Uji Fisis dan Mekanik pada Desain Struktur Keramik Forsterite (Mg 2 SiO 4 ) dengan Teknik Sintering ( Solid State-Reaction )

## Jorena, Hadir Kaban, dan Ahmad Aminuddin Bama
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Sumatra Selatan, Indonesia
Intisari: Telah dilakukan penelitian tentang sintesis, uji fisis dan mekanik keramik forsterite dengan metode sol- id state reaction (sintering). Keramik forsterite disintesis dengan menggunakan powder silika dan magnesium oksida sintetik. Selanjutnya silika dan magnesium powder dicampur dan digerus hingga halus. Ke dalam cam- puran tersebut ditambah etanol dan ditirrer dengan magnetik stirrer agar menjadi homogen, dan  dikalsinasi pada suhu 110 o C hingga membentuk bubuk/serbuk. Selanjutnya serbuk digerus kembali dengan mortar dan pastel untuk  menghasilkan  serbuk  forsterite.  Serbuk  dicetak  menjadi  pelet  silinder  dan  kemudian  disintering dengan suhu yang berbeda yaitu 850, 950 dan 1050 o C. Selanjutnya dilakukan pengukuran/uji porositas, densi- tas dan konduktivitas, hardness /kekerasan dan fracture toughness /keretakan.
Hasil  pengukuran  menunjukkan  bahwa  densitas  meningkat  dengan  seiring  dengan  kenaikan  suhu  sintering, sebaliknya porositas dan fracture toughness menurun dengan meningkatnya suhu sintering. Hasil analisis frac- ture toughness dengan SEM menunjukkan bahwa keretakan pada suhu sintering 850 o C lebih besar dibanding- kan  dengan  sampel  yang  disintering  pada  suhu  950  dan  1050 o C.  Dengan  kata  lain,  tingkat  keretakan  pada sampel yang disintering pada 850 o C lebih besar dibandingkan dengan sampel yang disintering pada suhu 950 dan 1050 o C. Fenomena ini menunjukkan bahwa butiran-butiran semakin besar disertai jumlah pori yang se- makin sedikit.  Kekerasan  meningkat seiring dengan kenaikan suhu sintering. Semakin tinggi suhu sintering, semakin tinggi kekerasan yang sesuai dengan meningkatnya densitas, serta diikuti menurunnya porositas. Pen- gukuran konduktivitas menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu sintering, konduktivitas semakin kecil yang se- suai dengan meningkatnya densitas dan menurunnya porositas. Berdasarkan karakteristik perubahan konduk- tivitas, keramik forsterite yang diperoleh dalam penelitian ini mendekati sifat isolator sehingga dapat diaplikasi- kan sebagai bahan isolator listrik.
Kata kunci: keramik forsterite, uji fisis dan mekanik, porositas, fracture toughness , konduktivitas Email: jorenabangun@yahoo.co.id

## 1 PENDAHULUAN
eramik merupakan salah satu material yang pa- da  umumnya  tersusun  dari  beberapa  oksida logam yang dapat menghasilkan sifat-sifat yang ber- beda dari sifat-sifat penyusunnya (Gibson & Ronald, 1994).  Dewasa  ini,  salah  satu  material  yang  banyak diminati  untuk  diteliti  yakni  keramik forsterite ,  yang tersusun  dari  dua  senyawa  yaitu  magnesium  oksida (MgO) dan silika (SiO 2 ). Sebagai bahan keramik ma- ju  ( advanced  ceramics ), forsterite adalah  salah  satu keramik  dalam  sistem  MgO-SiO 2 ,  merupakan  ke- lompok  senyawa  yang  sangat  jarang  ditemukan  di alam,  dengan  komposisi  kimia  SiO 2 dan  MgO  yang bervariasi  (Kingrey, et.al ,  1976)  seperti andalusite , enstantie dan  forsterite ,  dimana forsterite merupakan senyawa yang paling stabil.
Salah  satu  konsekwensi  logis  dari  era  industria- lisasi  dewasa  ini  adalah  meningkatnya  kebutuhan
akan bahan keramik untuk berbagai industri seperti industri  gelas,  keramik,  dan  elektronik.  Dalam  kehi- dupan  kita  sehari-hari,  keramik  merupakan  bahan yang  sangat  umum  kita  kenal  dengan  aplikasi  yang sangat luas, mulai dari aplikasi untuk bahan bangu- nan  hingga  kebutuhan  teknologi  tinggi,  misalnya sebagai isolator listrik dan komponen untuk perang- kat suhu tinggi.
Forsterite telah banyak  digunakan sebagai bahan dasar  dalam  berbagai  industri  menarik  untuk  dikaji karena  memiliki  beragam  keunggulan  antara  lain, stabilitas kimia yang baik, (Chesters, 1973; Diespero- va, et  al. 1977), konduktivitas  listrik  yang  rendah tinggi (Saberi, et al. 2007), refraktori tinggi dan eks- pansi  termal  yang  rendah  (Xu dan  Wei, 2005;  Jing et.al., 2009), sehingga  dapat  digunakan  sebagai  pe- nopang  baja  cair,  bahan  proyektil,  refraktori,  pem- buatan  gelas  keramik,  (Matthew et.al., 1998;  Pack et.al., 2005).  Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan sebelumnya  (Song  and  Chen,  2008)  menunjukkan
K
bahwa forsterite mempunyai  nilai permitivitas  di- elektrik  rendah  ( ε r  = 6,8-8,2)  dan  resistivitas  tinggi (~10 5 -10 10 W  cm)  sehingga  sangat  baik  digunakan sebagai  bahan  isolator  listrik. Berdasarkan  sifat-sifat tersebut,  forsterite  sangat  baik  digunakan  sebagai isolator listrik tegangan tinggi dan isolator panas su- hu  tinggi  sehingga  dapat  diaplikasikan  secara  luas seperti  penukar  panas,  bahan  furnace  dan    bahan pelapis logam.
Penelitian  ini  digagas  sebagai  pengembangan teknologi  dalam  mensintesis  keramik  forsterite.  Ber- kaitan  dengan  teknologi  yang  dipaparkan  di  atas, serangkaian  percobaan  akan  dilakukan  dengan  pe- nekanan utama pada suhu sintering sebagai kontrol terhadap karakteristik utama keramik forsterite yakni (i) sifat fisis (densitas, porositas, dan konduktivitas),
(ii) sifat mekanik ( hardness/ kekerasan  dan fracture toughnes/ keretakan).  Dari  kegiatan  yang  direncana- kan dalam penelitian ini diharapkan akan diperoleh berbagai  informasi  ilmiah  sebagai  dasar  bagi  pen- gembangan  teknologi  dan  forsterite  dapat  diman- faatkan dan diaplikasikan secara luas.
Masalah  yang  akan  diteliti  dan  dipelajari  adalah uji fisis dan mekanik  dalam desain struktur keramik Forsterite (Mg 2 SiO 4 )  dengan  teknik  sintering  ( Solid State-Reaction ).  Secara  lebih  rinci,  masalah  yang akan  diteliti  adalah:  bagaimanakah  sifat  fisis  (densi- tas, porositas, dan konduktivitas) dan mekanik ( hard- ness /kekerasan  dan fracture  toughnes /keretakan) yang diatur dengan suhu sintering.
Tujuan penelitian diharapkan dapat memberikan informasi:
 Sintesis/pemrosesan  pembentukan  struktur  kera- mik forsterite dengan perlakuan sintering.
 Mengetahui karakterisasi sifat fisis meliputi  (den- sitas,  porositas,  dan  konduktivitas)  dan  sifat  me- kanik  ( hardness /kekerasan  dan fracture  toughnes / keretakan) yang diatur dengan suhu sintering,
 Mengetahui  karakteristik  permukaan  (gugus fungsi,  struktur,  mikrostruktur,  dan  termal)  yang diatur dengan suhu sintering.

## 2 TINJAUAN PUSTAKA

## Keramik
Struktur kristal keramik (terdiri dari berbagai ukuran atom yang berbeda atau minimal terdiri dari 2 jenis unsur)  merupakan  salah  satu  yang  paling  kompleks dari semua struktur bahan. Ikatan antara atom-atom ini  umumnya  ikatan  kovalen  (berbagi  elektron,  se- hingga ikatan ini kuat) atau ion (terutama ikatanan- tara ion bermuatan, sehingga ikatan ini kuat). Ikatan
ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik dari pada logam. Keramik dapat berikatan kristal tunggal atau dalam bentuk polikristalin. Ukuran butir mempunyai pengaruh  besar  terhadap  kekuatan  dan  sifat-sifat keramik;  ukuran  butir  yang  halus  (sehingga  dikata- kan  keramik  halus),  semakin  tinggi  kekuatan  dan ketangguhannya.  Kebanyakan  bahan  pembentuk keramik memiliki ikatan ion, ikatan kovalen dan ika- tan  antara.  Misal,  bagian  ikatan  ion  dalam  sistem Mg-O, Al-O, Zn-O dan Si-O dapat dikatakan masing- masing 70%, 60%, 60% dan 50%. Yang sangat mena- rik  adalah  bahwa  pada  ReO 3 ,V 2 O 3 dan  TiO,  yang merupakan  oksida  dan  tidak  pernah  menunjukkan sifat liat atau dapat di deformasikan, tetapi memiliki hantaran  listrik  yang  relatif  dapat  disamakan  den- gan logam biasa. Dalam Kristal yang rumit, berbagai macam  atom  berperan  dan  ikatannya  merupakan ikatan  campuran  dalam  banyak  hal.  Struktur  kristal demikian  dapat  dimengerti  apabila  mengingat  bah- wa  kristal  tersusun  oleh  kombinasi  dari  polyhedron koordinasi, dimana satuan kecil dari kation dikelilin- gi  oleh  beberapa  anion.  Salah  satu  contoh  adalah silikat  yang  merupakan  bahan  baku  penting  bagi keramik.
Keramik Forsterite (Mg 2 SiO 4 )
Keramik merupakan material rekayasa yang banyak dikembangkan dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, karena mampu menggabungkan dua ma- terial/lebih  yang  berbeda  secara  makroskopis  se- hingga menghasilkan material yang lebih unggul dan dapat  memenuhi sifat yang diperlukan. Pada  dasar- nya,  material  keramik  terdiri  dari  dua  komponen material anorganik penyusun maupun lebih  seperti MgO-SiO 2 yang  banyak  digunakan  dalam  pembua- tan keramik dan gelas (Kasanovic et al. , 2005), terdiri dari  magnesium  oksida  (MgO)  dan  silikon  oksida (SiO 2 ).  Keramik  MgO-SiO 2 mempunyai rumus kimia (MgSiO 3 )  dengan  nama  mineral enstatite dan (Mg 2 SiO 4 ) dengan nama mineral forsterite .
Enstatite (MgSiO 3 ) adalah mineral umum yang di- temukan dalam metamorf dan beberapa batuan be- ku  serta  dalam  meteorit  batuan  dan  besi. Enstatite membentuk serangkaian larutan padat dengan min- eral hipersten dan ferrosilite . Serangkaian larutan pa- dat  terjadi  ketika  dua  atau  lebih  elemen  dapat menggantikan satu  sama  lain dalam  struktur. Ensta- tite adalah orthopyroxene atau  piroksen  yang  meru- pakan kelas penting dari batuan mineral pembentuk unit  struktural  dasar  dengan  rantai  tunggal  tetrahe- dra SiO 4 (Jahn, 2010). Enstantite terbentuk pada su- hu  sintering  1000ºC,  awalnya  MgO  berdifusi  ke
permukaan  SiO 2 untuk  membentuk enstantite (Ta- vangarian dan Emadi, 2010) dan difusi berlanjut me- lalui  lapisan enstantite untuk  membentuk forsterite . Sampai  pemanasan  1200ºC  silika  amorf  MgSiO3 (enstantite) bereaksi dengan MgO, sehingga Mg 2 SiO 4 (forsterite)  muncul  sebagai  fase  tunggal  (Kharaziha and Fathi, 2009).
Forsterite adalah  kristal  dengan  rumus  kimia Mg 2 SiO 4 yang  dibangun  pada  silika  tetrahedral  dari ikatan kovalen (Kharaziha and Fathi, 2010), forsterite juga  merupakan polimorf ,  seperti ringwodite , wad- sleyite dan olivin . Forsterite memiliki  konduktivitas listrik rendah sehingga ideal digunakan untuk bahan elektronik.  Selain  itu,  dengan  titik  leleh  yang  tinggi yaitu sebesar 1890ºC, menunjukkan bahwa forsterite sebagai bahan tahan panas dan aplikasi pembuatan keramik  karena  memiliki  stabilitas  kimia  yang  baik dan  koefisien  ekspansi  termal  yang  rendah  (Kasa- novic et al. , 2005; Saberi et al. , 2007).
Diagram Fasa Sistem MgO-SiO 2 Rasio molekul MgO-SiO 2 dan perlakuan temperatur berperan  penting  dalam  pembentukan  komposit MgO-SiO 2 seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar1. Gambar  1  menunjukkan  bahwa  MgO  dan  SiO 2 hanya  akan  membentuk anhydrous  silicate yaitu forsterite (Mg 2 SiO 4 ) dan enstantie (MgSiO 3 ) .
Gambar 1. Diagram fasa komposit MgO-SiO 2 (Kharaziha, and Fathi , 2010).
Kedua anhydrous  silicate tersebut  adalah  fasa yang stabil dalam sistem MgO-SiO 2 . Selama berlang- sungnya  proses  sintering,  fosteritisasi  berlangsung melalui  tahap  dehidrasi,  reorganisasi  kation,  pem- bentukan forsterite dan enstantite .  Pada  tahap  dehi- drasi, terjadi pelepasan gugus hidroksil dan pemben- tukan  fasa  oksida  dimana  serpentinit  dan  magnesit terurai menjadi MgO dan SiO 2 . Pada tahap reorgani- sasi kation, terjadi pemisahan kation seiring mening- katnya suhu sintering dan pada fasa stabil MgO-SiO 2 terbentuk forsterite dan  sedikit enstantite sedangkan MgO yang berlebih akan membentuk periclase .
Struktur Forsterite (MgO-SiO 2 )
Forsterite merupakan  salah  satu  senyawa  dari  mag- nesium  silikat  yang  memiliki  rumus  kimia  Mg 2 SiO 4 dengan  berat  molekul  sebesar  140,69  gr/mol  dan densitas yang dimiliki sebesar 5,236 g/cm 3 . Senyawa ini tersusun dari anion Si 4- dan kation Mg 2+ dengan sistem  kristal  dan  simetris  kristal  secara  berurutan yakni ortorombik dan 2/m 2/m 2/m. Menurut Kudoh dan  Takeuchi  (1985)  dalam Database  American  Mi- neralogist menjelaskaan bahwa s pace group forsterite yakni Pbnm pada No. 62 dengan parameter cell yai- tu  a  =  4,724 Ǻ ;  b  =  10,077 Ǻ ,  dan  c  =  5,942 Ǻ . Struktur  atom forsterite dapat  diperlihatkan  pada Gambar 2.
Keterangan:
= atom O
= atom Si = atom Mg
Gambar 2. Struktur kristal forsterite (Mg 2 SiO 4 ). Ikatan ionik terdiri dari Mg, Si dan O dengan jari-jari ionik yang dimiliki secara berurutan adalah 1,6; 1,15 dan 0,73 Ǻ (Kudoh dan Takeuchi, 1985).

## Teknik Sintering
Teknik  sintering  adalah  suatu  reaksi  yang  terjadi pada  proses  pembakaran  dengan  suhu  yang terkontrol  dan  densifikasi  padatan  serbuk  dapat diperoleh  sekaligus  sehingga  tingkat  porositas berkurang  dan  densitas  relatif  bertambah/naik. Dengan  teknik  ini  dapat  diperoleh  bahan  dengan densitas  yang  relatif  tinggi.    Suhu  sintering  sangat penting,  karena  berkaitan  dengan  perubahan struktur,  sifat  termal  dan  sifat  fisis  material  yang dihasilkan.    Beberapa  sifat  yang  diketahui  sangat dipengaruhi  oleh  suhu  sintering  adalah  densitas, porositas dan kekerasan serta kekuatan tarik ( mecha- nical  strength ).  Hasil  penelitian  yang  dilakukan Rahaman (1995) menunjukkan bahwa proses diffusi selama  proses  sintering  akan  memberikan  efek terhadap  perubahan  fisis  bahan  meliputi,  densitas, porositas, penyusutan volum dan kekerasan.
a b c Po wd erCell 2 .0
Manfaat  utama  dari  keramik  adalah  bahwa  mu- dahnya  pemeliharaan,  kokoh,  dan  pilihan  produk tentu selalu ada dan terus berinovasi. Keramik lebih tahan  lama,  dan  mudah  dibersihkan  dengan  cara mudah  bisa  menggunakan  handuk  basah  atau spons.  Hal  ini  akan  berdampak  pada  ketahanan akan kelembaban, sehingga sangat populer di bebe- rapa  area  dengan  intensitas  air  seperti  dapur  dan kamar mandi. Belum lagi, anda dapat menggunakan warna  cerah,  maupun  kalem  dan  gaya  yang  anda inginkan, sehingga keramik dapat di kustomisasi ser- ta adaptasi dengan preferensi gaya pribadi yang an- da inginkan.
Namun,  kelemahan  lainnya  yang  begitu  menco- lok  adalah  bahwa  dasar  keramik  yang  terasa  tidak nyaman  saat  diinjak,  ini  dikarenakan  permukaan keramik  yang  memang  tidak  rata  karena  asal  dari keramik  itu  sendiri.  Karena   keramik  sangat  keras, saat  terjatuh benda  berat  di  atasnya  atau  benda lainnya  maka  akan  muncul  kerusakan  yang  menga- kibatkan retak  bahkan  terbelah  menjadi  beberapa bagian, yang tentunya  akan sulit untuk memperbai- kinya kembali. Selain itu, memasang keramik sendiri sangat sulit, sehingga dianjurkan bahwa Anda memi- liki tukang yang memang ahli dan profesional dalam melakukan instalasi keramik. Jadi bisa dikatakan ada daya  tarik  tersendiri  jika  anda  menggunakan  atau mengaplikasikan  keramik  batu  alam  pada  rumah anda.

## 3 METODE PENELITIAN

## Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan selama 10 bulan di Laboratorium  Fisika  Material,  FMIPA  Universitas Sriwijaya  dan  Laboratorium  Kimia  Fisik  FMIPA Universitas Lampung dan Batan Serpong.

## Alat dan Bahan
Adapun  alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah,  pompa  vacum,    magnetik  stirrer,  air  bebas ion, mortar, pengaduk, beaker glass, labu elenmeyer, aluminium  foil,  cawan  tahan  panas,  timbangan digital, pengayak dengan diameter 180 μ m, penekan hidrolik,  dan furnace ,  uji  fisis  dan  mekanik  .  Bahan yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  serbuk MgO, SiO 2

## Pendekatan Eksperimen Secara Umum
Untuk  mencapai  tujuan,  pendekatan  eksperimen mengacu  pada  tiga  aspek  utama  dalam  prinsip penelitian  dan  pengembangan  material  Gambar  3) yang  berkaitan  satu  sama  lain  yakni  (1)  sintesis,  (2)
karakteristik  sifat  fisis  (densitas,  porositas,  dan konduktivitas) dan mekanik ( hardness /kekerasan dan fracture  toughnes /keretakan)  yang  diatur  dengan suhu sintering,
Gambar 3. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian

## Prosedur Penelitian
a. Sintesis Keramik Forsterite
Serbuk  MgO  dan  silika  dicampur  dengan  perban- dingan  komposisi  MgO:SiO 2 adalah  3:2  (wt%).  Ke- mudian  campuran  diaduk  dengan  magnetik  stirrer selama  4  jam  dengan  menggunakan  mediator  air bebas ion, lalu dipanaskan pada suhu 110  C selama 6 jam, sehingga serbuk kelihatan putih dan transpa- ran, digunakan sebagai sampel forsterite . Selanjutnya sampel  yang  telah  diperoleh,  dalam  bentuk  serbuk, digerus dengan ukuran butir 200 mesh, dan dicetak dalam  bentuk  pellet  silinder  dengan  alat  penekan seberat  10  ton.  Selanjutnya  disintering  pada  suhu 850, 950, dan 1050  C dengan heating rate 3  C/min 4  jam.  Sampel  berupa  pellet  sebanyak  4  buah,  di- tambah dengan sampel tanpa sintering sebagai kon- trol.
b. Uji Sifat Fisis Keramik Forsterite Pengukuran Densitas dan Porositas Metode yang digunakan dalam pengukuran densitas dan porositas adalah prinsip Archimedes  (Autralian standard, 1989) sebagai berikut:
 = M d  m (1/M s – 1/M i ) (1)
Dimana,  = densitas sampel (gr/cm 3 ),  m = densitas media  pencelupan  (gr/cm 3 ),  M d =  massa  kering sampel (gr), M s dan M i adalah masing-masing massa sampel  jenuh  (massa  immersi)  dan  massa  sampel jenuh  di  udara  (massa  saturasi).  Mengukur  persen- tasi porositas (%P) dengan menggunakan persamaan di bawah ini:
%P = (M s – M i )/( M s – M d ) × 100%
(2)
c. Uji Sifat Mekanik Keramik Forsterite
Uji Kekerasan ( Hardness )
Uji hardness dan fracture toughness dilakukan meng- gunakan microhardness test , yakni dengan menekan beberapa titik pada sampel. Nilai hardness dapat dan fracture  toughness dihitung  dengan  persamaan  di bawah ini:
Vickers Hardness (H V ) = (1.854 P)/d 2
(3)
Dimana,  nilai  kekerasan  (HV)  bahan  dalam  satuan Pascal (Pa),  P  adalah  tekanan  (n/m 2 ),  d  =  diagonal penekanan (m).
Fracture Toughness = 0.16 (H V )  a (c/a) 1/2 (4)
Dimana c adalah panjang keretakan (m) dan a ada- lah panjang ½ diagonal

## 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Sintesis Keramik Forsterite dengan Metode Padatan (Solid state reaction)
Pada  penelitian  ini  sintesis  keramik  forsterite  dila- kukan  dengan  mencampurkan  serbuk  silika  (SiO 2 ) dan  magnesium  oksida  (MgO)  dengan  perbandin- gan  3:2.  Serbuk  silika  (Gambar  4a)  dicampur  den- gan serbuk magnesium oksida  (Gambar 4b). Untuk mendapatkan  perbandingan  komposisi  di  atas, sebanyak  1,22  gr  silika  dicampur  dengan  1,84gr magnesium oksida dan digerus. Selanjutnya, dicam- pur dengan pelarut etanol serta diaduk selama 6 jam menggunakan  magnetik  stirrer  dan  dikeringkan  da- lam  oven pada suhu 110  C selama 6  jam, sehingga serbuk kelihatan putih (Gambar 4c).
Serbuk  forsterite  yang  diperoleh,  selanjutnya  di- gerus    hingga  ukuran  butir  200  mesh,  dan  dicetak dalam  bentuk  pellet  silinder  dengan  alat  penekan
seberat  10  ton.  Selanjutnya  disintering  pada  suhu 850, 950, dan 1050  C dengan heating rate 3  C/min 4  jam.  Sampel  berupa  pellet  sebanyak  4  buah,  di- tambah dengan sampel tanpa sintering sebagai kon- trol.  Pellet  keramik  forsterite  ditunjukkan  pada Gambar 5.
(a) (b)
(c)
Gambar 4. Proses sintesis keramik forsterite (a) serbuk silika, (b) Serbuk magnesium oksida dan (c) Serbuk forste- rite
Gambar 5. Keramik forsterite (a) tanpa sintering dan sin- tering pada suhu (b) 850, (c) 950 dan (d) 1050  C

## Hasil Uji Sifat Fisis dan Mekanik Keramik Forsterite
Perlakuan  sintering  dapat  mempengaruhi  mikro- struktur  diantaranya,  pori, microcracking ,  luas  per- mukaan,  dan grain  boundary .  Perubahan  tersebut juga akan mempengaruhi sifat fisis keramik forsterite yakni  densitas,  porositas,  konduktivitas,  kekerasan dan fracture toughness.

## Hasil Uji Densitas dan Porositas
Pada penelitian ini pengukuran densitas dan porosi- tas  dilakukan  menggunakan  timbangan analitic  bal- ance merk Wiggen  Hauser dengan  prinsip Archi- medes .  Hasil  pengukuran  densitas  dan  porositas  di- tunjukkan pada Gambar 6. Hasil pengukuran densi- tas keramik forsterite terhadap perubahan suhu sin- tering menunjukkan bahwa nilai densitas meningkat seiring dengan peningkatan suhu sintering (Gambar 6a).  Peningkatan  densitas  mengindikasikan  terja- dinya proses pemadatan ( densifikasi ), dan  kemung- kinan terjadinya perubahan struktur dan mikrostruk- tur,  serta  partikel-partikel  saling  mengikat  sehingga ukuran  butiran  menjadi  lebih  besar  dan  menutupi seluruh  permukaan.  Peningkatan  densitas  sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya (Kharaziha, and Fathi, 2009), menyimpulkan bahwa peningkatan densitas akibat peningkatan suhu sinter- ing  dan  juga  peningkatan  pembentukan  struktur forsterite. Dari  hasil  pengukuran  menunjukkan  nilai densitas  yang  disintering  pada  rentang  suhu  sinter- ing  850-1050  ºC  adalah  sebesar  1,89  -  2,15  gr/cm 3 . Perbedaan yang cukup signifikan dengan nilai densi- tas  yang  diperoleh  Jing et  al ,  2009 yang  menunjuk- kan nilai densitas 0,8 - 1,6 gr/cm 3.
Gambar 6. Perubahan (a) densitas dan (b) porositas ter- hadap suhu sintering
Hasil pengukuran porositas (Gambar 6b) menun- jukkan  bahwa  porositas  menurun  seiring  dengan kenaikan suhu sintering. Penurunan porositas secara perlahan  lahan  mulai  suhu  sintering  850  ºC  hingga 950  ºC  dan  porositas  menurun  secara  drastis  mulai suhu sintering  950 hingga 1050 ºC meskipun penu- runan  cukup  kecil  yang  mengindikasikan  penyusu- tan sampel tidak mengalami perubahan yang signifi- kan.  Fenomena  ini  terjadi  akibat  pembentukan struktur  forsterite  terjadi  pada  suhu  range  850- 1050ºC.  Penurunan  porositas  juga  kemungkinan terjadi akibat pengaruh energi panas yang mengak- tifkan proses difusi atom antar butiran sehingga ter- jadi  pertumbuhan  butir  yang  dapat  menutupi  pori-
pori sehingga porositas mengecil. Penurunan porosi- tas  sekaligus  meningkatkan  naiknya  densitas  forste- rite. Fenomena ini menunjukkan bahwa jarak antar atom  dan  partikel  semakin  kecil  sehingga  mening- katkan luas permukaan forsterite.

## Hasil Uji Kekerasan
Pengujian  kekerasan  dilakukan  menggunakan  alat microhardness tester merk Zwick/Roell ZHµ (Gambar 7a)  dengan  metode vickers pada  tiga  titik,  beban yang diberikan sebesar 0,1 kgf sehingga pada bekas indentasi  terdapat  retakan  kecil  berbentuk  bujur sangkar yang dapat dilihat menggunakan mikroskop optik  (Gambar  7b).  Gambar  8  (a),  (b),  (c)  dan  (d) menunjukkan bekas indentasi pada pengujian keke- rasan.
(a)
(b)
Gambar 7.  (a) Alat microhardness tester dan (b) mi-
kroskop optik.
Gambar 8. Bekas indentasi pada pengujian kekerasan ke- ramik forsterite  pada suhu (a) 850, (b) 950, (c) 1050 ºC.
Bedasarkan Gambar 8 (a), (b), dan (c), bekas in- dentasi  yang  berbentuk  bujur  sangkar  seperti  yang ditunjuk  panah  berwarna  merah,  diukur  panjang kedua diagonalnya untuk mendapatkan nilai kekera- san.  Semakin  kecil  panjang  diagonal  rata-ratanya maka kekerasan akan semakin besar. Gambar 9 me-
nunjukkan  perubahan  nilai  kekerasan  akibat  kenai- kan suhu sintering sampel.
Gambar 9. Perubahan kekerasan terhadap suhu sintering
Hasil  pengukuran  kekerasan  menunjukkan  bah- wa  kekerasan  meningkat  seiring  dengan  kenaikan suhu sintering. Salah satu faktor peningkatan kekera- san  adalah  akibat  meningkatnya  densitas  dan  per- sentase  porositas  yang  menurun,  sehingga  semakin merapatnya partikel-partikel dalam sampel dan seka- ligus  ikatan  antar  butiran  satu  dengan  yang  lainnya menjadi  kuat.  Dari  hasil  perhitungan  didapatkan nilai  kekerasan  sampel  pada  rentang  suhu  sintering 850-1050ºC  adalah  sebesar  0,55-1,25  GPa.  Berda- sarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan  Kharaziha and Fathi, 2010 menunjukkan perbedaan nilai keke- rasan  yang  diperoleh  sebesar  2,8  GPa  pada  suhu sintering sampel 750 – 1200 ºC. Berdasarkan perbe- daan  tersebut  mengindikasikan  bahwa  karakteristik forsterite dapat diatur dengan perlakuan termal. Ha- sil  pengukuran  ini  sesuai  dengan  hasil  teoritis  yang menyatakan  bahwa  nilai  kekerasan  meningkat  seir- ing meningkatnya densitas dan menurunnya persen- tase  porositas  serta  didukung  oleh  kehomogenan sampel,  Homogenitas  sampel  dapat  diketahui  den- gan  melakukan  analisis fracture  surface mengguna- kan alat SEM (Gambar 10 (a)).
(a) (b)
Gambar 10. (a) Alat SEM, (b) Sampel Forsterite.
Hasil  analisis fracture  surface dari  keramik  forste- rite ditunjukan oleh Gambar 11 (a), (b), dan (c).
Berdasarkan gambar di atas, hasil analisis sampel yang disintering pada suhu 850 dan 950 ºC (Gambar 11a  dan  b)  mempunyai  bentuk  butir  yang  seragam dengan  ukuran  butir  yang  kecil.  Selain  itu,  dari
gambar juga terlihat bahwa sampel mengalami kere- takan  dengan  ukuran  yang  kecil,  ditunjukkan  oleh panah warna biru. Keretakan terjadi karena terben- tuknya  fasa  kristobalit  yang  mendominasi  sampel akibat pengaruh suhu sintering (Damiyanti and Eris- tian,  2012).,  sehingga  mengakibatkan  timbulnya  ke- retakan ( micro  cracking )  Pada suhu 1050 o C (Gam- bar  11c),  hasil  analisis  menunjukkan  penyatuan butiran  secara  lebih  jelas,  jumlah  pori  menjadi berkurang  dan  tidak  terlihat  lagi  retakan  yang disebabkan oleh menurunnya fasa kristobalit.
(a)
(b)
(c)
Gambar 11. Hasil analisis fracture surface keramik forste- rite  pada suhu (a) 850 ºC, (b) 950 ºC, dan (c) 1050 ºC

## Hasil Uji Konduktivitas
Perubahan  nilai  resistivitas  dan  konduktivitas  kera- mik forsterite akibat perubahan suhu sintering disaji- kan pada Gambar 12. Hasil pengukuran menunjuk- kan bahwa resistivitas meningkat seiring dengan ke- naikan  suhu  sintering,  sementara  konduktivitas  me- nurun seiring dengan kenaikan suhu sintering. Gam- bar  12a  menunjukkan  bahwa  terjadi  peningkatan nilai resistivitas mulai dari suhu sintering sampel 850- 1050 ºC, dengan rentang nilai 1,1 × 10 2 – 3,3 ×10 2 Ω /cm.  Peningkatan  nilai  resistivitas  ini  terjadi  akibat densitas  meningkat  dan  porositas  menurun  seperti yang ditunjukkan pada gambar 6. Dengan  kata  lain ukuran butir yang semakin besar seiring dengan ke- naikan suhu sintering, Semakin besar ukuran butiran maka  jumlah  pori  berkurang,  akibatnya  mobalitas ion  oksigen  semakin  terhambat  dan  menyebabkan nilai  konduktivitas  listrik  mengalami  penurunan (Gambar  12b).  Dari  hasil  perhitungan  didapatkan nilai  konduktivitas  listrik  keramik  forsterite  rata-rata sebesar  1,8  ×  10 -2 S/cm.  Menurut  penelitian  yang dilakukan Schock et al , 1989 nilai konduktivitas fors- terite  yang diperoleh sebesar 1 × 10 -2 S/cm. Berda- sarkan  nilai  di  atas  dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa forsterite  cenderung  mendekati  sifat  isolator.  Den- gan  kata  lain,  keramik  forsterite  yang  diperoleh  da- lam  penelitian  ini    mendekati  sifat  isolator  sehingga dapat  diaplikasikan  sebagai  bahan  untuk  keperluan elektronik sebagai isolator listrik.
Gambar 12. Perubahan (a) resistivitas dan (b) konduktivi- tas terhadap suhu sintering.

## 5 SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  uji  densitas,  porositas,  kekerasan dan  konduktivitas  sampel  forsterite  yang  disintesis, maka dapat ditarik kesimpulan yakni:
Densitas, kekerasan dan porositas keramik forste- rite mengalami perubahan dengan perubahan suhu sintering,  yakni  densitas  dan  kekerasan  meningkat dan sebaliknya porositas menurun dengan kenaikan
suhu  sintering.  Perubahan  nilai  densitas  dalam  ren- tang sebesar 1,89 - 2,15 gr/cm 3 dan perubahan nilai kekerasan sebesar 0,45 – 1,52 GPa.
Konduktivitas  keramik  forsterite  mengalami  pe- nurunan seiring kenaikan suhu sintering dengan ren- tang nilai Pengaruh suhu sintering terhadap konduk- tivitas  sampel  menunjukkan  bahwa,  terjadi  penuru- nan nilai konduktivitas seiring dengan meningkatnya suhu sintering sampel, dengan nilai rata-rata berkisar 1,8 × 10 -2 S/cm dan nilai resistivitas dengan rentang nilai 1,1 x 10 2 – 3,3 × 10 2 Ω /cm. Berdasarkan karak- teristik  kedua  nilai  tersebut  mengindikasikan  bahwa keramik forsterite bersifat isolator.
REFERENSI  _____________________________
[1] Australian Standard, (1989), “Refractories and Refrac- tory Material Physical Test Methods: The Determina- tion of Density, Porosity and Water Adsorption”, 1774.
[2] Chesters, J.H. 1973. Refractories: Production and Prop- erties . The Iron and Steel Institute: London, UK. (p 3- 13).
[3] Diesperova, M I, V A Bron, V.A., Perepelitsyn, V.A., Boriskova, T.A.,Alekseeva, V.A.,
[4] Kelareva, E.I., (1977). "Refract." Ind Ceram, pp. 278.
[5] Damiyanti, Eristian. 2012. Pengaruh Suhu Sintering Terhadap Karakteristik Struktur Dan Mikrostruktur Komposit MgO-SiO 2 Berbasis Silika Sekam Padi (Skrip- si). Fisika FMIPA Universitas Lampung. Bandar Lam- pung
[6] Gibson, R F. (1994) Principles of Composite Materal Mechanics. New York: McGraw-Hill Inc.
[7] Jahn, S., (2010). First-Principles Study of Elastic Prop- erties and Displacive Phase Transitions In MgSiO 3 Ens- tatites. GFZ. Germany.
[8] Jing, L., Qi., W., Jihui, L., and L. Peng, L., (2009). Syn- thesis Process of Forsterite Refractory by Iron Ore Tail- ings. Journal of Environmental Sciences Supplement . S92–S95.
[9] Kasanovic, Cleo., Stubicar, Nada., Tomasic, Nenad., Vladmir, Bermanec., Stubicar Mirko and Ivankovic,
Hrvoje .(2005). Synthesis of Forsterite Powder from Zeolite Precursors. Pp. 203-208. Croatica Chemica Acta . University of Zagreb. Croatia.
[10] Kharaziha, M and Fathi, M.H., (2009). Synthesis and characterization of bioactive forsterite nanopowder . Ceramics International 35. Pp. 2449-2454.
[11] Kharaziha, M and Fathi, M. H. (2010). Mechanically Activated Crystallization of Phase Pure Nanocrystalline forsterite Powders. Pp.534. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. Department of Ma- terials Engineering Isfahan. University of Technology Isfahan. Iran.
[12] Kingrey, W.D, Bowen, H.H, Uhlmann, D.R, (1976),” Introduction to Ceramics ” 2 nd , Eddition, Jhon Wiley & Sons.
[13] Kudoh, Y and Takeuchi, Y. (1985). The Crystal Struk- ture of Forsterite Mg 2 SiO 4 under High Pressure up to 149 kb. Journal Zeitschrift fur Kristallographie 171:291- 302.
[14] Matthew, B.D., Jackson., D., and James, P.F. (1998). Preparation and Characterization of Forsterite (Mg 2 SiO 4 ) Aerogels. Journal of Non-Crystalline Solids . Department of Engineering Materials: University of Sheffield. 225: 125–129
[15] Pack, A., Palme, H., Michael, J., and G. Shelley, G., (2005). Origin of Chondritic Forsterite Grains. Geochi- mica et Cosmochimica Acta . 69(12): 3159–3182.
[16] Rahaman, I.A. (1995). Ceramics Pressing and Sintering . Department of Ceramics Engineering University of Mis- soury-Rolla Rola. Issouri.
[17] Saberi, A., Alijenad, B., Negahdari, Z., Kazemi, F., (2007). Low Temperature Synthesis of Nanocrystalline Forsterite." Materials Reseach Bulletin, pp.666-673.
[18] Schock, R. N., Duba, A and T. J,  Shankland. 1989. Electrical Condition in Olivin. J Geophys. Res ., 94, 5829-5839.
[19] Song, K.X. and X.M. Chen, X.M., (2008). Phase Evolu- tion and Microwave Dielectric Characteristics of Ti- Substituted Mg 2 SiO 4 Forsterite Ceramics. Matterials Let- ter . 62: 520-522.
[20] Tavangarian, F and Emadi, R. (2010). Synthesis of Pure Nanocrystallin Magnesium Silicate Powder. pp. 122. Is- fahan University of Technology (IUT).
[21] Xu, P.K. and G.Z. Wei, G.Z., (2005). New Process Tech- nology for Refractory . Metallurgy Industry Press, Beijing. 46–47. ______________________________________