Komposit Al/Al2O3

Muhammmad Fitrullah,

Dept. Teknik Metalurgi – FT Untirta,

Cilegon, Banten (April 2009)

A.    Pendahuluan

 

Komposit adalah material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material berbeda, tergabung atau tercampur secara makroskopik untuk menghasilkan material dengan sifat yang diinginkan, dengan syarat terjadi ikatan antara kedua material tersebut.[1] Salah satu dari jenis komposit yang dipakai luas dalam berbagai aplikasi adalah komposit Al/Al203. Komposit ini adalah pengembangan dari komposit bermatriks logam yaitu aluminium, biasa disebut Aluminium Matrix Composites (AMCs) dengan alumina (Al203) sebagai fasa penguat.

Bertitik tolak dari pengertian komposit, maka komposit Al-Al203 diharapkan dapat menggabungkan sifat terbaik dari matriks aluminium (Al) sebagai material yang ringan, konduktivitas panas dan listrik baik, serta ketahanan korosi tinggi (mudah membentuk lapisan oksida yang kuat dan tahan terhadap korosi);[2] dengan penguat alumina (Al2O3) yang memiliki kekerasan tinggi (hard) sehingga tahan terhadap wear, kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) tinggi, sifat dielektrik yang excellent dari DC ke frekuensi GHz, konduktivitas termal baik, kapabilitas ukuran dan bentuk yang baik, serta resisten terhadap serangan asam kuat dan alkali pada temperatur tinggi.[3]

Aluminium sebagai matriks pada komposit Al/Al2O3, merupakan logam dengan kelimpahan terbesar di kerak bumi. Selain itu, logam ini memiliki melting point yang relatif rendah yaitu 6580C, sehingga dengan penambahan unsur seperti tembaga (Cu), silikon (Si), atau magnesium (Mg) akan menghasilkan paduan aluminium yang memiliki kekuatan yang besar. Namun, jika dibandingkan dengan kekuatan baja paduan, maka paduan aluminium masih berada jauh di bawahnya. Sementara itu, beberapa kekurangan dari logam ini seperti: stiffness yang rendah, koefisien ekspansi termal yang sulit dikontrol, tidak memilki resisten yang baik terhadap abrasi dan wear, serta sifat “miskin”nya pada temperatur tinggi. Kombinasi dari keunggulan dan kelemahan di atas, menjadikan aluminium sebagai logam yang paling banyak dijadikan obyek riset pada komposit yang bermatrik logam.

Tentu saja, berbeda antara aluminium dengan alumina (Al2O3), walaupun unsur utama penyusun kedua material ini sama. Alumina (Al2O3) banyak digunakan dalam fabrikasi material keramik, karena merupakan bahan baku yang menghasilkan keramik dengan performa tinggi dan hemat biaya (cost effective). Beberapa aplikasi khusus dari alumina (Al2O3) yaitu Gas laser tubes (tabung laser gas), wear pads (Baju anti peluru), seal rings, isolator lisrik temperatur dan voltase tinggi, Furnace liner tubes, Thread and wire guides, electronic substrates, Senjata balistik, abrasion resistant tube and elbow liners, thermometry sensors, laboratory instrument tubes and sample holders, instrumentation parts for thermal property test machines, dan media gerinda.[4]

Ikatan antar atom pada alumina merupakan ionic bonding yang kuat, tidak heran jika memiliki karakteristik yang diinginkan. Artinya, ia tetap stabil walaupun pada temperatur yang sangat tinggi, karena membentuk fasa kristal heksagonal alpha (α-hexagonal) yang sangat stabil.[5] Pada oksida keramik, fasa ini merupakan yang paling kuat dan kaku. Lebih lanjut, fasa ini memiliki kekerasan tinggi dan sifat dielektrik yang excellent. Dengan demikian, banyak digunakan dalam cakupan aplikasi yang sangat luas.

Alumina murni, memiliki fungsi ganda baik sebagai atmosfer pengoksidasi maupun pereduksi sampai 19250C. Sedangkan kehilangan berat material ini dalam ruang vakum berkisar dari 10-7 sampai 10-6 g/cm2.det di atas temperatur 17000C sampai 20000C.[6] Kemudian dari pada itu, alumina sangat resisten terhadap serangan segala gas kecuali fluorine, dan tahan terhadap semua reagen terkecuali asam hydrofluoric dan phosphosric. Adapun serangan pada suhu tinggi, alumina dengan kemurnian rendah, mudah diserang oleh partikulat gas logam alkali.

Secara spesifik, sifat-sifat alumina dengan kemurnian 94%, 96%, dan 99,5% dapat dilihat pada Tabel 1 berikut: [7]

Tabel 1. Perbandingan sifat-sifat alumina kemurnian 94%, 96%, dan 99,5%

Alumina

Mechanical

94 %

96 %

99.5 %

Density (gm/cc)

3.69

3.72

3.89

Porosity (%)

0

0

0

Color

white

white

ivory

Flexural Strength (MPa)

330

345

379

Elastic Modulus (GPa)

300

300

375

Shear Modulus (GPa)

124

124

152

Bulk Modulus (GPa)

165

172

228

Poisson’s Ratio

0.21

0.21

0.22

Compressive Strength (MPa)

2100

2100

2600

Hardness (Kg/mm2)

1175

1100

1440

Fracture Toughness  KIC (MPa•m1/2)

3.5

3.5

4

Maximum Use Temperature
(no load) (°C)

1700

1700

1750

Thermal

     

Thermal Conductivity (W/m•°K)

18

25

35

Coefficient of Thermal Expansion (10–6/°C)

8.1

8.2

8.4

Specific Heat (J/Kg•°K)

880

880

880

Electrical

     

Dielectric Strength (ac-kv/mm)

16.7

14.6

16.9

Dielectric Constant (@ 1 MHz)

9.1

9.0

9.8

Dissipation Factor (@ 1 kHz)

0.0007

0.0011

0.0002

Loss Tangent (@ 1 kHz)

Volume Resistivity (ohm•cm)

>1014

>1014

>1014

 

 

 

B.     Komposit Al/Al2O3

Telah dijelaskan, sifat-sifat dari komponen penyusun komposit Al/Al2O3 yang terdiri dari aluminium sebagai matriks dan alumina sebagai fasa penguat. Dalam hal ini, banyak keunggulan dari AMCs jika dibandingkan dengan aluminium maupun paduan aluminium yang tidak dikuatkan, yaitu:[8]

·         Greater strength (kekuatan lebih besar)

·         Improved stiffness (kekakuan diperbaiki)

·         Reduced density/weight (mengurangi densitas/berat)

·          Improved high temperature properties (memperbaiki sifat temperatur tinggi)

·         Controlled thermal expansion coefficient (koefisien ekspansi termal terkontrol)

·         Thermal/heat management

·         Enhanced and tailored electrical performance (peningkatan performa dan kinerja elektrik)

·         Improved abrasion and wear resistance (memperbaiki ketahanan abrasi dan aus)

·         Control of mass (especially in reciprocating applications) (control massa (terutama dalam aplikasi khusus), dan

·         Improved damping capabilities (memperbaiki kapabilitas damping)

 

Keunggulan-keunggulan di atas, terlihat dari apresiasi yang lebih baik pada alumunium murni yang semula memiliki modulus elastic 70 GPa meningkat menjadi 240 GPa dengan diberi penguat 60% volume serat alumina yang kontinu. Sebaliknya, pemberian 60% volume penguat dalam aluminium murni justru menurunkan koefisien ekspansi dari 24 ppm/0C menjadi 7 ppm/0C. Hal ini, menunjukkan bahwa sesuatu hal yang mungkin mengadakan perubahan terhadap properties aluminium sampai 2 atau 3 tingkat dengan penambahan variasi volume penguat yang sesuai.[9]

Sistem komposit AMCs menawarkan kombinasi dari properties yang sedemikian rupa, yang dari tahun ke tahun telah dicoba dan digunakan di dalam banyak aplikasi-aplikas structural, fungsional dan bukan structural di dalam bidang engineering yang bermacam-macam. Kekuatan yang menggerakkan untuk penggunaan AMCs ini meliputi keunggulan dalam aspek performa, ekonomi dan lingkungan. Penggunaan utama dari AMCs ini di dalam sector transportasi yang memberikan keuntungan seperti pemakaian bahan bakar yang lebih sedikit, suara yang kecil, dan menurunkan emisi di udara. Dengan melihat kecenderungan perubahan peraturan yang semakin ketat di bidang lingkungan dan penekanan pada perbaikan aspek keekonomian bahan bakar, penggunaan AMCs pada sektor transportasi akan diutamakan dan tidak bisa terelakkan untuk tahun mendatang.

AMCs diharapkan dapat mengganti bahan-bahan monolitik seperti paduan aluminium, paduan besi, paduan titanium, dan polimer berbasis komposit dalam aplikasi tertentu. Sekarang, dengan penggantian bahan monolitik dengan AMCs dalam system rekayasa semakin bertambah luas. Seakan ada yang memaksa kepada keperluan untuk merancang ulang keseluruhan system untuk mendapatkan keuntungan dari penambahan berat dan volume.  

Beberapa jenis dari komposit AMCs berdasarkan bentuk reinforce, adalah sebagai berikut (komposit Al/Al2O3, termasuk dalam no. 1, 2, dan 3):[10]

1.      Particle-reinforced AMCs (PAMCs)

2.      Whisker-or short fibre-reinforced AMCs (SFAMCs)

3.      Continuous fibre-reinforced AMCs (CFAMCs)

4.      Mono filament-reinforced AMCs (MFAMCs)

 

Mengenai keterangan detail dari ke-4 jenis komposit di atas, dapat lebih jelas pada keterangan berikut ini:


[1] Gibson, F. Ronald. Principles of Composite Material Mechanics, Singapura: McGraw-Hill, 1994.

[3] ____. Aluminum Oxide (Al2O3) Properties, hlm. 1,  http://www.accuratus.com/alumox.html  (23 Maret 2009)

[4] ____. Aluminum Oxide (Al2O3) Properties, hlm. 1  http://www.accuratus.com/alumox.html  (23 Maret 2009)

[5] Ibid. hlm. 2

[6] Ibid. hlm. 2

[7]  ____. Aluminum Oxide (Al2O3) Properties, hlm. 2-4  http://www.accuratus.com/alumox.html  (23 Maret 2009)

[8] Surappa, MK. Aluminium Matrix Composites: Challenges and Opportunities, Bangalore (india): Sadhana vol. 28 part 1 & 2, 2003, hlm. 320

[9] Ibid. hlm. 320

[10] Surappa, MK, loc.cit., hlm. 321

Kuliah ke-6: Kalkulus 2

Kamis, 19 Maret 2009 (16.20 – 18.00); Ruang: II-4

Lesson Plan:

(MINGGU KE-3)

19 Maret 2009 (16.20 – 18.00) à PERTEMUAN KE-6

1.       Latihan soal fungsi invers (Hal 122 No. 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 dan 27)

2.       Quiz Fungsi Invers (dari soal-soal PR dan latihan di atas)

3.       Bahas soal Quiz + Periksa Soal Quiz oleh mahasiswa untuk mahasiswa

4.       Tugas PR (subtitusi Trigonometri):

a.       Halaman 123 – 124 no. 42, 48, 50, 51, 55

b.      Halaman 133 – 136 no. 7, 8, 9,10, 11

 

Kuliah 4: Kalkulus 2

Ruang: II-4

Waktu: 16.20 – 18.00 WIB

Lesson Plan:

  1. 1.       Review kembali Integral Subtitusi

    2.       Beberapa contoh soal yang level “sulit”

    3.       Pengantar Trigonometri

    4.       Beberapa identitas trigonometri yang penting

    5.       Pembuktian Invers Trigonometri

    6.       Integral Trigonometri

    7.       Latihan soal

    8.       Tugas PR  

    a.       Carilah turunan dari fungsi invers berikut ini:

                                                                   i.      F(x) = Arc Cos x

                                                                 ii.      F(x) = Arc Sec x

                                                                iii.      F(x) = Arc Cosec x

                                                               iv.      F(x) = Arc Cotg x

    b.      Kerjakan soal-soal pada halaman 133 No. 1, 2, 3, 4, 5, dan 6

Kuliah ke-3: Kalkulus 2

Lesson Plan: (10.50 – 13.00)

  1. Bahas Soal Home Work
  2. Quiz (2 soal dari Tugas Home Work)
  3. Pembahasan soal Quiz, sambil diperiksa oleh mahasiswa untuk mahasiswa
  4. Penjelasan Integral Subtitusi pada fungsi-fungsi yang sederhana
  5. Latihan soal (beberapa mhs mengerjakan soal di papan tulis)
  6. Penutup

(Dosen ybs)

Format Tugas Mekanika Perpatahan & Failure Analysis

Berikut Format untuk tugas Matakuliah Mekanika Perpatahan & Failure Analysis (MPFA):

Kertas= A4; Font=Arial:11; spasi=1,5; kiri-atas=4 cm; kanan-bawah=3 cm;

Isi Tugas:

  1. Lembar Judul (Memuat: Nama mhs, npm, judul tugas, nama matakuliah, lambang Untirta, nama jurusan, fakultas, & tahun)
  2. Kata Pengantar (Memuat: Ucapan terima kasih, overview tugas, kendala dalam tugas, dll)
  3. Daftar Isi (boleh tidak diberi nomor halaman)
  4. Pendahuluan (hal yang menjadi masalah, kaitan teks/buku dengan permasalahan)
  5. Isi (Hasil kutipan dari buku/teks/Internet)
  6. Daftar Pustaka
  7. Penutup

Demikianlah, semoga dapat menjadi pedoman dalam mengerjakan tugas dalam matakuliah MPFA.

Untuk Formatnya yang jelas silahkan di down load dengan klik Format Tugas

P’Fitru

Mekanika Perpatahan dan Failure Analysis

Ini adalah bahan kuliah pertama untuk mata kuliah Mekanika Perpatahan dan Failure Analysis. Silahkan klik failure-analysis-pertemuan-ke-1

Metalurgi Fisik 1. Bahan kuliah 1

Metalurgi Fisik adalah salah satu matakuliah yg bertujuan untuk meningkatkan performa material. Pembahahasan Matakuliah ini dimulai dengan berbicara masalah atom dan interaksi antar atom baik secara kimia maupun secara fisik. Untuk bahan kuliah tentang Atom dan Ikatan antar atom ini dapat di klik kuliah-met-fis-pertemuan-ke-1

Fitrullah

Tugas-Tugas Kuliah

Pada tulisan ini, akan ditampilkan tugas-tugas matakuliah yang akan atau/dan telah diberikan selama perkuliahan di kelas,

Untuk lebih menariknya kategori ini, mohon memberikan masukan…bagaimana sebaiknya isi dan materi dari tugas-tugas kuliah yang ada…masukan yang bagus, insyaAllah akan mendapatkan tambahan nilai yang bagus pula…

salam,

p’fit

Kuliah ke-3,4,5: Analisa Numerik & Pemodelan

Pada kuliah ke-3,4, dan 5 ini, masih membahas cara/metode untuk mencari akar persamaan:

1. Grafik

2. Bagi Dua

3. Posisi palsu/salah

4. Iterasi satu titik

5. Newton-Raphson

6. Secant

7. Akar Ganda

Nah, untuk bahan lengkap kuliah analisa numerik, silahkan klik: analisa numerik3,4,5

Muhammad Fitrullah

Metalurgi Untirta

Limbah4

Pada kuliah ke-4 ini, dibahas tentang sistem pengelolaan lingkungan yang meliputi ADA (Atur Dan Awasi) dan ADS (Atur Diri Sendiri),

Bahan lengkap kuliah ke-4 ini, Silahkan klik: limbah4

Muhammad Fitrullah

Metalurgi Untirta

Kuliah ke-3: Limbah

Pada kuliah ke-3 ini, mendiskusikan beberapa kasus metalurgi yang terkait dengan lingkungan yaitu sebagai berikut:

1. Gambaran umum sektor metalurgi (sektor tambang)

2. Peraturan dan kebijakan pertambangan (di Dunia dan Indonesia)

3. Fungsi ekologi hutan

4. Hutan Susut dan Rusak

5. Air (kualitas dan kuantitas air)

6. Evapo-transpirasi

7. Kearifan Ekologi Tradisional

8. dst

9. Tugas untuk diskusi minggu depan

Untuk bahan lengkap dalam bentuk power point, silahkan klik: limbah3

muhammad fitrullah

metalurgi untirta

Kuliah ke-2: Limbah

Dalam kuliah ke-2 ini, mendiskusikan keanekaragaman hayati yang meliputi:

1. Pengertian

2. Komponennya

3. Peranan KH

4. Daya Lenting Ekosistem

5. Penurunan KH

6. Memperbaiki KH

7. dan Tugas utk minggu depannya.

Bahan Kuliah dalam bentuk power point, silahkan klik Limbah2

Fitrullah

Metalurgi Untirta

Kuliah Perdana Pengolahan dan Pemanfaatan Limbah

Pada Kuliah perdana (Senin,25 Februari 2008) MK Pemanfaatan dan Pengolahan Limbah memiliki tujuan umum maupun tujuan instruksional khusus yaitu bersama-sama berpartisipasi untuk menjadi mahasiswa/i yang kritis dengan memahami konsep dasar ilmu lingkungan, pengelolaan lingkungan, macam-macam limbah yang merusak lingkungan, dan pengolahan dan pemanfaatan limbah untuk mempertahankan daya dukung lingkungan.

Sementara itu, pada perkuliahan pertama ini diharapkan mahasiswa mampu untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan yang mendasar seputar limbah, yaitu antara lain:

Apa itu Limbah?

Kenapa dikatakan Limbah/Sampah?

Dari mana Limbah berasal?(Siapa saja yang menghasilkan limbah?)

Mengapa ada Limbah?

Bisakah dihilangkan?

Berapa banyak limbah sekarang?

Di mana banyak ditemui limbah?

Apa akibat limbah?

Limbah jenis apa yang berbahaya?

Untuk apa limbah diolah?

Bagaimana limbah diolah?

Apa limbah py nilai/manfaat?

Seberapa penting mengolah dan memanfaatkan limbah?

Sampai kapan kita istirahat memikirkan limbah?

Mengapa perlu adanya kuliah limbah di Metalurgi?

Apa tujuan mempelajari limbah?, serta

Berapa rata-rata jumlah dari limbah yang Anda buang? (harian, bulanan, tahunan)

Kemampuan mahasiswa menjawab beberapa pertanyaan di atas, akan menjadi inisiasi awal dari pemahaman yang mendalam (“deep learning”) tentang konsep limbah. Untuk itu, mahasiswa sangat diharapkan membuat semacam tulisan singkat menjawab beberapa pertanyaan di atas!

Adapun bahan kuliah yang ditampilkan pada hari senin, 25 febuari 2008 dapat diklik lengkap di sini –> Kuliah ke-1

Muhammad Fitrullah (MK Pengolahan dan Pemanfaatan Limbah)

Kuliah ke-2 MK Analisa Numerik & Pemodelan

Kuliah kedua MK Analisa numerik dan Pemodelan akan dilaksanakan pada Senin, 3 Maret 2008. Pada kuliah kedua ini, akan dibahas tentang peranan angka penting/signifikan, akurasi dan presisi, definisi kesalahan, kesalahan pembulatan, kesalahan pemotongan, kesalahan numerik total, kekeliruan-kesalahan formulasi, dan ketidakpresisian data.

Sementara itu, diskusi tentang pertanyaan2 yang merupakan tugas makalah yang diberikan pada minggu sebelumnya akan dibahas 20 menit sebelum masuk ke materi kuliah ke-2. Diharapkan kepada mahasiswa untuk mempersiapkan diri dan mendalami apa yang ditulisnya pada makalah tersebut, sehingga perkuliahan berjalan lancar.

Adapun bahan yang untuk kuliah ke-2, bisa lihat lengkap dengan mengklik: Analisa Numerik Kuliah ke-2

Dimohon kepada mahasiswa untuk mempelajari materi di atas dalam buku referensi yang telah diinformaskan pada pertemuan sebelumnya.

Muhammad Fitrullah.

Kuliah Perdana Analisa Numerik & Pemodelan

Berikut adalah bahan power point pada kuliah perdana yang dilaksanakan pada hari senin, 25 Februari 2008 kemarin, download bahan yang ditampilkan pada kuliah tersebut bisa di klik: Kuliah Perdana

Muhammad Fitrullah

Analisa Numerik & Pemodelan

« Older entries

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.