Solihin
Pusat Penelitian Geoteknologi LIPI Komplek LIPI, Jl. Sangkuriang, Bandung
E-mail: solihin@lipi.go.id
Abstrak
Indonesia memiliki sumber daya mineral yang mengandung logam titanium, karbon dan silikon. Ketiga unsur elementer ini dapat digunakan untuk memproduksi titanium silikon karbida. Titanium silikon karbida merupakan material yang memiliki sebagian sifat logam dan keramik. Material ini merupakan kandidat material untuk aplikasi seperti elektroda pada peleburan logam, rotator pada bangkit tenaga listrik dan lain-lain Material ini dapat dibuat menggunakan bahan baku unsur elementer melalui proses plasma discharge sintering. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pembentukan titanium silikon karbida didahului oleh pembentukan senyawa intermediate titanium silisida dan titanium karbida. Titanium silikon karbida telah terbentuk secara signifikan pada temperature 1300°C.
Kata kunci: Mineral, Keramik, Karbida, Plasma, Sintering
PENDAHULUAN
Indonesia memiliki sumber mineral titanium, silikon dan karbon yang melimpah dalam bentuk ilmenite, kwarsa, silikat, dan batubara[1]. Ketiga unsur dalam mineral-mineral tersebut dapat digunakan untuk membuat titanium silikon karbida. Titanium silikon karbida merupakan material yang memiliki sebagian sifat logam dan keramik. Material ini dapat digunakan pada aplikasi yang memerlukan gabungan sifat logam dan keramik seperti elektroda pada peleburan logam, rotator pada pembangkit tenaga listrik dan lain sebagainya[2]. Material ini dapat disintesis pada berbagai system bahan baku. Salah satunya adalah sistem bahan baku elementer Ti-Si-C[3,4]. Walaupun secara teoritis titanium silikon karbida dapat dibuat melalui sistem bahan baku ini tetapi penelitian mengenai mekanisme pembentukannya masih belum banyak dilakukan[5,6]. Oleh karena itu dalam penelitian ini akan dilakukan penyelidikan mengenai mekanisme pembentukan titanium silikon karbida melalui sistem bahan baku Ti-Si-C.
METODE PERCOBAAN
Titanium, silikon karbida dan grafit dicampur dan diaduk secara otomatis selama 24 jam. Hasil pencampuran kemudian ditempatkan pada cetakan yang terbuat dari grafit dan dilakukan pengepresan dan pensinteran melalui peralatan plasma discharge sintering dalam kondisi vakum. Penentuan untuk menentukan senyawa pada sampel hasil penyinteran serta pengamatan morfologinya dilakukan melalui peralatan X-Ray Diffraction (XRD) dan
Scanning Electron Microscope (SEM). HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 1 menunjukkan pola XRD dari sampel yang disinter pada temperatur 700,
900 dan 1200°C. Pada sampel yang disinter pada temperatur 700°C unsur/senyawa yang ditemukan adalah titanium, silikon, karbon dan titanium silisida. Sangat jelas terlihat bahwa pada temperatur ini sudah terjadi pembentukan dua jenis titanium silisida yakni Ti3Si5, TiS dan TiC. Berdasar eksistensi tiga senyawa ini maka kemungkinan persamaan reaksi yang terjadi pada temperatur ini adalah :
5Ti + 3Si Ti5Si3 (1) Ti5Si3 + 2Si 5TiSi (2)
Karena pada temperatur 700°C titanium dan silikon masih berada dalam fasa padat, maka kedua reaksi di atas merupakan reaksi antar padatan. Sesuai dengan pola reaksi antar padatan umumnya, maka dalam hal ini titanium silisida mulai terbentuk pada titik kontak antara butiran titanium dan silikon dan kemudian reaksi tersebut berlangsung progresif ke arah jari-jari dalam masing-masing butiran titanium dan silikon tersebut. Titanium silikon karbida baru mulai terbentuk pada temperature 900°C. Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang juga melaporkan pembentukan titanium silikon karbida juga telah dilaorkan terbentuk pada temperatur ini[5,6,7]. Pada sampel yang disinter pada temperatur ini terdapat titanium silikon karbida dan titanium karbida tetapi tidak ditemukan senyawa elementer awal (titanium dan silikon). Titanium dan silikon pada temperatur sejak temperatur 700°C telah membentuk titanium silisida, sedangkan karbon pada temperatur yang lebih tinggi dari 700°C kemungkinan besar telah membentuk titanium karbida. Pada temperatur 900°C tidak ditemukan titanium silisida dan hanya ditemukan puncak intensitas minor titanium karbida. Oleh karena itu reaksi pembentukan Ti3SiC2 diduga kuat melibatkan titanium silisida dan titanium karbida. Titanium karbida yang tersisa adalah sisa titanium karbida yang belum bereaksi dengan titanium silisida.
TiSi + 2TiC Ti3SiC2 (4)
Gambar 1. Profil XRD dari sampel yang disinter pada berbagai temperatur
Gambar 2. Morfologi hasil sintering pada temperatur 700°C
Hasil pengamatan melalui Scanning Electron Microscope (SEM-EDS) terhadap sampel yang telah disinter pada temperatur 700°C menunjukkan adanya silikon, karbon, titanium silisida dan titanium karbida. Hasil ini sama dengan hasil pengamatan sebelumnya
melalui XRD yang menunjukkan eksistensi senyawa-senyawa tersebut pada temperatur 700°C.
Gambar 3. Morfologi hasil sintering pada temperatur 700°C
Gambar 4. Morfologi hasil sintering pada temperatur 1300°C
Analisa morfologi terhadap sampel yang disinter pada temperatur 900 dan 1300°C menunjukkan eksistensi silikon, titanium silisida dan titanium karbida. Terlihat bahwa reaksi pembentukan senyawa intermediate semakin progresif sehingga hampir seluruh karbon dan silikon bereaksi membentuk titanium silisida dan karbida. Pengamatan morfologi (Gambar 2 dan Gambar 3) juga menunjukkan bahwa di dalam sampel yang disinter pada temperatur 700 dan 900°C belum ditemukan adanya titanium silikon karbida. Jelas bahwa pada rentang temperatur ini pembentukan titanium silikon karbida belum dimungkinkan. Selain itu, pembentukan titanium silikon karbida juga tidak dimungkinkan langsung terbentuk dari unsur elementer karena unsur-unsur tersebut telah terlebih dahulu membentuk senyawa intermediate titanium silisida dan titanium karbida. Titanum silikon karbida baru mulai terbentuk secara siginfikan pada temperatur 1300°C, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3. Gambar ini memperlihatkan morfologi dari sampel yang disinter pada temperatur 1300°C. Terlihat bahwa sampel tersebut mangandung du senyawa yakni titanium silikon karbida dan titanium karbida. Titanium silikon karbida merupakan senyawa yang dominan dalam sampel tersebut.
KESIMPULAN
Titanium silikon karbida dapat diproduksi dari unsur-unsur elementer titanium, silikon dan karbon melalui proses plasma discharge sintering. Hasil sintering pada 700°C menunjukkan telah terjadinya pembentukan titanium silisida dan titanium karbida sebagai senyawa intermediate. Pembentukan senyawa intermediate ini terus berlangsung dengan naiknya temperatur pada rentang temperatur 700-900°C. Pada rentang temperatur tersebut belum terjadi pembentukan titanium silikon karbida secara signifikan. Titanium silikon karbida baru terbentuk secara signifikan melalui reaksi antara senyawa-senyawa intermediate
tersebut pada temperatur lebih tinggi, dan pada temperatur 1300°C telah terjadi pembentukan titanium silikon karbida secara signifikan.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Z.M. Sun dan Sdri. Tomomi Sato dari Divisi Material System Advanced Industrial Science and Technology Tohoku Center yang telah membantu terlaksananya kegiatan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Pusat Data dan Informasi ESDM. 2012. Kajian Supplay dan Demand Mineral. Jakarta. Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral.
2. Barsoum, MW, Raghby, T. 1996. Synthesis and Characterization of a remarkable
Ceramic: Ti3SiC2 . J. Am. Ceramic Soc. 79[7].1953-1956.
3. Arunajatesan, S. 1995.Synthesis of Titanium Silikon Carbide. J. American Soc. 78 [3].667-6721
4. Radhakrishnan, R. 1994. Synthesis and high temperature stability of Ti3SiC2. J. of Alloy and Compound 285. 85-88
5. Solihin. 2013.Mekanisme Pembentukan Titanium Silikon Karbida dari Sistem Ti-SiC-C. Jurnal Metalurgi 23[3]
6. Solihin. 2013. Pembuatan Keramik Komposit Karbida. Seminar Material dan Metalurgi 2013.
7. Solihin. 2001. Research Report in Titanium Silikon Carbide Synthesis. Advanced Industrial Science and Technology, Japan.