Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung Dan Serbuk Kulit Kakao Chapter III V
28
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian
3.1.1
Tempat Penelitian
Tahapan pelaksanaan ini yakni pembuatan keramik berpori berbahan baku
tanah lempung (clay) dan serbuk kulit kakao, pengujian sifat fisis (densitas,
porositas dan daya serap air) dan sifat mekanik (kuat tekan dan kekerasan)
dilakukan di Laboratorium Material Test PTKI Medan serta pengujian sifat
morfologi
permukaan
(Scanning
Electron
Microscope/SEM)-EDX
di
Laboratorium Fisika UNIMED Medan.
3.1.2
Waktu Penelitian
Waktu penelitian dilakukan mulai bulan Desember 2015 sampai dengan bulan
Februari 2016.
3.2 Peratan Dan Bahan
3.2.1
Peralatan
1. Ayakan 100 mesh: untuk memisahkan butiran sesuai ukuran yang diperlukan.
2. Neraca Digital : untuk menimbang massa sampel.
3. Beaker Glass 500 mL: untuk mengukur volume dan sebagai wadah sampel.
4. Spatula: untuk mengaduk bahan agar tercampur merata (homogen).
5. Kertas Saring: untuk menyaring partikel suspensi dengan cairan.
6. Magnetik stirer: untuk mengaduk larutan secara otomatis.
7. High Temperature Furnance (Tanur): sebagai tempat pembakaran sampel
dengan kapasitas pembakaran 1100o C.
8. Cetakan Sampel (Moulding): sebagai tempat mencetak sampel.
9. Botol vial : sebagai wadah meletakan sampel.
10. Hidraulik Cold Press: untuk menekan sampel yang sudah dimasukkan ke
cetakan agar padat.
11. Jangka Sorong: untuk mengukur tebal dan panjang sampel.
12. Pisau: untuk memotong kulit kakao.
Universitas Sumatera Utara
29
13. Stopwacth: untuk menghitung lamanya waktu kompaksi dan pembakaran.
14. Microhardness Testing Machine (uji kekerasan rockwell): sebagai alat untuk
menguji sifat kekerasan material.
15. Universal Testing Machine (UTM) : sebagai alat untuk menguji sifat kuat
tekan material.
16. Scanning Electron Microscope (SEM) : untuk melihat morfologi permukaan
keramik berpori.
17. Energy Disversive X-Ray (EDX) : untuk menentukan unsur-unsur partikel.
3.2.2
Bahan
1. Tanah lempung (clay) : sebagai matriks pada pembuatan keramik berpori.
2. Serbuk kulit kakao : sebagai filler pada pembuatan keramik berpori.
3. Aquadest (H2O) : sebagai penetral pH tanah lempung.
4. HCL 1 mol : sebagai larutan untuk aktivasi kimia tanah lempung.
3.3 Variabel Penelitian
Variabel penelitian pada pembuatan material keramik berpori dari bahan tanah
lempung (clay) dan serbuk kulit kakao antara lain komposisi bahan baku, suhu
sintering dan karakterisasi. Variasi komposisi ditunjukkan pada Tabel 3.1 :
Tabel 3.1 Persentase Keramik Berpori Dari Tanah Lempung (Clay)
Dan Serbuk Kulit Kakao
Kode Sampel
A
B
C
D
E
Tanah Lempung (Clay)
(% massa)
85
80
75
70
65
Serbuk Kulit Kakao
(% massa)
15
20
25
30
35
Sedangkan untuk variasi perlakuan suhu sintering sebesar : 800 oC, 900oC
dan 1000oC dan karakterisasi material keramik berpori dari tanah lempung (clay)
dan serbuk kulit kakao meliputi: sifat fisis (densitas, porositas dan daya serap air),
sifat mekanik (kuat tekan dan kekerasan) dan sifat morfologi (SEM).
Universitas Sumatera Utara
30
3.4 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Alir Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Berpori
Dari Tanah Lempung dan Serbuk Kulit Kakao
Universitas Sumatera Utara
31
3.5 Prosedur Penelitan
a. Tanah lempung
-
Preparasi Sampel Tanah lempung
1. Diambil tanah lempung di daerah Pancur Batu dengan kedalaman ± 40 cm
dari permukaan tanah.
2. Dijemur tanah lempung dibawah sinar matahari sampai kering.
3. Dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama ± 15 menit.
4. Digerus tanah lempung sampai halus kemudian diayak dengan ukuran 100
mesh.
-
Aktivasi Sampel Tanah lempung
1. Dimasukan 50 gram serbuk tanah lempung kedalam beaker glass 500 mL.
2. Ditambahkan 250 mL larutan HCL 1 mol konsentrasi 7% sambil diaduk
dengan magnetik stirer selama 24 jam.
3. Disaring hasil larutan HCL 1 mol dengan kertas saring untuk mendapatkan
hasil residu.
4. Dicuci hasil residu dengan aquadest (H2O) panas sampai pH netral dan bebas
ion klorida (Cl-).
5. Dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama ± 15 menit.
b. Kulit Kakao
-
Preparasi Kulit Kakao
1. Dibersihkan kulit kakao dari getahnya dan sisa – sisa dari daging buah kakao.
2. Dipotong-potong kulit kakao dengan ukuran ± 3 cm dan dikeringkan secara
alami dibawah panas matahari.
3. Dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama ± 15 menit.
4. Digerus kulit kakao sampai halus kemudian diayak dengan ukuran 100 mesh.
Universitas Sumatera Utara
32
c. Pembuatan Keramik Berpori
Pembuatan keramik berpori dilakukan dengan metode konvensional cetak dan
tekan dimana prosesnya sebagai berikut :
1. Dicampurkan tanah lempung (clay) dan serbuk kulit kakao dengan variasi
komposisi tanah lempung (clay) dan serbuk kulit kakao 85% : 15%, 80% :
20%, 75% : 25%, 70% : 30% dan 65% : 35% sampai homogen.
2. Dimasukkan campuran yang homogen kedalam cetakan berbentuk tabung.
3. Dikompaksi cetakan tersebut dengan tekanan 300 MPa dengan waktu tahan 10
menit kemudian dikeluarkan dalam cetakan dan didiamkan pada suhu kamar.
4. Setelah itu, campuran yang telah di press kemudian disintering dengan variasi
sintering 800°C, 900°C dan 1000°C ditahan selama 2 jam.
Universitas Sumatera Utara
33
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Keramik berpori berbasis tanah lempung dan serbuk kulit kakao yang telah
dibuat menggunakan teknik konvensional cetak dan tekan yang dicampur dengan
pencampuran kering (dry mixing). Variasi komposisi tanah lempung dan serbuk
kulit kakao dibuat dengan perbandingan : 85% : 15%, 80% : 20%, 75% : 25%,
70% : 30% dan 65% : 35% dengan massa total 12 gram yang dikompaksi dengan
tekanan 300 MPa selama 10 menit kemudian disintering dengan variasi
temperatur sintering 800oC, 900oC dan 1000oC .
Karakterisasi material dilakukan pada keramik berpori berbasis tanah lempung
dan serbuk kulit kakao dengan tujuan untuk melihat bagaimana interaksi antar
bahan dalam membentuk keramik berpori terhadap sifat fisis : densitas, porositas,
daya serap air morfologi permukaan dan ukuran pori, sifat mekanik : kekerasan
dan kuat tekan. Dalam hal ini, dilihat parameter yang mempengaruhi sifat-sifat
dari material tersebut adalah pengaruh komposisi yang mana memberikan suatu
gambaran interaksi untuk membentuk suatu ikatan antar campuran bahan yang
satu dengan bahan yang lain.
4.1 Karakterisasi Sifat Fisis Keramik Berpori
4.1.1
Densitas (Massa Jenis)
Densitas merupakan ukuran suatu kerapatan atom-atom penyusun material
yang saling berikatan atau berinteraksi antara satu atom dengan atom lainnya.
Untuk menentukan nilai densitas dapat dilakukan dengan menggunakan ASTM C
373-88 untuk geometri material yang berbentuk seperti silinder, didapatkan nilai
densitas dengan menggunakan Persamaan 2.1. Contoh perhitungan untuk
menentukan nilai densitas dapat dilihat pada lampiran A.
Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel B1( lampiran B) dari data pada
Tabel B1 dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 4.1.
Universitas Sumatera Utara
34
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Densitas Dengan Variasi campuran
Keramik Berpori Pada Suhu Sintering yang Berbeda
Densitas adalah pengukuran massa setiap satuan volume material. Semakin
tinggi densitas (massa jenis) suatu material, maka porositas dan daya serapnya
semakin kecil. Densitas rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi
dengan total volume.
Gambar 4.1 menggambarkan hubungan antara pengaruh variasi icampuran
dengan nilai densitas bahwa nilai densitas keramik berpori yang optimum terjadi
pada komposisi tanah lempung : serbuk kulit kakao 85% : 15% dengan nilai
densitas sekitar yaitu (3,695 - 6,644) x 103 gr/cm3. Sedangkan nilai densitas yang
kurang optimum pada komposisi tanah lempung : serbuk kulit kakao 65% : 35%
dengan nilai densitas sekitar (3,219 – 3,894) x 103 gr/cm3. Nilai densitas
dipengaruhi oleh penambahan komposisi penguat tanah lempung. Ini disebabkan
karena sifat dari tanah lempung tersebut yaitu adanya ikatan kohesivitas (gaya
adesi-kohesi) antara lain : kekasaran permukaan partikel tanah lempung dengan
serbuk kulit kakao dimana semakin tinggi kekasaran serbuk maka semakin luas
kontak antar permukaan, adanya gaya gesek antar permukaan partikel yang
diakibatkan oleh proses kompaksi (tekanan). Dimana apabila gaya tekan yang
diberikan dibawah kekuatan tarik dari serbuk kulit kakao dan dibawah kekuatan
Universitas Sumatera Utara
35
tarik tanah lempung maka terjadi deformasi elastis yang mengakibatkan nilai
densitas semakin rendah.
Sedangkan terhadap perlakuan suhu pembakaran berbanding lurus dengan
densitas. Hasil pengamatan nilai densitas optimum pada perlakuan suhu sintering
1000oC dengan nilai densitas berkisar (3,894 – 6,644) x 103 gr/cm3 sedangkan
nilai densitas yang kurang optimum pada perlakuan suhu sintering 800oC dengan
nilai berkisar (3,219 – 3,695) x 103 gr/cm3. Ini terjadi karena pada saat diberikan
suhu tinggi atom-atom yang menyusun material komposit tersebut mengalami
difusi sehingga atom-atom antara filler dengan matriks berinteraksi membentuk
suatu ikatan yang kuat dan memadat sehingga terjadi penyusutan pori-pori dan
menjadi rapat.
4.1.2
Porositas
Porositas merupakan jumlah pori-pori yang terdapat pada material, dimana
pori-pori tersebut terbentuk karena adanya pengosongan atom-atom atau cacat
kristal yang menyusun material tersebut. Nilai porositas hasil penelitian dihitung
dengan menggunakan persamaan 2.2. Contoh perhitungan untuk menentukan nilai
porositas dapat dilihat pada lampiran A. Data hasil perhitungan dapat dilihat pada
Tabel B2 (lampiran B) . Dari data pada Tabel B1 dapat dibuat grafik pada Gambar
4.2
Porositas (%)
Series1, 65:35,
50.06
Porositas Vs Kompoisi
Series2, 65:35,
32.075
Series1,
85:15,
Series1
33.017
Series2
Series2,
85:15,
29.375
Series3
800oC
Series3, 65:35,
22.959
o
Series3,
85:15,
900
C
18.272
1000oC
Variasi Komposisi Tanah Lempung : Serbuk Kulit Kakao (%wt)
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Porositas Dengan Variasi campuran
Keramik Berpori Pada Suhu Sintering yang Berbeda
Universitas Sumatera Utara
36
Gambar 4.2 menunjukan bahwa semakin kecil variasi komposisi serbuk kulit
kakao dan semakin besar variasi komposisi tanah lempung maka nilai porositas
material keramik berpori tersebut semakin kecil. Dari hasil pengamatan bahwa
variasi campuran yang kurang optimum memiliki porositas yang besar pada
komposisi 85% : 15% dengan nilai porositas berkisar 18,272% - 33,017%.
Sedangkan nilai porositas yang besar pada komposisi 65% : 35% dengan nilai
porositas berkisar 22,959% - 50,06%. Ini disebabkan karena adanya ketidak
homogenitas campuran antara peguat tanah lempung dan serbuk kulit kakao tidak
terdistribusi merata sehingga terjadilah porositas sehingga adanya oksigen yang
masuk atau zat pengotor dalam material tersebut. Selain itu, densitas dengan
porositas sangat berhubungan yaitu saling berbanding terbalik dimana semakin
tinggi densitas keramik berpori maka semakin kecil porositas yang dihasilkan. Ini
artinya semakin tinggi densitas keramik berpori maka semakin rapat atom-atom
untuk membentuk suatu ikatan kovalen yang kuat.
Akan tetapi hasil dari pengamatan grafik bahwa nilai porositas berbanding
terbalik dengan suhu sintering. Semakin besar suhu yang diberikan maka semakin
kecil porositas yang dihasilkan. Ini menunjukkan bahwa pada saat diberikan suhu
atom-atom penyusun material tersebut mengalami difusi sehingga terjadi
penyusutan pori-pori. Ini dibuktikan dari hasil penelitian bahwa perlakuan suhu
sintering yang optimum pada suhu 1000oC dengan nilai porositas kecil yaitu
berkisar 18,272% - 22,959% sedangkan suhu sintering pada 800oC dengan nilai
porositas yang besar berkisar 33,017% - 50,06%.
4.1.3
Daya Serap Air
Daya serap air merupakan kemampuan suatu material menyerap air maupun
oli, dimana daya serap ini sangat penting dalam pembuatan keramik berpori
dimana mengetahui daya serap optimum pada keramik berpori. Daya serap air
hasil penelitian dihitung dengan dengan menggunakan Persamaan 2.3.
Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel B3 (Lampiran B) dari data pada
Tabel B1 dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 4.3
Universitas Sumatera Utara
37
Daya Serap Air Vs Komposisi
Daya Serap Air (%)
Series1, 65:35,
15.55
Series2, 65:35,
8.812
Series1
Series1,
85:15,
9.125
800oC
Series2
Series3, 65:35,
6.787
900 C
Series3
Series2,
85:15,
1000oC
6.525
o
Series3, 85:15,
Variasi Komposisi Tanah Lempung : Serbuk Kulit Kakao (%wt) 2.75
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Serap Air Dengan Variasi campuran
Keramik Berpori Pada Suhu Sintering yang Berbeda
Berdasarkan grafik pada Gambar 4.3 jelas terlihat bahwa nilai daya serap air
kurang optimum yaitu keramik berpori dengan variasi komposisi tanah lempung :
serbuk kulit kakao 85% : 15% dengan nilai daya serap air sekitar 2,75% - 9,125%.
Sedangkan nilai daya serap air yang optimum pada komposisi tanah lempung :
serbuk kulit kakao 65% : 35% dengan nilai yaitu 6,787% - 15,55%. Nilai daya
serap air pada keramik berpori berbanding terbalik dengan variasi campuran dan
berbanding lurus dengan banyaknya komposisi tanah lempung hal ini disebabkan
karena tanah lempung memiliki kerapatan yang sangat tinggi sehingga pada saat
proses kompaksi maka atom-atom yang menyusun keramik berpori berikatan
sangat kuat akibatnya molekul-molekul air sulit menembus dan merembes keluar.
Sedangkan pengaruh perlakuan suhu sintering berbanding terbalik dengan
daya serap air. Hasil pengamatan nilai daya serap air kurang optimum pada
perlakuan suhu sintering 1000oC dengan nilai daya serap air berkisar 2,75% 6,787%. Sedangkan nilai daya serap air optimum pada suhu sintering 800oC
dengan nilai daya serap air berkisar 9,125% – 15,55%. Semakin rendah suhu yang
diberikan maka semakin besar kemampuan daya serap air pada material keramik
berpori tersebut. Hal ini dikarenakan suhu yang diberikan tidak mencapai suhu
sintering sehingga adanya kekosongan antar partikel yang menyebabkan
terjebaknya oksigen dalam sampel selama proses pembakaran walaupun berada
Universitas Sumatera Utara
38
pada lingkungan vacum sehingga timbul pengotor yang dapat meningkatkan sifat
porositas pada material keramik berpori.
4.2 Karakterisasi Sifat Mekanik
4.2.1
Kuat Tekan
Kekuatan tekan merupakan suatu kemampuan material dalam menahan beban
atau gaya mekanis yang diberikan sampai terjadinya kegagalan (failure). Nilai
kuat tekan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4.
Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel B1(lampiran B). Dari data pada
Tabel B.4 dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 4.4
Kuat Tekan (MPa)
Kuat Tekan Vs Komposisi
Series3, 85:15,
380.489
Series1
Series3, 65:35,
158.293
800oC
Series2
Series2,
85:15,
o
900
C
Series3
145.591
1000oC
Series2, 65:35,
56.178
Series1, 85:15,
47.181
Series1, 65:35,
Variasi Komposisi Tanah Lempung : Serbuk Kulit Kakao (%wt)
22.833
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Kuat Tekan Dengan Variasi campuran
Keramik Berpori Pada Suhu Sintering yang Berbeda
Gambar 4.4 menunjukkan bahwa nilai kuat tekan meningkat sebanding dengan
penambahan komposisi tanah lempung. Ini ditunjukan dari hasil penelitian bahwa
kondisi optimum diperoleh nilai kuat tekan yang optimum pada komposisi tanah
lempung : serbuk kulit kakao 85% : 15% menghasilkan kuat tekan sebesar 47,181
– 380,489 MPa dan kondisi kurang optimum pada komposisi serbuk kulit kakao :
tanah lempung 65% : 35% menghasilkan kuat tekan sebesar 22,833 – 158,293
MPa. Sedangkan pengaruh perlakuan suhu terhadap kuat tekan menunjukkan suhu
optimum pada perlakuan suhu sintering 1000oC memiliki kuat tekan berkisar
158,293 - 380,489 MPa. Selain itu, untuk nilai kuat tekan yang kurang optimum
Universitas Sumatera Utara
39
pada perlakuan suhu sintering 800oC dengan nilai kuat tekan 22,833 - 47,181MPa.
Dimana pada proses difusi, atom-atom yang menyusun pada material filter
tersebut membentuk suatu ikatan yang tidak sempurna sehingga timbulnya cacat
dalam bentuk pori-pori yang sangat banyak.
Peningkatan nilai kuat tekan ini tidak hanya dipengaruhi oleh struktur mikro
material, yang meliputi rongga dan retakan yang terbentuk pada saat pembakaran,
tetapi juga dipengaruhi oleh sifat serbuk penyusun material tersebut. Selain itu,
nilai densitas dari sampel uji dapat mempengaruhi karena apabila densitas sampel
uji makin rendah maka nilai kuat tekan dari sampel tersebut juga menurun
dikarenakan ketidakhomogennya campuran tersebut sehingga distribusi serbuk
kulit kakao tidak tersebar merata ke permukaan tanah lempung sehingga
porositasnya semakin tinggi yang mengakibatkan keretakan ketika diberi gaya
luar dan mengakibatkan tidak tercapainya ikatan antar permukaan dengan baik
antar penyusun material keramik berpori tersebut.
4.2.2
Kekerasan (Hardness)
Kekerasan merupakan ketahanan bahan terhadap penetrasi pada permukaan.
Pengujian kekerasan menggunakan persamaan 2.5 yang mengacu pada standar
pengujian ASTM C 773 menggunakan metode Vickers yaitu menggunakan
microhardness testing machine model karl frank dengan menekankan intan
indentor menggunakan beban 100 kg dengan waktu penahanan selama 30 detik.
Nilai kekerasan dapat di hitung dengan menggunakan pers 2.5. Hasil
perhitungan dapat dilihat pada Tabel B.5 (Lampiran B). Dari data pada Tabel B.5
dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 4.5.
Universitas Sumatera Utara
40
Kekerasan Vs Komposisi
Series3, 85:15,
312.825
Kekerasan (MPa)
Series2, 85:15,
271.378
Series1,
85:15,
269.293
Series3, 65:35,
187.852
Series2, 65:35,
155.567
Series1, 65:35,
147.476
Series1
800oC
Series2
o
900 C
Series3
1000oC
Variasi Komposisi Tanah Lempung : Serbuk Kulit Kakao (%wt)
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Kekerasan Dengan Variasi Komposisi
Pada Material Keramik berpori
Gambar 4.5 menunjukkan bahwa kondisi optimum diperoleh nilai kekerasan
yang tinggi pada komposisi tanah lempung : serbuk kulit kakao 85% : 15%
dengan nilai kekerasan sekitar 269,293 – 312,825 MPa dan kondisi yang kurang
optimum pada komposisi tanah lempung : serbuk kulit kakao 65% : 35% dengan
nilai kekerasan sebesar 147,476 – 187,852 MPa. Nilai kekerasan semakin
menurun pada saat peningkatan massa serbuk kulit kakao. Ini dikarenakan pada
proses pembuatan dengan teknik konvensional cetak dan tekan memungkinkan
distribusi antara tanah lempung dengan serbuk kulit kakao yang tidak merata
sehingga mengakibatkan tidak tercapainya ikatan antar permukaan dengan baik
antar penyusun komposit. Selain itu adanya kekosongan antar partikel yang
menyebabkan terjebaknya oksigen dalam sampel selama proses kompaksi serta
adanya pengotor yang dapat menurunkan sifat kekerasan komposit tersebut. Dan
juga untuk nilai kekerasan yang kurang optimum pada perlakuan suhu sintering
8000C dengan nilai kekerasan 147,476 – 269,293 MPa. Dan nilai kekerasan yang
optimum pada perlakuan suhu sintering 10000C dengan nilai kekerasan 187,52 –
312,825MPa. Nilai kekerasan yang kurang optimum terjadi karena pada proses
difusi, atom-atom yang menyusun pada material keramik tersebut membentuk
suatu ikatan yang kurang sempurna sehingga timbulnya cacat dalam bentuk poripori yang sangat banyak.
Universitas Sumatera Utara
41
4.3 Hasil Karakterisasi Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive
X-Ray (SEM-EDX)
4.3.1
Morfologi Permukaan
Analisa SEM partikel keramik berpori yaitu untuk mengetahui bentuk morfologi
dari partikel keramik berpori pada pembakaran suhu 8000C dengan variasi
komposisi 65% : 35% dan 10000C dengan variasi komposisi 85% : 15%.
Gambar 4.1 menunjukkan morfologi keramik berpori berbasis tanah lempung dan
serbuk kulit kakao pada suhu 8000C dengan perbesaran 1000 dan 1500 kali.
Gambar 4.6
Morfologi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung dan
Serbuk Kulit Kakao pada Suhu 8000C dengan Perbesaran
1000 Kali
Universitas Sumatera Utara
42
Gambar 4.7 Morfologi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung dan
Serbuk Kulit Kakao pada Suhu 8000C dengan Perbesaran
1500 Kali
Gambar 4.8 Morfologi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung dan
Serbuk Kulit Kakao pada Suhu 10000C dengan Perbesaran
1000 Kali
Universitas Sumatera Utara
43
Gambar 4.9 Morfologi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung dan
Serbuk Kulit Kakao pada Suhu 10000C dengan Perbesaran
1500 Kali
Berdasarkan Gambar 4.6 , 4.7 , 4.8 dan 4.9 dapat diambil
kesimpulan bahwa morfologi keramik berpori berbasis tanah lempung dan serbuk
kulit kakao yang diaktivasi pada suhu 8000C memiliki struktur yang hampir sama
dengan morfologi keramik berpori yang diaktivasi pada suhu 10000C. Tetapi
terdapat penyebaran pori yg berbeda terhadap kedua sampel tersebut. Penyebaran
pori yang lebih merata terlihat pada sampel yang diaktivasi pada suhu 800 0C. Hal
ini sesuai dengan pengujian porositas dan daya serap air didapatkan bahwa pada
suhu pembakaran 8000C dengan variasi komposisi 65% : 35% adalah yg
optimum.
Universitas Sumatera Utara
44
4.3.2
Ukuran Diameter Pori
Gambar 4.3 merupakan Analisa SEM
partikel keramik berpori yaitu untuk
mengetahui bentuk morfologi dan ukuran diameter pori dari keramik berpori pada
suhu 8000C dengan variasi komposisi 65% : 35% dan keramik berpori pada suhu
1.0000C dengan variasi komposisi 85% : 15% dengan perbesaran yang sama
1.500 kali.
Gambar 4.10 Hasil SEM yang Menunjukkan Ukuran Diameter Pori pada
Variasi Komposisi 65% : 35% dan suhu 8000C dengan
Perbesaran 1500 Kali.
Universitas Sumatera Utara
45
Gambar 4.11 Hasil SEM yang Menunjukkan Ukuran Diameter Pori pada
Variasi Komposisi 85% : 15% dan Suhu 1.0000C dengan
Perbesaran 1500 Kali.
Berdasarkan Gambar 4.10 dan 4.11 dapat dilihat ukuran diameter pori pada
keramik berpori berbasis tanah lempung dan serbuk kulit kakao yang dibakar pada
suhu 8000C dengan variasi komposisi 65% : 35% memiliki ukuran diameter pori
rata-rata 11,86 µm sedangkan sampel yang dibakar pada suhu 1.000 0C dengan
variasi komposisi 85% : 15% memiliki ukuran diameter pori rata-rata 25,83µm.
Dari hasil ini ternyata didapat bahwa ukuran pori dari sampel yang dibakar pada
suhu 1.0000C dengan variasi komposisi 85% : 15% ternyata lebih besar
dibandingkan ukuran pori sampel yang dibakar pada suhu 800 0C dengan variasi
komposisi 65% : 35%.
Universitas Sumatera Utara
46
4.3.3 Kandungan Unsur
Analisa Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (EDX) partikel keramik berpori
yang dimaksudkan untuk mengetahui unsur – unsur yang terkandung didalam
partikel keramik berpori tersebut melalui grafik hubungan dua parameter energi
unsur (keV) terhadap intensitas cacahan perdetik (cps/count per second) yang
berarti semakin besar intensitas yang muncul, maka semakin banyak kandungan
unsur dalam suatu bahan. Berikut ini (Gambar 4.4a) hasil uji EDX keramik
berpori berbasis tanah lempung dan serbuk kulit kakao pada suhu 8000C.
Gambar 4.12 Hasil Pembacaan kandungan EDX Keramik Berpori dengan
Komposisi 65%:35% Pada Suhu 8000C
Universitas Sumatera Utara
47
Pada Gambar 4.12 diketahui unsur yang dominan yang terdapat pada keramik
berpori berbasis tanah lempung dan kulit kakao yang diaktivasi pada suhu 800 0C
yaitu O (Oksigen) sebesar 40,44 %, Si (Silika) sebesar 25,41 %, Al (Aluminium)
sebesar 11,02 %. Ketiga unsur ini merupakan unsur penyusun utama tanah
lempung. Dari sini dapat dilihat bahwa ketika lempung mengalami proses
sintering maka tidak ada perubahan berarti pada unsur penyusunnya. Keberadaan
unsur O yang paling banyak berasal dari ikatannya dengan Si yang membentuk
SiO2 serta dari oksigen yang terperangkap pada pori-pori keramik.
Gambar 4.13 Hasil Pembacaan Kandungan Unsur EDX Keramik Berpori
dengan Komposisi 85%:15% Pada Suhu 10000C
Pada Gambar4.13diketahui unsur yg dominan yang terdapat pada keramik berpori
berbasis tanah lempung dan serbuk kulit kakao yang diaktivasi pada suhu 1000 0C
yaitu O (Oksigen) sebesar 38,65 %, Si (Silika) sebesar 17,29 %, Al (Aluminium)
sebesar 14,48 %. Ketiga unsur ini adalah penyusun utama dari tanah lempung.
Bila diperhatikan dengan keramik dengan campuran 65%:35% makan dapat
Universitas Sumatera Utara
48
dilihat bahwa konsentrasi dari unsur O dan Si jumlahnya lebih banyak dan
konsentrasi Al jumlahnya lebih sedikit daripada keramik dengan campuran
85%:15% pada suhu 1.0000C.
Berdasarkan komposisi unsur yang terdapat pada Gambar 4.12 dan 4.13 diketahui
bahwa keramik berpori yang dibakar pada suhu 8000C memiliki jumlah oksigen
lebih sedikit daripada keramik berpori yang dibakar pada suhu 1.0000C.
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Tanah lempung dan serbuk kulit kakao dapat digunakan sebagai bahan dalam
pembuatan keramik berpori dengan menggunakan teknik konvensional ceak
dan tekan.
2. Komposisi dan suhu optimum keramik berpori berbasis tanah lempung dan
kulit kakao adalah 85% : 15% pada suhu 1000°C dengan nilai densitas = 6,644
gr/cm3 ; kuat tekan = 380,489 MPa dan kekerasan = 312,825 MPa.
Sedangkan untuk sifat fisis pada komposisi 65% : 35% pada suhu 800°C
dengan nilai porositas = 50,06% dan daya serap air = 15,55% dan dengan
ukuran pori rata-rata 27,895 µm.
3. Pengaruh variasi komposisi tanah lempung dan suhu pembakaran terhadap
sifat fisis (densitas) dan sifat mekanik (kuat tekan dan kekerasan) berbanding
lurus, akan tetapi berbanding terbalik dengan daya serap air dan porositas.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk melakukan pengujian aplikasi
penggunaan keramik berpori sebagai material filterisasi.
2. Melakukan pencampuran serbuk kulit kakao dengan material lain selain tanah
lempung.
Universitas Sumatera Utara
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian
3.1.1
Tempat Penelitian
Tahapan pelaksanaan ini yakni pembuatan keramik berpori berbahan baku
tanah lempung (clay) dan serbuk kulit kakao, pengujian sifat fisis (densitas,
porositas dan daya serap air) dan sifat mekanik (kuat tekan dan kekerasan)
dilakukan di Laboratorium Material Test PTKI Medan serta pengujian sifat
morfologi
permukaan
(Scanning
Electron
Microscope/SEM)-EDX
di
Laboratorium Fisika UNIMED Medan.
3.1.2
Waktu Penelitian
Waktu penelitian dilakukan mulai bulan Desember 2015 sampai dengan bulan
Februari 2016.
3.2 Peratan Dan Bahan
3.2.1
Peralatan
1. Ayakan 100 mesh: untuk memisahkan butiran sesuai ukuran yang diperlukan.
2. Neraca Digital : untuk menimbang massa sampel.
3. Beaker Glass 500 mL: untuk mengukur volume dan sebagai wadah sampel.
4. Spatula: untuk mengaduk bahan agar tercampur merata (homogen).
5. Kertas Saring: untuk menyaring partikel suspensi dengan cairan.
6. Magnetik stirer: untuk mengaduk larutan secara otomatis.
7. High Temperature Furnance (Tanur): sebagai tempat pembakaran sampel
dengan kapasitas pembakaran 1100o C.
8. Cetakan Sampel (Moulding): sebagai tempat mencetak sampel.
9. Botol vial : sebagai wadah meletakan sampel.
10. Hidraulik Cold Press: untuk menekan sampel yang sudah dimasukkan ke
cetakan agar padat.
11. Jangka Sorong: untuk mengukur tebal dan panjang sampel.
12. Pisau: untuk memotong kulit kakao.
Universitas Sumatera Utara
29
13. Stopwacth: untuk menghitung lamanya waktu kompaksi dan pembakaran.
14. Microhardness Testing Machine (uji kekerasan rockwell): sebagai alat untuk
menguji sifat kekerasan material.
15. Universal Testing Machine (UTM) : sebagai alat untuk menguji sifat kuat
tekan material.
16. Scanning Electron Microscope (SEM) : untuk melihat morfologi permukaan
keramik berpori.
17. Energy Disversive X-Ray (EDX) : untuk menentukan unsur-unsur partikel.
3.2.2
Bahan
1. Tanah lempung (clay) : sebagai matriks pada pembuatan keramik berpori.
2. Serbuk kulit kakao : sebagai filler pada pembuatan keramik berpori.
3. Aquadest (H2O) : sebagai penetral pH tanah lempung.
4. HCL 1 mol : sebagai larutan untuk aktivasi kimia tanah lempung.
3.3 Variabel Penelitian
Variabel penelitian pada pembuatan material keramik berpori dari bahan tanah
lempung (clay) dan serbuk kulit kakao antara lain komposisi bahan baku, suhu
sintering dan karakterisasi. Variasi komposisi ditunjukkan pada Tabel 3.1 :
Tabel 3.1 Persentase Keramik Berpori Dari Tanah Lempung (Clay)
Dan Serbuk Kulit Kakao
Kode Sampel
A
B
C
D
E
Tanah Lempung (Clay)
(% massa)
85
80
75
70
65
Serbuk Kulit Kakao
(% massa)
15
20
25
30
35
Sedangkan untuk variasi perlakuan suhu sintering sebesar : 800 oC, 900oC
dan 1000oC dan karakterisasi material keramik berpori dari tanah lempung (clay)
dan serbuk kulit kakao meliputi: sifat fisis (densitas, porositas dan daya serap air),
sifat mekanik (kuat tekan dan kekerasan) dan sifat morfologi (SEM).
Universitas Sumatera Utara
30
3.4 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Alir Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Berpori
Dari Tanah Lempung dan Serbuk Kulit Kakao
Universitas Sumatera Utara
31
3.5 Prosedur Penelitan
a. Tanah lempung
-
Preparasi Sampel Tanah lempung
1. Diambil tanah lempung di daerah Pancur Batu dengan kedalaman ± 40 cm
dari permukaan tanah.
2. Dijemur tanah lempung dibawah sinar matahari sampai kering.
3. Dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama ± 15 menit.
4. Digerus tanah lempung sampai halus kemudian diayak dengan ukuran 100
mesh.
-
Aktivasi Sampel Tanah lempung
1. Dimasukan 50 gram serbuk tanah lempung kedalam beaker glass 500 mL.
2. Ditambahkan 250 mL larutan HCL 1 mol konsentrasi 7% sambil diaduk
dengan magnetik stirer selama 24 jam.
3. Disaring hasil larutan HCL 1 mol dengan kertas saring untuk mendapatkan
hasil residu.
4. Dicuci hasil residu dengan aquadest (H2O) panas sampai pH netral dan bebas
ion klorida (Cl-).
5. Dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama ± 15 menit.
b. Kulit Kakao
-
Preparasi Kulit Kakao
1. Dibersihkan kulit kakao dari getahnya dan sisa – sisa dari daging buah kakao.
2. Dipotong-potong kulit kakao dengan ukuran ± 3 cm dan dikeringkan secara
alami dibawah panas matahari.
3. Dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama ± 15 menit.
4. Digerus kulit kakao sampai halus kemudian diayak dengan ukuran 100 mesh.
Universitas Sumatera Utara
32
c. Pembuatan Keramik Berpori
Pembuatan keramik berpori dilakukan dengan metode konvensional cetak dan
tekan dimana prosesnya sebagai berikut :
1. Dicampurkan tanah lempung (clay) dan serbuk kulit kakao dengan variasi
komposisi tanah lempung (clay) dan serbuk kulit kakao 85% : 15%, 80% :
20%, 75% : 25%, 70% : 30% dan 65% : 35% sampai homogen.
2. Dimasukkan campuran yang homogen kedalam cetakan berbentuk tabung.
3. Dikompaksi cetakan tersebut dengan tekanan 300 MPa dengan waktu tahan 10
menit kemudian dikeluarkan dalam cetakan dan didiamkan pada suhu kamar.
4. Setelah itu, campuran yang telah di press kemudian disintering dengan variasi
sintering 800°C, 900°C dan 1000°C ditahan selama 2 jam.
Universitas Sumatera Utara
33
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Keramik berpori berbasis tanah lempung dan serbuk kulit kakao yang telah
dibuat menggunakan teknik konvensional cetak dan tekan yang dicampur dengan
pencampuran kering (dry mixing). Variasi komposisi tanah lempung dan serbuk
kulit kakao dibuat dengan perbandingan : 85% : 15%, 80% : 20%, 75% : 25%,
70% : 30% dan 65% : 35% dengan massa total 12 gram yang dikompaksi dengan
tekanan 300 MPa selama 10 menit kemudian disintering dengan variasi
temperatur sintering 800oC, 900oC dan 1000oC .
Karakterisasi material dilakukan pada keramik berpori berbasis tanah lempung
dan serbuk kulit kakao dengan tujuan untuk melihat bagaimana interaksi antar
bahan dalam membentuk keramik berpori terhadap sifat fisis : densitas, porositas,
daya serap air morfologi permukaan dan ukuran pori, sifat mekanik : kekerasan
dan kuat tekan. Dalam hal ini, dilihat parameter yang mempengaruhi sifat-sifat
dari material tersebut adalah pengaruh komposisi yang mana memberikan suatu
gambaran interaksi untuk membentuk suatu ikatan antar campuran bahan yang
satu dengan bahan yang lain.
4.1 Karakterisasi Sifat Fisis Keramik Berpori
4.1.1
Densitas (Massa Jenis)
Densitas merupakan ukuran suatu kerapatan atom-atom penyusun material
yang saling berikatan atau berinteraksi antara satu atom dengan atom lainnya.
Untuk menentukan nilai densitas dapat dilakukan dengan menggunakan ASTM C
373-88 untuk geometri material yang berbentuk seperti silinder, didapatkan nilai
densitas dengan menggunakan Persamaan 2.1. Contoh perhitungan untuk
menentukan nilai densitas dapat dilihat pada lampiran A.
Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel B1( lampiran B) dari data pada
Tabel B1 dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 4.1.
Universitas Sumatera Utara
34
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Densitas Dengan Variasi campuran
Keramik Berpori Pada Suhu Sintering yang Berbeda
Densitas adalah pengukuran massa setiap satuan volume material. Semakin
tinggi densitas (massa jenis) suatu material, maka porositas dan daya serapnya
semakin kecil. Densitas rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi
dengan total volume.
Gambar 4.1 menggambarkan hubungan antara pengaruh variasi icampuran
dengan nilai densitas bahwa nilai densitas keramik berpori yang optimum terjadi
pada komposisi tanah lempung : serbuk kulit kakao 85% : 15% dengan nilai
densitas sekitar yaitu (3,695 - 6,644) x 103 gr/cm3. Sedangkan nilai densitas yang
kurang optimum pada komposisi tanah lempung : serbuk kulit kakao 65% : 35%
dengan nilai densitas sekitar (3,219 – 3,894) x 103 gr/cm3. Nilai densitas
dipengaruhi oleh penambahan komposisi penguat tanah lempung. Ini disebabkan
karena sifat dari tanah lempung tersebut yaitu adanya ikatan kohesivitas (gaya
adesi-kohesi) antara lain : kekasaran permukaan partikel tanah lempung dengan
serbuk kulit kakao dimana semakin tinggi kekasaran serbuk maka semakin luas
kontak antar permukaan, adanya gaya gesek antar permukaan partikel yang
diakibatkan oleh proses kompaksi (tekanan). Dimana apabila gaya tekan yang
diberikan dibawah kekuatan tarik dari serbuk kulit kakao dan dibawah kekuatan
Universitas Sumatera Utara
35
tarik tanah lempung maka terjadi deformasi elastis yang mengakibatkan nilai
densitas semakin rendah.
Sedangkan terhadap perlakuan suhu pembakaran berbanding lurus dengan
densitas. Hasil pengamatan nilai densitas optimum pada perlakuan suhu sintering
1000oC dengan nilai densitas berkisar (3,894 – 6,644) x 103 gr/cm3 sedangkan
nilai densitas yang kurang optimum pada perlakuan suhu sintering 800oC dengan
nilai berkisar (3,219 – 3,695) x 103 gr/cm3. Ini terjadi karena pada saat diberikan
suhu tinggi atom-atom yang menyusun material komposit tersebut mengalami
difusi sehingga atom-atom antara filler dengan matriks berinteraksi membentuk
suatu ikatan yang kuat dan memadat sehingga terjadi penyusutan pori-pori dan
menjadi rapat.
4.1.2
Porositas
Porositas merupakan jumlah pori-pori yang terdapat pada material, dimana
pori-pori tersebut terbentuk karena adanya pengosongan atom-atom atau cacat
kristal yang menyusun material tersebut. Nilai porositas hasil penelitian dihitung
dengan menggunakan persamaan 2.2. Contoh perhitungan untuk menentukan nilai
porositas dapat dilihat pada lampiran A. Data hasil perhitungan dapat dilihat pada
Tabel B2 (lampiran B) . Dari data pada Tabel B1 dapat dibuat grafik pada Gambar
4.2
Porositas (%)
Series1, 65:35,
50.06
Porositas Vs Kompoisi
Series2, 65:35,
32.075
Series1,
85:15,
Series1
33.017
Series2
Series2,
85:15,
29.375
Series3
800oC
Series3, 65:35,
22.959
o
Series3,
85:15,
900
C
18.272
1000oC
Variasi Komposisi Tanah Lempung : Serbuk Kulit Kakao (%wt)
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Porositas Dengan Variasi campuran
Keramik Berpori Pada Suhu Sintering yang Berbeda
Universitas Sumatera Utara
36
Gambar 4.2 menunjukan bahwa semakin kecil variasi komposisi serbuk kulit
kakao dan semakin besar variasi komposisi tanah lempung maka nilai porositas
material keramik berpori tersebut semakin kecil. Dari hasil pengamatan bahwa
variasi campuran yang kurang optimum memiliki porositas yang besar pada
komposisi 85% : 15% dengan nilai porositas berkisar 18,272% - 33,017%.
Sedangkan nilai porositas yang besar pada komposisi 65% : 35% dengan nilai
porositas berkisar 22,959% - 50,06%. Ini disebabkan karena adanya ketidak
homogenitas campuran antara peguat tanah lempung dan serbuk kulit kakao tidak
terdistribusi merata sehingga terjadilah porositas sehingga adanya oksigen yang
masuk atau zat pengotor dalam material tersebut. Selain itu, densitas dengan
porositas sangat berhubungan yaitu saling berbanding terbalik dimana semakin
tinggi densitas keramik berpori maka semakin kecil porositas yang dihasilkan. Ini
artinya semakin tinggi densitas keramik berpori maka semakin rapat atom-atom
untuk membentuk suatu ikatan kovalen yang kuat.
Akan tetapi hasil dari pengamatan grafik bahwa nilai porositas berbanding
terbalik dengan suhu sintering. Semakin besar suhu yang diberikan maka semakin
kecil porositas yang dihasilkan. Ini menunjukkan bahwa pada saat diberikan suhu
atom-atom penyusun material tersebut mengalami difusi sehingga terjadi
penyusutan pori-pori. Ini dibuktikan dari hasil penelitian bahwa perlakuan suhu
sintering yang optimum pada suhu 1000oC dengan nilai porositas kecil yaitu
berkisar 18,272% - 22,959% sedangkan suhu sintering pada 800oC dengan nilai
porositas yang besar berkisar 33,017% - 50,06%.
4.1.3
Daya Serap Air
Daya serap air merupakan kemampuan suatu material menyerap air maupun
oli, dimana daya serap ini sangat penting dalam pembuatan keramik berpori
dimana mengetahui daya serap optimum pada keramik berpori. Daya serap air
hasil penelitian dihitung dengan dengan menggunakan Persamaan 2.3.
Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel B3 (Lampiran B) dari data pada
Tabel B1 dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 4.3
Universitas Sumatera Utara
37
Daya Serap Air Vs Komposisi
Daya Serap Air (%)
Series1, 65:35,
15.55
Series2, 65:35,
8.812
Series1
Series1,
85:15,
9.125
800oC
Series2
Series3, 65:35,
6.787
900 C
Series3
Series2,
85:15,
1000oC
6.525
o
Series3, 85:15,
Variasi Komposisi Tanah Lempung : Serbuk Kulit Kakao (%wt) 2.75
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Daya Serap Air Dengan Variasi campuran
Keramik Berpori Pada Suhu Sintering yang Berbeda
Berdasarkan grafik pada Gambar 4.3 jelas terlihat bahwa nilai daya serap air
kurang optimum yaitu keramik berpori dengan variasi komposisi tanah lempung :
serbuk kulit kakao 85% : 15% dengan nilai daya serap air sekitar 2,75% - 9,125%.
Sedangkan nilai daya serap air yang optimum pada komposisi tanah lempung :
serbuk kulit kakao 65% : 35% dengan nilai yaitu 6,787% - 15,55%. Nilai daya
serap air pada keramik berpori berbanding terbalik dengan variasi campuran dan
berbanding lurus dengan banyaknya komposisi tanah lempung hal ini disebabkan
karena tanah lempung memiliki kerapatan yang sangat tinggi sehingga pada saat
proses kompaksi maka atom-atom yang menyusun keramik berpori berikatan
sangat kuat akibatnya molekul-molekul air sulit menembus dan merembes keluar.
Sedangkan pengaruh perlakuan suhu sintering berbanding terbalik dengan
daya serap air. Hasil pengamatan nilai daya serap air kurang optimum pada
perlakuan suhu sintering 1000oC dengan nilai daya serap air berkisar 2,75% 6,787%. Sedangkan nilai daya serap air optimum pada suhu sintering 800oC
dengan nilai daya serap air berkisar 9,125% – 15,55%. Semakin rendah suhu yang
diberikan maka semakin besar kemampuan daya serap air pada material keramik
berpori tersebut. Hal ini dikarenakan suhu yang diberikan tidak mencapai suhu
sintering sehingga adanya kekosongan antar partikel yang menyebabkan
terjebaknya oksigen dalam sampel selama proses pembakaran walaupun berada
Universitas Sumatera Utara
38
pada lingkungan vacum sehingga timbul pengotor yang dapat meningkatkan sifat
porositas pada material keramik berpori.
4.2 Karakterisasi Sifat Mekanik
4.2.1
Kuat Tekan
Kekuatan tekan merupakan suatu kemampuan material dalam menahan beban
atau gaya mekanis yang diberikan sampai terjadinya kegagalan (failure). Nilai
kuat tekan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4.
Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel B1(lampiran B). Dari data pada
Tabel B.4 dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 4.4
Kuat Tekan (MPa)
Kuat Tekan Vs Komposisi
Series3, 85:15,
380.489
Series1
Series3, 65:35,
158.293
800oC
Series2
Series2,
85:15,
o
900
C
Series3
145.591
1000oC
Series2, 65:35,
56.178
Series1, 85:15,
47.181
Series1, 65:35,
Variasi Komposisi Tanah Lempung : Serbuk Kulit Kakao (%wt)
22.833
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Kuat Tekan Dengan Variasi campuran
Keramik Berpori Pada Suhu Sintering yang Berbeda
Gambar 4.4 menunjukkan bahwa nilai kuat tekan meningkat sebanding dengan
penambahan komposisi tanah lempung. Ini ditunjukan dari hasil penelitian bahwa
kondisi optimum diperoleh nilai kuat tekan yang optimum pada komposisi tanah
lempung : serbuk kulit kakao 85% : 15% menghasilkan kuat tekan sebesar 47,181
– 380,489 MPa dan kondisi kurang optimum pada komposisi serbuk kulit kakao :
tanah lempung 65% : 35% menghasilkan kuat tekan sebesar 22,833 – 158,293
MPa. Sedangkan pengaruh perlakuan suhu terhadap kuat tekan menunjukkan suhu
optimum pada perlakuan suhu sintering 1000oC memiliki kuat tekan berkisar
158,293 - 380,489 MPa. Selain itu, untuk nilai kuat tekan yang kurang optimum
Universitas Sumatera Utara
39
pada perlakuan suhu sintering 800oC dengan nilai kuat tekan 22,833 - 47,181MPa.
Dimana pada proses difusi, atom-atom yang menyusun pada material filter
tersebut membentuk suatu ikatan yang tidak sempurna sehingga timbulnya cacat
dalam bentuk pori-pori yang sangat banyak.
Peningkatan nilai kuat tekan ini tidak hanya dipengaruhi oleh struktur mikro
material, yang meliputi rongga dan retakan yang terbentuk pada saat pembakaran,
tetapi juga dipengaruhi oleh sifat serbuk penyusun material tersebut. Selain itu,
nilai densitas dari sampel uji dapat mempengaruhi karena apabila densitas sampel
uji makin rendah maka nilai kuat tekan dari sampel tersebut juga menurun
dikarenakan ketidakhomogennya campuran tersebut sehingga distribusi serbuk
kulit kakao tidak tersebar merata ke permukaan tanah lempung sehingga
porositasnya semakin tinggi yang mengakibatkan keretakan ketika diberi gaya
luar dan mengakibatkan tidak tercapainya ikatan antar permukaan dengan baik
antar penyusun material keramik berpori tersebut.
4.2.2
Kekerasan (Hardness)
Kekerasan merupakan ketahanan bahan terhadap penetrasi pada permukaan.
Pengujian kekerasan menggunakan persamaan 2.5 yang mengacu pada standar
pengujian ASTM C 773 menggunakan metode Vickers yaitu menggunakan
microhardness testing machine model karl frank dengan menekankan intan
indentor menggunakan beban 100 kg dengan waktu penahanan selama 30 detik.
Nilai kekerasan dapat di hitung dengan menggunakan pers 2.5. Hasil
perhitungan dapat dilihat pada Tabel B.5 (Lampiran B). Dari data pada Tabel B.5
dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 4.5.
Universitas Sumatera Utara
40
Kekerasan Vs Komposisi
Series3, 85:15,
312.825
Kekerasan (MPa)
Series2, 85:15,
271.378
Series1,
85:15,
269.293
Series3, 65:35,
187.852
Series2, 65:35,
155.567
Series1, 65:35,
147.476
Series1
800oC
Series2
o
900 C
Series3
1000oC
Variasi Komposisi Tanah Lempung : Serbuk Kulit Kakao (%wt)
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Kekerasan Dengan Variasi Komposisi
Pada Material Keramik berpori
Gambar 4.5 menunjukkan bahwa kondisi optimum diperoleh nilai kekerasan
yang tinggi pada komposisi tanah lempung : serbuk kulit kakao 85% : 15%
dengan nilai kekerasan sekitar 269,293 – 312,825 MPa dan kondisi yang kurang
optimum pada komposisi tanah lempung : serbuk kulit kakao 65% : 35% dengan
nilai kekerasan sebesar 147,476 – 187,852 MPa. Nilai kekerasan semakin
menurun pada saat peningkatan massa serbuk kulit kakao. Ini dikarenakan pada
proses pembuatan dengan teknik konvensional cetak dan tekan memungkinkan
distribusi antara tanah lempung dengan serbuk kulit kakao yang tidak merata
sehingga mengakibatkan tidak tercapainya ikatan antar permukaan dengan baik
antar penyusun komposit. Selain itu adanya kekosongan antar partikel yang
menyebabkan terjebaknya oksigen dalam sampel selama proses kompaksi serta
adanya pengotor yang dapat menurunkan sifat kekerasan komposit tersebut. Dan
juga untuk nilai kekerasan yang kurang optimum pada perlakuan suhu sintering
8000C dengan nilai kekerasan 147,476 – 269,293 MPa. Dan nilai kekerasan yang
optimum pada perlakuan suhu sintering 10000C dengan nilai kekerasan 187,52 –
312,825MPa. Nilai kekerasan yang kurang optimum terjadi karena pada proses
difusi, atom-atom yang menyusun pada material keramik tersebut membentuk
suatu ikatan yang kurang sempurna sehingga timbulnya cacat dalam bentuk poripori yang sangat banyak.
Universitas Sumatera Utara
41
4.3 Hasil Karakterisasi Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive
X-Ray (SEM-EDX)
4.3.1
Morfologi Permukaan
Analisa SEM partikel keramik berpori yaitu untuk mengetahui bentuk morfologi
dari partikel keramik berpori pada pembakaran suhu 8000C dengan variasi
komposisi 65% : 35% dan 10000C dengan variasi komposisi 85% : 15%.
Gambar 4.1 menunjukkan morfologi keramik berpori berbasis tanah lempung dan
serbuk kulit kakao pada suhu 8000C dengan perbesaran 1000 dan 1500 kali.
Gambar 4.6
Morfologi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung dan
Serbuk Kulit Kakao pada Suhu 8000C dengan Perbesaran
1000 Kali
Universitas Sumatera Utara
42
Gambar 4.7 Morfologi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung dan
Serbuk Kulit Kakao pada Suhu 8000C dengan Perbesaran
1500 Kali
Gambar 4.8 Morfologi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung dan
Serbuk Kulit Kakao pada Suhu 10000C dengan Perbesaran
1000 Kali
Universitas Sumatera Utara
43
Gambar 4.9 Morfologi Keramik Berpori Berbasis Tanah Lempung dan
Serbuk Kulit Kakao pada Suhu 10000C dengan Perbesaran
1500 Kali
Berdasarkan Gambar 4.6 , 4.7 , 4.8 dan 4.9 dapat diambil
kesimpulan bahwa morfologi keramik berpori berbasis tanah lempung dan serbuk
kulit kakao yang diaktivasi pada suhu 8000C memiliki struktur yang hampir sama
dengan morfologi keramik berpori yang diaktivasi pada suhu 10000C. Tetapi
terdapat penyebaran pori yg berbeda terhadap kedua sampel tersebut. Penyebaran
pori yang lebih merata terlihat pada sampel yang diaktivasi pada suhu 800 0C. Hal
ini sesuai dengan pengujian porositas dan daya serap air didapatkan bahwa pada
suhu pembakaran 8000C dengan variasi komposisi 65% : 35% adalah yg
optimum.
Universitas Sumatera Utara
44
4.3.2
Ukuran Diameter Pori
Gambar 4.3 merupakan Analisa SEM
partikel keramik berpori yaitu untuk
mengetahui bentuk morfologi dan ukuran diameter pori dari keramik berpori pada
suhu 8000C dengan variasi komposisi 65% : 35% dan keramik berpori pada suhu
1.0000C dengan variasi komposisi 85% : 15% dengan perbesaran yang sama
1.500 kali.
Gambar 4.10 Hasil SEM yang Menunjukkan Ukuran Diameter Pori pada
Variasi Komposisi 65% : 35% dan suhu 8000C dengan
Perbesaran 1500 Kali.
Universitas Sumatera Utara
45
Gambar 4.11 Hasil SEM yang Menunjukkan Ukuran Diameter Pori pada
Variasi Komposisi 85% : 15% dan Suhu 1.0000C dengan
Perbesaran 1500 Kali.
Berdasarkan Gambar 4.10 dan 4.11 dapat dilihat ukuran diameter pori pada
keramik berpori berbasis tanah lempung dan serbuk kulit kakao yang dibakar pada
suhu 8000C dengan variasi komposisi 65% : 35% memiliki ukuran diameter pori
rata-rata 11,86 µm sedangkan sampel yang dibakar pada suhu 1.000 0C dengan
variasi komposisi 85% : 15% memiliki ukuran diameter pori rata-rata 25,83µm.
Dari hasil ini ternyata didapat bahwa ukuran pori dari sampel yang dibakar pada
suhu 1.0000C dengan variasi komposisi 85% : 15% ternyata lebih besar
dibandingkan ukuran pori sampel yang dibakar pada suhu 800 0C dengan variasi
komposisi 65% : 35%.
Universitas Sumatera Utara
46
4.3.3 Kandungan Unsur
Analisa Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (EDX) partikel keramik berpori
yang dimaksudkan untuk mengetahui unsur – unsur yang terkandung didalam
partikel keramik berpori tersebut melalui grafik hubungan dua parameter energi
unsur (keV) terhadap intensitas cacahan perdetik (cps/count per second) yang
berarti semakin besar intensitas yang muncul, maka semakin banyak kandungan
unsur dalam suatu bahan. Berikut ini (Gambar 4.4a) hasil uji EDX keramik
berpori berbasis tanah lempung dan serbuk kulit kakao pada suhu 8000C.
Gambar 4.12 Hasil Pembacaan kandungan EDX Keramik Berpori dengan
Komposisi 65%:35% Pada Suhu 8000C
Universitas Sumatera Utara
47
Pada Gambar 4.12 diketahui unsur yang dominan yang terdapat pada keramik
berpori berbasis tanah lempung dan kulit kakao yang diaktivasi pada suhu 800 0C
yaitu O (Oksigen) sebesar 40,44 %, Si (Silika) sebesar 25,41 %, Al (Aluminium)
sebesar 11,02 %. Ketiga unsur ini merupakan unsur penyusun utama tanah
lempung. Dari sini dapat dilihat bahwa ketika lempung mengalami proses
sintering maka tidak ada perubahan berarti pada unsur penyusunnya. Keberadaan
unsur O yang paling banyak berasal dari ikatannya dengan Si yang membentuk
SiO2 serta dari oksigen yang terperangkap pada pori-pori keramik.
Gambar 4.13 Hasil Pembacaan Kandungan Unsur EDX Keramik Berpori
dengan Komposisi 85%:15% Pada Suhu 10000C
Pada Gambar4.13diketahui unsur yg dominan yang terdapat pada keramik berpori
berbasis tanah lempung dan serbuk kulit kakao yang diaktivasi pada suhu 1000 0C
yaitu O (Oksigen) sebesar 38,65 %, Si (Silika) sebesar 17,29 %, Al (Aluminium)
sebesar 14,48 %. Ketiga unsur ini adalah penyusun utama dari tanah lempung.
Bila diperhatikan dengan keramik dengan campuran 65%:35% makan dapat
Universitas Sumatera Utara
48
dilihat bahwa konsentrasi dari unsur O dan Si jumlahnya lebih banyak dan
konsentrasi Al jumlahnya lebih sedikit daripada keramik dengan campuran
85%:15% pada suhu 1.0000C.
Berdasarkan komposisi unsur yang terdapat pada Gambar 4.12 dan 4.13 diketahui
bahwa keramik berpori yang dibakar pada suhu 8000C memiliki jumlah oksigen
lebih sedikit daripada keramik berpori yang dibakar pada suhu 1.0000C.
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Tanah lempung dan serbuk kulit kakao dapat digunakan sebagai bahan dalam
pembuatan keramik berpori dengan menggunakan teknik konvensional ceak
dan tekan.
2. Komposisi dan suhu optimum keramik berpori berbasis tanah lempung dan
kulit kakao adalah 85% : 15% pada suhu 1000°C dengan nilai densitas = 6,644
gr/cm3 ; kuat tekan = 380,489 MPa dan kekerasan = 312,825 MPa.
Sedangkan untuk sifat fisis pada komposisi 65% : 35% pada suhu 800°C
dengan nilai porositas = 50,06% dan daya serap air = 15,55% dan dengan
ukuran pori rata-rata 27,895 µm.
3. Pengaruh variasi komposisi tanah lempung dan suhu pembakaran terhadap
sifat fisis (densitas) dan sifat mekanik (kuat tekan dan kekerasan) berbanding
lurus, akan tetapi berbanding terbalik dengan daya serap air dan porositas.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk melakukan pengujian aplikasi
penggunaan keramik berpori sebagai material filterisasi.
2. Melakukan pencampuran serbuk kulit kakao dengan material lain selain tanah
lempung.
Universitas Sumatera Utara