## PISTON Journal of Technical Engineering:

## Proses Sintering dan Karakterisasi pada
Keramik Zircon Silikat (ZrSiO4)
Suprapedi 1 , dan Mulyadi 2,*
1 Program Studi Magister Teknik Informatika , Universitas Dian Nuswantoro, Semarang
2 Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Tangerang Selatan, Banten
E-mail: *dosen01545@unpam.ac.id
Masuk : 10 Maret 2020 Direvisi : 2 April 2020
Disetujui : 15 April 2020
Abstrak: Zircon  silikat  (ZrSiO 4 )  merupakan  jenis  keramik  berbasis  oksida  dan  banyak  dipergunakan  sebagai  bahan refraktori.  Untuk  mengetahui  proses  sintering  yang  optimal  maka  pada  penelitian  ini  di  gunakan  bahan  alami  yaitu  zirkon silikat.  Preparasi  bahan  dilakukan  melalui  proses  pencampuran  menggunakan  wet milling dengan  alat  ball  mill  selama  12 jam.  Selanjutnya dilakukan proses pengeringan dan pencetakan membentuk sampel pelet.  Pada proses pencetakan tekanan yang diberikan pada saat proses pencetakan sampel menggunakan gaya sebesar 10000 kgf.  Selanjutnya  dilakukan  proses sintering (pembakaran) dengan variasi suhu 1200 O C, 1300 O C, dan 1400 O C  menggunakan tungku listrik dan ditahan selama 60 menit. .Sampel pelet yang telah disintering dilakukan pengujian antara lain :  densitas, kekerasan, dan kuat tekan.  Hasil karakterisasi  keramik  zircon  silikat  (ZrSiO 4 )    menunjukkan  bahwa  densitas  maksimum  terdapat  pada  sampel  dengan  suhu sintering 1400 O C dengan nilai  3,93 g/cm 3 . Dalam pengujian kekerasan menunjukan nilai kekerasan tertinggi  dicapai pada suhu 1400 O C dengan nilai 570 Hv. Sedangkan pada pengujian kuat tekan nilai tertinggi dicapai dengan suhu sintering 1400 O C mendapat angka kuat tekan sebesar 792,63 kg/cm 2
Kata kunci : zircon silikat (ZrSiO 4 ), sintering, refraktori,  densitas, kekerasan, kuat tekan.
Abstract: Zircon silicate (ZrSiO4) is a type of oxide-based ceramic and is widely used as a refractory material. To determine the optimal sintering process, this study used a  natural material, namely zircon silicate. Material preparation was carried out through a mixing process using wet milling with a ball mill for 12 hours. Furthermore, the drying and printing processes are carried out to form pellet samples. In the printing process, the pressure applied during the printing process uses a force of  10000  kgf.  Furthermore,  the  sintering  process  is  carried  out  with  temperature  variations  of  1200OC,  1300OC,  and 1400OC  using  an  electric  furnace  and  held  for  60  minutes.  The  samples  of  pellets  that  have  been  sintered  are  tested, including:  density, hardness  and  compressive  strength.  The  characterization  results  of  zircon  silicate  ceramics  (ZrSiO¬4) show that the maximum density is found in the sample with a sintering temperature of 1400 ° C with a value of 3.93 g / cm3. In hardness testing, it shows that the highest hardness value is reached at a temperature of 1400 ° C with a value of 570 Hv. Whereas in the compressive strength test the highest value was achieved with a sintering temperature of 1400 ° C getting a compressive strength figure of 792.63 kg / cm2
Keywords: zircon silicate (ZrSiO4), sintering, refractory, density, hardness, compressive strength.

## PENDAHULUAN
Pembuatan keramik pada zaman dahulu hanya dilakukan dengan membakar satu bahan saja, yaitu dengan lempung (tanah liat). Seni dan Industri keramik telah berlangsung sejak ribuan  tahun yang lalu, proses pembuatan keramik  pada  zaman  dahulu  dengan  cara  dibakar  menggunakan  bahan  dan  peralatan  sederhana.  Bahan  yang dipakai adalah feldspar (seperti batuan beku asam, dan granit), tanah liat dan lempung [1]. Hal ini disebabkan karena pengetahuan tentang keramik belum menandai.
Seiring dengan perkembangan ilmu bahan maka proses pembuatan keramik dari tahun ke tahun mengalami kemajuan.  Pada  awalnya  diproduksi  secara  tradisional  dari  mineral  alam,  namun  sekarang  kegunaan  keramik sudah bermacam-macam fungsinya, dulu hanya digunakan sebagai barang pecah belah, gerabah. Sekarang telah
menjadi industri  yang cukup  besar dengan aplikasi  kegunaan seperti keramik poselin salah satu bahan isolator listrik, komponen mekanik,bahan refraktori dan lainnya.
Untuk meningkatkan kualitas produk keramik tradisional ini, perlu dilakukan  rekayasa sifat mekanis guna meminimalisir  cacat  atau  rusak  saat  proses  produksi.    Material  industri  keramik  mengalami  perkembangan pesat. Perkembangan tersebut meliputi didalam struktur, komposisi, sifat-sifat fisis dan mekanik. Zirkon silikat tergolong jenis material alam yang memiliki kandungan Zirkonia dan silika yang tinggi.  Material keramik yang memiliki  kandungan  zirkonia  dan  silika  yang  tinggi  dapat  dimanfaatkan  sebagai  bahan  tahan  panas,  karena memiliki  suhu  lebur  yang  tinggi  [2].  Proses  sintering  adalah  salah  satu  tahapan  pada  produksi  keramik,  dan kualitas  suatu  produk  keramik  dapat  tergantung  pada  proses  sintering.  Jadi  proses  sintering  merupakan  suatu proses  konsolidasi  serbuk  hingga  menjadi  padatan  yang  kuat  [3,  4].  Setiap  material  memiliki  tingkatan  suhu sintering  yang  berbeda,  semakin  tinggi  suhu  leburnya  maka  semakin  tinggi  suhu  sinteringnya  [4].  Parameter- parameter  yang  mempengaruhui  suhu  sintering  antara  lain  [4,5]  :  tingkat  kemurnian  dari  bahan  dan  tingkat kehalusan  bahan  [5,6].  Penelitian  proses  sintering  material  keramik  telah  banyak  dilakukan  diantaranya peneltian  yang  berkaitan  sintering  keramik  alumina  (Al 2 O 3 )    yaitu  proses  sinteringnya  dilakukan  pada  suhu sangat tinggi yaitu pada  suhu 1500-1700 O C karena alumina  mempunyai titik lebur mencapai 2050 O C[7]. Pada tulisan  ini  dibahan  tentang  proses  sintering  keramik  zirkon  silikat  serta  mengetahui  pengaruhnya  variasi  suhu sintering terhadap karakteristik keramik zirkon silikat.

## METODOLOGI
Bahan baku yang digunakan antara lain serbuk zirkon silikat, bahan ini lagsung digiling menggunakan ball mill  denag  media  milling  aquades  dan  waktu  milling  selama  12 jam.  Kemudian  sampel  di  keluarkan  dari  ball mill  dan  dikeringkan  di  pengering  pada  suhu  110 o C  sampai  sampel  menjadi  kering.  Selanjutnya  serbuk  yang telah kering di gerus menggunakan mortar tangan dan diayak lolos ayakan 200 mesh. Selanjutnya serbuk yang telah  halus  di  campur  dengan  perekat  Poly  Vinyl  Alcohol  (PVA)  sebanyak  5  %  berat.    Kemudian  dicetak membentuk pelet berdiameter 18 mm dengan gaya tekan sebesar 10000 kgf.  Pelet yang dihasilkan selanjutnya di sintering menggunakan tungku listrik dengan laju kenaikan suhu 10 o C per menit, suhu sintering divariasikan yaitu 1200, 1300 dan 1400 o C dan ditahan untuk masing-masing suhu sintering selama 60 menit. Sampel yang telah disintering dilakukan pengukuran densitas yang diukur massa sampel dengan timbangan digital, dan diukur dimensi tebal dan diameter sampel, kemudian dihitung volume silinder. Selanjutnya dihiyung nilai densitas dengan persamaan :

## Massa
Densitas =  =  -------------------    g/cm 3 .......................................(1)
Volume
Sedangkan  kekerasan  vickers  sampel  diukur  menggunakan  microhardness  tester,  dan  dilanjutkan  dengan pengukuran kuat tekan, perhitungan kuat tekan di lakukan menggunakan persamaan :
Gaya tekan (F)
Kuat tekan = -----------------------     kgf/cm 2 .......................(2) Luas penampang (A)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil uji densitas Zircon Silikat (ZrSiO 4 ).
Hasil penelitian yang penulis lakukan, maka nilai densitas setelah proses sintering dapat diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik Hasil Pengujian Densitas.
Dari  Gambar  1  grafik  di  atas  terlihat  bahwa  nilai  densitas  meningkat  seiring  dengan  bertambahnya  suhu sintering . Nilai  densitas  maksimum  di  peroleh  pada  suhu  1400 O C  dengan  waktu  sintering  selama  60  menit dengan  nilai  3,93g/cm 3 .  Sedangkan  densitas  teoritis  untuk  zirkonsilikat  adalah  4,30  g/cm3  [2].  Bilai  hasil  dari penelitian  ini  dibandingkan  dengan  densiitas  teoritis  masih  dibawahnya,  dan  dikatakan  densifikasinya  baru tercapai 91 %.

## Hasil Uji Kekerasan Zircon Silikat (ZrSiO 4 )
Dari  hasil  penelitian  yang  penulis  lakukan  maka  hasil  dapat  di  ketahui  dengan  pengujian  kekerasan menggunakan microhardness tester. Hasil pengujian kekerasan vikers diperlihatkan seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Kurva hubungan kekerasan terhadap suhu sintering
Dari  Gambar  2  dapat  dilihat  sampel  dengan  suhu  sintering  1400 O C  menunjukan  nilai  kekerasan  tertinggi dengan nilai hardness vikers 570 Hv. Nilai kekerasan pada suhu 1300 O C diperoleh nilai hardness vikers dengan nilai    485  Hv.  Sedangkan  dengan  suhu  1200 O C  didapat  kekerasan  vickers  terendah  sebesar  372Hv.  Bila dibandingkan dengan kekerasan zirkonia atau alumina masih tergolong lebih rendah.

## Hasil uji Kuat Tekan (ZrSiO
4 )
Hasil uji kuat tekan dengan variasi suhu sintering di perlihatkan pada Gambar 3 sebagai berikut.
3,21 3,49 3,93 3 3,5 4 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 bu lk density , g/cm 3 Suhu sintering, o C 372 485 570 300 400 500 600 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 Kek e ra s a n , Hv Suhu sintering, o C
Gambar 3. Kurva hubungan kuat tekan terhadap suhu sintering.
Dari Gambar 3 meunjukkan hasil pengujian kuat tekan bahwa angka berkisar antara 325.78 kg/cm 2 – 792,63 kg/cm 2 .  Sesuai  dengan  niali  densitas  atau  keketrasan,  semakin  besar  nilai  densitas  nya  akan  semakin  padat sehingga kuat tekannya juga cenderung meningkat denga meningkatnya suhu sintering.

## KESIMPULAN
Peningkatan suhu sintering dapat memberikan pengaruh yang siqnifikan terhadap nilai densitas, keketasan dan  kuat  tekan.  Nilai  densitas  ,  kekerasan  dan  kuat  tekan  tertinggi  dari  keramik  zirkon  silikat  tercapai  setelah proses sintering pada suhu 1400 o C.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Mulyadi  Utomo  Agus,  Drs.  2007.  Wawasan  dan  Tinjauan  Seni  Keramik,  Institut  Seni  Denpasar: Paramita.
[2] Aprilla  Erryani,  Pengaruh  penambahan  Zikonium  silikat  sebagai  insulator  termal  terhadap  nilai konduktivitas termal liner HTPB, Berita Dirgantara Vol 12 no 4 , Desember 2011, 126-151
[3] Ristic, M.M., Sintering New  Developments, Material  Science Monogrraphs,  vol 4, Proceeding of 4th International  Round  Table  Conference  on  Sintering,  Dubrovnik,  Yugoslavia,  September  5-  10, 1979,Elsevier Scientif Publishing Company, Amsterdam-Oxford, New York.
[4] German,  R.  M.,  1991,  Fundamental  of    Sintering,  Engineering  Materials  Handbook,  vol  4,  Ceramic Glases, W.D Nikki, ed. The Materials Informatiaon Society.
[5] Richerson, D.W., 1982, Modern Ceramic Enginerring, p.217 – 239.
[6] S. Abdolazizi, R. Naghizadehb, S. Baghshahic, The Comparison of MgO and TiO2 Additives Role on Sintering  Behavior  and  Microstructures  of  Reaction-Sintered  Alumina-Zirconia-Mullite  Composite, ACERP: Vol. 1, No. 2, (Summer 2015) 11-17
[7] Heidy  L. CALAMBÁS PULGARÍN and María P. ALBANO, Sintering and Microstrusture of  Al2O3 and Al2O3-ZrO2 Ceramics, Procedia Materials Science 8 ( 2015 ) 180 – 189
325,78 492,08 792,63 300 400 500 600 700 800 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 Kuat T e k a n, k gf /c m 2 Suhu sintering, o C