutan 6,46%. Hasil analisis fasa dengan XRD
menunjukkan bahwa fasa yang terbentuk fasa dominan yaitu fasa Al 2O3 (corondum)
dan fasa minor yaitu fasa SiO2, dan AlO2
Kata kunci : (Keramik Alumina, Aditif Glass Bead, Karakterisasi)

v

Universitas Sumatera Utara

MANUFACTURING AND CHARACTERIZATION OF CERAMIC
ALUMINA WITH ADDITIVE GLASS BEAD

ABSTRACT

Research about “Manufacturing and Characteriszation of Ceramic Alumina with
Additive Glass Bead” has been done. Raw materials used in this research are two
kind of material, alumina and glass bead. Synthesis of alumina done by ball milling
with compaction steps of 8 ton, compacted with die pressing method. Next step is
sintering with variaton temperature of 1100oC, 1150oC, 1200oC, 1250oC, 1300oC and
1400oC and holding time 2 hours and the caharacterization. The characterization
conducted are consist of test of density, hardness, shrinkage, Optical Microscope and
analysis XRD. The characterization shows addition of glass bead affects to the
physical ang mechanical properties. Ceramic alumina with addition 10% glass bead
has the higher value of density, hardness and shrinkage than addition 5% glass bead.
The highest characterization of ceramic alumina with addition 10% achieved at
temperature of 1400 oC with density 2,56 gr/cm3, hardness vickers 580,40 Hv and
shrinkage 15,23 %. The highest characerization of ceramic with 5% glass bead
achieved at 1400 oC with density 1,90 gr/cm3, hardness vickers 558,26 Hv, and
shrinkage 6,46 %. XRD analysis shows phase formed are Al 2O3 phase (corondum) as
dominant phase and SiO2 and AlO2 phase as minor phase.
Keywords: (Ceramic Alumina, Additive Glass Bead, Characterization)

vi

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN

i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi

BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Tempat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan

1
1
3
3
3
4
4
4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Keramik
2.2 Keramik Alumina
2.3 Glass Bead
2.4 Proses Pembuatan Material Keramik
2.4.1. Preparasi Serbuk Keramik
2.4.2. Proses Pembentukan Keramik
2.5 Sintering
2.6 Densitas
2.7 Kekerasan
2.8 Penyusutan Diameter
2.9 X-Ray Difraktometer (XRD)

6
6
7
10
12
12
13
14
19
20
21
22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
3.2.2 Bahan – bahan
3.3 Diagram Alir Penelitian
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Penentuan Komposisi
3.4.2 Pembuatan Sampel

23
23
23
23
23
23
24
25
26
26
26

vii
Universitas Sumatera Utara

3.5 Pengujian Sampel
3.5.1 Uji Densitas
3.5.2 Uji Kekerasan (Hardness Vickers)
3.5.3 X-Ray Difractometer (XRD)
3.5.4 OM (Optical Microscopy)

28
28
28
29
30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Karakterisasai
4.1.1 Pengujian densitas
4.1.2 Uji Kekerasan (Hardness Vickers)
4.1.3 Uji Penyusutan
4.1.4 Mikroskop Optik (Optical Mikroscope)
4.1.5. X – Ray Difractometer (XRD)

31
31
31
33
34
36
38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

41
41
42

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

43
46

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel
1.
2.
3.
4.

5.

6.

7.

Judul
Halaman
Sifat fisis dan mekanis keramik alumina secara umum
9
Karakteristik Silika Amorf
10
Komposisi pembuatan sampel
26
Data hasil uji densitas keramik alumina dengan variasi
komposisi glass bead (5 dan 10) %wt terhadap temperatur
sintering (℃)
31
Data hasil uji kekerasan keramik alumina dengan variasi
komposisi glass bead (5 dan 10) %wt terhadap temperatur
sintering (℃)
33
Data hasil uji nilai penyusutan dari keramik alumina dengan
Variasi komposisi glass bead (5 dan 10) %wt terhadap
temperatur sintering (℃)
34
Data hasil uji nilai grain size dari keramik alumina dengan
variasi komposisi glass bead (5 dan 10) %wt terhadap
temperatur sintering (℃)
37

ix
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.

15.

16.

17.
18.
19.

20.
21.

Judul
Halaman
Struktur silika tetrahedral
11
Skema pembentukan dengan cara tekan satu arah
14
Skema pembentukan dengan cara isostatik pres
14
Pemodelan Partikel
16
Tahap pertama proses sinter
18
Tahap Akhir Sinter
18
Pertumbuhan ikatan mikrostruktur antar partikel keramik
selama proses sinter
18
Model sinter dua partikel
19
Bentuk Identer vickers
19
Pengujian vicker
20
Difraksi dari bidang kristal
21
Diagram alir penelitian
25
Skema Alat uji XRD
29
Grafik hubungan densitas keramik alumina dengan variasi
komposisi glass bead (5 dan 10)%wt terhadap temperatur
sintering
(℃)
32
Grafik hubungan kekerasan dari keramik alumina dengan
variasi komposisi glass bead (5 dan 10) %wt terhadap
temperatur sintering (℃)
33
Grafik hubungan penyusutan dari keramik alumina dengan
variasi komposisi glass bead (5 dan 10) %wt terhadap
temperatur sintering (℃)
35
Hasil foto Optical Microscope pada penambahan glass bead
5% disintering pada suhu 1300℃ dan 1400℃
36
Hasil foto Optical Microscope pada penambahan glass bead
5% disintering pada suhu 1300℃ dan 1400℃
36
Grafik hubungan grain size dari keramik alumina dengan
variasi komposisi glass bead (5 dan 10) %wt
terhadap temperatur sintering (℃)
37
Hasil pengujian XRD dengan penambahan 5% glass bead pada
temperatur sintering (a)T=1300℃, (b) T=1400℃
38
Hasil pengujian XRD dengan penambahan 10% glass bead pada
temperatur sintering (a)13000C, (b) 14000C
39

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1
Lampiran 2
Lampiran 3
Lampiran 4
Lampiran 5
Lampiran 6
Lampiran 7

Judul
Bahan dan Peralatan Penelitian
Pengukuran Densitas
Pengujian Vickers
Data Hasil Analisis XRD
Hasil Pengujian Optical Microscopy
Hasil Penyusutan
Hasil Grain Size

Halaman
45
48
53
55
63
65
66

xi
Universitas Sumatera Utara