Studi pengaruh penambahan zat aditif terhadap perubahan struktur kristal pembuatan grafit pengamatannya dilakukan sampai suhu 1300 oC. Kajian ini disajikan dengan harga derajat grafitisasi dan kisi kristal yang merupakan kelengkapan dari parameter crystallite level (Tabel 2 dan Gambar 3). Pengaruh penambahan zat aditif SiO2 berpengaruh terhadap perubahan dspacing walaupun hanya sekitar
0,002 namun untuk derajat grafitisasinya hal ini akan berarti. Semakin banyak zat aditif yang ditambahkan maka akan semakin pendek jarak antar bidang atom. Peristiwa difusi atom semakin cepat sehingga atom semakinn merapat. Akibat hal tersebut maka derajat grafitisasi semakin tinggi. Penambahan SiO2 sebanyak 0,06 %, 0,08 % dan SiO2 0,1 % mempunyai derajat grafitisasi yang sama yaitu 0,6. Dari data yang diperoleh, penambahan SiO2 lebih besar tidak akan berpengaruh, hal ini karena terjadi kejenuhan gerak atom pada penambahan 0,08 % dan 0,1 %. Penambahan SiO2 mempunyai pengaruh yang terbatas pada gerak atom pada proses grafitisasi. Oleh karena derajat grafitisasi semakin tinggi maka kisi kristal a dan c semakin pendek namun masih jauh dari persyaratan harga a = 3 Å .
Tabel 2. Pengaruh Penambahan Zat Aditif SiO2 Terhadap Data Crystallite Level Grafit
Hasil Pemanasan 1300 oC. No Penamb ahan SiO2, % dspacing Derajat grafitisa si Kisi kristal (a),Å Kisi kristal (c),Å 1 0 3,395 0,52 4,074 6,79 2 0,04 3,393 0,55 4,071 6,785 3 0,06 3,39 0,58 4,068 6,78 4 0,08 3,388 0,6 4,066 6,776 5 0,1 3,387 0,6 4,065 6,775
Gambar 3. Pengaruh Penambahan Aditif SiO2 Terhadap Parameter Crystallite Level
Pengaruh Bentuk Umpan
Pembentukan bahan bakar reaktor suhu tinggi (VHTR) bentuk bola memerlukan grafit dengan bentuk serbuk. Umpan dalam proses pembuatan grafit untuk proses grafitisasi pada suhu diatas 1300 o
C berbentuk dua macam yaitu berbentuk serbuk dan pellet. Grafit yang berbentuk serbuk dapat langsung untuk membentuk bahan bakar bentuk bola. Grafit yang berbentuk pellet dapat digunakan untuk menentukan spesifikasi grafit baik sifat kelistrikannya, berat jenis, sifat mekanik, sifat sifat thermal lainnya dan mengidentifikasi adanya cracking. Bentuk umpan proses grafitisasi perlu dipastikan berpengaruh atau tidak dalam karakter grafit terutama terhadap derajat kristalinitasnya. Perubahan struktur kristal tersebut dinyatakan dalam harga dspacing, derajat grafitisasi dan kisi kristal a dan
c. Pada Tabel 3 dspacing untuk umpan bentuk serbuk
maupun pellet harga dspacingnya tidak begitu berbeda
demikian halnya dengan derajat grafitisasi dan harga kisi kristal a dan c. Atas hal tersebut kecepatan gerak atom C baik dalam bentuk serbuk dan pellet akibat pemanasan sama. Pengaruh titik kontak antar butir pada pellet sebagai salah satu potensi menaikkan energy pergerakan atom sudah tidak ada. Hal ini karena titik kontak tersebut sudah berubah menjadi bidang kontak. Pori pori antar butir semakin lama semakin tertutup sehingga terjadi fenomena densifikasi pada pellet. Terbukti adanya data perbedaan densitas pellet hasil pemanasan 1300 oC dan 1800 oC tidak begitu berarti yaitu 1,78 menjadi 1,8 g/cm3. Oleh sebab itu maka gerak atom yang terjadi pada proses grafitisasi antara suhu 1300 oC dan 1800 oC adalah gerak atom C akibat adanya pemanasan. Hasil identifikasi crystallite level dari grafit dengan bentuk umpan yang berbeda tidak jauh berbeda.
Pengaruh Suhu Grafitisasi
Difraktogram grafit hasil grafitisasi dapat untuk mempelajari perubahan struktur kristal. Berdasar difraktogram tersebut terlihat bidang 001 dari struktur kristal yang terbentuk selalu menduduki pada harga 2θ=28o. Intensitas dari puncak bidang 001 semakin meningkat seiring dengan suhu grafitisasi (Gambar 4).
Tabel 3. Pengaruh Bentuk Umpan Terhadap Data Crystallite Level Grafit Hasil Pemanasan 1800 oC Penambahan Aditif SiO2 : 0,08%.
No Umpan Bentuk Jenis, Berat dspacing
Å Derajat grafitis asi Kisi kristal (a),Å Kisi kristal (c),Å 1 Pellet dengan berat jenis 1,78 g/cm 1,8 g/cm3 3,365 0,872 3,028 6,73
Tundjung Indrati Y. ISSN 0216 - 3128 9
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah – Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2014 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 10 - 11 Juni 2014
Pengaruh Suhu Grafitisasi
Difraktogram grafit hasil grafitisasi dapat untuk mempelajari perubahan struktur kristal. Berdasar difraktogram tersebut terlihat bidang 001 dari struktur kristal yang terbentuk selalu menduduki pada harga 2θ=28o. Intensitas dari puncak bidang 001 semakin meningkat seiring dengan suhu grafitisasi (Gambar 4).
Gambar 4. Pengaruh Suhu Grafitisasi Terhadap Intensitas Puncak Difraktogram Bidang
001
Hasil Pemanasan suhu 900 o
C
Hasil Pemanasan suhu 1300 oC
Hasil Pemanasan suhu 1800 oC
Hasil Pemansan Suhu 2000 oC, tanpa soaking time
Hasil Pemanasan Suhu 2000 oC dengan soaking time
Hasil Pemanasan Suhu 2400 oC
Gambar 5. Perubahan Struktur Krisal Pembuatan Grafit.
Data intensitas pada Gambar 4 didukung dengan data difraktogram pada Gambar 5. Pada Gambar 5 terlihat perubahan difraktogram grafit akibat suhu pemanasan pada grafitisasi. Berdasar difraktogram ini maka perubahan struktur kristal grafit dapat dikaji dengan menyatakan data crystallite level . Pengaruh suhu proses grafitisasi terhadap crystallite level disajikan pada Tabel 4 dan Gambar 6. Kajian
perubahan struktur kristal grafit hasil grafitisasi lebih mudah dengan Gambar 6. Jelas terlihat bahwa perubahan kisi kristal a dan c sangat pelan demikian juga dengan dspacing hal ini karena difusi atom C
hanya mengandalikan pada perubahan suhu.
Tabel 4. Pengaruh Suhu Terhadap Data Crystallite Level Grafit No Suhu, oC dspacing Derajat grafitisa si kisi kristal (a),Å kisi kristal (c),Å 1 900 3,39 0,52 3,055752 6,79 2 1300 3,387 0,68 3,04 6,775 3 1500 3,375 0,75 3,038 6,75 4 1800 3,365 0,872 3,02 6,73 5 2000 3,356 0,968 3,02 6,713 6 2400 3,355 0,98 3,02 6,71
Gambar 6. Pengaruh Suhu Terhadap Perubahan Parameter Crystallite
Hasil identifikasi parameter crystallite dari derajat grafitisasi sudah memenuhi syarat .Derajat grafitisasi senilai 0,98, sedangkan kisi kristal a senilai 3,02 Å hampir mendekati persyaratan 3 Å. Persyaratan mengenai thermal conductivity grafit untuk moderator ternyata dicapai pada pemanasan 2400 oC. Harga thermal conductivity yang dicapai senilai 144,34 W/m.oK sudah sesuai dengan yang dipersyaratkan. Data hasil penelitian yang disajikan pada Tabel 5 dan Gambar 7 menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu grafitisasi maka tahanan jenis atau resistivitas semakin kecil tetapi thermal konductivitynya semakin naik. Hal tersebut dapat difahami karena dspacing makin pendek, kisi kristal juga makin pendek sehingga dimugkinkan tidak ada hambatan baik itu celah antar atom maupun impuritas.
Tabel 5. Pengaruh Suhu Grafitisasi Terhadap Resistivitas dan Thermal Conductivity o C Resistivitas, x 100 (Ohm.µ.cm) Thermal Conductivity,x1000 (kcal/m.h.oC) Thermal Conductivit y, (W/m.oK) 900 102 0,109412 1,273637 1500 7,65 1,458824 16,98182 1800 2,1 0,531429 61,86236 2000 1 1,116 129,9109 2400 0,9 1,24 144,3455
10 ISSN 0216 - 3128 Tundjung Indrati Y.
Gambar 7. Pengaruh Suhu Terhadap Resistivitas dan Thermal Conductivity.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian kajian eksperimen perubahan struktur kristal dapat disimpulkan bahwa penambahan zat aditif SiO2 berpengaruh dalam proses grafitisasi. Hal ini terbukti dari pemonitoran terhadap nilai crystallite level grafit hasil pemanasan 1300 oC. Nilai paling tinggi penambahan SiO2 pada 0,06-0,08 %. Bentuk umpan pada proses graftisasi pemanasan 1800 oC ternyata tidak berpengaruh dalam struktur kristal grafit. Pengaruh suhu grafitisasi terhadap crystallite level grafit sangat jelas demikian juga dengan thermal conductivity grafit. Semakin tinggi suhu grafitisasi maka semakin tinggi derajat grafitisasinya demikian juga thermal conductivitynya. Dari kajian perubahan struktur kristal maka grafit hasil grafitisasi 2400 oC memenuhi syarat dalam crystallite levelnya dan thermal conductivitynya. Derajat grafitisasi 0,98, nilai kisi kristal a = 3,02 Å dan c = 6,71 Å sedangkan thermal conductivitynya 144,3455 W/m.oK
