Sintesis Keramik Ubahan Gradual Al2TiO5/Al2O3 dengan Aditif MgO untuk Aplikasi Suhu Tinggi

Komposit keramik berbasis aluminium titanat (Al2TiO5, AT) berpotensi sebagai bahan yang memiliki ketahanan sifat fisik mekanik pada suhu tinggi karena koefisien muai panjangnya yang mendekati nol (≈ 0.4x 10-6°C-1) dan titik lelehnya yang relatif tinggi (>2000°C). Potensi ini semakin meningkat bila komposit dapat disintesis dalam bentuk bahan ubahan gradual (functionally graded material, FGM), karena kegradualan komposisi  menurut  kedalaman  dapat  membantu  meredam perambatan  retak. Masalah utama dalam sintesis kerarnik AT ialah terurainya bahan ini menjadi alumina (Al2O3) dan rutile (TiO2). Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa dekomposisi AT ini dapat dicegah, salah satunya, dengan menambahkan magnesia (MgO). Namun, masalah lain muncul pada sintesis FGM berbasis AT, karena penambahan MgO yang tidak optimum dapat menghasilkan keramik AT yang sifat fisiknya jauh dari yang diharapkan. Tujuan penelitian ini ialah mensintesis FGM T/A dengan tambahan MgO sebagai penstabil AT dalam jumlah optimum. Penelitian ini juga dimaksudkan untuk menemukan metode yang tepat untuk meningkatkan kandungan AT di dalam FGM.

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi serbuk-serbuk alumina dan magnesia serta cairan yang mengandung TiCl3. Prakerarnik alumina dan alumina-magnesia dibuat dengan mengepres serbuk alumina, diikuti dengan prasinter pada suhu 900-1000°C selama 1 jam. Metode sintesis yang digunakan ialah infiltrasi prakerarnik alumina dengan cairan yang mengandung TiCl3. Untuk studi kinetika infiltrasi, teknik yang digunakan ialah infiltrasi total, sedangkan untuk pembuatan komposit berbasis AT digunakan teknik infiltrasi parsial. Metode lain yang digunakan termasuk infiltrasi yang diragamkan dengan waktu, infiltrasi berulang, dan infiltrasi dalam vakum. Metode pencirian bahan meliputi pemakaian sedigraf untuk ukuran butir, difraksi sinar-x untuk identifikasi fase dan analisis komposisi, alat analisis termal diferensial/TG untuk identifikasi perubahan fase karena perilaku suhu, dan mikroskopi elektron payar untuk mengamati mikrostruktur. Tungku suhu tinggi digunakan untuk (1) prasinter, pembuatan prakeramik, (2) studi kinetika infiltrasi, (3) sinter, dan (4) studi dekomposisi. Komposisi dianalisis dengan metode Rietveld atau nisbah intensitas terpadu (aproksimasi).

Studi kinetika infiltrasi dengan prakeramik alumina menunjukkan bahwa kenaikan massa presipitasi (prekursor) meningkat dengan waktu infiltrasi, infiltrasi ulang, maupun infiltrasi dalam vakum. Namun, kenaikan berarti hanya ditunjukkan oleh infiltrasi ulang, yaitu hingga 4 kali. Infiltrasi dalam vakum membantu mengurangi ketajaman penurunan konsentrasi prekursor menurut kedalaman. Dari kajian ini selanjutnya digunakan infiltrasi ulang hingga 10 kali dalam sintesis FGM MgO-AT/A.

Pada penelitian lanjutan, prakeramik alumina-magnesia (0, 2, dan 5% bobot) diinfiltrasi parsial dan berulang hingga 10 kali. Kenaikan massa prekursor meningkat secara linear dengan pengulangan hingga 8 kali. Kajian komposisi pada FGM MgO-AT/A yang telah disinter pada suhu 1450°C selama 3 jam menunjukkan bahwa kandungan ATdi permukaan keramik dapat mencapai 70-80% (bobot), dibandingkan dengan 44% pada FGM AT/A-zirkonia yang diinfiltrasi 24 jam 1 kali sebagai pembanding. Studi komposisi menurut kedalaman menunjukkan bahwa ketajaman penurunan konsentrasi AT juga menurun menurut kedalaman, dengan kata lain, konsentrasi AT menurun secara gradual.

Dekomposisi FGM MgO-AT/A dikaji dengan cara anil pada suhu 800-1000°C selama 0-200 jam. Hasilnya menunjukkan bahwa AT terdekomposisi lengkap menjadi alumina dan rutile pada suhu di atas 900°C dan waktu anil >80 jam. Sebaliknya, terbukti bahwa MgO (melalui terbentuknya spinel MgAl2O4) berperan cukup efektif dalam mencegah dekomposisi AT pada keadaan itu. Dari kajian ini disarankan penerapan suhu operasi FGM AT/A dengan aditif MgO tidak lebih dari 900°C. Meskipun MgO dapat menghambat dekomposisi AT, pada suhu di atas 900°C dengan waktu anil >80 jam perlahan-lahan AT akan terdekomposisi.

Kajian mikrostruktur mengindikasikan sifat fisik mekanik FGM MgO-AT/A lebih baik daripada keramik AT murni. Rendahnya konsentrasi spinel (<5%) yang dapat menghambat dekomposisi AT diperkirakan tidak banyak mempengaruhi koefisien muai panjang FGM. Dengan kombinasi koefisien muai rendah dan sifat fisik mekanik yang baik, FGM MgO-AT/A diharapkan memiliki kinerja lebih baik daripada FGM AT/A.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google

You are commenting using your Google account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: