Penanggung Jawab:
Kapuslit Metalurgi – LIPI
Dewan Redaksi :
Prof. Dr. Ir. Johny Wahyuadi, DEA (UI) Dr. Ir. Sunara, M.Sc (ITB)
Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI
Kawasan PUSPIPTEK, Serpong, Gedung 470
Telp: (021) 7560911, Fax: (021) 7560553
Alamat Sekretariat:
Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI
Kawasan PUSPIPTEK, Serpong, Gedung 470
Telp: (021) 7560911, Fax: (021) 7560553 E-mail : metalurgi_magz@yahoo.com
Majalah ilmu dan teknologi terbit berkala setiap tahun, satu volume terdiri atas 3 nomor.
Abstrak ………..…..….. v
Pengaruh Waktu Pelindian pada Proses Pemurnian Silikon Tingkat Metalurgi Menggunakan Larutan HCl
Bintang Adjiantoro dan Efendi Mabruri...1
Aplikasi Severe Plastic Deformation (SPD) dan Heavy Cold Rolling pada Baja Tahan Karat Austenitik 316L Efendi Mabruri ...……….……..… 7
Percobaan Pendahuluan
Perbandingan Daya Serap Unsur
Minor dalam Larutan Natrium
Silikat
F. Firdiyono, dkk ……….………15
Fenomena Dynamic Strain Aging
pada Proses Tempa Panas Paduan
Hidrogen Sebuah Tangki Simpan Hidrogen Padat
Hadi Suwarno ………... 43
Pembentukan Nanopartikel Paduan CoCrMo dengan Metoda Pemaduan Mekanik
Sulistioso Giat S dan Wisnu Ari Adi ……. 51
Pengantar Redaksi | iii Mabruri berjudul “Penga ruh Wa ktu Pelindian pada Proses Pemurnian Silikon Tingkat
Metalurgi Menggunakan Larutan HCl”. Selanjutnya Efendi Mabruri tentang ”Aplikasi Severe
Plastic Deformation (SPD) dan Heavy Cold Rolling pada Baja Tahan Karat Austenitik 316L”. F. Firdiyono dan Kawan-Kawan juga menulis tentang ”Percobaan Pendahuluan
Perbandingan Daya Serap Unsur Minor dala m Larutan Natrium Silikat”. Ika Kartika
menulis tentang ”Fenomena Dynamic Strain Aging pada Proses Tempa Panas Paduan
Co-33Ni-20Cr-10Mo”. Didin S.Winatapura dan Kawan-Kawan menulis tentang “Sifat Listrik
Superkonduktor YBa2Cu3O7-x Hasil Proses Pelelehan dengan Dopant Ti“ dan Hadi Suwarno
juga menulis tentang “Percobaan Pengisian-Pengeluaran Hidrogen Sebuah Tangki Simpan
Hidrogen Padat”. Berikutnya Sulistioso Giat Sukaryo dan Wisnu Ari Adi menulis tentang
”Pembentukan Nanopartikel Paduan CoCrMo dengan Metoda Pemaduan Mekanik”.
Semoga penerbitan Majalah Metalurgi volume ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dunia penelitian di Indonesia.
Abstrak | v Bintang Adjiantoro dan Efendi Mabruri (Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI)
Pengaruh Waktu Pelindian pada Proses Pemurnian Silikon Tingkat Metalurgi Menggunakan Larutan HCl
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Proses pemurnian silikon tingkat metalurgi (MG-Si) dengan menggunakan metoda pelindian asam pada konsentrasi 2,45mol/L HCl telah dilakukan dengan memvariasikan waktu pelindian pada temperatur didih (±100 °C) dan gerakan pengadukan mekanik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses pelindian MG-Si dengan HCl dapat digunakan untuk menghilangkan unsur pengotor logam.Persentase hasil efisiensi ekstraksi dari unsur pengotor yang terkandung di dalam MG-Si dengan pelarutan HCl masing-masing mencapai 99,996 % untuk Al, 98,247 % untuk Ti dan 98,491 % untuk Fe pada waktu pelindian 120 jam. Sedangkan efisiensi larutan HCl terhadap unsur pengotor dengan gerakan pengadukan mekanik mencapai 99,04 %.
Kata kunci : Silikon tingkat metalurgi, Pemurnian dengan proses kimia, Pelindian asam, Pengotor
Effect of Leaching Time on Purification Process of Metallurgical Grade Silicon by Using Acid Solution
The purification process of metallurgical grade silicon (MG-Si) using acid leaching method at a concentration of 2.45 mol/L HCl was performed by varying the leaching time at boiling temperature (±100 °C) and with mechanical stirring. The results showed that the leaching process of MG-Si with HCl can be used to eliminate the element of metal impurities. The extraction efficiency of impurity elements contained in the MG-Si by HCl dissolution is 99.996 % for Al, 98.247 % for Ti and 98.491 % for Fe at leaching time of 120 hours. Whereas the leaching efficiency HCl solution on the impurities with mechanical stirring is 99.04 %.
vi | Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188
METALURGI (Metallurgy)
ISSN 0216 – 3188 Vol 27 No. 1 April 2012 Kata Kunci bersumber dari artikel. Lembar abstrak ini boleh diperbanyak tanpa izin dan biaya.
UDC (OXDCF) 660
Efendi Mabruri (Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI)
Aplikasi Severe Plastic Deformation (SPD) dan Heavy Cold Rolling pada Baja Tahan Karat Austenitik 316L
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Untuk meningkatkan kekuatan baja tahan karat austenitik, penghalusan butir sampai ukuran submikron (ultra fine grain) merupakan metoda yang efektif. Tulisan ini melaporkan aplikasi severe plastic deformation (SPD) menggunakan equal channel angular pressing (ECAP) dan aplikasi heavy cold rolling terhadap baja tahan karat austenitik SS 316L. Hasil percobaaan menunjukkan bahwa sifat mekanik baja tahan karat austenitik 316L dapat ditingkatkan secara signifikan masing-masing dengan kedua teknik tersebut. ECAP pass 1 (single pass) dengan regangan 0,65 dapat meningkatkan kekuatan tarik baja tahan karat austenitik 316L menjadi 1,6 kali lipat, sedangkan heavy cold rolling 80 % dengan regangan 1,65 dapat meningkatkan kekuatan tarik menjadi 2,1 kali lipat. Pemanasan anil pada suhu 750°C menurunkan kekuatan tarik menjadi 1055,14 MPa tetapi nilai tersebut masih jauh lebih tinggi dari kekuatan tarik pada kondisi awal (solution treatment) sebesar 655,53 Mpa.
Kata kunci : Baja tahan karat austenitik, Penghalusan butir, Severe plastic deformation, Equal channel angular pressing, Heavy cold rolling
The Application of Severe Plastic Deformation (SPD) and Heavy Cold Rolling of Austenitic Stainless Steel 316L
The grain refinement down to ultrafine sizes is the efective method for strengthening of austenitic stainless steel. This paper reports the application of severe plastic deformation (SPD) using equal channel angular pressing (ECAP) and the application of heavy cold rolling on the austenitic stainless steel (SS) 316L. The experimental results showed that the mechanical properties of SS 316L can be increased significantly by these two techniques. The single pass-ECAP with 0.65 strain increased tensile strength of SS 316L by 1.6 times, whereas heavy cold rolling with 80 % reduction and 1.65 strain increased tensile strength by 2.1 times. The annealing treatment at 750 °C decreased tensile strength of 80 % cold rolled-SS 316L down to 1055.14 Mpa, however this value is still much larger compared to that of solution treated ones of 655.53 Mpa.
Abstrak | vii F. Firdiyono, Murni Handayani, Eko Sulistiyono, Iwan Dwi Antoro (Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI)
Percobaan Pendahuluan Perbandingan Daya Serap Unsur Minor dalam Larutan Natrium Silikat
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Penelitian tentang kemampuan penyerapan zeolit alam Karangnunggal dan karbon aktif sebagai adsorben dalam larutan natrium silikat telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efisiensi penyerapan zeolit dan karbon aktif terhadap unsur pengotor Ca, Mg, Fe, dan Al dalam larutan natrium silikat serta mengetahui hubungan penyerapan tersebut dengan beberapa parameter adsorpsi. Penentuan kondisi optimum meliputi masa adsorben, pH, waktu kontak dan temperatur larutan. Hasil analisa menggunakan spektroskopi serapan atom (SSA) menunjukkan bahwa zeolit alam Karangnunggal tidak efektif untuk menyerap ion Mg dan Ca dalam larutan natrium silikat, tetapi zeolit tersebut dapat digunakan untuk menyerap ion Fe. Kondisi optimum penyerapan ion Fe dicapai dengan parameter waktu kontak selama 60 menit, massa zeolit sebanyak 3 gram, pH 3, dan pada temperatur ruang. Efisiensi adsorpsi tertinggi oleh karbon aktif pada larutan sodium silikat mencapai 88,43% untuk ion Al dan 41,6% untuk ion Fe.
Kata kunci : Pasir kuarsa, Natrium karbonat, Natrium silikat, Adsorpsi, Adsorben, Adsorbat, Zeolit, Karbon aktif
Preliminary Comparative Study on the Adsorption of Minor Elements in Sodium Silicate Solution
Research studies on the adsorption capacity of Karangnunggal natural zeolite and activated carbon as a sorbent in solution of sodium silicate has been done. This study aims to determine the efficiency of adsorption of the zeolite and activated carbon to a solution of sodium silicate impurity elements such as Ca, Mg, Fe and Al and to know the relationship between the adsorption of the zeolite and activated carbon with the adsorption parameters. Determination of optimum conditions include the mass of adsorbent, pH, contact time and temperature of solution. Results of analysis using atomic absorption spectroscopy (AAS) showed that Karangnunggal natural zeolite is not effective to adsorb Mg and Ca ions in sodium silicate solution, but zeolite can adsorb Fe ion. The optimum condition of Fe ion absorption is achieved with contact time parameters for 60 minutes, the mass of zeolite is used as much as 3 gram, pH 3, and at room temperature. The highest adsorption efficiency by activated carbon on sodium silicate solution reached 88.43% for the Al ion and 41.6% for Fe ion.
viii | Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188
METALURGI (Metallurgy)
ISSN 0216 – 3188 Vol 27 No. 1 April 2012 Kata Kunci bersumber dari artikel. Lembar abstrak ini boleh diperbanyak tanpa izin dan biaya.
UDC (OXDCF) 530.0285
Ika Kartika (Pusat Penelitian Metalurgi - LIPI)
Fenomena Dynamic Strain Aging pada Proses Tempa Panas Paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Pada penelitian ini, telah dilakukan proses tempa panas terhadap bahan paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo pada selang temperatur 700-900 ºC, laju regangan (έ) berkisar antara 0,01-30 per detik dan regangan (ε) konstan sebesar 0,5 untuk mempelajari karakteristik deformasinya. Kurva tegangan regangan menunjukkan kecepatan pengerasan regangan pada temperatur tersebut. Pada temperatur 700-750 ºC, tegangan pada 0,2 % terlihat menurun dengan meningkatnya laju regangan, sementara pada temperatur 800-850 ºC, tegangan pada 0,2% tersebut tidak bergantung terhadap laju regangan. Sensitivitas laju regangan yang dihasilkan pada temperatur 700-900 ºC mempunyai nilai negatif yang menandakan bahwa interaksi dislokasi dengan atom terlarut telah terjadi pada selang temperatur tersebut. Interaksi antara atom terlarut dan kesalahan susun yang diikat oleh parsial Shockley merupakan fenomena dynamic strain aging (DSA) yang berasal dari segregasi Suzuki. DSA kemudian dikategorikan sebagai salah satu fenomena yang merugikan dalam proses pengerjaan panas dari paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo.
Kata kunci : Paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo, Sensitivitas laju regangan negatif, Dynamic strain aging (DSA), Tempa panas
Dynamic Strain Aging Phenomena of Co-33Ni-20Cr-10Mo Alloy During Hot Forging
In the present study, hot deformation characteristic in Co-33Ni-20Cr-10Mo superalloy was carried out by using hot compression test in the temperature range from 700-900 ºC and strain rates ranging from 0.01-30 s–1 with a constant strain 0.5. The flow curves showed high work hardening rate at those temperatures. At temperatures 700-750 ºC, the 0.2% flow stress decreased with increasing strain rate, while at temperatures 800-850 ºC, the 0.2% flow stress is independent of a strain rate. Negative strain rate sensitivity was obtained at temperatures 700-900 ºC, suggesting the dislocation solute interaction occurred in those temperature ranges. DSA come from Suzuki segregation; chemical interaction between solute atoms and stacking faults bonded by the shockley partials. DSA is categorized as one of catastrophic phenomena in a hot working process of Co-33Ni-20Cr-10Mo superalloy.
Abstrak | ix Didin S.Winatapura, Yustinus M.P, Wisnu A.A, Deswita dan E. Sukirman (Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) - BATAN)
Sifat Listrik Superkonduktor YBa2Cu3O7-x Hasil Proses Pelelehan dengan Dopant Ti
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Telah dilakukan pembuatan superkonduktor YBa2Cu3O7-x (YBCO) yang didoping Ti melalui proses modified
melt textured growth (MMTG). Pembuatan cuplikan dilakukan melalui reaksi padatan dengan cara menambahkan serbuk Ti ke dalam prekursor YBCO dengan variasi komposisi 0,4 %berat, 0,7 %berat, 1,0 %berat dan 1,3 %berat. Proses pelelehan YBCO dilakukan pada 1100 C selama 12 menit, kemudian didinginkan dengan cepat ke 1000 C dan diikuti dengan pendinginan lambat ke 960 C. Identifikasi fasa di dalam cuplikan dilakukan dengan menganalisis pola difraksi sinar-X dengan metode Rietveld. Rapat arus, Jc dan suhu kritis, Tc diukur menggunakan four point probe (FPP). Struktur mikro dan komposisi fasa cuplikan diamati dengan scanning electron microscope (SEM) dan energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). Hasil pengamatan menunjukkan bahwa cuplikan merupakan bahan superkonduktor Tc tinggi (STT). YBa2Cu3O 7-x/Ti - fasa 123 berstruktur kristal ortorombik dari grup ruang Pmmm no. 47. Rapat arus kritis, Jc cuplikan
Y-0Ti diperoleh sekitar 67 A.cm-2 dan kemudian turun terus dengan kenaikan persentase doping Ti hingga Jc 4 A.cm-2. Menyusutnya harga Jc disebabkan Ti tidak dapat mencegah pertumbuhan fasa 211. Bila kandungan Ti bertambah, fasa 211 juga bertambah dengan distribusi tidak homogen dan tumbuh terus serta terbentuk retakan mikro yang sejajar dan memotong butiran YBCO. Akibatnya, fasa YBCO berukuran lebih pendek dan kecil dibandingkan fasa YBCO tanpa doping Ti. Demikian juga, dengan bertambahnya kandungan Ti menyebabkan suhu kritis (Tc) berkurang dari 365 C menjadi 350 C.
Kata kunci : Doping, MMTG, Rapat arus kritis, Suhu kritis, Pertumbuhan butir
Electrical Characterictic of YBa2Cu3O7-x Superconductor Doped by Ti Using Melting Process
Synthesis of YBa2Cu3O7-x (YBCO) superconductor which is doped by Ti using modified melt-textured
growth (MMTG) method has been done. The specimen was made by solid state reaction by adding Ti powder to precursor of YBCO result with composition variation (in weight %) of 0.4, 0.7, 1 and 1.3. The melt process of YBCO was done at 1100 C for 12 minutes then cooled rapidly to 1000 C followed by slow cooling to 960 C. Identification of the specimen phase was verified using x-rays diffraction (XRD) and followed by Rietveld method analysis. The critical temperature, Tc and current density, Jc were measured by means of four point probe (FPP). The microstructure and chemical composition of the specimen were observed using scanning electronmicroscope (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). The result shows that the specimen was YBa2Cu3O7-x high Tc superconductor of 123-phase having orthorhombic
crystal structure of Pmmm no. 47 space group. The critical current density, Jc of the specimen was obtained about 67 A.cm-2 and then decreased continuously with increasing of Ti dopant till Jc 4 A.cm-2. Decreasing of Jc caused by Ti can not prevent the growth of 211 phases. In increasing Ti content, 211 phases also increase with unhomogeneous distribution and continue to grow. There is also formation of microcracks parallel to and crossing the YBCO grains. As a result, YBCO have smaller and shorter grain size compared to YBCO grain without Ti doping. Increasing of Ti content also cause decrease from 365 C to 350 C.
x | Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188
METALURGI (Metallurgy)
ISSN 0216 – 3188 Vol 27 No. 1 April 2012 Kata Kunci bersumber dari artikel. Lembar abstrak ini boleh diperbanyak tanpa izin dan biaya.
UDC (OXDCF) 546.3
Hadi Suwarno (Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN)
Percobaan Pengisian-Pengeluaran Hidrogen Sebuah Tangki Simpan Hidrogen Padat
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Menyimpan hidrogen dalam bentuk padat sebagai paduan metal hidrid merupakan metoda baru untuk keperluan bahan bakar kendaraan transportasi karena memiliki densitas yang lebih besar. Sebuah tangki simpan hidrogen dengan volume sekitar 1 liter berisi serbuk nano partikel Mg2Ti5Fe6 sekitar 700 gram telah
dirakit menjadi satu kesatuan dan diuji unjuk kerjanya serta dibandingkan dengan tangki kosong bervolume yang sama. Pengisian dan pengeluaran hidrogen ke dalam/luar tangki dilakukan pada suhu kamar dengan tekanan bervariasi 2, 6,5 dan 8 bar. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa rasio kapasitas serapan hidrogen tangki berisi serbuk nano partikel Mg2Ti5Fe6 terhadap tangki kosong berturut-turut 1,3, 2,3 dan 2,8.
Percobaan serapan hidrogen pada tekanan lebih tinggi tidak dapat dilakukan karena keterbatasan sarana, namun apabila tekanan dalam tangki diperbesar, maka kapasitas serapan hidrogen masih akan bertambah. Dari penelitian ini ditunjukkan bahwa percobaan awal penyimpanan-pengeluaran hidrogen padat dari tangki telah berhasil baik. Penelitian lanjutan dalam bentuk pemanfaatannya di fuel cell sedang direncanakan.
Kata kunci : Nano partikel, Metal hidrid, Hydrogen storage, Pengisian-pengeluaran
Research of Charging-Discharging Hydrogen of Solid Hyrogen Storage Tank
Storing hydrogen in the form of metal-hydride is one of the most promising fuels for transport vehicles because of its high gravimetric density. A solid hydrogen storage tank with the volume of tank about one liter containing about 700 g of nano powders Mg2Ti5Fe6 alloy has been fabricated for performing the hydrogen
charging-discharging cycles. Charging-discharging of hydrogen into/out from the tank is conducted at room temperature at the varied pressure of 2, 6.5 and 8 bars. It is exhibited that the ratio of hydrogen capacity of the tank containing Mg2Ti5Fe6 nano particle to the empty tank is 1.3, 2.3 and 2.8, respectively. Charging
experiment at higher pressure could not be conducted due to the limit of facility. It is predicted that at higher pressure the hydrogen capacity of the tank will be increased. From the experimental results it is concluded that the preliminary study on charging-discharging solid state hydrogen has been done successfully. Further examination in the form of its application in the fuel cell is being scheduled.
Abstrak | xi Sulistioso Giat Sukaryo dan Wisnu Ari Adi (Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir – BATAN)
Pembentukan Nanopartikel Paduan CoCrMo dengan Metoda Pemaduan Mekanik
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Metoda pemaduan mekanik adalah reaksi padatan dari beberapa logam dengan memanfaatkan proses deformasi untuk membentuk suatu paduan. Pada penelitian ini dibuat paduan Co-Cr-Mo dengan proses wet milling dengan variasi waktu milling selama 3, 5, 10, 20, dan 30 jam. Proses wet milling sangat efektif untuk mencegah terjadinya oksidasi dan juga memicu pembentukan paduan Co-Cr-Mo dengan baik. Hasil XRD menunjukkan bahwa telah terjadi pertumbuhan fasa γ pada durasi milling 3, 5, 10, 20, dan 30 jam, berturut-turut sebesar 42,80 %; 67,61 %; 82,94 %, 84,63 % dan 88,92 %. Ukuran kristalit fasa γ sebesar 25,9 nm ; 12,5 nm ; 5,1 nm dan 4,9 nm seiring dengan meningkatnya waktu milling. Disimpulkan bahwa telah berhasil dilakukan pembuatan paduan nanokristalin Co-Cr-Mo dengan metode pemaduan mekanik lebih dari 85 % dengan waktu milling minimum selama 30 jam.
Kata kunci : Paduan Co-Cr-Mo, Pemaduan mekanik, Nano-kristalin
Manufacturing of Co-Cr-Mo Alloy Nano-Particle by Using Mechanical Alloying
Synthesis of Co-Cr-Mo nano-crystalline by mechanical alloying has been carried out. Mechanical alloying is a solid state reaction of some metals by utilizing the deformation process to form an alloy. In this research, parameter milling time used for making Co-Cr-Mo alloy by wet milling process is 3, 5, 10, 20 and 30 h. Wet milling process is very effective to prevent oxidation and triggers the formation of fine Co-Cr-Mo alloys. Results of XRD pattern refinement shows that Co-Cr-Mo alloys was growth by percentage approximately around 42.80 %, 67.61 %, 82.94 %, 84.63 % and 88.92 % for milling time 3, 5, 10, 20, and 30 h, respectively. Otherwise, crystalline size measurement after milling time 5, 10, 20, and 30 h obtained around 25.9 nm, 12.5 nm, 5.1 nm and 4.9 nm, respectively. This research concluded that the optimum milling time could obtained synthesizes nano-crystalline of Co-Cr-Mo alloy more than 85 % is 30 h.
E-mail : didinsw@batan.go.id
Masuk tanggal : 06-02-2012, revisi tanggal : 12-03-2012, diterima untuk diterbitkan tanggal : 21-03-2012
Intisari
SIFAT LISTRIK SUPERKONDUKTOR YBa2Cu3O7-x HASIL PROSES PELELEHAN DENGAN DOPANT Ti. Telah dilakukan pembuatan superkonduktor YBa2Cu3O7-x (YBCO) yang didoping Ti melalui
proses modified melt textured growth (MMTG). Pembuatan cuplikan dilakukan melalui reaksi padatan dengan cara menambahkan serbuk Ti ke dalam prekursor YBCOdengan variasi komposisi 0,4 % berat, 0,7 % berat, 1,0 % berat dan 1,3 % berat. Proses pelelehan YBCO dilakukan pada 1100 C selama 12 menit, kemudian didinginkan dengan cepat ke 1000 C dan diikuti dengan pendinginan lambat ke 960 C. Identifikasi fasa di dalam cuplikan dilakukan dengan menganalisis pola difraksi sinar-X dengan metode Rietveld. Rapat arus, Jc dan suhu kritis, Tc diukur menggunakan four point probe (FPP). Struktur mikro dan komposisi fasa cuplikan diamati dengan scanning electron microscope (SEM) dan energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). Hasil pengamatan menunjukkan bahwa cuplikan merupakan bahan superkonduktor Tc tinggi (STT). YBa2Cu3O7-x/Ti - fasa 123
berstruktur kristal ortorombik dari grup ruang Pmmm no. 47. Rapat arus kritis, Jc cuplikan Y-0Ti diperoleh
sekitar 67 A.cm-2 dan kemudian turun terus dengan kenaikan prosentase doping Ti hingga Jc 4 A.cm-2. Menyusutnya harga Jc disebabkan Ti tidak dapat mencegah pertumbuhan fasa 211. Bila
kandungan Ti bertambah, fasa 211 juga bertambah dengan distribusi tidak homogen dan tumbuh terus serta terbentuk retakan mikro yang sejajar dan memotong butiran YBCO. Akibatnya, fasa YBCOberukuran lebih pendek dan kecil dibandingkan fasa YBCO tanpa dopingTi. Demikian juga, dengan bertambahnya kandungan Ti menyebabkan suhu kritis (Tc) berkurang dari 365 C menjadi 350 C.
Kata kunci : Doping, MMTG, Rapat arus kritis, Suhu kritis, Pertumbuhan butir
Abstract
ELECTRICAL CHARACTERICTIC OF YBa2Cu3O7-x SUPERCONDUCTOR DOPED BY Ti USING MELTING PROCESS. Synthesis of YBa2Cu3O7-x (YBCO) superconductor which is doped by Ti using modified melt-textured growth (MMTG) method has been done. The specimen was made by solid state reaction by adding Ti powder to precursor of YBCO result with composition variation (in weight %) of 0.4, 0.7, 1 and 1.3. The melt process of YBCO wa s done at 1100C for 12 minutes then cooled rapidly to 1000C followed by slow cooling to 960C. Identification of the specimen phase was verified using x-rays diffraction (XRD) and followed by Rietveld method analysis. The critical temperature, Tc and current density, Jc were measured by means of four point probe (FPP ). The microstructure and chemical composition of the specimen were observed using scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy(EDS). The result shows that the specimen was YBa2Cu3O7-x high Tc superconductor of 123-phase having orthorhombic crystal structure
of Pmmm no. 47 space group. The critical current density, Jc of the specimen was obtained about 67A.cm-2 and then decreased continuously with increasing of Ti dopant till Jc 4A.cm-2. Decreasing of Jc caused by Ti can not prevent the growth of 211 phases. In increasing Ti content, 211 phases also increase with unhomogeneous distribution and continue to grow. There is also formation ofmicrocracks parallel to and crossing the YBCO
grains. As a result, YBCO have smaller and shorter grain size compared to YBCO grain without Ti doping. Increasing of Ti content also cause decrease from 365 C to 350 C.
36 |Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 35-42 PENDAHULUAN
Struktur kristal berlapis pada superkonduktor YBa2Cu3O7-x (YBCO) atau
biasa disebut superkonduktor Tc tinggi (STT) secara umum berbentuk susunan selang-seling, antara kubus perovskite yang mengandung lapisan konduktif CuO
(CuO layer) dan lapisan isolator BaO yang
berperan sebagai sumber muatan. STT YBCO fasa 123 berstruktur kristal ortorombik dan grup ruang Pmmm no. 47 dengan parameter kisi a = 3,82 Å, b = 3,89 Å dan c = 11,68 Å. Dalam semua sistem senyawa STT yang berbasis oksida logam, kehadiran lapisan CuO2 dalam struktur
kristalnya merupakan ciri utama yang hingga kini dipercayai sebagai lapisan paling berperan dalam gejala superkonduktivitas. Jumlah lapisan CuO2
ini bergantung pada stoikiometri dari senyawa yang bersangkutan[1-2].
Sampai saat ini bahan STT dalam bentuk prototipe telah diaplikasikan secara luas, antara lain dalam bentuk kabel transmisi energi listrik berdaya tinggi[3], piranti medan magnet berkekuatan tinggi
[4]
, berbagai piranti yang berbasis pada efek levitasi magnetik[5], seperti sistem penyimpanan energi magnet
(superconducting magnetic energy
storage)[6] dan dalam reaktor fusi
Tokamak[7]. Salah satu sifat yang penting dari STT adalah rapat arus kritis (Jc) yang masih bisa diupayakan untuk ditingkatkan melalui proses pelelehan. Proses pelelehan menghasilkan struktur mikro bahan STT yang highly textured dan dense (rapat), namun fasa Y2BaCuO5 (fasa 211) masih
tumbuh kontinyu sehingga kenaikan Jc kurang optimum. Agar laju pertumbuhan yang kontinyu dari fasa 211 dapat dihambat maka ditambahkan unsur lain seperti Ni, Pt, Ag2O, fasa 211[2,3,8,9] yang
berperan sebagai flux pinning centers untuk memperbesar nilai Jc. Pusat jepitan merupakan titik tempat dalam STT yang dapat merintangi pergerakan fluks-fluks magnet (vorteks)[8].
Dalam penelitian ini unsur titanium (Ti) ditambahkan ke dalam precursor YBCO hasil kalsinasi yang diharapkan dapat berperan sebagai flux pinning centers yang optimum untuk meningkatkan nilai Jc.
Pada penelitian terdahulu, telah dilakukan upaya peningkatan Jc superkonduktor YBCOmelalui proses MMTG dengan cara menambahkan Ag2O[10], fasa YBa2Cu3O7-x
/fasa 211[11] dan dianiling di dalam lingkungan O2[12] yang memperlihatkan
nilai Jc YBCO meningkat. Tujuan penelitian ini adalah menumbuhkan fasa-123 yang highly textured dan fasa 211 berbutir halus terdistribusi pada bidang batas butir sedemikian rupa sehingga diperoleh YBCOdengan harga Jc tinggi.
PROSEDUR PERCOBAAN
Dalam penelitian ini disiapkan sampel superkonduktor YBa2Cu3O7-x dengan
metode reaksi padatan dari unsur penyusun Y2O3, BaCO3, dan CuO kemudian diikuti
Sifat Listrik Superkonduktor …../ Didin S.Winatapura | 37 cuplikan dilakukan dalam kondisi N2 cair
menggunakan metode FPP.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Uji Efek Meissner
Hasil pengujian efek Meissner
Ochsenfeld pada suhu nitrogen cair
menunjukkan bahwa semua cuplikan
memperlihatkan fenomena
superkonduktivitas, yakni melayang di atas permukaan magnet permanen SmCo. Pada keadaan tersebut cuplikan bersifat diamagnetik sempurna atau dengan kata lain bahwa cuplikan secara dominan merupakan bahan superkonduktor
Difraksi Sinar-X
Hasil analisis metode Rietveld pada pola difraksi sinar-x cuplikan superkonduktor YBa2Cu3O7-x yang didoping dengan Ti
ditunjukkan pada Gambar 1. Tampak bahwa cuplikan telah mengkristal dengan baik yang dicirikan oleh puncak-puncak difraksi yang tajam. Faktor R bernilai cuplikan tidak memperlihatkan perbedaan yang signifikan. Fraksi massa fasa-211 di dalam matrik fasa 123 adalah 16 % berat pada cuplikan tanpa doping Ti. Namun fraksi massa fasa-211 sedikit menyusut menjadi 15 % berat pada cuplikan dengan doping 0,4 % berat. Selanjutnya fraksi massa fasa-211 semakin meningkat dengan bertambahnya doping Ti. Fenomena ini menunjukkan bahwa selama proses
Gambar 1. Profil pola difraksi sinar-X hasil
refinement dengan metoda Rietveld dari YBa2Cu3O7-x
38 |Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 35-42 bertambahnya nilai (rapat) arus. Pada
kondisi J Jc, hubungan kurva J-V
berbentuk linier (ohmik) dan pada kondisi tersebut telah terjadi perubahan sifat bahan menjadi konduktor. Hasil pengukuran selengkapnya dicantumkan pada Tabel 1.
dengan penambahan Ti sebesar 0,4 persen, harga Jc turun menjadi 34 A.cm-2 dan
kemudian Jc terus menyusut tajam dengan penambahan unsur Ti hingga 1,3 %, seperti ditunjukkan pada Gambar 2c, 2d dan 2e. Jc
adalah besaran ekstrinsik bagi superkonduktor, sehingga bisa diupayakan untuk ditingkatkan dengan melakukan rekayasa pada strukturmikro bahan, seperti dengan penambahan dopant. Namun dari fenomena ini tampak bahwa rapat arus kritis turun tajam dengan penambahan fasa Ti. Ini menunjukkan bahwa penambahan fasa Ti dalam bulk YBCO tidak meningkatkan konektivitas listrik antar butir dan dengan demikian fasa Ti tidak dapat berperan sebagai flux pinning centers yang efektif.
Demikian juga dengan suhu kritis (Tc) YBCO, penambahan unsur Ti hingga 0,4 % berat tidak menyebabkan perubahan yang signifikan, yakni Tc = 365 C, seperti ditunjukkan pada Gambar 3a dan 3b. Namun demikian tampak seperti pada Gambar 2b, dengan penambahan fasa Ti ke dalam YBCO terdapat perubahan pada resistivitas bahan, yang mana pada saat suhu 180K resistivitas YBCO+0,4Ti menyusut sampai mendekati suhu Tc on line (365 C). Dengan penambahan fasa Ti hingga 1,3 %, suhu kritis bahan turun tajam hingga mencapai Tc = 350 C. Penurunan suhu kritis ini juga diikuti dengan menyusutnya resistivitas bahan YBCO, seperti ditunjukkan pada Gambar 3c, 3d dan 3e.
Gambar 3. Kurva (.cm) vs. T(K) hasil pengukuran dengan FPP dari YBa2Cu3O7-x yang didopingdengan Ti
Sifat Listrik Superkonduktor …../ Didin S.Winatapura | 39
3. Y-0,7 Ti 6 77
4. Y-1 Ti 6 77
5. Y-1,3 Ti 4 77
Pengamatan Struktur mikro
Foto permukaan cuplikan YBCO yang diperoleh melalui pengamatan dengan SEM ditunjukkan pada Gambar 4. Permukaan cuplikan YBCO hasil proses pelelehan memperlihatkan butiran yang hampir seluruhnya rapat (dense) dengan densitas bahan, 6 g.cm3 dan highly
textured menuju ke suatu arah tertentu
yang tersusun dari butiran berbentuk pelat
(plate-shape). Pada cuplikan YBCO tanpa
dopant Ti (Y-0Ti) seperti ditunjukkan pada
Gambar 4a, terlihat butiran YBCO memiliki dimensi ukuran butir yang panjang dengan partikel 211 berukuran kecil terdistribusi secara homogen pada bidang batas butir YBCO.
Namun setelah adanya penambahan unsur Ti, terlihat jelas bahwa butiran YBCO tumbuh lebih pendek dan lebih kecil dari butiran YBCO tanpa dopant Ti, seperti ditunjukkan pada Gambar 4b. Dengan meningkatnya konsentrasi Ti melebihi 0,4 %, butiran YBCO tumbuh terdistribusi secara tidak homogen pada batas butir YBCO. Pada kondisi ini, juga terbentuk retakan-retakan kecil
(microcracks) yang searah dan memotong
butiran YBCO hampir pada seluruh cuplikan YBCO yang didopingdengan Ti.
kandungan Ti meningkat sampai 1,3 % berat, pertumbuhan fraksi massa fasa atau partikel 211 juga cenderung meningkat. Persentasi fraksi massa fasa 211 meningkat dengan penambahan dopant Ti dan diikuti penurunan prosentase fraksi massa fasa YBCO, seperti dicantumkan dalam Tabel 1. Pertumbuhan butiran sepanjang sumbu c juga menyusut bila persen berat campuran Ti meningkat [14]. Dampak dari perubahan butiran oleh adanya penambahan Ti mengakibatkan harga Jc dan Tc juga semakin turun. Harga Jc dan Tc turun drastis untuk doping Ti dengan komposisi 0,7 % berat; 1 % berat dan 1,3 % berat, seperti ditunjukkan pada Gambar 4c-4e.
Perubahan struktur mikro terhadap penurunan rapat arus kritis, Jc dapat dipahami, oleh karena Jc adalah besaran ekstrinsik bagi superkonduktor. Hal ini bisa diupayakan untuk ditingkatkan atau bahkan turun dengan adanya perubahan pada struktur mikro bahan. Dalam penelitian ini penambahan unsur Ti terhadap YBCO dapat memberikan dampak yang merugikan terhadap sifat superkonduktivitas bahan dengan menyebabkan harga Jc turun. Dengan
40 |Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 35-42
besaran intrinsik, artinya seharusnya Tc tidak mengalami perubahan nilai yang signifikan, walaupun struktur mikro bahan berubah. Namun dalam penelitian ini, diperoleh harga Tc turun menjadi sekitar 350 C bila konsentrasi Ti melebihi 0,4 % berat, seperti ditunjukkan pada Gambar 4b dan Tabel 2. Turunnya suhu kritis, Tc, pada kondisi ini dapat terjadi oleh karena pada saat proses pendinginan pada suhu sekitar 960 hingga 750 C, bahan ini melakukan penyerapan oksigen secara besar-besaran. Namun dengan meningkatnya kandungan Ti di dalam bahan, oksigen yang diserap bahan tidak
mengkristal dengan baik. Keberadaan Ti dalam YBCO menyebabkan terbentuknya retakan mikro yang merambat searah dan memotong butiran, sehingga butiran YBCO menjadi lebih pendek dan kecil dibandingkan dengan fasa YBCO tanpa doping Ti. Fasa 211 tumbuh secara kontinyu dengan bertambahnya kandungan Ti. Hal ini menunjukkan bahwa Ti tidak dapat menghambat laju pertumbuhan fasa 211 selama proses nukleasi dan dekomposisi. Harga rapat arus kritis Jc bahan turun tajam dengan penambahan fasa Ti di dalam bahan YBCO, ini menunjukkan bahwa dengan penambahan unsur fasa Ti, menyebabkan semakin rendahnya konektivitas antar butir.
DAFTAR PUSTAKA
[1] C. Rose-Innes, E. H. Rhoderick. (1st Edition) 1969. Introduction To
Superconductivity. Oxford-London :
Pergamon Press Ltd.
Sifat Listrik Superkonduktor …../ Didin S.Winatapura | 41 Panel Report on Power Application of
superconductivity in Japan and
Germany. : 57-98, Maryland-US.
[5] R. D. Blaugher. 1997. ,,Power System, Generation and Storage”. WTEC Panel Report on Power Application of
Superconductivity in Japan and
Germany. : 20-56, Maryland-US. lott,R. A. Fastnachf, Dan H. D. Keith. 1988. Appl. Phys. Lett.: 52, 2074-2076.
[9] Murakami M, Gotoh S, Fujimoto H, Yamaguchik,Khoshizukan dan Tanaka
[11]E. Sukirman, W.Ariadi, D. S.Winatapura Dan Yustinus. 2006.
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin,
[14]Rapi-Persad Sawh, Roy Weinstein, Victor Obot, Drew Park, Alberto Gandini Dan Harley Skorpenske. 2006. Journal of Physics :
Confenrence Series. : 43, 2339-242.
RIWAYAT PENULIS
Indeks |
B
Bintang Adjiantoro 1
D
Deswita 35
Didin S.Winatapura 35
E
E. Sukirman 35 Efendi Mabruri 1, 7 Eko Sulistiyono 15
F
F. Firdiyono 15
H
Hadi Suwarno 43
I
Ika Kartika 27
Iwan Dwi Antoro 15
M
Murni Handayani 15
S
Sulistioso Giat Sukaryo 51
W
Wisnu A.A 35, 51
Y
Indeks |
Charging-discharging 43 Chemical purification 1
Co-33Ni-20Cr-10Mo alloy 27
Dynamic strain aging (DSA) 27, 28, 30, 32
E
Equal channel angular pressing 7, 8, 12,13
G
Negative strain rate sensitivity 27| | Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188
Q
Quartz sand 15
R
Rapat arus kritis 35, 36, 37, 38, 39, 40
S
Sensitivitas laju regangan negatif 27 Severe plastic deformation 7, 8 Silikon tingkat metalurgi 1
Suhu kritis 35, 36, 38, 40
T
Tempa panas 27, 28, 29, 32
Z
1. Penulis yang berminat menyumbangkan hasil karyanya untuk dimuat di dalam majalah Metalurgi, diharuskan mengirim naskah asli dalam bentuk final baik hardcopy atau softcopy (dalam file doc), disertai pernyataan bahwa naskah tersebut belum pernah diterbitkan atau tidak sedang menunggu penerbitannya dalam media tertulis manapun. 2. Penulis diminta mencantumkan nama tanpa gelar, afiliasi kedudukan dan alamat emailnya
setelah judul karya tulisnya, dan ditulis dengan Times New Roman (TNR), jarak 1 spasi, font 12.
3. Naskah harus diketik dalam TNR font 12 dengan satu (1) spasi. Ditulis dalam bentuk hardcopy dengan kertas putih dengan ukuran A4 pada satu muka saja. Setiap halaman harus diberi nomor dan diusahakan tidak lebih dari 30 halaman
4. Naskah dapat ditulis dalam bahasa Indonesia atau bahasa Inggris, harus disertai dengan judul yang cukup ringkas dan dapat melukiskan isi makalah secara jelas. Judul ditulis dalam bahasa Indonesia dan bahasa Inggris dengan huruf kapital menggunakan TNR font 14 dan ditebalkan. Untuk yang berbahasa Indonesia, usahakanlah untuk menghindari penggunaan bahasa asing.
5. Isi naskah terdiri dari Judul naskah, Nama Pengarang dan Institusi beserta email, Intisari/Abstract, Pendahuluan, Tata Kerja/Prosedur Percobaan, Hasil Percobaan, Pembahasan, Kesimpulan dan Saran, Daftar Pustaka, Ucapan Terimakasih dan Riwayat Hidup. Pakailah bahasa yang baik dan benar, singkat tapi cukup jelas, rapi, tepat dan informatif serta mudah dicerna/dimengerti. Sub judul ditulis dengan huruf kapital TNR font 12, ditebalkan tanpa penomoran urutan sub judul, misalnya :
PENDAHULUAN
PROSEDUR PERCOBAAN, dan seterusnya.
6. Naskah harus disertai intisari pendek dalam bahasa Indonesia dan abstract dalam bahasa Inggris ditulis TNR 10 jarak 1 spasi diikuti dengan kata kunci/keywords ditulis miring. Isi dari intisari/abstract merangkum secara singkat dan jelas tentang :
Tujuan dan Ruang Lingkup Litbang Metoda yang Digunakan
Ringkasan Hasil Kesimpulan
7. Isi pendahuluan menguraikan secara jelas tentang : Masalah dan Ruang Lingkup
Status Ilmiah dewasa ini Hipotesis
Cara Pendekatan yang Diharapkan Hasil yang Diharapkan
8. Tata kerja/prosedur percobaan ditulis secara jelas sehingga dapat dipahami langkah- langkah percobaan yang dilakukan.
9. Hasil dan pembahasan disusun secara rinci sebagai berikut :
PANDUAN BAGI PENULIS
diberi tanda titik .
Contoh : Tabel 1. Harga kekerasan baja SS 316L
Penulisan keterangan gambar ditulis di bawah gambar, rata kiri dengan TNR 10 jarak 1 spasi, format “in line with text”. Kata gambar ditulis tebal. Akhir ketrangan tidak diberi tanda titik.
Contoh : Gambar 1. Struktur mikro baja SS 316L
Pada bagian pembahasan terlihat adanya kaitan antara hasil yang diperoleh dengan konsep dasar dan atau hipotesis
Kesesuaian atau pertentangan dengan hasil litbang lainnya Implikasi hasil litbang baik secara teoritis maupun penerapan 10.Kesimpulan berisi secara singkat dan jelas tentang :
Esensi hasil litbang
Penalaran penulis secara logis dan jujur, fakta yang diperoleh
11.Penggunaan singkatan atau tanda-tanda diusahakan untu memakai aturan nasional atau internasional. Apabila digunakan sistem satuan maka harus diterapkan Sistem Internasional (SI)
12.Kutipan atau Sitasi
Penulisan kutipan ditunjukkan dengan membubuhkan angka (dalam format superscript) sesuai urutan.
Angka kutipan ditulis sebelum tanda titik akhir kalimat tanpa spasi, dengan tanda kurung siku dan tidak ditebalkan (bold).
Jika menyebut nama, maka angka kutipan langsung dibubuhkan setelah nama tersebut. Tidak perlu memakai catatan kaki.
Urutan dalam Daftar Pustaka ditulis sesuai dengan nomor urut kutipan dalam naskah. Contoh: Struktur mikro baja SS 316L[2].
13.Penyitiran pustaka dilakukan dengan memberikan nomor di dalam tanda kurung. Daftar pustaka itu sendiri dicantumkan pada bagian akhir dari naskah. Susunan penulisan dari pustaka sebagai berikut :
1. Buku dengan satu pengarang atau dua pengarang (hanya nama pengarang yang dibalik) :
[1] Peristiwady, Teguh. 2006. Ikan-ikan Laut Ekonomis Penting di Indonesia : Petunjuk
Identifikasi. Jakarta : LIPI Press.
[2] Bambang, Dwiloka dan Ratih Riana. 2005. Teknik Menulis Karya Ilmiah. Jakarta : Rineka Cipta.
2. Buku dengan tiga pengarang atau lebih
[1] Suwahyono, Nurasih dkk. 2004. PedomanPenampilan Majalah Ilmiah Indonesia. Jakarta : Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, LIPI.
3. Buku tanpa nama pengarang, tapi nama editor dicantumkan.
[1] Brojonegoro, Arjuno dan Darwin (Ed.). 2005. Pemberdayaan UKM melalui Program
Iptekda LIPI, Jakarta : LIPI Press.
4. Buku tanpa pengarang, tapi ditulis atas nama Lembaga.
[1] Pusat Bahasa Departemen Pendidikan dan Nasional. 2006. Kamus Besar bahasa
LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA
P U S A T P E N E L I T I A N M E T A L U R G I
Indonesia Jakarta : Balai Pustaka.
5. Artikel dari Jurnal/majalah dan koran (bila tanpa pengarang)
[1] Haris, Syamsudin. 2006.,,Demokratisasi Partai dan Dilema Sistem Kepartaian di Indonesia”. Jurnal Penelitian Politik.: 67-76 Jakarta.
6. Artikel dari bunga rampai
[1] Oetama, Yacob. 2006.,, Tradisi Intelektualitas, Taufik Abdullah, Jurnalisme
Makna”. Dalam A.B. Lapian dkk. (Ed.), Sejarah dan Dialog Peradaban. Jakarta :
LIPI Press.
7. Bahan yang belum dipublikasikan atau tidak diterbikan
[1] Wijana, I dewa Putu. 2007.,,Bias Gender pada Bahasa Majalah Remaja”. Tesis,
Fakultas Ilmu Budaya Yogyakarta : Universitas Gajah Mada.
8. Bahan yang belum dipublikasikan atau tidak diterbikan
[1] Wijana, I dewa Putu. 2007.,,Bias Gender pada Bahasa Majalah Remaja”. Tesis,
Fakultas Ilmu Budaya Yogyakarta : Universitas Gajah Mada. 9. Tulisan Bersumber dari Internet
[1] Rustandy, Tandean. 2006 “Tekan Korupsi Bangun Bangsa”.
(http://www.kpk.go.id/modules/news/article.php?storyid=1291, diakses 14 Januari 2007)
14.Ucapan terimakasih ditulis dengan huruf kapital TNR font 12 dan ditebalkan. Isi dari ucapan terimakasih ditulis dengan TNR 12 dan spasi 1.
15.Naskah yang dinilai kurang tepat untuk dimuat di dalam majalah akan dikirim kembali kepada penulis. Saran-saran akan diberikan apabila ketidak tepatan tersebut hanya disebabkan oleh format atau cara penyajian.
16.Penulis bertanggung jawab penuh atas kebenaran naskahnya.
17.Setiap penerbitan tidak ada dua kali atau lebih penulis utama yang sama. Apabila ada, salah satu naskahnya penulis utama tersebut ditempatkan pada penulis kedua.
