Silikon Karbida [PDF]

Citation preview

Silikon karbida' ('SiC'), dikenal juga sebagai carborundum, adalah senyawa silikon dan karbon dengan rumus kimia SiC. Ia terjadi di alam sebagai mineral yang sangat langka moissanite. Serbuk silikon karbida sintetis telah diproduksi massal sejak 1893 untuk digunakan sebagai abrasif. Butiran silikon karbida dapat disatukan dengan cara sintering membentuk keramik yang sangat keras yang banyak digunakan pada aplikasi yang memerlukan daya tahan tinggi, seperti rem mobil, kopling mobil dan pelat trauma untuk rompi anti peluru. Aplikasi elektronik silikon karbida seperti untuk Light-Emitting Diode, (LED) dan detektor dalam radio-radio awal yang pertama kali didemonstrasikan pada sekitar tahun 1907. SiC digunakan sebagai semikonduktor dalam modul elektronik yang beroperasi pada suhu tinggi dan/atau tegangan tinggi. Kristal tunggal besar silikon karbida dapat tumbuh dengan metode Lely; mereka dapat dipotong menjadi batu permata yang dikenal sebagai moissanite sintetis. Silikon karbida dengan area permukaan tinggi dapat diproduksi dari SiO 2 yang terkandung dalam bahan tanaman



Silikon carbide adalah material keramik yang memiliki kekerasan tinggi. Jika dibandingkan dengan material keramik lain, material SiC memiliki kekerasan yang tinggi namun berat jenisnya lebih ringan dibandingkan keramik dari alumina. Seperti terlihat pada tabel berikut ini:



Silkon karbida atau juga dikenal dengan carborundum adalah suatu turunan senyawa silikon dengan rumus molekul SiC, terbentuk melalui ikatan kovalen antara unsur Si dan C Anonim, 2011a).  Silikon karbida merupakan salah satu material keramik non-oksida paling penting, dihasilkan pada skala besar dalam bentuk bubuk (powder), bentuk cetakan, dan lapisan tipis. Sifat mekaniknya 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. Silikon karbida berkelanjutan digunakan serat untuk monofilamen berdiameter besar dan benang multifilamen halus. Silikon karbida serat secara inheren lebih ekonomis dari serat boron, dan sifat serat silikon karbida umumnya baik atau lebih baik dari pada boron. Komposit partikulat pada umumnya diberi penguat material keramik seperti SiC, dan material keramik yang lainnya. Keunggulan dari material MMCs, 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 tetrahedra 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 0C. 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. SiC yang termasuk dalam bahan keramik memiliki beberapa kelebihan yang dapat digunakan pada bidang industri dan otomotif. Pada kondisi tertentu dapat lebih memenuhi criteria 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



Proses Pembuatan SiC Proses Acheson Silikon Karbida pertama kali ditemukan oleh Edward G. Acheson tahun 1891 ketika sedang berusaha memproduksi Intan tiruan. Pada saat penemuannya, Acheson memanaskan campuran antara tanah liat dengan batubara dalam suatu mangkuk besi. Mangkuk besi tersebut dan Batang Karbon berfungsi sebagai elektroda. Pada akhirnya dihasilkan Kristal berwarna hijau pada bagian elektroda karbon. Pada saat itu dia mengira butiran kristal tersebut adalah hasil campuran antara Aluminium dan Karbon sehingga dinamakan Carborndum (nama mineral alumina adalah Corundum). Mineral baru tersebut memiliki kekerasan yang hampir sama dengan intan, sehingga mineral tersebut digunakan  dalam industri abrasif. Pada saat yang sama, Henri Moissan dari Perancis berhasil memproduksi campuran antara Kuarsa dan Karbon, namun pada publikasi tahun 1903 Mossian menjelaskan penemuannya kepada Acheson. Silikon Karbida juga ditemukan pada suatu lembah dari meteorit di Arizona diberi nama Moissanite. Proses pembuatan modern. Proses Pembuatan Silikon Karbida merupakan reaksi karbotermal yakni proses yang melibatkan reaksi antara kuarsa dengan tingkat kemurnian tinggi atau pecahan-pecahan kuarsit dengan karbon (grafit, karbon black atau batu bara pada temperatur antara 1600°C – 2500°C). Disebut reaksi Acheson karena pertama kali ditemukan Edward Acheson dengan menggunakan tanur listrik yang pada saat itu juga baru diperkenalkan (Austin, 1996).



Karbon didapat dari kokas dan dicampurkan dengan pasir silika dengan kandungan 98 sampai 99,5 % silika. Persamaan reaksinya dapat digambarkan menurut reaksi berikut: 1. SiO2 + 2C → Si + 2CO ΔH = + 606 kJ 2. Si + C→ SiC ΔH = – 127,7 kJ Sehingga reaksi totalnya dapat dituliskan sebgai berikut: SiO2 + 3C → SiC + 2CO ΔH = + 478,3 kJ Proses Lowe Lowe, 1958, menemukan proses pembuatan bubuk silikon karbida dengan menambahkan komposisi dan campuran bahan baku yang berbeda untuk mendapatkan konversi yang lebih tinggi seperti di berikut ini. Komposisi Pasir silika, SiO2 160 Karbon, C 160 mesh Larutan natrium silikat 10Na2O30SiO260H2O Besi posfat, FePO4



% berat 56,5 36 6,5 1



 Campuran dipanaskan dalam tanur bersuhu 1600 0C selama dua jam, diperoleh hasil berupa 87% berat silikon karbida, sisanya impurities berupa SiO2 (4,93%), C (3,21%), Na2O (2,60%) dan FePO4 (2,26%) (Lowe, 1958). Kesimpulan :    



 







Silikon Karbida memang sangat layak untuk dijadikan sebagai material untuk keperluan pembuatan rompi tahan peluru Proses pengolahannya yang rumit dan butuh energi dan biaya yang tinggi, menyebabkan butuh biaya besar untuk memproduksinya di Indonesia. Karena harganya yang mahal, jika belum ada pabriknya di Indonesia, maka Silikon Karbida belum bisa dijadikan sebagai material pengganti subtitusi keramik impor Silikon karbida (silicon carbide) atau juga dikenal dengan carborundum adalah suatu turunan senyawa silikon dengan rumus molekul SiC yang terbentuk melalui ikatan kovalen antara unsur Si dan C. SiC memiliki kelebihan, antara lain: berat relatif rendah, kekerasan tinggi, kekuatan mekanik baik, tahan oksidasi, tahan rayapan, tahan erosi, korosi baik, konduktivitas listrik dan termal tinggi. Selain itu, material mentah SiC relatif murah dan dapat dibuat dalam bentuk-bentuk rumit sehingga memungkinkan untuk disiasati melalui proses fabrikasi konvensional. Di udara silikon karbida membentuk oksida pelindung pada suhu 1100°C dan dapat digunakan hingga mencapai 1700°C sehingga sangat efektif sebagai bahan tahan peluru. Silikon karbida merupakan salah satu material keramik non-oksida paling penting yang dihasilkan pada skala besar dalam bentuk cetakan, bentuk bubuk (powder), dan lapisan tipis.







Silikon karbida pertama kali ditemukan secara tidak sengaja oleh Edward Goodrich Acheson pada tahun 1891 ketika dia sedang berusaha membuat intan tiruan. Pada saat itu Acheson memanaskan campuran tanah liat dan batubara dalam suatu mangkuk besi. Mangkuk besi tersebut dan batang karbon berfungsi sebagai elektroda. Kemudian dihasilkanlah kristal berwarna hijau pada bagian elektroda karbon. Dia pun mengira bahwa butiran kristal tersebut adalah hasil campuran antara aluminium dan karbon sehingga dinamakan carborundum (nama mineral alumina adalah corundum).











 



 



 



 Karena mineral baru tersebut memiliki kekerasan yang hampir sama dengan intan, mineral tersebut mulai digunakan di dalam industri amplas. Namun, sekarang penggunaan SiC luas sekali. Silikon karbida (SiC) dapat dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi yang membutuhkan ketahanan panas dan keausan yang tinggi, seperti elemen pemanas, perlengkapan dapur bertemperatur tinggi, varistor, piringan gerinda, bahan amplas, dan light emitting diode (LED). Bahkan, baru-baru ini SiC merupakan salah satu kandidat untuk material struktural di reaktor fisi dan fusi nuklir karena sifat radioaktivitasnya yang rendah dan ketahanannya dalam radiasi neutron. Secara umum SiC bisa dibagi menjadi dua macam, yaitu SiC sebagai keramik fungsional dan SiC sebagai keramik struktural. SiC sebagai keramik struktural merupakan material terkeras ketiga setelah diamond dan cubic BN. Namun, SiC sulit sekali mendapatkan densitas yang tinggi tanpa bantuan aditif. Contoh: Untuk mendapatkan SiC murni dengan densitas tinggi setidaknya dibutuhkan suhu minimal 2500°C dengan tekanan 50 MPa. Nah, temperatur dan tekanan setinggi itu tentulah sangat tidak ekonomis untuk industri sehingga ditambahkanlah aditif. Meskipun demikian, aditif seperti Al2O3 dan Y2O3 yang jadi fasa liquid akan melunak pada saat diaplikasikan dengan temperatur tinggi. Alhasil, setelah ditambahkan aditif tersebut, sifat-sifat SiC juga akan menurun. Maka, para peneliti berlomba-lomba untuk membuat SiC tanpa aditif pada suhu dan tekanan yang relatif rendah tetapi belum ada yang berhasil. . Penggunaan abrasive Hal ini terutama digunakan untuk grinding, polishing dan aspek lain dari penggilingan silikon kristal tunggal, polysilicon, dan kristal piezoelektrik dalam industri elektronik



untuk roda gerinda, sabuk abrasif, batu minyak, blok penggilingan, kepala gerinda, pasta penggilingan, dan produk fotovoltaik . 



 







2. Penggunaan kimia Ini dapat digunakan sebagai deoxidizer untuk pembuatan baja dan sebagai pengubah untuk struktur besi cor. Ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan silikon tetraklorida dan merupakan bahan baku utama untuk industri silikon. Deoxidizer karbida silikon adalah tipe baru deoxidizer komposit kuat yang menggantikan bubuk silikon tradisional dan serbuk karbon untuk deoksidasi. Dibandingkan dengan teknologi asli, sifat fisik dan kimia lebih stabil, efek deoksidasi baik, waktu deoksidasi dipersingkat, dan konservasi energi ditingkatkan. Efisiensi pembuatan baja, meningkatkan kualitas baja, mengurangi konsumsi bahan mentah dan tambahan, mengurangi pencemaran lingkungan, memperbaiki kondisi kerja, dan meningkatkan efisiensi ekonomi keseluruhan tanur listrik adalah sangat berharga. 3. Untuk bahan tahan aus, tahan api dan tahan korosi







Penggunaan silikon karbida memiliki karakteristik ketahanan korosi, ketahanan suhu tinggi, kekuatan tinggi, konduktivitas termal yang baik, dan ketahanan benturan. Silikon karbida dapat digunakan pada berbagai pelapisan tungku peleburan, konstruksi tungku suhu tinggi, pelat silikon karbida, liners, bantalan, dan cawan lebur, dll; di sisi lain dapat digunakan untuk suhu tinggi industri peleburan logam nonferrous Pengantar bahan pemanas seperti tangki distilasi vertikal, nampan menara penyulingan, tangki elektrolitik aluminium, lapisan tembaga tungku peleburan, pelat busur tungku bubuk seng, tabung perlindungan termokopel, dll .; untuk produksi tahan aus, tahan korosi, suhu tinggi dan bahan keramik silikon karbida canggih lainnya; juga dapat membuat nozel roket, pisau turbin gas dan sebagainya. Selain itu, silikon karbida juga merupakan bahan yang ideal untuk jalan raya dan landasan pacu maskapai penerbangan.







