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