tempat diskusi.
12. Teman-teman Jurusan Fisika 2011 serta kakak-kakak dan adik-adik tingkat yang membantu dan memberikan semangat dalam proses menyelesaikan tugas akhir.
Semoga Allah SWT senantiasa memberi rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua. Amin
Bandar Lampung, Agustus 2016 Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
HALAMAN JUDUL ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN... v
PERNYATAAN... vi
RIWAYAT HIDUP ... vii
MOTTO ... viii
PERSEMBAHAN... ix
KATA PENGANTAR ... x
SANWANCANA ... xi
DAFTAR ISI... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xvii
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1 B. Rumusan Masalah ... 3 C. Tujuan Penelitian ... 3 D. Batasan Masalah. ... 3 E. Manfaat Penelitian ... 4 F. Sistematika Penelitian ... 4
xiv II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Keramik Cordierite
1. Karakteristik Cordierite ... 6
2. Pembentukan Kristal Cordierite... 7
3. Aplikasi Cordierite... 8
B. Sekam Padi... 9
C. Silika 1. Karakteristik Silika ...10
2. Ekstraksi Silika Sekam Padi ...10
D. Proses Sol-gel...12
E. Alumina 1. Karakteristik Alumina...13
2. Aplikasi Alumia ...14
3. Pengaruh Alumina terhadap Cordierite ...15
F. Sintering dan Pengukuran Shrinkage (Penyusutan)...16
G. Densitas dan Porositas ...18
H. Karakterisasi 1. Konduktivitas Termal ...19
2. Differential Thermal Analysis (DTA), Differential Scanning Calorimeter (DSC) dan Thermogravimetric Analysis (TGA) ...21
III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian...23
B. Alat dan Bahan 1. Alat...23
2. Bahan ...23
C. Preparasi Bahan 1. Preparasi Sekam Padi ...24
2. Ekstraksi Silika dengan Metode Sol-gel...24
3. Pembuatan Cordierite ...26
4. Pembuatan Paduan Cordierite-Alumina ...26
5. Pembuatan Pelet Cordierite dan Cordierite-Alumina ...26
6. Sintering...27
D. Karakterisasi 1. Differential Scanning Calorimeter (DSC) dan Thermogravimetric Analysis (TGA)...28
2. Konduktivitas Termal ...28
E. Diagram Alir Penelitian 1. Preparasi Sekam Padi dan Ekstraksi Silika ...29
2. Preparasi Pembuatan Cordierite dan Cordierite-Alumina ...30
3. Preparasi Pembuatan Pelet dan Karakterisasi...31
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Penghantar ...33
B. Hasil Ekstraksi Silika Sekam Padi ...33 C. Hasil Preparasi Cordierite dan Cordierite-Alumina ...35 D. Karakterisasi
1. Analisis termal DTA-TGA pada C0, C20, C25, dan C30...37 2. Analisis konduktivitas termal pada C0, C20, C25, dan C30...40
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan...43 B. Saran ...43 DAFTAR PUSTAKA
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Struktur cordierite ... 8
2. Tahapan-tahapan sintering pada pori ... 17
3. Aliran panas yang terjadi secara konduksi... 20
4. (a) Rancang alat konduktivitas temal (b) Sample holder... 29
5. Diagram alir preparasi sekam padi dan ekstraksi silika... 30
6. Diagram alir preparesi pembuatan cordierite dan cordierite-alumina ... 31
7. Diagram alir pembuatan dan karakterisasi sampel cordierite dengan penambahan alumina. ... 32
8. (a) Proses pemanasan sekam padi dengan larutan KOH 5% (b) Sol hasil ekstraksi sekam padi ... 34
9. (a) Gel silika sebelum dicuci (b) Gel silika setelah dicuci... 35
10. (a) Gumpalan padatan silika (b) Bubuk silika ... 35
11. (a) Bubuk cordierite (b) Bubuk paduan cordierite-alumina... 36
12. (a) Sampel sebelum disintering (b) Sampel setelah disintering... 37
13. Analisis termal DTA sampel C0, C20,C25, dan C30... 37
14. Grafik perbedaan TGA sampel C0, C20,C25, dan C30... 38
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Komposisi kimia sekam padi ... 9
2. Bentuk kristal utama silika... 10
3. Hasil analisis perubahan termal pada silika sekam padi tanpa sintering dan setelah sintering (suhu 750oC dan 1050oC). ... 11
4. Pengaruh pH pembentukan gel terhadap rendemen silika yang diperoleh ... 13
5. Karakteristik α-alumina ... 13
6. Beberapa struktur fasa alumina dan suhu pembentukan ... 14
7. Pengaruh kemurnian alumina terhadap aplikasinya... 14
8. Konduktivitas termal pada beberapa bahan ... 21
9. Komposisi massa pencampuran cordierite dan alumina ... 36
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Cordierite merupakan keramik dengan rumus kimia 2MgO.2Al2O3.5SiO2 yang terbentuk penggabungan oksida-oksida seperti MgO, Al2O3, dan SiO2. Berdasarkan penelitian sebelumnya, pembentukan cordierite dapat dilakukan dengan metode alkali pada suhu 900-1400oC (Sembiring dkk, 2009; Broudic dkk, 1989), metode padatan pada suhu 1200oC (Hipedinger dkk, 2015) dan metode peleburan pada suhu 1450-1570oC (Muljadi dan Sebayang, 1996). Sintesis cordierite dapat dilakukan dengan sumber-sumber yang terdapat di alam seperti MgO, dan SiO2 dapat diperoleh dari Talk [Mg3Si4O10(OH)2], Al2O3 dapat diperoleh dari ekstraksi Kaolin [Al2Si2O5(OH)4], (Muljadi dan Sebayang, 1996) dan SiO2 dapat diperoleh dari bahan alam seperti sekam padi (Sembiring dkk, 2009).
Cordierite memiliki sifat stabil karena koefisien ekspansi termal yang rendah yaitu (2.95 – 3.16) x 10-6 oC-1 (Muljadi dan Sebayang, 1996), dan memiliki konduktivitas termal yang rendah yaitu 0.4 – 0.6 W/m.K (Garcia dkk, 2002), sehingga tahan kejut suhu. Namun, cordierite memiliki titik lebur yang rendah yaitu 1365oC sehingga tidak dapat digunakan pada suhu di atas titik leburnya. Dalam hal ini perlu dilakukan paduan dengan bahan yang memiliki titik lebur
2
tinggi untuk memperbaiki kekurangan tersebut. Peningkatkan sifat dari cordierite dapat dilakukan dengan menggabungkan oksida lain seperti alumina, karena alumina memiliki sifat yang dapat meningkatkan suhu sintering mencapai 1600oC (Raharjo dkk, 2015), stabil pada suhu 1700oC dan memiliki titik lebur tinggi 2050oC (Worral, 1982). Karena, alumina memiliki konduktivitas termal yang tinggi sehingga bila diaplikasikan sebagai tungku pemanas proses penghantaran panas akan meningkat sehingga bersifat konduktor yang membahayakan pengguna tungku. Penambahan alumina ini diharapkan dapat menghasilkan keramik paduan cordierite-alumina yang memiliki sifat-sifat dominan seperti alumina, namun memiliki konduktivitas termal rendah menyerupai cordierite yang bersifat isolator (Sijabat, 2008).
Pembentukan kristal cordierite dipengaruhi oleh bahan baku silika dan suhu sintering. Berdasarkan penelitian sebelumnya, bahan baku TEOS dan fumed silika, membutuhkan suhu sintering yang lebih tinggi dalam pembentukan α-cordierite, masing-masing 1320°C dan 1360°C (Naskar dan Chatterjee, 2004), dibandingkan dengan menggunakan sumber silika dari sekam padi yang telah terbentuk pada suhu 1250°C (Kurama dan Kurama, 2006). Hal inilah yang mendasari penggunaan sumber silika dari sekam padi pada penelitian ini, selain mudah didapatkan karena cukup melimpah dan proses ekstraksi silika yang sederhana. Metode ekstraksi silika sekam padi didasarkan pada kelarutan silika amorf yang besar dalam larutan alkalis seperti KOH (Suka dkk, 2008) atau NaOH (Handayani dkk, 2007), serta pengendapan silika terlarut menggunakan asam seperti H2SO4 dan HCl. Dengan metode ini, dapat diperoleh silika dengan kemurnian 93% (Kalapathy dkk, 2000).
3
Berdasarkan penjelasan di atas, maka perlu dilakukan penelitian tentang sintesis dan karakterisasi cordierite untuk mengetahui karakteristik termal dan konduktivitas termal dari cordierite berbasis silika sekam padi dengan penambahan alumina pada suhu sintering 1200oC. Metode yang akan digunakan yaitu metode reaksi padatan (solid state reaction), untuk menganalisis karakteristik termal bahan digunakan DTA-TGA (Differential thermal analysis-thermal gravimetry analysis) dan menganalisis konduktivitas termal.
B. Rumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dalam penelitian sebagai berikut:
a. Bagaimana karakteristik termal dari keramik cordierite dengan penambahan alumina?
b. Bagaimana konduktivitas termal dari keramik cordierite dengan penambahan alumina?
C. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukan penelitian ini adalah:
a. Untuk mengetahui karakteristik termal dari keramik cordierite dengan penambahan alumina.
b. Untuk mengetahui konduktivitas termal dari keramik cordierite dengan penambahan alumina.
D. Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah:
a. Silika yang digunakan pada sintesis cordierite dalam penelitian merupakan hasil dari ekstraksi dari sekam padi menggunakan metode sol-gel dengan
4
dengan KOH 5%.
b. Sintesis cordierite dilakukan penambahan alumina sebanyak 0, 20, 25, dan 30 wt% disintering pada suhu 1200oC selama 3 jam.
c. Sintesis cordierite dengan bahan dasar silika dari sekam padi, Al2O3 dan MgO (SIGMA-ALDRICH) dengan metode padatan
d. Analisis yang dilakukan meliputi karakteristik termal menggunakan DTA-TGA (Differential Thermal Analysis-Thermal Gravimetry Analysis) dan analisis konduktivitas termal.
E. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini sebagai berikut:
a. Sebagai penambahan referensi dalam hal mensintesis cordierite dengan bahan silika berbasis sekam padi.
b. Bahan literatur mengenai konduktivitas termal dan DTA-TGA pada paduan cordierite alumina.
F. Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah dan memahami penulisan skripsi ini, perlu dibuat sitematika penulisan yang mencakup:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penuliasan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
dan termasuk teori pengujian.
BAB III METODE PENELITIAN
Menjabarkan langkah-langkah penelitian dari awal sampai akhir yang termasuk di dalamnya tentang spesifikasi bahan, alat uji dan alat ukur yang digunakan, dan diagram alir penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang analisis data yang diperoleh dari pengujian dan pembahasan dari untuk menarik kesimpulan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi tentang kesimpulan dari tugas penelitian ini yang dirangkum dari hasil selama pengujian dan analisis data. Bab ini juga berisi saran-saran yang dapat mendukung pengembangan dalam penelitian selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Keramik Cordierite
1. Karakteristik Cordierite
Cordierite merupakan salah satu jenis keramik refraktori dengan rumus kimia 2MgO-2Al2O3-5SiO2, yang didapat dari paduan oksida-oksida seperti MgO, Al2O3 dan SiO2. Cordierite merupakan senyawa yang tidak ditemukan di alam, namun dapat disintesis dari bahan-bahan mineral alam seperti talk [Mg3Si4O10(OH)2], kaolin [Al2SiO5(OH)4] dan pasir kuarsa [SiO2] (Muljadi dan Sebayang, 1996) ataupun bahan teknis seperti MgO, Al2O3, dan fumed silika (SiO2) (Johar dkk, 2009).
Cordierite dapat terbentuk pada suhu sintering 1000oC dengan terjadinya proses kristalisasi akibat interaksi antara Mg dan Al dengan Oksigen (Sembiring dkk, 2009). Keramik cordierite memiliki titik lebur 1365oC, koefisien ekspansi termal yang rendah yaitu sebesar (2.95 – 3.16) x 10-6/oC (Muljadi dan Sebayang, 1996), dan konduktivitas termal yang rendah sebesar 0.4 – 0.6 W/m.K (Garcia dkk, 2002). Hal ini yang menyebabkan cordierite tahan pada suhu tinggi, dan tahan kejut suhu sehingga sering digunakan sebagai isolator suhu tinggi. Cordierite memiliki karakteristik seperti pada Tabel 1.
7
Tabel 1. Karakteristik Cordierite (Charles, 2001; Garcia dkk, 2002).
Parameter Nilai
Densitas (gr/cm3) 2.3-2.5
Titik Lebur (oC) 1365
Kuat Patah (Mpa) 60-80
Kekerasan (kgf/mm2) 700-900
Ukuran Pori (µm) 10-300
Koefisien Termal ekspansi (/oC) (2.95-3.16)x10-6
Hambatan Jenis(Ωm) 1012
2. Pembentukan Kristal Cordierite
Bahan baku pembuatan cordierite yang paling umum digunakan adalah fumed silika. Hipedinger dkk (2015) menggunakan fumed silika, calcined alumina dan magnesium oxide dengan perbandingan 51.4% : 34.9% : 13.4%, yang dicampurkan dengan Al(H2PO4)3) dan disintering pada suhu 1100oC, dan 1350oC selama 2 jam. Berdasarkan proses tersebut terjadi reaksi yaitu
Fumedsilika (SiO2) → c-SiO2 + t.SiO2 pada suhu 1100oC (1) (kristobalit silika) ( tridimit)
2MgO + 2 Al2O3+ 5 c,t-SiO2→ 2MgO.2Al2O3.5SiO2pada suhu 1200oC (2)
Pada penelitian Sembiring dkk (2009) dan Radev dkk (2009) pembentukan cordierite diikuti terbentuknya kristobalit SiO2, korundum Al2O3 dan spinel MgAl2O4 pada suhu 1200-1300oC. Struktur kristal cordierite adalah ortorombik dengan parameter a ≠ b ≠ c dan = = = 90° (Smith, 1990). Cordierite terjadi dalam tiga bentuk polimorfik: (i) bentuk tidak teratur yang stabil pada suhu tinggi dikenal sebagai indialite ( -atau cordierite heksagonal) terbentuk pada suhu 1300oC, stabil di bawah 1450oC, (ii) -cordierite disebut sebagai cordierite
8
ortorombik, stabil antara 1450℃ dan titik leleh 1460℃, dan (iii) -cordierite disebut sebagai fase cordierite metastabil, yang dapat dibuat hanya dalam kondisi khusus, suhu rendah memberikan instruksi bentuk ortorombik (Goren dkk, 2005; Naskar dan Chatterjee, 2004). Struktur cordierite dapat ditunjukkan pada Gambar 1 yang terdiri dari unsur silikon (Si), oksigen (O), aluminium (Al) dan magnesium (Mg).
Gambar 1.Struktur cordierite (Zirczy, 1972).
3. Aplikasi Cordierite
Keramik cordierite memiliki koefisien ekspansi termal dan konduktivitas termal yang rendah sehingga banyak diaplikasikan sebagai material tahan suhu tinggi (refraktori) untuk tabung pemanas, filter gas buang (Sofyan, 2012). Cordierite juga banyak digunakan dalam bidang elektronik yaitu sebagai substrat elektronika dan bahan penyangga heating element (Charles, 2001), karena cordierite memiliki resitivitas tegangan ~107Ωcm hingga >1014Ωcm (Schaffer dkk, 1999).
9
B. Sekam Padi
Dalam proses penggilingan padi dihasilkan sekam padi dan beras. Sekam padi merupakan kulit pembungkus padi. Sekam padi secara umum digunakan sebagai media bercocok tanam, sumber energi dalam bentuk briket arang sekam, alas pakan ternak, atau dimusnahkan dengan cara pembakaran yang tidak dikendalikan. Namun, dalam beberapa penelitian sekam padi banyak mengandung silika mencapai kemurnian 94% (Kamath dan Proctor, 1998), yang menandakan sekam padi mempunyai potensi sebagai salah satu sumber silika karena sekam padi jumlah yang melimpah dan dapat diperoleh dengan harga yang murah.
Proses ekstraksi sekam padi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu ekstraksi alkalis atau pengabuan. Pada penelitian Sembiring dan Karo Karo (2007) yang menganalisis komposisi kimia sekam padi dihasilkan dari ekstraksi silika menggunakan metode alkalis, sebelum dan sesudah disintering ditunjukkan pada Tabel 2. Semakin tinggi suhu sintering maka diperoleh silika dengan kemurnian yang tinggi dan zat pengotor semakin berkurang.
Tabel 2. Komposisi kimia sekam padi. Komposisi Kimia Sintering Tanpa Sintering 850oC 1050 oC SiO2 94.66 95.70 98.85 CaO 0.71 0.47 -Na2O 1.50 1.39 1.15 K2O 1.01 0.70 -Al2O3 1.56 1.37 -MgO 0.56 0.30 -Total (%) 100% 100% 100%
10
C. Silika
1. Karakteristik Silika
Silika atau silikon oksida memiliki rumus kimia SiO2 yang terbentuk dari atom silikon dan oksigen. Silika dapat diaplikasikan dalam bidang elektronik, mekanik dan dapat dibuat menjadi bahan keramik. Silika yang dibakar hingga suhu 500-700oC dalam waktu 1 sampai 2 jam akan menghasilkan silika amorf dengan densitas 2.21 g/cm3 (Harsono, 2002). Silika senyawa yang terdapat di alam berstruktur kristalin, sedangkan senyawa berasal dari sintetis adalah amorf. Silika dapat ditemukan dalam tiga bentuk kristal, yaitu kuarsa, tridimit, dan kristobalit. Kuarsa memiliki kisi yang komplek. Ketiga bentuk ini diketahui memiliki perbedaan sifat-sifat seperti pada Tabel 3.
Tabel 3. Bentuk kristal utama silika (Smallman, 2000). Bentuk Rentang Stabilitas (oC) Modifikasi Kerapatan (kg/m3) Kristobalit 1470 -1723 β - (kubik) α - (tetragonal) 2210 2230 Tridimit 870 -1470 Γ β - (heksagonal) α - (orthohombik) -2300 2270 Kuarsa < 870 β - (heksagonal) α - (trigonal) 2600 2650
2. Ekstraksi Silika Sekam Padi
Proses ekstraksi silika dapat dilakukan dengan dua tahap yaitu proses pengabuan dan proses alkalis. Metode ekstraksi silika sekam padi yang didasarkan pada kelarutan silika amorf yang besar dalam larutan alkalis seperti KOH atau NaOH (Yalcin dan Sevinc, 2000), dan NH4OH (Della dan Hosta, 2005), serta
11
ini dikenal dengan metode sol-gel. Menurut Brinker dan Scherer (1990) proses sintesis silika gel dengan menggunakan bahan natrium silikat melalui empat tahap yaitu pertama, pembentukan natrium silikat yang mereaksikan abu sekam padi dengan alkali yang mengandung natrium melalui proses peleburan pada suhutinggi (diatas titik lebur alkali); kedua, reaksi pembentukan hidrosol hasil reaksi natrium silikat dengan asam; ketiga, reaksi pembentukan silika hidrosol dan pemanasan hidroksil silika gel menjadi silika gel kering (serogel). Pembentukan silika dari ekstraksi silika abu sekam padi menggunakan pelarut NaOH akan menghasilkan reaksi silika gel;
SiO2+2NaOH → Na2SiO3+ H2O (3)
Na2SiO3(aq) + 2HCl → H2SiO3+ 2NaCl (4)
H2SiO3→ SiO2. H2O (5)
Silika berbentuk gel memiliki rumus kimia secara umum SiO2 x H2O, dimana struktur satuan silika mengandung kation Si4+ yang berikatan secara tetrahedral dengan anion O2- sehingga tersusun tetrahedral SiO4 yang tidak beraturan. Ikatan tetrahedral berasal dari ikatan ionik dan kovalen (Vlack,1992).
Silika sekam padi bila dilakukan analisis karakteristik termal dan kehilangan massa menghasilkan puncak-puncak seperti pada Tabel 4 yang dilakukan Sembiring dan Karo Karo (2007) menunjukkan terjadinya suatu reaksi.
Tabel 4. Hasil analisis perubahan termal pada silika sekam padi tanpa sintering dan setelah sintering (suhu 750oC dan 1050oC).
Suhu sintering Puncak suhu (oC)
Endotermal Eksotermal
Tanpa sintering 123 dan 652 170, 311, dan 1031
750 85 dan 662 179 dan 1074
12
Pada puncak pertama endotermik suhu 123oC, 85oC dan 100oC merupakan tanda adanya proses penguapan dan terjadi interaksi air dengan silika yang membentuk senyawa volatil penghasil ikatan OH atau silanol, diikuti deformasi ikatan Si-O-Si dan interaksi antara ikatan Si-O dengan logam. Pada suhu 750oC lebih mudah mengalami pelepasan dibandingkan dengan sampel yang tanpa sintering. Sedangkan suhu 1050oC terjadi pembentukan kristal atau disebut juga proses kristalisasi (Sembiring dan Karo Karo, 2007).
D. Proses Sol-gel
Proses sol-gel merupakan suatu metode alternatif yang digunakan untuk mencampurkan suatu bahan menjadi bahan keramik, selain proses padatan (solid state). Pada proses sol-gel pencampuran dilakukan dengan media larutan yang akan mengalami perubahan fase dari sol menjadi gel. Sol adalah padatan yang tersebar dalam larutan yang membentuk partikel koloid, sedangkan gel adalah bahan semi rigid yang terbentuk saat partikel koloid berikatan membentuk jaringan (Sembiring, 2014). Kelebihan dari proses sol-gel, yaitu ukuran partikel yang lebih kecil, perlakuan suhu yang lebih rendah dengan kemurnian dan homogenitas yang tinggi (Fitriana, 2005). Pada pembentukan gel silika pH mempengaruhi hasil endapan, hal ini dibuktikan oleh penelitian yang dilakukan Suka dkk (2008) dengan hasil pada Tabel 5 berikut ini.
13
Tabel 5. Pengaruh pH pembentukan gel terhadap rendemen silika yang diperoleh
pH Rendemen(%) Keterangan
4.7 - Tidak menghasilkan gel, tetapi endapan dengan ukuran butiran yang beragam
5.1 - Tidak menghasilkan gel, tetapi endapan dengan ukuran butiran yang beragam
7.0 40.8 Gel terbentuk dengan baik dan mengalami pengendapan setelah dibiarkan selama 1 malam
7.5 - Gel hanya terbentuk secara temporer dan terlarut kembali
8.5 - Gel tidak terbentuk
E. Alumina
1. Karakteristik Alumina
Alumina atau Almunium Oksida memiliki rumus kimia Al2O3 merupakan senyawa yang tersusun dari ion O2-dan ion Al3+(Vlack, 1992). Alumina memiliki ikatan ion yang kuat, yang menentukan sifat material, tahan terhadap bahan kimia asam kuat dan alkali hingga suhu tinggi, serta memiliki sifat isolasi yang baik. Karakteristik alumina diperlihatkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Karakteristik α-alumina (Charles, 2001; Beecher dan Om, 1993) Parameter Nilai
Densitas (gr/cm3) 2.9-3.1 Titik Lebur (°C) 2020
Kuat Patah (MPa) 160-200
Kekerasan Vickers (kgf/mm2) 1200-1600 Koefisien Termal Ekspansi (/°C) (7-8) x 10-6 Konduktivitas Termal (W/m.K) 25-30 Hambatan Jenis (Ωcm) 1012
Alumina material yang banyak digunakan dalam industri dan laboratorium, karena memiliki sifat stabil, kuat, keras, isolasi listrik yang baik dan tahan terhadap suhutinggi. Hal ini disebabkan karena alumina memiliki titik lebur yang tinggi
14
yaitu 2050oC (Worral, 1982), namun stabil digunakan pada suhu 1700oC. Pembentukan struktur dan fasa alumina ditunjukkan Tabel 7.
Tabel 7. Beberapa struktur fasa alumina dan suhu pembentukan (Tumpal dkk, 2004).
Suhu (oC) Fasa Utama ρ Acuan Nilai ρ Hasil ρ Relatif
300 Boehmite 2303 (21±3)102 89.96
700 Delta 3089 (27±5)102 87.89
900 Gamma 3653 (34±4)102 93.05
1000 Theta 3744 (35±4)102 92.73
1300 Alpha 4010 (400±3)10 99.82
Struktur fasa α-alumina merupakan bentuk struktur yang paling stabil sampai suhu tinggi dan memiliki nama lain korundum. Struktur dasar kristal korundum adalah tumpukkan padatan heksagonal dengan parameter sel a=b= 758 Å dan c= 12.993 Å dengan sudut α=β=γ≠90o(Worral, 1982; Sutarno, 2007).
2. Aplikasi Alumina
Alumina dapat digunakan sebagai refraktori karena memiliki sifat yang mampu menahan kompresi, serangan kimia, titik leleh tinggi (Davis, 2010), dan dalam bidang elektronik digunakan sebagai substrat insulasi seperti kapasitor dan resistor (Boch and Niepce, 2007). Kemurnian dari alumina juga mempengaruhi aplikasi dari alumina (Auerkari, 1996) seperti pada Tabel 8.
Tabel 8. Pengaruh kemurnian alumina terhadap aplikasinya. Kemurnian Al2O3 Aplikasi 99.6 struktural 99.8 lampu Na 99.5 mesin pekakas 99.6 refraktori 99.0 microwave
96.5-99.0 mekanik dan elektronik 94.5-96.5 insulator, dan wear parts
15
3. Pengaruh Alumina terhadap Cordierite
Dari yang dilakukan Sijabat (2008) paduan keramik cordierite-alumina semakin banyak alumina yang ditambahkan akan mengakibatkan semakin besar koefisien ekspansi termal yaitu sebesar (6 – 10) x 10-6/oC dan penambahan alumina dengan persentase di atas 50% pada suhu 1300°C, densitas mengalami penurunan sementara porositas meningkat, peningkatan porositas disebabkan peningkatan Al2O3. Pada penelitian yang dilakukan Tang dkk (2012) paduan keramik cordierite-alumina menghasilkan konduktivitas termal sebesar 9.86 W/m.K karena nilai densitas tinggi 3.27 g/cm3.
Pembentukan struktur atau fasa pada cordierite-alumina berbeda, bergantung pada suhu dan waktu sintering, serta kemurnian dan komposisi bahan. Menurut penelitian Pinero dkk, (1992), berdasarkan hasil Differential Thermal Analysis (DTA) dan X-Ray Diffraction (XRD) menunjukkan bahwa pada suhu 850-980°C, terdapat kehadiran fasa μ-cordierite (hexagonal) dengan sifat metastabil pada suhu rendah, dan fasa α-cordierite (orthorhombik) pada suhu 980-1465°C dengan sifat stabil pada suhu tinggi. Fasa yang sama juga diperoleh melalui penelitian Salwa dkk (2006), hanya saja terdapat kehadiran fasa lain yang lebih dominan yaitu α-Al2O3 (korundum), pada suhu 1100°C selama 3 jam. Sedangkan menurut (Marghussian dkk, 2009), dengan bertambahnya persentase alumina dan suhu sintering, akan muncul fasa baru yaitu mullite pada suhu 1045-1055°C.
16