EFEK PEMBERIAN ADITIF B2O3 PADA KARAKTERISTIK GELAS KERAMIK CORDIERITE (Mg2Al4Si5O18)

Abstrak

Telah dilakukan penelitian terhadap efek pemberian aditif B₂O₃ pada karakteristik gelas keramik cordierite (Mg₂Al₄Si₅O₁₈). Bahan dasar yang digunakan adalah bahan murni Al₂O₃ (32%), SiO₂ (52%) dan MgO (16%) serta bahan aditif B₂O₃ dengan variasi : 0, 7, 9, 11 dan 13 persen berat. Preparasi sampel dilakukan melalui campuran bahan-bahan dasar menggunakan reaksi padatan dan untuk mempermudah pencampuran digunakan aquades. Selanjutnya dilakukan dehidrasi dan peleburan serta pengaturan pendinginan secara perlahan agar terbentuk fase gelas berstruktur kristal (gelas keramik).

Dari hasil karakteristik menunjukkan bahwa semakin banyak aditif B₂O₃ semakin tinggi fase cordierite yang terbentuk dan semakin rendah fase impuritasnya (fraksi volume cordierite tertinggi pada penambahan aditif B₂O₃ 13% yaitu sebesar 62%), nilai kekerasannya semakin meningkat (untuk aditif B₂O₃ 13% dapat meningkatkan kekerasan sebesar 57.7%), sedangkan konduktivitasnya termalnya semakin menurun (untuk aditif B₂O₃ 13% menurun sebesar 27.5%). Penurunan nilai konduktivitas termal menunjukkan penurunan nilai koefisien ekspansi termal, sehingga semakin banyak penambahan aditif B₂O₃ semakin kecil nilai koefisien ekspansi termalnya, yang menyebabkan bahan lebih tahan terhadap temperatur tinggi maupun perubahan temperatur tinggi yang mendadak (termal shock)

Keyword : fisika bahan, cordierite, boron oksida, kekerasan, konduktivitas termal

Latar Belakang Masalah

Saat ini perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat pesat disemua bidang. Salah satu bidang tersebut adalah teknologi bahan. Bidang ini banyak melakukan riset dan pengembangan berbagai jenis bahan untuk dapat diaplikasikan dalam kehidupan manusia seperti konduktor, isolator, semikonduktor, polimer, gelas dan keramik. Gelas memiliki sifat menguntungkan antara lain tahan korosif, keras dan mudah dibentuk. Berkaitan dengan karakteristik gelas tersebut, maka bahan ini memiliki prospek aplikasi yang lebih baik pada masa mendatang. Oleh sebab itu penelitian terhadap pengembangan proses material gelas banyak dilakuakan dan merupakan kajian yang menarik.

Selain memiliki sifat yang menguntungkan, gelas juga mempunyai kelemahan, yaitu tidak tahan terhadap perubahan temperatur tinggi yang mendadak (thermal shock) dan mudah pecah. Salah satu upaya perbaikan terhadap kelemahan tersebut dapat dilakukan dengan mengubah struktur amorf gelas menjadi struktur kristal (Inone, 1992). Gelas yang berstruktur kristal ini dinamakan gelas keramik. Bahan ini memiliki kekerasan dan titik lebur yang lebih tinggi dari gelas biasa maupun bahan keramik. Gelas keramik cordierite (Mg₂Al₄Si₅O₁₈) merupakan salah satu jenis gelas keramik yang banyak digunakan dalam berbagai teknologi. Gelas keramik ini memiliki konduktivitas termal yang rendah serta sesuai dengan bahan silicon chip sehingga dapat dimanfaatkan sebagai dudukan (packing). Selain itu dapat dimanfaatkan sebagai pelapis pada atap dapur peleburan baja (Van Vlack, 2002)

Bahan dasar pembentukan gelas keramik cordierite terdiri dari SiO₂, Al₂O₃, MgO dan beberapa bahan aditif (Wyatt and Huges, 1974). Bahan aditif digunakan untuk mempermudah pengintian dan proses pembentukan cordierite. Dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya yaitu pembuatan gelas keramik cordierite menggunakan bahan aditif TiO₂ dan CaF₂ (Wibowo, 1995) telah memberikan peningkatan terhadap kualitas gelas keramik cordierite yang dihasilkan, terutama kekerasan dan penurunan temperatur proses pembentukannya. Namun sifat termal dan kimianya tidak mengalami peningkatan yang signifikan. Oleh sebab itu perlu dilakukan penelitian terhadap aditif lain yang dapat memperbaiki sifat termal dan ketahanan kimianya tersebut. Bahan aditif yang memungkinkan adalah boron oksida (B₂O₃) karena bahan ini dapat menurunkan temperatur gelas keramik, dapat memacu proses pengintian dan pertumbuhan kristal (crystal growth) serta dapat meningkatkan nilai kekerasan. Untuk mengetahui karakteristik gelas keramik yang dihasilkan dapat digunakan uji XRD (struktur mikro dan fase cordierite yang terbentuk), uji Vickers Hardness Tester (uji mekanik) dan konduktivitas termal (uji sifat termal).

Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas dapat dibuat rumusan masalah sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh aditif B₂O₃ terhadap sifat mikroskopik gelas keramik cordierite?
2. Bagaimana pengaruh aditif B₂O₃ terhadap sifat mekanik dan sifat termal gelas keramik cordierite?

Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Variasi aditif B₂O₃ yang digunakan dalam % berat : 0; 7; 9; 11 dan 13
2. Karakteristik sifat mikroskopik (analisis struktur mikro) terhadap cordierite yang terbentuk meliputi uji XRD.
3. Karakteristik sifat mekanik meliputi uji kekerasan sedangkan karakterisasi sifat termal melalui pengukuran nilai konduktivitas termal.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan bahan aditif B₂O₃ terhadap sifat mikroskopik (analisis struktur mikro), sifat mekanik dan sifat termal gelas keramik cordierite.

Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Menguasai teknologi pembuatan gelas keramik cordierite (Mg₂Al₄Si₅O₁₈).
2. Meningkatkan karakteristik gelas keramik cordierite dengan melakukan pemberian aditif B₂O₃.