Pembuatan dan Karakterisasi Keramik Alumina dengan Aditif Glass Bead
1
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pembuatan keramik pada zaman dahulu hanya dilakukan dengan membakar satu
bahan saja, yaitu dengan lempung. Seni dan industri keramik telah berlangsung sejak
ribuan tahun yang lalu, proses pembuatan keramik pada zaman dahulu dengan cara
dibakar menggunakan bahan dan peralatan sederhana. Bahan yang dipakai adalah
feldspar, tanah liat dan lempeng. Hal ini disebabkan karena pengetahuan tentang
keramik belum memadai.
Seiring dengan perkembangan ilmu bahan maka proses pembuatan keramik
dari tahun ke tahun mengalami kemajuan. Keramik pada awalnya diproduksi secara
tradisional dari mineral alam, namun sekarang kegunaan keramik bermacam-macam
fungsinya, dulu hanya digunakan sebagai barang pecah belah, gerabah. Sekarang
telah menjadi industri yang cukup besar dengan aplikasi kegunaan seperti keramik
porselin salah satu bahan isolator listrik, peralat pabrik dan lain sebagainya.
Keramik merupakan paduan logam yang terikat secara ionik dan kovalen. Untuk
mendapatkan sifat-sifat keramik biasanya diperoleh dengan pemanasan pada suhu
tinggi. Ada dua pembagian keramik, yaitu:
1. Keramik tradisional
Keramik tradisional biasanya dibuat dari tanah liat.
Contoh: porselen, bata ubin, gelas dll.
2. Keramik modern
Keramik modern mempunyai ruang lingkup lebih luas dari keramik
tradisional pada kehidupan manusia.
Contoh: pemakaian pada bidang elektronik, komputer, komunikasi, aerospace
dan lain-lain. (Tri sidabutar, 2017)
Material keramik yang berbasis senyawa oksida seperti : Al 2O3, ZrO2, MgO,
TiO2 memiliki keunggulan antara lain titik leburnya tinggi, keras, bersifat refraktori
(tahan suhu tinggi), kuat dan bersifat isolator. Aluminium oksida (alumina) adalah
senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, dengan rumus kimia Al 2O3. Material ini
meleleh pada suhu 2050℃ dan mempertahankan kekuatannya bahkan pada suhu
Universitas Sumatera Utara
2
1500℃ sampai 1700℃. Alumina mempunyai ketahanan listrik yang tinggi dan tahan
terhadap kejutan termal dan korosi. Alumina sering digunakan dalam berbagai
aplikasi karena mempunyai sifat fisika dan kimia yang tinggi seperti kekuatan yang
sangat tinggi, sangat keras, isolasi elektrik yang baik, ketahanan panas yang tinggi,
temperatur lembur yang tinggi, ketahanan abrasi dan korosi yang tinggi. Bahkan
dalam beberapa tahun terakhir permintaan alumina dengan kemurnian yang tinggi
berkembang pesat diberbagai sektor seiring dengan meningkatnya pertumbuhan
mobil, semikonduktor, komputer dan sektor lain.(Shinji fujiwara, 2007)
Alumina bagi industri keramik sama hal seperti baja bagi industri logam dan
termasuk salah satu jenis keramik yang sering digunakan. Aplikasinya sangat luas
dipakai di berbagai bidang. Di indonesia belum terdapat pabrik pemurnian atau
pengelolahan bauksit menjadi alumina. Alumina mempunyai beberapa bentuk multi
fasa, antara lain �����-Al2O3, delta-Al2O3,
theta-Al2O3, dan alpha-Al2O3.
(Tumpal,2004)
Glass bead merupakan butiran kaca. Glass bead terdiri dari 74% berat SiO2,
16% Na2O, 5% berat CaO, 1% berat Al2O3, dan yang lain 4MgO. Karakteristik glass
bead memiliki suhu leleh rendah, mudah dikerjakan, juga tahan lama (William,
2003). Glass bead memiliki densitas 2,50 gr/cm3 (George, 1987). Silika atau silikon
oksidasi memiliki rumus kimia SiO2 yang terbentuk dari atom silika dan oksigen.
Silika dapat diaplikasikan dalam berbagai elektronik mekanik dan dapat dibuat
menjadi bahan keramik. Silika yang dibakar hingga suhu 500-700℃ dalam waktu 1
sampai 2 jam akan menghasilkan silika amorf dengan densitas 2.21 g/cm3. Silika
senyawa yang terdapat di alam berstruktur kristalin, sedangkan senyawa berasal dari
sintetis adalah amorf. Silika dapat ditemukan dalam tiga bentuk kristal, yaitu kuarsa,
tridimit, dan kristobalit. (Harsono, 2002).
Proses sintering merupakan proses pemadatan material serbuk dengan cara
membentuk ikatan batas butir antar serbuk penyusunnya ikatan antar butir terjadi
akibat pemanasan dan temperatur sintering yang diatur dibawah temperatur leleh dari
partikel penyusunnya. Pada proses sinter, benda padat terjadi karena terbantuknya
ikatan-ikatan antar partikel.
Pada percobaan ini, riset akan difokuskan untuk mengetahui pengaruh
penambahan glass bead pada pembuatan keramik alumina terhadap temperatur
Universitas Sumatera Utara
3
sintering dan karakterisasi keramik alumina. Aluminina disintering pada temperatur
1100℃, 1150℃, 1200℃, 1250℃, 1300℃, 1400℃. Dilakukan karakterisasi untuk
mengetahui densitas, kekerasan (hardness), penyusutan, mikroskop optik (Optical
Microscope) dan X- Ray Difraktometer (XRD).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang masalah sebelumnya, maka penulis
merumuskan berbagai hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini,
diantaranya:
1. Berapa nilai aditif glass bead dan suhu sintering yang optimum?
2. Bagaimana pengaruh penambahan glass bead dan variasi suhu sintering pada
pembuatan keramik alumina terhadap sifat fisis dan kekerasan?
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini memiliki batasan masalah, yaitu:
1. Bahan yang digunakan alumina (Al2O3)
2. Aditif yang digunakan glass bead
3. Variasi komposisi alumina: 95 % dan 90%
4. Variasi komposisi glass bead: 5 % dan 10%
5. Waktu milling 24 jam
6. Bahan perekat yang digunakan adalah celuna
7. Pengujian: XRD, OM, penyusutan, densitas, kekerasan
8. Suhu sintering antara lain: 1100℃, 1150℃, 1200℃, 1250℃, 1300℃, 1400℃.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui nilai aditif glass bead dan suhu sintering yang optimum.
2. Mengetahui pengaruh penambahan glass bead dan variasi suhu sintering
pada pembuatan keramik alumina terhadap sifat fisis dan kekerasan.
Universitas Sumatera Utara
4
1.5 Manfaat penelitian
Pemahaman mengenai pengaruh alumina dengan aditif glass bead terhadap
temperatur sintering dan karakterisasi keramik alumina dapat dijadikan acuan
dalam pemilihan bahan dan penentuan parameter untuk mendapatkan
karakteristik yang lebih unggul.
1.6 Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Pusat Penelitian Fisika (PPF) Lembaga Ilmu
Pengetahuan Indonesia (LIPI)- Puspiptek Serpong
1.7 Sistematika Penulisan
Penulisan laporan tugas akhir ini terdiri dari lima bab dengan sistematika
sebagai berikut:
BAB 1
Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah
yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat
penelitian, dan sistematika penelitian.
BAB 2
Tinjauan pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data, serta pembahasan
dari penelitian yang dilakukan.
BAB 3
Metodologi penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian,
diagram penelitian, prosedur penelitian dan karakterisasi
cuplikan yang dilakukan.
BAB 4
Hasil dan pembahasan
Bab ini membahas tentang hasil data penelitian dan analisa
data yang diperoleh dari penelitian.
Universitas Sumatera Utara
5
BAB 5
Kesimpulan
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari
penelitian dan saran untuk penelitian lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pembuatan keramik pada zaman dahulu hanya dilakukan dengan membakar satu
bahan saja, yaitu dengan lempung. Seni dan industri keramik telah berlangsung sejak
ribuan tahun yang lalu, proses pembuatan keramik pada zaman dahulu dengan cara
dibakar menggunakan bahan dan peralatan sederhana. Bahan yang dipakai adalah
feldspar, tanah liat dan lempeng. Hal ini disebabkan karena pengetahuan tentang
keramik belum memadai.
Seiring dengan perkembangan ilmu bahan maka proses pembuatan keramik
dari tahun ke tahun mengalami kemajuan. Keramik pada awalnya diproduksi secara
tradisional dari mineral alam, namun sekarang kegunaan keramik bermacam-macam
fungsinya, dulu hanya digunakan sebagai barang pecah belah, gerabah. Sekarang
telah menjadi industri yang cukup besar dengan aplikasi kegunaan seperti keramik
porselin salah satu bahan isolator listrik, peralat pabrik dan lain sebagainya.
Keramik merupakan paduan logam yang terikat secara ionik dan kovalen. Untuk
mendapatkan sifat-sifat keramik biasanya diperoleh dengan pemanasan pada suhu
tinggi. Ada dua pembagian keramik, yaitu:
1. Keramik tradisional
Keramik tradisional biasanya dibuat dari tanah liat.
Contoh: porselen, bata ubin, gelas dll.
2. Keramik modern
Keramik modern mempunyai ruang lingkup lebih luas dari keramik
tradisional pada kehidupan manusia.
Contoh: pemakaian pada bidang elektronik, komputer, komunikasi, aerospace
dan lain-lain. (Tri sidabutar, 2017)
Material keramik yang berbasis senyawa oksida seperti : Al 2O3, ZrO2, MgO,
TiO2 memiliki keunggulan antara lain titik leburnya tinggi, keras, bersifat refraktori
(tahan suhu tinggi), kuat dan bersifat isolator. Aluminium oksida (alumina) adalah
senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, dengan rumus kimia Al 2O3. Material ini
meleleh pada suhu 2050℃ dan mempertahankan kekuatannya bahkan pada suhu
Universitas Sumatera Utara
2
1500℃ sampai 1700℃. Alumina mempunyai ketahanan listrik yang tinggi dan tahan
terhadap kejutan termal dan korosi. Alumina sering digunakan dalam berbagai
aplikasi karena mempunyai sifat fisika dan kimia yang tinggi seperti kekuatan yang
sangat tinggi, sangat keras, isolasi elektrik yang baik, ketahanan panas yang tinggi,
temperatur lembur yang tinggi, ketahanan abrasi dan korosi yang tinggi. Bahkan
dalam beberapa tahun terakhir permintaan alumina dengan kemurnian yang tinggi
berkembang pesat diberbagai sektor seiring dengan meningkatnya pertumbuhan
mobil, semikonduktor, komputer dan sektor lain.(Shinji fujiwara, 2007)
Alumina bagi industri keramik sama hal seperti baja bagi industri logam dan
termasuk salah satu jenis keramik yang sering digunakan. Aplikasinya sangat luas
dipakai di berbagai bidang. Di indonesia belum terdapat pabrik pemurnian atau
pengelolahan bauksit menjadi alumina. Alumina mempunyai beberapa bentuk multi
fasa, antara lain �����-Al2O3, delta-Al2O3,
theta-Al2O3, dan alpha-Al2O3.
(Tumpal,2004)
Glass bead merupakan butiran kaca. Glass bead terdiri dari 74% berat SiO2,
16% Na2O, 5% berat CaO, 1% berat Al2O3, dan yang lain 4MgO. Karakteristik glass
bead memiliki suhu leleh rendah, mudah dikerjakan, juga tahan lama (William,
2003). Glass bead memiliki densitas 2,50 gr/cm3 (George, 1987). Silika atau silikon
oksidasi memiliki rumus kimia SiO2 yang terbentuk dari atom silika dan oksigen.
Silika dapat diaplikasikan dalam berbagai elektronik mekanik dan dapat dibuat
menjadi bahan keramik. Silika yang dibakar hingga suhu 500-700℃ dalam waktu 1
sampai 2 jam akan menghasilkan silika amorf dengan densitas 2.21 g/cm3. Silika
senyawa yang terdapat di alam berstruktur kristalin, sedangkan senyawa berasal dari
sintetis adalah amorf. Silika dapat ditemukan dalam tiga bentuk kristal, yaitu kuarsa,
tridimit, dan kristobalit. (Harsono, 2002).
Proses sintering merupakan proses pemadatan material serbuk dengan cara
membentuk ikatan batas butir antar serbuk penyusunnya ikatan antar butir terjadi
akibat pemanasan dan temperatur sintering yang diatur dibawah temperatur leleh dari
partikel penyusunnya. Pada proses sinter, benda padat terjadi karena terbantuknya
ikatan-ikatan antar partikel.
Pada percobaan ini, riset akan difokuskan untuk mengetahui pengaruh
penambahan glass bead pada pembuatan keramik alumina terhadap temperatur
Universitas Sumatera Utara
3
sintering dan karakterisasi keramik alumina. Aluminina disintering pada temperatur
1100℃, 1150℃, 1200℃, 1250℃, 1300℃, 1400℃. Dilakukan karakterisasi untuk
mengetahui densitas, kekerasan (hardness), penyusutan, mikroskop optik (Optical
Microscope) dan X- Ray Difraktometer (XRD).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang masalah sebelumnya, maka penulis
merumuskan berbagai hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini,
diantaranya:
1. Berapa nilai aditif glass bead dan suhu sintering yang optimum?
2. Bagaimana pengaruh penambahan glass bead dan variasi suhu sintering pada
pembuatan keramik alumina terhadap sifat fisis dan kekerasan?
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini memiliki batasan masalah, yaitu:
1. Bahan yang digunakan alumina (Al2O3)
2. Aditif yang digunakan glass bead
3. Variasi komposisi alumina: 95 % dan 90%
4. Variasi komposisi glass bead: 5 % dan 10%
5. Waktu milling 24 jam
6. Bahan perekat yang digunakan adalah celuna
7. Pengujian: XRD, OM, penyusutan, densitas, kekerasan
8. Suhu sintering antara lain: 1100℃, 1150℃, 1200℃, 1250℃, 1300℃, 1400℃.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui nilai aditif glass bead dan suhu sintering yang optimum.
2. Mengetahui pengaruh penambahan glass bead dan variasi suhu sintering
pada pembuatan keramik alumina terhadap sifat fisis dan kekerasan.
Universitas Sumatera Utara
4
1.5 Manfaat penelitian
Pemahaman mengenai pengaruh alumina dengan aditif glass bead terhadap
temperatur sintering dan karakterisasi keramik alumina dapat dijadikan acuan
dalam pemilihan bahan dan penentuan parameter untuk mendapatkan
karakteristik yang lebih unggul.
1.6 Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Pusat Penelitian Fisika (PPF) Lembaga Ilmu
Pengetahuan Indonesia (LIPI)- Puspiptek Serpong
1.7 Sistematika Penulisan
Penulisan laporan tugas akhir ini terdiri dari lima bab dengan sistematika
sebagai berikut:
BAB 1
Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah
yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat
penelitian, dan sistematika penelitian.
BAB 2
Tinjauan pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data, serta pembahasan
dari penelitian yang dilakukan.
BAB 3
Metodologi penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian,
diagram penelitian, prosedur penelitian dan karakterisasi
cuplikan yang dilakukan.
BAB 4
Hasil dan pembahasan
Bab ini membahas tentang hasil data penelitian dan analisa
data yang diperoleh dari penelitian.
Universitas Sumatera Utara
5
BAB 5
Kesimpulan
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari
penelitian dan saran untuk penelitian lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara