Pengaruh Variasi Komposisi Al2O3 Terhadap Sifat Fisis, Mekanis, Struktur Mikro, dan Fasa dalam Pembuatan Keramik Berbasis Bentonit dan Glass Bead
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT
FISIS, MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA
DALAM PEMBUATAN KERAMIK BERBASIS BENTONIT
DAN GLASS BEAD
SKRIPSI
NURDINA
130801091
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT FISIS,
MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA DALAM PEMBUATAN
KERAMIK BERBASIS BENTONIT DAN GLASS BEAD
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
NURDINA
130801091
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT FISIS,
MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA DALAM PEMBUATAN
KERAMIK BERBASIS BENTONIT DAN GLASS BEAD
OLEH:
NURDINA
NIM : 130801091
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Pembimbing 1,
Pembimbing 2,
(Eko Arief Setiadi, M.Sc)
(Prof. Dr. Zuriah Sitorus, MS)
NIP : 198804192015021002
NIP : 195607261984032001
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Pusat Penelitian Fisika-Lipi
Ketua,
Kepala,
(Dr. Perdinan Sinuhaji, MS)
(Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng)
NIP : 195903101987031002
NIP : 196204301988031001
i
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Pengaruh Variasi Komposisi Al2O3 Terhadap Sifat Fisis,
Mekanis, Struktur mikro, dan Fasa dalam Pembuatan
Keramik Berbasis Bentonit dan Glass Bead
Kategori
: Skripsi
Nama
: Nurdina
Nomor Induk Mahasiswa : 130801091
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Juni 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2
Pembimbing 1
Prof. Dr. Zuriah Sitorus, MS
NIP. 195607261984032001
Eko Arief Setiadi, M.Sc
NIP. 198804192015021002
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP. 195903101987031002
ii
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT FISIS,
MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA DALAM PEMBUATAN
KERAMIK BERBASIS BENTONIT DAN GLASS BEAD
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2017
NURDINA
130801091
iii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas
segala anugerah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
skripsi ini dengan judul “Pengaruh Variasi Komposisi Al2O3 Terhadap Sifat Fisis,
Mekanis, Struktur mikro, dan Fasa dalam Pembuatan Keramik Berbasis Bentonit dan
Glass Bead” yang dilaksanakan di Laboratorium Keramik P2F LIPI Serpong
Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Skripsi ini disusun untuk
memenuhi kewajiban penulis sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar
Sarjana Sains program studi Fisika di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sumatera Utara.
Rasa hormat dan terimakasih penulis ucapkan kepada kedua orang tua
tercinta Ayahanda Wan Alfiansyah dan Ibunda Sutrisnawati yang telah memberikan
kasih sayang, doa dan memenuhi segala kebutuhan penulis selama ini baik moral
maupun materi. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada kakak dan adikku
tersayang Husna Agus Prilla, S.Pd dan Wan Alfisyahri serta keluarga besar atas
semua motivasi dan semangatnya kepada penulis.
Tersusunnya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan dari
berbagai pihak, sehingga dengan kerendahan hati ini penulis ingin menyampaikan
terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Dr. Kerista Sebayang,
MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara, Dr. Perdinan Sinuhaji, MS dan Awan Maghfirah, S.Si., M.Si selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara beserta seluruh
Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih penulis sampaikan kepada Eko Arief Setiadi, M.Sc dan Prof. Dr.
Zuriah Sitorus, MS selaku Dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu, tenaga,
dan pikiran untuk membimbing penulis selama penyusunan skripsi ini. Terimakasih
kepada Prof. Perdamean Sebayang, Ir. Muljadi M.Si, dan Candra Kurniawan M.Si,
selaku pembimbing lapangan yang telah banyak memberi masukan penulis dalam
menyempurnakan tugas akhir ini, serta Pak Lukman, Pak Ahmad, dan Buk Ani yang
telah banyak membantu penulis selama melakukan Penelitian di P2F LIPI.
iv
Universitas Sumatera Utara
Terimakasih kepada Dr. Anwar Dharma S., MS dan Awan Maghfirah, S.Si.,
M.Si selaku Dosen Penguji yang telah memberikan panduan dan masukan dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini, serta seluruh Rekan Laboratorium Fisika Atom,
terkhusus Bapak Dr. Achiruddin, M.S, selaku kepala Laboratorium dan rekan sesama
asisten (Nanda, Dini, Popi, Eka, Erianto, dan Zul Imri). Untuk sahabat-sahabatku di
Fisika Universitas Sumatera Utara terkhusus “DNDO” (Dini Rizqi Dwi, Fernanda
dan Roza Rezeki Zulwita), Andi Pratama, Almizan Ridho, Muhammad Irvan
Khairiza, Erianto Simatupang dan Dwi Purnomo BM yang saling berjuang,
membantu, mendoakan dan memberikan semangat selama masa perkuliahan dan
dalam penyelesaian skripsi ini. Untuk rekan seperjuangan di P2F-LIPI (Oza, Eri,
Nisa, Adinda, Santa, Ipit, Yara, Andini, Niko, Zul Imri, Suci wulansari), terimakasih
telah menghibur dan menyemangati penulis selama proses penelitian di P2F-LIPI.
Terimakasih untuk teman, adik, dan saudaraku yaitu Iis, Komala, Icha, Inas,
Anisa, Memei, Hasan, Rangga, dan Titan yang telah memberikan kesan dan
kenangan manis bagi penulis selama penelitian di P2F LIPI. Terimakasih kepada
kakak senior Fisika USU 2011 (Kak Meilia, Kak Shelly, Kak Yuni, Kak Kartika,
Kak Rani), teman-teman Fisika USU 2013, Adik-adik Fisika USU angkatan 2014
dan 2015 yang telah mendoakan dan memberikan semangat dalam penyusunan
skripsi ini, dan terakhir untuk Almamaterku.
Akhir kata dengan kerendahan hati penulis mengharapkan semoga hasil
skripsi ini dapat memberikan sumbangan pikiran yang berguna bagi fakultas dan
pengembangan ilmu pengetahuan. Penulis juga menyadari masih banyak kekurangan
dalam skripsi ini, baik dalam teori maupun penulisannya. Oleh karena itu, penulis
mengharapkan saran dan kritik dari pembaca demi penyempurnaan skripsi ini dan
demi perbaikan bagi penulis.
Medan, Juni 2017
Nurdina
v
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT FISIS,
MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA DALAM PEMBUATAN
KERAMIK BERBASIS BENTONIT DAN GLASS BEAD
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan keramik berbasis bentonit dan glass bead dengan
variasi komposisi Al2O3 dalam %berat. Proses preparasi bahan menggunakan metode
metalurgi serbuk dengan komposisi bentonit : glass bead : Al2O3 adalah 50:50:0 ;
45:45:10 ; 40:40:20 ; 35:35:30 %berat dan campuran serbuk tersebut kemudian
digiling basah dengan media toluena menggunakan HEM selama 2 jam. Sampel
serbuk kemudian dikeringkan didalam oven pada suhu 100 oC selama 24 jam dan
dikarakterisasi meliputi pengujian true density dan Particle Size Analyzer (PSA).
Kemudian sampel serbuk dicetak tekan dengan tekanan 80 kgf/cm2 pada suhu ruang
menjadi pelet dengan diameter 16 mm, tebal 6 mm, dan massanya 2,5 gram. Sampel
pelet kemudian disintering hanya pada suhu 900oC dengan penahanan selama 4 jam
dan dikarakterisasi meliputi : pengujian sifat fisis yaitu bulk density, porositas, dan
water absorption dengan prinsip Archimedes. Pengujian sifat mekanis yaitu
kekerasan dengan metode Hardness Vickers (HV). Analisa struktur mikro dan fasa
menggunakan Optical Microscope (OM) dan X-Ray Diffraction (XRD). Hasil
pengujian menunjukkan nilai true density, bulk density, dan kekerasan cenderung
semakin meningkat sedangkan nilai porositas dan water absorption cenderung
semakin menurun dengan penambahan Al2O3 yang semakin banyak. Kondisi
optimum diperoleh pada penambahan 30 %berat Al2O3 yang menghasilkan nilai true
density 2,32 g/cm3, bulk density 2,39 gr/cm³, porositas 5,57 %, water absorption 2,46
%, kekerasan 631,76 kgf/mm², dan ukuran rata-rata diameter partikel 4,27 µm. Hasil
analisis menggunakan XRD terdapat 2 fasa yang terbentuk yaitu fasa mayor
anorthite (Al2CaSi2O8) dan fasa minor microline (KalSi3O8).
Kata kunci : Al2O3, Fasa, Keramik, Komposisi, Sifat fisis
vi
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF COMPISITION VARIOUS Al2O3 TO PHYSICAL
PROPERTIES, MECHANICAL, MICROSTRUCTURE, AND PHASE IN
MANUFACTURING CERAMICS BASED ON BENTONITE AND
GLASS BEAD
ABSTRACT
Has been made the manufacture of ceramics based on bentonite and glass bead with
various of composition Al2O3 in wt%. The process of preparation material by using
powder metallurgy method with composition of bentonite : glass bead : Al2O3 are
50:50:0 ; 45:45:10 ; 40:40:20 ; 35:35:30 wt% and then the powder mixture was wet
milling with toluene media using HEM for 2 hours. Then powder sample was dried
in the oven at 100oC for 24 hours and characterized including true density and
Particle Size Analyzer (PSA). Next powder sample was compressed with pressure 80
kgf/cm2 in room temperature into a pellet with diameter 16 mm, thickness 6 mm, and
mass 2,5 grams. Then pellet sample was sintered only at 900 oC with 4 hours
detention and characterized including : Physical properties testing is bulk density,
porosity, and water absorption by using Archimedes principle. Testing mechanical
properties namely hardness by using Hardness Vickers (HV) method. Analysis of
microstructure and phase used Optical Microscope (OM) and X-Ray Diffraction. The
test result showed value of true density, bulk density, and hardness tends to increase
while the porosity value and water absorption tends to decrease with the addition of
Al2O3 more a lot. The optimum condition was obtained in addition of 30 wt% of
Al2O3 which resulted the value of true density 2,32 g/cm3, bulk density 2,39 gr/cm³,
porosity 5,57 %, water absorption 2,46 %, hardness 631,76 kgf/mm², and averages
size of particle diameter 4,27 µm. The result of analysis by using XRD there are 2
phases which formed namely major anorthite (Al2CaSi2O8) phase and microline
minor phase (KalSi3 O8).
Keywords : Al2O3, phase, ceramic, composition, physical properties
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
iv
vi
vii
viii
xi
xii
xiii
xiv
PENGESAHAN
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR SINGKATAN
BAB 1
BAB 2
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Keramik (Ceramic)
2.1.1 Sifat Keramik
2.1.2 Bahan Keramik
2.2 Bentonit
2.2.1 Jenis-Jenis Bentonit
2.2.2 Sifat Fisik dan Kimia Bentonit
2.2.3 Aplikasi Bentonit
2.3 SiO2 (Silika)
2.3.1 Glass Bead
2.3.2 Aplikasi Kaca (Glass)
2.4 Al2O3 (Alumina)
2.4.1 Struktur Alumina
2.4.2 Karakteristik Alumina
2.4.3 Aplikasi Alumina
2.5 Metode Pembuatan Keramik
2.6 Proses Kompaksi
2.7 Proses Sintering
2.8 Karakterisasi Sifat Fisis
2.8.1 Densitas
2.8.2 Porositas
2.8.3 Water absorption
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
15
15
16
16
viii
Universitas Sumatera Utara
2.8.4 Particle Size Analyzer (PSA)
2.9 Karakterisasi Struktur mikro
2.9.1 Optical Microscope (OM)
2.9.2 X-Ray Diffraction (XRD)
2.10 Karakterisasi Sifat Mekanis
2.10.1 Kekerasan (Hardness Vickers)
2.10.2 Microhardness test
BAB 3
BAB 4
17
18
18
19
21
21
22
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.3 Diagram Alir Penelitian
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Preparasi Sampel
3.4.2 Proses Mixing
3.4.3 Proses Milling
3.4.4 Proses Pengeringan
3.4.5 Proses Kompaksi
3.4.6 Proses Sintering
3.4.7 Karakterisasi
3.4.7.1 Pengujian Setelah Milling (Serbuk)
a. True Density
b. Particle Size Analyzer (PSA)
3.4.7.2 Pengujian Setelah Sintering (Pelet)
a. Bulk Density
b. Porositas dan Water absorption
c. Optical Microscope (OM)
d. X-Ray Diffraction (XRD)
e. Kekerasan (Hardness Vickers)
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian setelah milling (serbuk)
4.1.1 Pengujian True Density
4.1.2 Particle Size Analyzer (PSA)
4.2 Pengujian Sifat Fisis
4.2.1 Pengujian Bulk Density
4.2.2 Pengujian Porositas
4.2.3 Pengujian Water absorption
4.3 Analisis struktur mikro menggunakan Optical Microscope
4.4 Analisis X-Ray Diffraction (XRD)
4.5 Pengujian Kekerasan (Hardness Vickers)
23
23
23
23
23
25
26
27
27
27
27
28
28
29
29
30
31
32
33
34
34
35
36
36
37
40
40
41
43
44
45
47
ix
Universitas Sumatera Utara
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
49
49
50
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Judul
Halaman
Komposisi Kimia dari Bentonit
Komposisi oksida dari Soda lime glass
Karakteristik Alumina
Komposisi bahan bentonit, glass bead, dan Al2O3
Data hasil pengujian true density
Data hasil pengujian bulk density
Data hasil pengujian porositas
Data hasil pengujian water absorption
Hasil pengujian kekerasan (Hardness Vickers)
Sifat-sifat fisis keramik lantai/ubin
8
10
11
27
36
40
42
43
46
48
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Judul
Halaman
Reaksi penguraian gelatin Al(OH)3 dan bohmit AlOOH
Perubahan struktur mikro pada saat sintering
Prinsip dasar analisa besar butir menggunakan laser
Bagian-bagian Optical Microscope
Skema alat difraksi sinar-X (X-ray Diffraction)
Difraksi sinar-X oleh atom-atom pada bidang
Skema Pengujian Hardness Vickers
Diagram Alir Penelitian
Diagram pemanasan dan pendinginan sampel dalam furnace
Piknometer isi serbuk dan toluena
Particle Size Analyzer (PSA) merk Cilas 1190
Peralatan Archimedes
Sampel direbus dengan magnetic stirrer
Optical microscope (OM)
X-Ray Diffraction (XRD)
Microhardness Tester dengan metode pengukuran vickers
Hubungan antara true density bentonit dan glass bead
terhadap penambahan Al2O3 secara eksperimen dan teori
Grafik hubungan antara distribusi partikel terhadap ukuran
diameter partikel campuran bentonit dan glass bead dengan
penambahan 0 wt% Al2O3 (a) 10 wt% Al2O3 (b) 20 wt%
Al2O3 (c) dan 30 wt% Al2O3 (d)
Hubungan antara bulk density bentonit dan glass bead
terhadap penambahan Al2O3 yang disinter pada suhu 900 oC
selama 4 jam
Hubungan antara porositas bentonit dan glass bead terhadap
penambahan Al2O3 disinter pada suhu 900oC selama 4 jam
Hubungan antara water absorption bentonit dan glass bead
terhadap penambahan Al2O3 yang disinter pada suhu 900 oC
selama 4 jam
Gambar morfologi permukaan keramik berbasis bentonit
dan glass bead yang disinter pada suhu 900oC selama 4 jam
dengan penambahan 0 wt% Al2O3 (a) 10 wt% Al2O3 (b) 20
wt% Al2O3 (c) dan 30 wt% Al2O3 (d) pada perbesaran 400x
Pola difraksi sinar-X pada keramik bentonit dan glass bead
dengan penambahan 0 dan 30 wt% Al2O3 yang disinter
pada suhu 900⁰ C selama 4 jam
Hubungan antara kekerasan bentonit dan glass bead
terhadap penambahan Al2O3 yang disinter pada suhu 900 oC
selama 4 jam
11
14
18
19
20
20
22
26
29
30
31
32
33
34
35
35
37
38
41
42
43
44
45
47
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lamp
1
2
3
4
5
6
7
Judul
Alat dan Bahan Penelitian
Proses Pembuatan Sampel Keramik
Data Hasil Pengujian Sifat Fisis
Data Hasil Particle Size Analyzer (PSA)
Gambar Hasil Optical Microscope (OM)
Data Hasil X-Ray Diffraction (XRD)
Hasil Pengujian Kekerasan Metode Vickers
Halaman
52
58
61
65
69
71
75
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
Al2O3
ASTM
HEM
HV
OM
PSA
SiO2
TFHT
UTM
XRD
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Aluminium oksida
American Standard Testing and Material
High Energy Milling
Hardness Vickers
Optical microscope
Particle Size Analyzer
Silikon Dioksida
Thermolyne Furnace High Temperature
Universal Testing Machines
X-Ray Diffraction
xiv
Universitas Sumatera Utara
FISIS, MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA
DALAM PEMBUATAN KERAMIK BERBASIS BENTONIT
DAN GLASS BEAD
SKRIPSI
NURDINA
130801091
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT FISIS,
MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA DALAM PEMBUATAN
KERAMIK BERBASIS BENTONIT DAN GLASS BEAD
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
NURDINA
130801091
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT FISIS,
MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA DALAM PEMBUATAN
KERAMIK BERBASIS BENTONIT DAN GLASS BEAD
OLEH:
NURDINA
NIM : 130801091
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Pembimbing 1,
Pembimbing 2,
(Eko Arief Setiadi, M.Sc)
(Prof. Dr. Zuriah Sitorus, MS)
NIP : 198804192015021002
NIP : 195607261984032001
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Pusat Penelitian Fisika-Lipi
Ketua,
Kepala,
(Dr. Perdinan Sinuhaji, MS)
(Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng)
NIP : 195903101987031002
NIP : 196204301988031001
i
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Pengaruh Variasi Komposisi Al2O3 Terhadap Sifat Fisis,
Mekanis, Struktur mikro, dan Fasa dalam Pembuatan
Keramik Berbasis Bentonit dan Glass Bead
Kategori
: Skripsi
Nama
: Nurdina
Nomor Induk Mahasiswa : 130801091
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Juni 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2
Pembimbing 1
Prof. Dr. Zuriah Sitorus, MS
NIP. 195607261984032001
Eko Arief Setiadi, M.Sc
NIP. 198804192015021002
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP. 195903101987031002
ii
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT FISIS,
MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA DALAM PEMBUATAN
KERAMIK BERBASIS BENTONIT DAN GLASS BEAD
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2017
NURDINA
130801091
iii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas
segala anugerah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan
skripsi ini dengan judul “Pengaruh Variasi Komposisi Al2O3 Terhadap Sifat Fisis,
Mekanis, Struktur mikro, dan Fasa dalam Pembuatan Keramik Berbasis Bentonit dan
Glass Bead” yang dilaksanakan di Laboratorium Keramik P2F LIPI Serpong
Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Skripsi ini disusun untuk
memenuhi kewajiban penulis sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar
Sarjana Sains program studi Fisika di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sumatera Utara.
Rasa hormat dan terimakasih penulis ucapkan kepada kedua orang tua
tercinta Ayahanda Wan Alfiansyah dan Ibunda Sutrisnawati yang telah memberikan
kasih sayang, doa dan memenuhi segala kebutuhan penulis selama ini baik moral
maupun materi. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada kakak dan adikku
tersayang Husna Agus Prilla, S.Pd dan Wan Alfisyahri serta keluarga besar atas
semua motivasi dan semangatnya kepada penulis.
Tersusunnya skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan dari
berbagai pihak, sehingga dengan kerendahan hati ini penulis ingin menyampaikan
terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Dr. Kerista Sebayang,
MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara, Dr. Perdinan Sinuhaji, MS dan Awan Maghfirah, S.Si., M.Si selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara beserta seluruh
Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih penulis sampaikan kepada Eko Arief Setiadi, M.Sc dan Prof. Dr.
Zuriah Sitorus, MS selaku Dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu, tenaga,
dan pikiran untuk membimbing penulis selama penyusunan skripsi ini. Terimakasih
kepada Prof. Perdamean Sebayang, Ir. Muljadi M.Si, dan Candra Kurniawan M.Si,
selaku pembimbing lapangan yang telah banyak memberi masukan penulis dalam
menyempurnakan tugas akhir ini, serta Pak Lukman, Pak Ahmad, dan Buk Ani yang
telah banyak membantu penulis selama melakukan Penelitian di P2F LIPI.
iv
Universitas Sumatera Utara
Terimakasih kepada Dr. Anwar Dharma S., MS dan Awan Maghfirah, S.Si.,
M.Si selaku Dosen Penguji yang telah memberikan panduan dan masukan dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini, serta seluruh Rekan Laboratorium Fisika Atom,
terkhusus Bapak Dr. Achiruddin, M.S, selaku kepala Laboratorium dan rekan sesama
asisten (Nanda, Dini, Popi, Eka, Erianto, dan Zul Imri). Untuk sahabat-sahabatku di
Fisika Universitas Sumatera Utara terkhusus “DNDO” (Dini Rizqi Dwi, Fernanda
dan Roza Rezeki Zulwita), Andi Pratama, Almizan Ridho, Muhammad Irvan
Khairiza, Erianto Simatupang dan Dwi Purnomo BM yang saling berjuang,
membantu, mendoakan dan memberikan semangat selama masa perkuliahan dan
dalam penyelesaian skripsi ini. Untuk rekan seperjuangan di P2F-LIPI (Oza, Eri,
Nisa, Adinda, Santa, Ipit, Yara, Andini, Niko, Zul Imri, Suci wulansari), terimakasih
telah menghibur dan menyemangati penulis selama proses penelitian di P2F-LIPI.
Terimakasih untuk teman, adik, dan saudaraku yaitu Iis, Komala, Icha, Inas,
Anisa, Memei, Hasan, Rangga, dan Titan yang telah memberikan kesan dan
kenangan manis bagi penulis selama penelitian di P2F LIPI. Terimakasih kepada
kakak senior Fisika USU 2011 (Kak Meilia, Kak Shelly, Kak Yuni, Kak Kartika,
Kak Rani), teman-teman Fisika USU 2013, Adik-adik Fisika USU angkatan 2014
dan 2015 yang telah mendoakan dan memberikan semangat dalam penyusunan
skripsi ini, dan terakhir untuk Almamaterku.
Akhir kata dengan kerendahan hati penulis mengharapkan semoga hasil
skripsi ini dapat memberikan sumbangan pikiran yang berguna bagi fakultas dan
pengembangan ilmu pengetahuan. Penulis juga menyadari masih banyak kekurangan
dalam skripsi ini, baik dalam teori maupun penulisannya. Oleh karena itu, penulis
mengharapkan saran dan kritik dari pembaca demi penyempurnaan skripsi ini dan
demi perbaikan bagi penulis.
Medan, Juni 2017
Nurdina
v
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI Al2O3 TERHADAP SIFAT FISIS,
MEKANIS, STRUKTUR MIKRO, DAN FASA DALAM PEMBUATAN
KERAMIK BERBASIS BENTONIT DAN GLASS BEAD
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan keramik berbasis bentonit dan glass bead dengan
variasi komposisi Al2O3 dalam %berat. Proses preparasi bahan menggunakan metode
metalurgi serbuk dengan komposisi bentonit : glass bead : Al2O3 adalah 50:50:0 ;
45:45:10 ; 40:40:20 ; 35:35:30 %berat dan campuran serbuk tersebut kemudian
digiling basah dengan media toluena menggunakan HEM selama 2 jam. Sampel
serbuk kemudian dikeringkan didalam oven pada suhu 100 oC selama 24 jam dan
dikarakterisasi meliputi pengujian true density dan Particle Size Analyzer (PSA).
Kemudian sampel serbuk dicetak tekan dengan tekanan 80 kgf/cm2 pada suhu ruang
menjadi pelet dengan diameter 16 mm, tebal 6 mm, dan massanya 2,5 gram. Sampel
pelet kemudian disintering hanya pada suhu 900oC dengan penahanan selama 4 jam
dan dikarakterisasi meliputi : pengujian sifat fisis yaitu bulk density, porositas, dan
water absorption dengan prinsip Archimedes. Pengujian sifat mekanis yaitu
kekerasan dengan metode Hardness Vickers (HV). Analisa struktur mikro dan fasa
menggunakan Optical Microscope (OM) dan X-Ray Diffraction (XRD). Hasil
pengujian menunjukkan nilai true density, bulk density, dan kekerasan cenderung
semakin meningkat sedangkan nilai porositas dan water absorption cenderung
semakin menurun dengan penambahan Al2O3 yang semakin banyak. Kondisi
optimum diperoleh pada penambahan 30 %berat Al2O3 yang menghasilkan nilai true
density 2,32 g/cm3, bulk density 2,39 gr/cm³, porositas 5,57 %, water absorption 2,46
%, kekerasan 631,76 kgf/mm², dan ukuran rata-rata diameter partikel 4,27 µm. Hasil
analisis menggunakan XRD terdapat 2 fasa yang terbentuk yaitu fasa mayor
anorthite (Al2CaSi2O8) dan fasa minor microline (KalSi3O8).
Kata kunci : Al2O3, Fasa, Keramik, Komposisi, Sifat fisis
vi
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF COMPISITION VARIOUS Al2O3 TO PHYSICAL
PROPERTIES, MECHANICAL, MICROSTRUCTURE, AND PHASE IN
MANUFACTURING CERAMICS BASED ON BENTONITE AND
GLASS BEAD
ABSTRACT
Has been made the manufacture of ceramics based on bentonite and glass bead with
various of composition Al2O3 in wt%. The process of preparation material by using
powder metallurgy method with composition of bentonite : glass bead : Al2O3 are
50:50:0 ; 45:45:10 ; 40:40:20 ; 35:35:30 wt% and then the powder mixture was wet
milling with toluene media using HEM for 2 hours. Then powder sample was dried
in the oven at 100oC for 24 hours and characterized including true density and
Particle Size Analyzer (PSA). Next powder sample was compressed with pressure 80
kgf/cm2 in room temperature into a pellet with diameter 16 mm, thickness 6 mm, and
mass 2,5 grams. Then pellet sample was sintered only at 900 oC with 4 hours
detention and characterized including : Physical properties testing is bulk density,
porosity, and water absorption by using Archimedes principle. Testing mechanical
properties namely hardness by using Hardness Vickers (HV) method. Analysis of
microstructure and phase used Optical Microscope (OM) and X-Ray Diffraction. The
test result showed value of true density, bulk density, and hardness tends to increase
while the porosity value and water absorption tends to decrease with the addition of
Al2O3 more a lot. The optimum condition was obtained in addition of 30 wt% of
Al2O3 which resulted the value of true density 2,32 g/cm3, bulk density 2,39 gr/cm³,
porosity 5,57 %, water absorption 2,46 %, hardness 631,76 kgf/mm², and averages
size of particle diameter 4,27 µm. The result of analysis by using XRD there are 2
phases which formed namely major anorthite (Al2CaSi2O8) phase and microline
minor phase (KalSi3 O8).
Keywords : Al2O3, phase, ceramic, composition, physical properties
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
iv
vi
vii
viii
xi
xii
xiii
xiv
PENGESAHAN
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR SINGKATAN
BAB 1
BAB 2
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Keramik (Ceramic)
2.1.1 Sifat Keramik
2.1.2 Bahan Keramik
2.2 Bentonit
2.2.1 Jenis-Jenis Bentonit
2.2.2 Sifat Fisik dan Kimia Bentonit
2.2.3 Aplikasi Bentonit
2.3 SiO2 (Silika)
2.3.1 Glass Bead
2.3.2 Aplikasi Kaca (Glass)
2.4 Al2O3 (Alumina)
2.4.1 Struktur Alumina
2.4.2 Karakteristik Alumina
2.4.3 Aplikasi Alumina
2.5 Metode Pembuatan Keramik
2.6 Proses Kompaksi
2.7 Proses Sintering
2.8 Karakterisasi Sifat Fisis
2.8.1 Densitas
2.8.2 Porositas
2.8.3 Water absorption
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
15
15
16
16
viii
Universitas Sumatera Utara
2.8.4 Particle Size Analyzer (PSA)
2.9 Karakterisasi Struktur mikro
2.9.1 Optical Microscope (OM)
2.9.2 X-Ray Diffraction (XRD)
2.10 Karakterisasi Sifat Mekanis
2.10.1 Kekerasan (Hardness Vickers)
2.10.2 Microhardness test
BAB 3
BAB 4
17
18
18
19
21
21
22
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.3 Diagram Alir Penelitian
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Preparasi Sampel
3.4.2 Proses Mixing
3.4.3 Proses Milling
3.4.4 Proses Pengeringan
3.4.5 Proses Kompaksi
3.4.6 Proses Sintering
3.4.7 Karakterisasi
3.4.7.1 Pengujian Setelah Milling (Serbuk)
a. True Density
b. Particle Size Analyzer (PSA)
3.4.7.2 Pengujian Setelah Sintering (Pelet)
a. Bulk Density
b. Porositas dan Water absorption
c. Optical Microscope (OM)
d. X-Ray Diffraction (XRD)
e. Kekerasan (Hardness Vickers)
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian setelah milling (serbuk)
4.1.1 Pengujian True Density
4.1.2 Particle Size Analyzer (PSA)
4.2 Pengujian Sifat Fisis
4.2.1 Pengujian Bulk Density
4.2.2 Pengujian Porositas
4.2.3 Pengujian Water absorption
4.3 Analisis struktur mikro menggunakan Optical Microscope
4.4 Analisis X-Ray Diffraction (XRD)
4.5 Pengujian Kekerasan (Hardness Vickers)
23
23
23
23
23
25
26
27
27
27
27
28
28
29
29
30
31
32
33
34
34
35
36
36
37
40
40
41
43
44
45
47
ix
Universitas Sumatera Utara
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
49
49
50
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Judul
Halaman
Komposisi Kimia dari Bentonit
Komposisi oksida dari Soda lime glass
Karakteristik Alumina
Komposisi bahan bentonit, glass bead, dan Al2O3
Data hasil pengujian true density
Data hasil pengujian bulk density
Data hasil pengujian porositas
Data hasil pengujian water absorption
Hasil pengujian kekerasan (Hardness Vickers)
Sifat-sifat fisis keramik lantai/ubin
8
10
11
27
36
40
42
43
46
48
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Judul
Halaman
Reaksi penguraian gelatin Al(OH)3 dan bohmit AlOOH
Perubahan struktur mikro pada saat sintering
Prinsip dasar analisa besar butir menggunakan laser
Bagian-bagian Optical Microscope
Skema alat difraksi sinar-X (X-ray Diffraction)
Difraksi sinar-X oleh atom-atom pada bidang
Skema Pengujian Hardness Vickers
Diagram Alir Penelitian
Diagram pemanasan dan pendinginan sampel dalam furnace
Piknometer isi serbuk dan toluena
Particle Size Analyzer (PSA) merk Cilas 1190
Peralatan Archimedes
Sampel direbus dengan magnetic stirrer
Optical microscope (OM)
X-Ray Diffraction (XRD)
Microhardness Tester dengan metode pengukuran vickers
Hubungan antara true density bentonit dan glass bead
terhadap penambahan Al2O3 secara eksperimen dan teori
Grafik hubungan antara distribusi partikel terhadap ukuran
diameter partikel campuran bentonit dan glass bead dengan
penambahan 0 wt% Al2O3 (a) 10 wt% Al2O3 (b) 20 wt%
Al2O3 (c) dan 30 wt% Al2O3 (d)
Hubungan antara bulk density bentonit dan glass bead
terhadap penambahan Al2O3 yang disinter pada suhu 900 oC
selama 4 jam
Hubungan antara porositas bentonit dan glass bead terhadap
penambahan Al2O3 disinter pada suhu 900oC selama 4 jam
Hubungan antara water absorption bentonit dan glass bead
terhadap penambahan Al2O3 yang disinter pada suhu 900 oC
selama 4 jam
Gambar morfologi permukaan keramik berbasis bentonit
dan glass bead yang disinter pada suhu 900oC selama 4 jam
dengan penambahan 0 wt% Al2O3 (a) 10 wt% Al2O3 (b) 20
wt% Al2O3 (c) dan 30 wt% Al2O3 (d) pada perbesaran 400x
Pola difraksi sinar-X pada keramik bentonit dan glass bead
dengan penambahan 0 dan 30 wt% Al2O3 yang disinter
pada suhu 900⁰ C selama 4 jam
Hubungan antara kekerasan bentonit dan glass bead
terhadap penambahan Al2O3 yang disinter pada suhu 900 oC
selama 4 jam
11
14
18
19
20
20
22
26
29
30
31
32
33
34
35
35
37
38
41
42
43
44
45
47
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lamp
1
2
3
4
5
6
7
Judul
Alat dan Bahan Penelitian
Proses Pembuatan Sampel Keramik
Data Hasil Pengujian Sifat Fisis
Data Hasil Particle Size Analyzer (PSA)
Gambar Hasil Optical Microscope (OM)
Data Hasil X-Ray Diffraction (XRD)
Hasil Pengujian Kekerasan Metode Vickers
Halaman
52
58
61
65
69
71
75
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
Al2O3
ASTM
HEM
HV
OM
PSA
SiO2
TFHT
UTM
XRD
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Aluminium oksida
American Standard Testing and Material
High Energy Milling
Hardness Vickers
Optical microscope
Particle Size Analyzer
Silikon Dioksida
Thermolyne Furnace High Temperature
Universal Testing Machines
X-Ray Diffraction
xiv
Universitas Sumatera Utara