13 0 271 KB
Pengaruh Penambahan Al2O3 Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Dalam Pembuatan Keramik Berbasis Bentonit dan Glass Bead Nurdina1), Zuriah Sitorus1), Eko Arief Setiadi2), Perdamean Sebayang2) 1)
Departemen Fisika, Universitas Sumatera Utara Kampus Padang Bulan, Medan, 20155 2) Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Kawasan Puspitek, Tanggerang Selatan, 15314 Email : [email protected]
ABSTRAK Telah dilakukan pembuatan keramik berbasis bentonit dan glass bead dengan penambahan 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 100oC selama 24 jam. Selanjutnya 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 dilakukan pengujian sifat fisis yaitu densitas, porositas, dan water absorption dengan prinsip Archimedes serta sifat mekanis yaitu kekerasan dengan metode Hardness Vickers (HV). Hasil pengujian menunjukkan nilai densitas 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 densitas 2,39 gr/cm³, porositas 5,57 %, water absorption 2,46 %, dan kekerasan 631,76 kgf/mm². Berdasarkan hasil ini, sampel berpotensi untuk diaplikasikan sebagai keramik ubin yang merupakan jenis keramik konstruksi. Kata Kunci : Al2O3, Keramik, Kekerasan, Sifat fisis
PENDAHULUAN
kimia Al2O3.4SiO2.H2O. Bentonit bersifat plastis,
Pada masa sekarang hampir sebagian besar
mempunyai daya serap yang baik, kaku setelah
kebutuhan dipenuhi oleh produk keramik. Dengan
dikeringkan, dan bersifat kaca setelah dibakar pada
memanfaatkan potensi sumber daya alam seperti
temperatur yang cukup tinggi. Dalam pembuatan
lempung, feldspar, kaolin dan pasir silika yang
keramik, bentonit berfungsi sebagai badan keramik
tersebar di berbagai daerah di Indonesia, industri
yang mempunyai densitas 2,7 gr/cm3 dan titik lebur
keramik terus berkembang. Istilah keramik berasal
1250oC [2]. Glass bead berbentuk butiran kaca,
dari bahasa Yunani yaitu keramos yang artinya
transparan dan keras, tahan terhadap air dan bahan
lempung atau tanah liat yang telah mengalami
kimia serta kandungan dominannya SiO2. Glass
proses pembakaran. Keramik mempunyai sifat-sifat
bead berfungsi sebagai bahan pengisi untuk badan
yang baik seperti kuat, keras, stabil pada suhu
keramik yang mempunyai densitas 2,5 gr/cm3, titik
tinggi dan tidak korosif sehingga cocok digunakan
lebur 720oC, dan kekerasan 6,5 mohs [3].
I.
untuk bahan bangunan [1]. Lempung (clay), SiO2, dan
Al2O3
merupakan
bahan
yang
banyak
digunakan dalam pembuatan keramik.
Alumina (Al2O3) merupakan oksida keramik yang sangat kuat dan keras, memiliki sifat isolasi yang baik, tahan terhadap korosi, mempunyai titik
Bentonit merupakan jenis lempung (clay) yang
lebur yang tinggi yaitu mencapai 2050oC, densitas
mengandung 85% mineral montmorilonit dan
3,96 g/cm3 dan kekerasan 1200 – 1600 kgf/mm2
sisanya antara lain kristobalit, feldspar, kalsit,
[4].
gipsum, kaolinit, plagioklas, dan illit dengan rumus
pertumbuhan butiran yang tidak normal pada suhu
Keramik
alumina
dikenal
memiliki
tinggi, dimana pertumbuhan ini akan menyebabkan
Kemudian sampel serbuk dikeringkan didalam
adanya butiran mikrostruktur yang tidak seragam
oven pada suhu 100oC selama 24 jam lalu
dapat menurunkan kualitas dari keramik alumina
dikompaksi dengan die pressing pada tekanan 80
tersebut.
untuk
kgf/cm2 pada suhu ruang. Kemudian sampel pelet
mengurangi temperatur sintering keramik alumina
disintering hanya pada suhu 900oC selama 4 jam
yaitu memperkecil ukuran butiran hingga ukuran
dengan laju pemanasan 10oC/menit dan dilakukan
nano atau dengan menambahkan bahan aditif yang
pengujian sifat fisis yaitu densitas, porositas, water
memiliki titik lebur yang lebih rendah dari alumina.
absorption dan pengujian sifat mekanis yaitu
Bahan aditif seperti SiO2 ditambahkan untuk
kekerasan (Hardness Vickers).
Beberapa
cara
digunakan
menahan pertumbuhan butiran yang tidak normal tersebut. Penambahan SiO2 pada keramik alumina dapat
membentuk
fasa
cair
Bentonit
Al2O3
Glass bead
sehingga
memungkinkan perbaikan densifikasi pada keramik
Milling
alumina [5]. Lempung (clay) terdiri dari mineral-mineral
Pengeringan
kalium, natrium dan kalsium yang berfungsi sebagai pelebur sehingga menurunkan suhu bakar
Kompaksi
keramik. Silika (SiO2) berfungsi sebagai pengisi atau
pembentuk
mengurangi
badan
susut.
keramik
Alumina
sehingga
mengontrol
Sintering
dan
mengimbangi pelelehan sehingga memberikan kekuatan pada badan keramik [6]. Sehingga dalam
Pengujian
pembuatan keramik berbasis bentonit dan glass bead ini, dengan adanya penambahan Al2O3 diharapkan
keramik
yang
dihasilkan
dapat
memiliki sifat fisis dan mekanis yang optimum.
II. METODOLOGI PENELITIAN
Sifat Fisis : densitas, porositas, water absorption
Sifat Mekanis : Kekerasan
Gambar 1. Diagram alir pembuatan keramik
Bahan yang digunakan serbuk bentonit, glass bead, dan Al2O3 yang berukuran mikro dan
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
merupakan bahan teknis serta preparasi bahan
Pengujian sifat fisis dan mekanis untuk
dalam pembuatan keramik menggunakan metode
keramik berbasis bentonit dan glass bead dengan
metalurgi serbuk.
penambahan 0, 10, 20, dan 30 (wt%) Al2O3 yang
Serbuk di mixing dengan komposisi bentonit :
telah dimilling dengan HEM selama 2 jam dan
glass bead : Al2O3 sebanyak 50:50:0 ; 45:45:10 ;
disintering hanya pada suhu 900oC selama 4 jam
40:40:20 ; 35:35:30 wt% lalu di wet milling dengan
adalah sebagai berikut :
media cairan toluena dimana perbandingan powder
a. Densitas
: ball mill sebesar 1:10 (wt%) atau 12:120 gram
Pengukuran densitas dilakukan berdasarkan
dan di milling selama 2 jam menggunakan High
prinsip
Archimedes
(ASTM
Energy Milling (HEM).
ditunjukkan pada gambar 2.
C373-88)
dan
Dari gambar 2, 3, dan 4 menunjukkan bahwa
Bulk density ((g/cm³)
2.5 2.4
semakin banyak penambahan Al2O3 menyebabkan
2.39
2.38
2.36
kenaikan nilai densitas sedangkan nilai porositas 2.3
dan water absorption mangalami penurunan.
2.2
Sehingga densitas memiliki korelasi berbanding
2.16 2.1
terbalik dengan porositas dan water absorption, dimana sampel yang cenderung padat memiliki
2.0 0
10
20
30
pori yang semakin kecil sehingga menyerap air
Komposisi Al₂O₃ (wt%)
Gambar 2. Hubungan antara densitas bentonit dan
lebih sedikit. Fenomena ini menunjukkan bahwa saat proses
glass bead terhadap penambahan Al2O3.
sintering, energi berupa panas mengaktifkan proses difusi antara butiran sehingga terjadi pertumbuhan
b. Porositas Pengukuran porositas dilakukan berdasarkan prinsip
Archimedes
(ASTM
C373-88)
dan
akibatnya terjadi proses densifikasi atau pemadatan yang diikuti dengan penyusutan volum tetapi tidak
ditunjukkan pada gambar 3.
diikuti perubahan massa [7]. Bahan keramik yang
11
dibuat memiliki nilai densitas antara 2,16 - 2,39
9.82
10
Porositas (%)
butir dan eliminasi pori yang ada diantara butir,
g/cm3, nilai porositas antara 5,57 - 9,82 % dan nilai
9
water absorption antara 2,46 - 5,01 %.
8 7.02 7
6.17 5.57
6
d. Kekerasan Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode
5 0
10 20 Komposisi Al₂O₃ (wt%)
30
Vickers
menggunakan
Microhardness
Tester.
Gambar 3.Hubungan antara porositas bentonit dan
Dalam pengujian kekerasan ini, sampel diberikan
glass bead terhadap penambahan Al2O3.
beban gaya sebesar 300 gram force dengan waktu penahanan selama 13 sekon.
c. Water absorption water
700
absorption
dilakukan
berdasarkan prinsip Archimedes (ASTM C373-88) dan ditunjukkan pada gambar 4. 6
Water absorption (%)
5.01 5 4
650
620.37
600
631.76
571.55
550 500 494.78 450 400
3.19 2.76
3
Kekerasan, HV (kgf/mm²)
Pengukuran
0 2.46
2
10
20
30
Komposisi Al₂O₃ (wt%)
Gambar 5. Hubungan antara kekerasan bentonit
1
dan glass bead terhadap penambahan Al2O3. 0 0
10
20
30
Komposisi Al₂O₃ (wt%)
Dari hasil pengujian kekerasan (Hardness Gambar 4. Hubungan antara water absorption bentonit dan glass bead terhadap penambahan Al2O3.
Vickers) pada gambar 5 menunjukkan adanya korelasi berbanding lurus dengan penambahan
Al2O3. Berarti semakin banyak penambahan Al2O3
bentonit dan glass bead menyebabkan nilai
maka keramik campuran bentonit dan glass bead
densitas dan kekerasan cenderung semakin
cenderung bertambah padat, kuat dan keras. Bahan
meningkat sedangkan nilai porositas dan water
keramik yang dibuat memiliki nilai kekerasan
absorption cenderung semakin menurun.
2
antara 494,78 - 631,76 kgf/mm . Berdasarkan hasil penelitian,
2. Kondisi optimum diperoleh pada penambahan maka
nilai
30 wt% Al2O3 yang disinter hanya pada suhu
terbaik dari sampel adalah pada sampel dengan
900⁰C selama 4 jam menghasilkan nilai densitas
penambahan 30 wt% Al2O3, dengan nilai densitas
2,39 gr/cm³, porositas 5,57%, water absorption
3
tertinggi yaitu 2,39 g/cm , nilai porositas 5,57 %,
2,46 %, dan kekerasan 631,76 kgf/mm²
nilai water absorption 2,46 %, dan nilai kekerasan
sehingga sampel berpotensi untuk diaplikasikan
2
tertinggi yaitu 631,76 kgf/mm .
sebagai keramik lantai/ubin.
Berdasarkan hasil ini, sampel berpotensi untuk diaplikasikan sebagai keramik lantai/ubin yang merupakan
jenis
keramik
konstruksi
karena
biasanya keramik berbasis feldspar dan tanah liat banyak digunakan pada industri bahan bangunan. Contohnya adalah keramik lantai/ubin, gerabah, gelas keramik, atap, kaca jendela, batu bata, semen, dan beton. Sifat-sifat fisis keramik lantai/ubin yang ada dipasaran dengan keramik hasil penelitian disajikan pada tabel 10. Karakteristik keramik lantai/ubin yang ada dipasaran berdasarkan SNI ISO 13006 : 2010. Tabel 1. Sifat-sifat fisis keramik lantai/ubin Keramik
Keramik
ubin
hasil
dipasaran
penelitian
2,70 - 2,75
2,39
Porositas (%)
1-5
5,57
Daya serap air (%)
1-3
2,46
> 630
631,76
Sifat Fisis Densitas (g/cm3)
Kekerasan (kgf/mm2)
IV. KESIMPULAN Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Dari hasil pengujian sifat fisis dan mekanis didapati bahwa semakin banyak penambahan Al2O3 dalam pembuatan keramik berbasis
DAFTAR PUSTAKA [1] Astuti, A., 1997. Pengetahuan Keramik. Cetakan Pertama. Universitas Gajah Mada Press. Yogyakarta. [2] Aviantari, M., 2008. Pembuatan dan Penggunaan Bentonite-Zeolite untuk Pemisahan Ion Cu2+ dalam Larutan. [Skripsi]. Bandung: ITB, Program Sarjana. [3] Lovell, A., 2006. Glass Bead Deterioration of Ethnographic Objects: Identification, Prevention, and Treatment. [Thesis]. California: John F.Kennedy University, Master of Arts. [4] Gernot, K., 1988. High-Tech Ceramics. Academic Press. Zurich: 100-118. [5] Lestari, L., Riwasa, R., Susilowati, EP., Sudiana, N.I., 2017. Evolusi Mikrostruktur dari Keramik Paduan Silika (SiO2) dan Alumina (Al2O3). Jurnal Aplikasi Fisika 13 (1): 1-6. Universitas Haluoleo. Kendari. [6] Barsoum, M., 2003. Fundamental of Ceramics. Mc-Graw-Hill International. [7] Sebayang, P., Tetuko, PA., Khaerudini, SD., Muljadi, Ginting, M., 2007. Efek Aditif 3Al2O3.2SiO2 dan Suhu Sintering terhadap Krakteristik Keramik - Al2O3. Jurnal Fisika dan Aplikaisnya 3 (2) : 1 - 6. LIPI. Tangerang.