TINJAUAN PUSTAKA
2.5 Tipe Material Penyusun Komposit
2.5.1 Matrik (Matrix)
Matrik adalah pengisi ruang komposit dan memegang peranan penting dalam mentransfer tegangan antar matrik. Selain itu, matrik juga berfungsi melindungi penguat dari kondisi lingkungan luar dan menjaga permukaan partikel dari pengikisan.
Matrik memiliki kelemahan dalam menahan beban dalam struktur komposit, akan tetapi ada beberapa jenis komposit memiliki kelebihan dalam pembebanan geser.
Material matrik mempunyai peranan penting pada fungsi dari komposit secara keseluruhan. Material dari matrik ini harus memenuhi standar dari kekuatan,
kekakuan, kelembaman dan ketahanan terhadap lingkungan, ketahanan terhadap temperatur tinggi, serta biaya sehingga menghasilkan performance yang baik.
Dalam pembuatan komposit matrik logam yang menggunakan penguat kontinu maupun tak kontinu, beberapa pertimbangan yang harus dilakukan untuk menentukan pilihan terhadap material penguat. Penggunaan serat kontiniu sebagai penguat untuk pembuatan komposit matrik logam dapat menghasilkan transfer pembebanan yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan serat monofilamen. Matrik logam yang menggunakan penguat serat kontinu pada pembuatan komposit matrik logam memiliki sifat mekanik yang cenderung pada kelelahan dibandingkan dengan kekuatan.
Pembuatan komposit matrik logam dengan serat kontinu memiliki kekuatan yang rendah dan rapuh. Dalam pembuatan komposit matrik logam menggunakan penguat tak kontiniu dapat meningkatkan sifat mekanik dari material komposit tersebut karena merupakan penguat yang isotropik dimana semua arah pengutannya mempunyai besar yang sama.
Dewasa ini, penelitian dan pengembangan dalam pembuatan komposit matrik logam lebih mengacu pada logam yang memiliki bobot yang ringan (densitas rendah) dan mudah dibentuk seperti Al, Ti, Mg, Cu, dan super alloy. Pemilihan material logam tersebut dilakukan atas pertimbangan umur pemakaian, sifat mekanis, dan sifat fisis. Diantara semua jenis logam tersebut yang paling bayak dikembangkan secara luas saat ini adalah matrik logam aluminium, dibawah ini akan dijabarkan beberapa matrik yang digunakan dalam pembuatan komposit matrik logam beserta penguat yang digunakan.
1. Komposit matrik aluminum
a. Serat kontinu: boron, silicon carbida (SiC), serat alumina, dan grafit.
b. Serat tak kontinu: alumina dan serat alumina silika.
c. Whisker : Silicon carbida (SiC).
d. Partikel : Silicon carbida (SiC) dan boron carbida.
2. Komposit matrik magnesium
a. Serat kontinu: grafit dan serat alumina.
b. Whisker: Silicon carbida (SiC).
c. Partikel : Silicon carbida (SiC) dan boron carbida.
3. Komposit matrik titanium
a. Serat kontinu: Silicon carbida (SiC) dan boron yang dilapisi.
b. Partikel : titanium carbida.
4. Komposit matrik tembaga
a. Serat kontinu: grafit dan silicon carbida (SiC) b. Wires: niobium-titanium, niobium-tin.
c. Particulates: Silicon carbida (SiC) , boron carbida, dan titanium carbida.
5. Komposit matrik superalloy a. Wires : tungsten wires.
2.5.2 Penguat (Reinforcement)
Dalam pembuatan komposit penguat yang digunakan baik berupa serat, partikel dan monofilamen berfungsi untuk menguatkan material komposit tersebut.
Disamping itu partikel penguat juga berfungsi untuk menahan beban yang diterima oleh komposit, mempengaruhi ke-elastis-an dan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut.
Dalam pemilihan jenis penguat untuk pembuatan komposit matrik logam harus memenuhi beberapa sifat, dimana sifat tersebut sangat menentukan karakteristik dari material komposit yang dihasilkan. Bebrapa sifat yang harus dimiliki oleh partikel penguat adalah sebagai berikut:
a. Memiliki densitas yang rendah (low density) b. Memiliki modulus Young dan Elastisitas yang tinggi c. Kesetabilan panas.
d. Koefisien ekpansi termal yang rendah.
e. Sifat listrik yang baik.
f. Memiliki kuat tekan dan kuat tarik yang tinggi.
g. Mudah dalam pemerosesan.
h. Tahan terhadap abrasi dan korosi.
i. Biaya
Penguat yang digunakan dalam proses pembuatan komposit matrik logam dapat dikategorikan menjadi empat, yaitu: whisker, partikel (particulates), dan serat pendek, dan penguat serat kontinu, seperti pada gambar 2.6, penguat yang umum digunakan dalam pembuatan komposit matrik logam adalah penguat yang terbuat dari keramik. (Karl U. K, 2006)
Gambar 2.6 (a) Penguat Mono filaments, (b) Whiskers/Short fiber, dan (c) Partikel (Karl U. K, 2006)
a. Penguat whisker
Pada akhir tahun 1970-an mulai dikembangkan penelitian dan pengembangan proses pembuatan penguat SiC whisker. Pembuatan penguat SiCw berpotensi menurunkan harga dari partikel penguat dan dapat meningkatkan penelitian dibidang komposit matrik logam. Penguat SiCw memiliki diameter sekitar 0,1 mikron dan perbandingan diameter dengan panjang penguat SiCw pada proses produksi adalah 100 : 1. Pembuatan penguat SiCw setiap tahun terus meningkat dan produk utama adalah dalam berbagai perbandingan panjang dan diameter.
b. Penguat Particulates
Pada tahun 1978 DWA Composite Specialties Inc (USA). Memperkenalkan satu alternatif dalam pembuatan komposit matrik logam dengan menggunakan penguat particulates silikon karbida (SiC). Penguat particulates secara komersial tersedia dengan ukuran kira-kira 0,5 micron sampai dengan 100 micron. Penguat particulates dapat diaduk (blending), lebih efesien dan memiliki persen volume yang tinggi bila dibandingkan dengan penguat whisker. Penguat particulates saat ini banyak dikembangkan dalam jumlah besar untuk industri yang memproduksi bahan yang tahan terhadap gesekan (friction material).
(a) (b) (c)
c. Penguat serat pendek (short fiber reinforcement)
Pada awal 1980-an, komposit dibuat dengan menggunakan serat pendek dan serat aluminium oksida polycrystalline. Serat aluminium oksida ini pertama digunakan untuk pembuatan ring piston mesin diesel. Pengembangan ini bertujuan untuk menyempurnakan dan meningkatkan produksi komposit disamping harga yang relatif murah dan ketersediaan volume yang tinggi.
Secara umum serat pendek tidak meningkatkan kekuatan akhir dari komposit matrik logam di dalam temperatur ruang. Akan tetapi, ketahanan suhu komposit logam dengan mengguankan serat pendek dapat mencapai 573 K dibandingkan dengan campuran logam biasa yang hanya sampai 473 K.
d. Penguatan serat Kontinu
Dari tahun 1960-an sampai dengan 1970-an, telah dilakukan pengembangan satu usaha besar membuat untuk mengembangkan penguat serat kontinu untuk pembuatan komposit logam. Jenis serat kontinu, antara lain: boron pada tungsten, silicon carbida pada tungsten, dan kristal tunggal alumina.
Pengembangan komposit dengan menggunakan serat kontiniu memiliki beberapa kendala yaitu biaya pembautan relatif mahal dan hal ini dapat ditekan apabila ada suatu perusahaan yang memproduksi serat kontiniu dalam skala besar.