Material Silikon karbida

Silikon carbide adalah material keramik yang memiliki kekerasan tinggi. Jika dibandingkan dengan material keramik lain, material SiC memiliki kekerasan yang tinggi namun berat jenisnya lebih ringan dibandingkan keramik dari alumina. Seperti terlihat pada tabel berikut ini:

sic

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 Anonim, 2011a).  Silikon karbida merupakan salah satu material keramik non-oksida paling penting, dihasilkan pada skala besar dalam bentuk bubuk (powder), bentuk cetakan, dan lapisan tipis.

Sifat mekaniknya yang sangat baik, konduktivitas listrik dan termal tinggi, ketahanan terhadap oksidasi kimia sangat baik. 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 mentah SiC relatif murah, dan dapat dibuat dalam bentuk-bentuk kompleks, dimana memungkinkan disiasati melalui proses fabrikasi konvensional.

Silikon karbida berkelanjutan digunakan serat untuk monofilamen berdiameter besar dan benang multifilamen halus. Silikon karbida serat secara inheren lebih ekonomis dari serat boron, dan sifat serat silikon karbida umumnya baik atau lebih baik dari pada boron. Komposit partikulat pada umumnya diberi penguat material keramik seperti SiC, dan material keramik yang lainnya. Keunggulan dari material MMCs, mempunyai sifat kekakuan yang tinggi, densitas yang rendah, kekerasan yang tinggi dan biaya produksi yang cukup rendah. Butiran silikon karbida (SiCp) merupakan salah satu diantara keramik yang sangat keras. Silikon karbida (SiC) dengan struktur tetrahedra dari karbon dan atom silikon dengan ikatan yang kuat dalam kisi kristal. Hal ini menghasilkan bahan yang sangat keras dan kuat. Butiran silikon karbida tahan terhadap asam atau basa serta garam sampai 1800-1900 0C.

Di udara, silikon karbida membentuk oksida pelindung pada 1100° C dan dapat digunakan mencapai 1700 ° C dan sangat efektif sebagai bahan tahan peluru. Ukurannya yang kecil, dan memiliki derajat kekuatan yang tinggi kesempurnaan kristal dan yang hampir tidak ada cacat yang memberikan kekuatan yang sangat tinggi.

SiC yang termasuk dalam bahan keramik memiliki beberapa kelebihan yang dapat digunakan pada bidang industri dan otomotif. Pada kondisi tertentu dapat lebih memenuhi criteria yang diperlukan bila dibandingkan dengan logam, karena keunggulannya yang tahan korosi, gesekan, dan temperatur tinggi. Aplikasinya antara lain:

  • Furnace
  • Elemen Panas
  • Heat Exchanger
  • Motor Bakar
  • Seal
  • Bahan Abrasif

Proses Pembuatan SiC

Proses Acheson

Silikon Karbida pertama kali ditemukan oleh Edward G. Acheson tahun 1891 ketika sedang berusaha memproduksi Intan tiruan. Pada saat penemuannya, Acheson memanaskan campuran antara tanah liat dengan batubara dalam suatu mangkuk besi. Mangkuk besi tersebut dan Batang Karbon berfungsi sebagai elektroda. Pada akhirnya dihasilkan Kristal berwarna hijau pada bagian elektroda karbon. Pada saat itu dia mengira butiran kristal tersebut adalah hasil campuran antara Aluminium dan Karbon sehingga dinamakan Carborndum (nama mineral alumina adalah Corundum). Mineral baru tersebut memiliki kekerasan yang hampir sama dengan intan, sehingga mineral tersebut digunakan  dalam industri abrasif.

Pada saat yang sama, Henri Moissan dari Perancis berhasil memproduksi campuran antara Kuarsa dan Karbon, namun pada publikasi tahun 1903 Mossian menjelaskan penemuannya kepada Acheson. Silikon Karbida juga ditemukan pada suatu lembah dari meteorit di Arizona diberi nama Moissanite.

Proses pembuatan modern.

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). Disebut reaksi Acheson karena pertama kali ditemukan Edward Acheson dengan menggunakan tanur listrik yang pada saat itu juga baru diperkenalkan (Austin, 1996).

Karbon didapat dari kokas dan dicampurkan dengan pasir silika dengan kandungan 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

Proses Lowe

Lowe, 1958, menemukan proses pembuatan bubuk silikon karbida dengan menambahkan komposisi dan campuran bahan baku yang berbeda untuk mendapatkan konversi yang lebih tinggi seperti di berikut ini.

Komposisi % berat
Pasir silika, SiO2 160 56,5
Karbon, C 160 mesh 36
Larutan natrium silikat 10Na2O30SiO260H2O 6,5
Besi posfat, FePO4 1

 Campuran dipanaskan dalam tanur bersuhu 1600 0C selama dua jam, 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).

Kesimpulan :

  • Silikon Karbida memang sangat layak untuk dijadikan sebagai material untuk keperluan pembuatan rompi tahan peluru
  • Proses pengolahannya yang rumit dan butuh energi dan biaya yang tinggi, menyebabkan butuh biaya besar untuk memproduksinya di Indonesia.
  • Karena harganya yang mahal, jika belum ada pabriknya di Indonesia, maka Silikon Karbida belum bisa dijadikan sebagai material pengganti subtitusi keramik impor.

 Referensi:

  • Simamora, Sartika M.S, Pembuatan Silikon Karbida (SiC) dari Pasir Silika (SiO2) dan Karbon (C) dengan Kapasitas 30.000 Ton/Tahun, Teknik Kimia USU, 2013
  • BÜLENT BASARAN, COMPUTATIONAL ANALYSIS OF ADVANCED COMPOSITE ARMOR SYSTEMS, Mechanical Engineering, Middle East Technical University, 2007

 

Iklan

Tentang Arif

just me.. :)
Pos ini dipublikasikan di Pengetahuan dan tag , , , , . Tandai permalink.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s