BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.2. Silikon Karbida
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. Silikon karbida merupakan salah satu material keramik non-oksida paling penting, dihasilkan pada skala besar dalam bentuk bubuk (powder), bentuk cetakan, dan lapisan tipis. Teknik untuk membentuk bubuk SiC menjadi bentuk keramik dengan menggunakan agen pengikat, kemudian memberi pengaruh yang besar terhadap nilai komersial SiC. Sekarang ini, SiC merupakan salah satu material yang memiliki kegunaan yang besar dan memiliki peranan penting dalam berbagai industri seperti industri penerbangan, elektonik, industri tanur, dan industri-industri komponen mekanik berkekuatan tinggi. Umumnya, industri metalurgi, abrasif dan refraktori juga merupakan pengguna SiC dalam jumlah paling besar (Kirk dan Othmer, 1981).
Aplikasi silikon karbida (SiC) dalam industri karena sifat mekaniknya yang sangat baik, konduktivitas listrik dan termal tinggi, ketahanan terhadap
oksidasi kimia sangat baik, dan SiC berpotensi untuk fungsi keramik atau semikonduktor temperatur tinggi. 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-material mentah SiC relatif murah, dan dapat dibuat dalam bentuk-bentuk kompleks, dimana memungkinkan disiasati melalui proses fabrikasi konvensional. Hasil akhir mempunyai harga kompetitif disamping menawarkan keuntungan - keuntungan teknis yang unggul dan berdaya guna lebih dari material - material penyusunnya (Suparman, 2010).
2.2.1 Proses Pembuatan Silikon Karbida
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 (Austin, 1996).
Karbon didapat dari kokas migas dan pasirnya mengandung 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
Lowe, 1958, menemukan proses pembuatan bubuk silikon karbida dengan menambahkan komposisi dan campuran bahan baku yang berbeda untuk mendapatkan konversi yang lebih tinggi, seperti yang diperlihatkan pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Komposisi Kandungan pembuatan Silikon Karbida
Komposisi % berat
Pasir silika, SiO2 160 mesh 56,5
Karbon, C 160 mesh 36
Larutan natrium silikat, 10Na2O30SiO260H2O 6,5
Besi posfat, FePO4 1
Campuran dipanaskan dalam tanur bersuhu 1600°C selama dua jam, dan 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). Proses pembuatan silikon karbida meliputi tahap-tahap sebagai berikut:
1. Tahap Persiapan Bahan Baku
Pada tahap ini dilakukan pemisahan bahan baku dari pengotor-pengotornya, penggilingan, penimbangan serbuk bahan baku sesuai komposisi masing - masing.
2. Tahap Pencampuran Bahan Baku
Pada tahap ini seluruh bahan baku yang sudah sesuai komposisi dicampur dalam mixer. Dilakukan pengadukan seluruh campuran bahan baku agar campuran menjadi homogen dan mempermudah saat peleburan.
3 Tahap Peleburan (Melting)
Pada tahap ini bahan baku yang sudah homogen dibuat dalam bentuk pellet dahulu sebelum dimasukkan ke dalam tungku (furnace) bersuhu 16000C. Selama proses peleburan, masing-masing bahan baku akan saling berinteraksi membentuk reaksi kimia. Pada tahap inilah terbentuk silika karbida (SiC). Tungku yang digunakan sebagai tempat meleburkan (meleburkan) campuran bahan baku adalah tanur listrik.
4. Tahap Pendinginan
Pada tahap pendinginan, bongkahan SiC yang terbentuk diturunkan temperaturnya pada cooling yard.
5. Tahap Pengemasan Produk
Pada tahap akhir, produk di haluskan dengan grinder untuk mendapatkan serbuk SiC yang diinginkan, lalu dikeringkan sebelum disimpan ke dalam silo SiC, dan di-packing. Kemasan prosuk dikirim ke gudang penyimpanan produk, dan siap dipasarkan. Berikut ini akan diperlihatkan tabel 2.5 sifat – sifat fisik silikon karbida yaitu :
Tabel 2.5. Sifat - sifat fisik dari Silikon Karbida
Property Unit Typical Value
Composition - SiC
Grain Size μm 4 – 10
Density g/cm3 3.10
Hardnees (Knoop) kg/mm2 2800
Flexural Strengh 4 pt @ RT MPa 380
x 10 3 lb/in2 55
Flexural Strenght 3pt @ RT MPa 550
x 10 3 lb/in2 80
Compressive strenght @ RT MPa 3900
x 10 3 lb/in2 560
Modulus of Elasticity @ RT GPa 410
x 106 lb/in2 59
Welbull Modulus (2 Parameter) 8
Poisson Ratio 0,14
Fracture Toughness @ RT MPa x m1/2 4,60 Double Torsion & SEN B x 103 lb/in2 x in1/2 4,20 Coefficient of Thermal Expansion x 104 mm/mmk 4,02
RT to 700 °C x 104 in/in °F 2,20
Maximum Service Temp. oC 1900
Air oF 3450
Mean Specific Heat @ RT J/gmk 0,67
Thermal Conductivity @ RT W/mK 125,6 Btu/ft h °f 72,6 @ 200 °C W/mK 102,6 Btu/ft h °f 59,3 @ 400 °C W/mK 77,5 Btu/ft h °f 44,8
Permeability @ RT to 1000 °C Impervious to gases over 31 MPa Electrical Resistivity @ RT Ohm-cm 102 - 1011
@ 1000 °C Ohm-cm 0.001 – 0.2
Emissivity 0,9
(Sumber : Khairul Sakti 2009)
2.2.2 Aplikasi Silikon Karbida
Silikon Karbida termasuk dalam bahan keramik memiliki beberapa kelebihan yang digunakan dalam bidang industri dan otomotif. Pada kondisi tertentu, bahan ini dapat memenuhi kriteria yang diperlukan bila dibandingkan dengan logam lainnya. Sebab bahan ini memiliki keunggulan yaitu tahan korosi, gesekan, dan temperatur tinggi. Berikut adalah aplikasi dari penggunaan bahan Silikon Karbida yaitu :
1. Furnace
Proses - proses industri kebanyakan selalu membutuhkan temperatur tinggi dan bahan yang tetap stabil pada temperatur dan kondisi lingkungan tertentu. Pada kasus pembentukan logam diperlukan suatu bahan yang mampu bertahan pada sifat kimia yang korosif, temperatur, dan tekanan tinggi. Satu-satunya bahan yang mampu memenuhi syarat diatas adalah bahan keramik seperti SiC.
2. Alat Penukar Panas
Alat penukar panas atau heat exchanger memiliki tujuan untuk menggunakan kembali panas yang merupakan buangan untuk memanaskan udara yang akan digunakan untuk proses pembakaran. Dengan menggunakan bahan keramik dapat dihasilkan pengurangan bahan bakar yang digunakan sampai 50%.
3. Bahan Abrasif
SiC merupakan bahan keramik yang juga bersifat abrasive sehingga dapat digunakan untuk berbagai keperluan industri seperti mengikis, menghaluskan, membuat kasar ataupun memotong permukaan benda kerja.
4. Seal
Seal adalah suatu alat untuk mencegah kebocoran pada dua permukaan material yang bersinggungan. Pemakaian seal biasanya banyak digunakan pada mesin - mesin yang bertemperatur dan bertekanan tinggi. Oleh karena itu, karateristik material seal haruslah bertahan baik pada temperatur dan tekanan tinggi untuk jangka waktu yang lama, seperti bahan keramik.
5. Motor Bakar
Salah satu contoh penggunaan SiC dalam motor bakar adalah turbine inlet guide vanes. Komponen turbine inlet guide vanes digunakan untuk menghasikan aliran udara pendingin gas turbine engine. Pada penggunaan keramik SiC yang lebih tahan terhadap temperatur tinggi dapat membuat sistem pendingin bekerja dengan baik bila dibandingkan dengan material lainnya.
6. Elemen Panas
Beberapa bahan keramik memiliki suatau derajat tingkat hantaran elektrik terbatas dengan hambatan listrik tertentu. Pada saat listrik berusaha untuk melewatinya, panas akan dihasilkan. Contoh keramik yamg dapat digunakan elemen pemanas adalah SiC (Kirk dan Othmer, 1981).
