Subido por Trias Politica

SiC Ceramics Materials

Anuncio
Material Bahan Keramik :
Silicon Carbida
(SiC)
Kelompok 6
Silicon Carbida (SiC)
Anggota Kelompok:
Achmad Umar Sa’id (5011201035)
Ida Ayu Gayatri Alycia Vikranta (5011201118)
Wisnu Adi Padma (5011201125)
Yohanes Maruli Arga (5011201131)
I
Pengenalan Umum
Bahan Keramik Silikon Karbida (SiC)
Outline
01
02
03
04
05
06
Definisi
Spesifikasi
Struktur dan Sifat
Proses Pembuatan
Kelebihan
Penggunaan
01
Definisi
Pengertian umum dari silikon
karbida (SiC)
Silikon Karbida (SiC)
Silikon karbida atau juga dikenal dengan
carborundum adalah suatu turunan
senyawa silikon dengan rumus molekul
SiC, terbentuk melalui ikatan kovalen
antara unsur Si dan C.
Silikon karbida (SiC) merupakan
keramik non oksida yang memiliki sifat
unik seperti ketahanan mekanik, kimia
dan stabilitas termal sehingga
digunakan dalam berbagai aplikasi.
Dihasilkan pada skala besar dalam
bentuk bubuk (powder), bentuk
cetakan, dan lapisan tipis (Mustika,
2015).
Spesifikasi
dari Silikon Karbida
(SiC)
02
Raw material keramik
silikon karbida (SiC)
Spesifkasi Silikon Karbida (SiC)
1
2
3
Struktur kristal yang kuat
Silikon karbida terdiri dari unsur ringan, silikon (Si) dan karbon (C). Unsur penyusunnya
berupa kristal empat atom karbon yang membentuk tetrahedron, yang terikat secara
kovalen dengan atom silikon tunggal di pusatnya. SiC juga menunjukkan polimorfisme yang
muncul dalam fase dan struktur kristal yang berbeda.
Kekerasan tinggi
Silikon karbida memiliki tingkat kekerasan Mohs 9, menjadikannya sebagai material terkeras
di samping boron karbida (9,5) dan berlian (10). Sifat ini membuat SiC menjadi pilihan
material yang sangat baik untuk segel mekanis, bantalan, dan alat pemotong.
Tahan suhu tinggi
Ketahanan silikon karbida terhadap suhu tinggi dan thermal shock adalah sifat yang
memungkinkan SiC digunakan dalam pembuatan batu bata api dan bahan tahan api lainnya.
Dekomposisi silikon karbida dimulai pada temperatur 2000 °C.
Spesifkasi Silikon Karbida (SiC)
4
5
Daya konduktivitas
Dengan mengatur pengotor dalam susunan atomnya, silikon karbida dapat menunjukkan
sifat semikonduktor. Misalnya, memasukkan aluminium dalam jumlah yang bervariasi
dengan metode doping akan menghasilkan semikonduktor tipe-p. Biasanya, SiC kelas
industri memiliki kemurnian sekitar 98 hingga 99,5%. Pengotor yang umum adalah
aluminium, besi, oksigen, dan karbon bebas.
Stabilitas kimia
Silikon karbida adalah zat yang stabil dan inert secara kimia dengan ketahanan korosi yang
tinggi bahkan ketika terpapar atau direndam dalam asam (asam klorida, sulfat, atau fluorida)
atau basa (natrium hidroksida). Diketahui SiC dapat bereaksi dalam klorin, namun hanya
pada suhu 900 °C ke atas. Silikon karbida akan memulai reaksi oksidasi di udara ketika suhu
sekitar 850 ° C untuk membentuk SiO2.
Spesifikasi Silikon Karbida (SiC)
Nilai
Unit
Massa Molar
40,1
g.mol-1
Kekerasan
25
Gpa
Kepadatan (density)
3,21
g.cm-3
Titik Lebur
2830
°C
Mobilitas Elektron
900
Cm2/V.s
Struktur dan Sifat
Silikon Karbida (SiC)
03
Struktur SiC
Gambar di samping menggambarkan struktur kubik dan kristal
silikon karbida. Susunan ini sama dengan berlian, meskipun ada
perbedaan jari-jari atom antara C dan Si.
Semua tautan sangat kovalen dan terarah, tidak seperti padatan
ionik dan interaksi elektrostatiknya. SiC membentuk tetrahedra
molekuler; yaitu, semua atom terhubung dengan empat atom
Mercury
is theiniclosest
planet
lainnya. Unit
tetrahedral
bergabung
bersama oleh ikatan
kovalen, to
mengadopsi
struktur
dengan lapisan.
the Sun and
the kristal
smallest
one in our Solar System—it’s
Selain itu,only
lapisan-lapisan
memiliki
a bit largerinithan
our susunan kristal sendiri, yang
terdiri dari
tiga jenis: A, B dan C. Dengan kata lain, bahwa lapisan A
Moon
berbeda dengan B, dan yang ini dengan C. Dengan demikian,
kristal SiC terdiri dari penumpukan urutan lapisan, terjadi
fenomena yang dikenal sebagai politipisme.
(Carbosystem, 2018)
Sifat SiC
SiC memiliki Sifat mekanik yang sangat baik,
konduktivitas listrik dan termal tinggi, ketahanan
terhadap oksidasi kimia sangat baik. SiC juga
memiliki sifat-sifat penting sebagai berikut: unggul
tahan oksidasi, unggul tahan rayapan, kekerasan
tinggi, kekuatan mekanik baik, Modulus Young
sangat tinggi, korosi baik dan tahan erosi, dan berat
relatif rendah. material mentah SiC relatif murah,
dan dapat dibuat dalam bentuk-bentuk kompleks,
dimana memungkinkan disiasati melalui proses
fabrikasi konvensional.
(Simamora, 2013)
04
Proses Pembuatan
dari Silikon Karbida
(SiC)
Produksi SiC Dalam Industri
Silikon karbida (SiC) telah diproduksi secara industri
melalui berbagai jenis pemrosesan termasuk reaksi
langsung silikon dan karbon (RB: ikatan reaksi, MI:
infiltrasi leleh, LSI: infiltrasi silikon cair, dan RS: sintering
reaksi), impregnasi dan pirolisis polimer, kimia infiltrasi
uap (CVI), dan sintering fase cair (termasuk NITE:
infiltrasi nano dan proses fase eutektik transien).
(Katoh, 2018)
Sintesis SiC
Secara umum, silikon karbida diproduksi melalui reaksi campuran pasir
(silika) dan kokas (karbon) dalam tungku resistansi. Reaksinya tercantum
sebagai berikut
Campuran konduktor dipanaskan oleh arus searah hingga suhu hingga 2700
°C dan produk silikon karbida diperoleh setelah beberapa hari dalam bentuk
agregat kristal hitam atau hijau warna-warni yang kemudian dihancurkan
dan dinilai ukurannya. Nilai yang lebih kasar (> 10 m) dari bubuk silikon
karbida tidak dapat disinter dengan kepadatan tinggi.
Untuk aplikasi refraktori, pasir silikon karbida kasar
yang dipadatkan dalam bentuk yang diperlukan
direkatkan menggunakan fase ikatan, misalnya silikon
nitrida atau nitrida oksida, kaca aluminosilikat, atau
karbon dan silikon yang terikat sendiri. Untuk bahan
elemen pemanas listrik, grit silikon karbida bergradasi
ukuran kemurnian tinggi disinter sendiri pada suhu
2400 °C.
Sintesis SiC
Silikon karbida juga dapat diproduksi dalam skala kecil oleh
dekomposisi dalam atmosfer inert senyawa gas atau volatil
silikon dan karbon yang memungkinkan produk reaksi untuk
menyimpan karbida pada substrat panas yang sesuai. Contoh
dari proses ini dikenal sebagai deposisi uap kimia (CVD)
dengan reaksi sebagai berikut
(Schlichting & Riley, 1991)
05
Kelebihan
Silikon Karbida (SiC)
Kelebihan Silikon Karbida (SiC)
Keunggulan dari material SiC, mempunyai sifat kekakuan yang tinggi, densitas yang rendah,
kekerasan yang tinggi dan biaya produksi yang cukup rendah. Butiran silikon karbida (SiCp)
merupakan salah satu diantara keramik yang sangat keras. Silikon karbida (SiC) dengan struktur
tetrahedral dari karbon dan atom silikon dengan ikatan yang kuat dalam kisi kristal. Hal ini
menghasilkan bahan yang sangat keras dan kuat. Butiran silikon karbida tahan terhadap asam
atau basa serta garam sampai 1800-1900 °C.
Di udara, silikon karbida membentuk oksida pelindung pada 1100° C dan dapat digunakan
mencapai 1700 ° C dan sangat efektif sebagai bahan tahan peluru. Ukurannya yang kecil, dan
memiliki derajat kekuatan yang tinggi kesempurnaan kristal dan yang hampir tidak ada cacat
yang memberikan kekuatan yang sangat tinggi.
Kelebihan Silikon Karbida (SiC)
SiC yang termasuk dalam bahan keramik memiliki beberapa kelebihan yang dapat digunakan
pada bidang industri dan otomotif. Pada kondisi tertentu dapat lebih memenuhi kriteria yang
diperlukan bila dibandingkan dengan logam, karena keunggulannya yang tahan korosi,
gesekan, dan temperatur tinggi. Aplikasinya antara lain:
•
Furnace
•
Elemen Panas
•
Heat Exchanger
•
Motor Bakar
•
Seal
•
Bahan Abrasif
(Bulent&Basaran, 2007)
Penggunaan
Silikon Karbida (SiC)
06
Penggunaan Silikon Karbida (SiC)
Sebagai abrasif



Silikon karbida adalah semikonduktor yang mampu menahan suhu
tinggi, tegangan tinggi atau gradien medan listrik 8 kali lebih
banyak daripada yang dapat ditahan silikon. Inilah sebabnya
mengapa ini berguna dalam pembangunan dioda, transducer,
penekan dan perangkat microwave berenergi tinggi.
Dioda pemancar cahaya (LED) dan detektor radio pertama (1907)
diproduksi dengan senyawa ini. Saat ini, silikon karbida telah diganti
dalam pembuatan lampu LED oleh gallium nitride yang
memancarkan cahaya dari 10 hingga 100 kali lebih terang.
Dalam sistem kelistrikan, silikon karbida digunakan sebagai
penangkal petir dalam sistem tenaga listrik, karena mereka dapat
mengatur resistansi dengan mengatur tegangan
Penggunaan Silikon Karbida (SiC)
Dalam bentuk keramik terstruktur



Dalam suatu proses yang dikenal sebagai sintering, partikel-partikel
silikon karbida dipanaskan pada suhu yang lebih rendah daripada
suhu leleh campuran ini. Dengan demikian, itu meningkatkan
kekuatan dan kekuatan benda keramik, dengan membentuk ikatan
yang kuat antara partikel.
Keramik struktural silikon karbida telah memiliki berbagai kegunaan.
Mereka digunakan dalam rem cakram dan di cengkeraman
kendaraan bermotor, dalam filter partikel hadir dalam diesel dan
sebagai aditif dalam minyak untuk mengurangi gesekan.
Penggunaan keramik struktural silikon karbida telah menjadi luas di
bagian yang terkena suhu tinggi. Sebagai contoh, ini adalah kasus
tenggorokan dari injektor roket dan rol dari kiln.
Penggunaan Silikon Karbida (SiC)
Dalam bentuk keramik terstruktur



Kombinasi konduktivitas termal yang tinggi, kekerasan dan
stabilitas suhu tinggi membuat komponen tabung penukar
panas dengan silikon karbida.
Keramik struktural digunakan dalam injektor sandblasting,
segel otomotif pompa air, bantalan dan cetakan ekstrusi. Ini
juga merupakan bahan cawan lebur, yang digunakan dalam
pengecoran logam.
Ini adalah bagian dari elemen pemanas yang digunakan
dalam peleburan kaca dan logam non-ferrous, serta dalam
perlakuan panas logam.
Penggunaan Silikon Karbida (SiC)
Penggunaan Lainnya



Dapat digunakan dalam pengukuran suhu gas. Dalam teknik
yang dikenal sebagai pyrometry filamen silikon karbida
dipanaskan dan memancarkan radiasi yang berkorelasi
dengan suhu dalam kisaran 800-2500 ºK.
Ini digunakan dalam pembangkit nuklir untuk mencegah
kebocoran bahan yang dihasilkan oleh fisi.
Dalam produksi baja digunakan sebagai bahan bakar.
(Nicholas, 2018)
II
Review Jurnal
Development of Aluminium Based
Silicon Carbide Particulate Metal
Matrix Composite for Spur Gear
● Pada penelitian ini dikembangkan komposit
dengan menambahkan silikon karbida pada logam
Aluminium dengan perbandingan massa 2,5%, 5%,
7,5%. dan 10% untuk pembuatan spur gear
● Komposit dibuat dengan teknik stir casting
● Hasilnya, semakin tinggi presentase silikon karbida,
maka kekerasan dan ketangguhan produk
komposit akan semakin meningkat. Kekerasan
tertinggi yang didapatkan berasal dari Aluminium
+ 10% silikon karbida dengan nilai 60,3 BHN
(Pawar & Utpat, 2014)
Judul Jurnal
Effect of silicon carbide particles
on the mechanical and plastic
properties of the AlMg6/10% SiC
metal matrix composite
Effect of silicon carbide particles on the mechanical and plastic properties of the AlMg6/10%
SiC metal matrix composite
Introduction
1. Penelitian ini mempelajari efek memperkuat partikel SiC pada sifat mekanik dan
plastik dari metal matrix composite dengan matriks paduan aluminium AlMg6
(paduan aluminium 1560 menurut Standar Negara Rusia GOST 478497).
2. Metal Matrix Composite berdasarkan matriks aluminium banyak digunakan
dalam peralatan kedirgantaraan sebagai pengganti paduan aluminium dalam
produk yang memiliki karakteristik kekuatan dan masa pakai produk yang lebih
tinggi daripada produk yang terbuat dari paduan aluminium.
Effect of silicon carbide particles on the mechanical and plastic properties of the AlMg6/10%
SiC metal matrix composite
Methodolo
gy
Penelitian ini menggunakan hasil tes mekanis pada skala mikro dan
makro. Penelitian ini menganalisis mekanisme fraktur pada tingkat
mikro di bawah kondisi stres tarik dan tekan, serta jenis kontak antara
konstituen komposit. Hasil eksperimen yang diperoleh untuk komposit
matriks logam dibandingkan dengan data eksperimental analog untuk
paduan AlMg6 dan bahan yang dipadatkan yang terbuat dari Paduan
AlMg6 (bubuk yang dipadatkan tanpa penambahan partikel penguat
SiC).
Effect of silicon carbide particles on the mechanical and plastic properties of the AlMg6/10%
SiC metal matrix composite
Result
Hasil pengujian menunjukkan pengaruh yang menentukan dari partikel
penguat pada sifat plastik dan mekanik dari komposit matriks logam SiC
AlMg6 / 10% di bawah kompresi dan ketegangan. Misalnya,
penambahan silikon karbida meningkatkan tegangan hasil awal dari
bahan yang dipadatkan sebesar 26% di bawah uji tarik dan persentase
perpanjangan setelah fraktur meningkat hingga 1,1% (tanpa kompresi). Di
bawah kompresi, sebaliknya, penambahan sifat plastik dapat
terdegradasi silikon karbida. Akibatnya, persentase kompresi sebelum
retak adalah 28,4% dan 57,9% untuk bahan yang dipadatkan dengan
dan tanpa penambahan silikon karbida.
Effect of silicon carbide particles on the mechanical and plastic properties of the AlMg6/10%
SiC metal matrix composite
Conclusion
Keadaan tekanan secara signifikan mempengaruhi sifat mekanik dan plastik dari
AlMg6 / 10% SiC MMC dan bahan SiC AlMg6 / 0%. Komposit matriks logam
(AlMg6 / 10% SiC MMC) menunjukkan sifat mekanik dan plastik yang lebih baik di
bawah tekanan tarik daripada bahan AlMg6/0% (tanpa SiC). Bahan SiC AlMg6 /0%
lebih banyak plastik di bawah tekanan tekan daripada MMC, tetapi memiliki
tegangan yang lebih rendah.
TERIMA KASIH
Descargar