Pengaruh Aditif Mgo/Cao dan Suhu Sintering terhadap Mikrostruktur dan Karakteristik Keramik PSZ

Abstract

Partially Stabilized Zirconia (PSZ) is a toughness ceramic, and they can be used for cutting tool equipment and bio ceramic. The partially stabilized Zirconia was be made by using additive 12 % MgO and 8,64 % CaO. Powder preparation was be done by using precipitation method, where raw materials MgCl2 or CaCl2 and ZrOCl2.8H2O were mixed with water and added ammonia solution until found precipitat. The precipitat was dried in drying oven at 100°C for 24 hours, and then calcined at 800°C. The powder waspulverized and sieved until- 400 mesh, Then pressing at 5 ton. The all samples were sintered at temperature 1100 -c until 1500 -c with interval 100°C and hold for 3 hours. The characterization is such as : testing of physical and mechanical properties (porosity, density, hardness, toughness, bending strength, and coefficient thermal expansion), analysis of microstructure by using XRD and SEM. The characterization results show that ceramic powder of Mg-PSZ and Ca-PSZ after calcination have average particle size about 4,07 ?m and 4,12 ?m . According to microstructure analysis show that tetragonal, monoclinic and cubic phases were formed with grain size about 0,1 ?m - 20 ?m for both samples. The optimum condition was obtained at sintering temperature 1500ºC with the result as: • MG-PSZ ceramics gas physical and mechanical properties such as: density = 5,41 g/ cm3, porosity = 10,4%, hardness = 11,2 GPa, toughness = 3,535 MPa-?m,bending strength = 570 Mpa. • Ca-PSZ ceramics gas physical and mechanical properties such as: density = 5,16 g/cm3, porosity - 13,1%, hardness = 10,7 GPa, toughness = 3,474 MPa-?m, bending strength = 611,6 Mpa. From the measurement of thermal expansion result shows that ceramic Mg-PSZ and Ca-PSZ has coefficient thermal expansion about (10 - 21) x 10-6C0-1

Partially Stabilized Zirconia (PSZ) merupakan bahan keramik yang tangguh sehingga dapat digunakan sebagaialat cutting toll dan bio ceramic. Telah dilakukan pembuatan keramik PSZ dengan komposisi aditif sebesar 12 % MgO dan 8,64 % CaO. Proses preparasi sampel dilakukan melalui metoda kopresipitasi dengan cara pencampuran serbuk MgCl2 atau CaCl2 dengan serbuk ZrOCl2•8H2O dalam air dan ditambahkan ammonia hingga membentuk endapan. Endapan ini selanjutnya dikeringkan di dalam oven dengan suhu pemanasan 100°C selama 24 jam, dan dikalsinasi 800°C . Serbuk yang dihasilkan di baluskan dan diayak hingga lolos ayakan 400 mesh, dicetak dengan tekanan sebesar 5 ton. Benda yang telah dicetak tekan kemudian disintering pada suhu 11OO°C hingga 1500°C dengan interval kenaikan suhu sebesar 100°C dan masing-masing ditahan selama 3 jam. Karakterisasi yang dilakukan meliputi: pengujian sifat fisis dan mekanik (porositas, densitas, kekerasan, ketangguhan, kuat patah, dan koefisien ekspansi termal), sedangkan analisa mikrostruktur dilakukan dengan menggunakan XRD dan SEM. Dari basil kalsinasi serbuk keramik Mg-PSZ dan Ca-PSZ pada suhu 800ºc diperoleh ukuran butir rata-rata sebesar 4,07?m dan 4,12?m. Berdasarkan hasil analisa struktnr mikro menunjukkan bahwa telah terbentuk fasa monoklinik, tetragonal dan kubik dengan ukuran butir yang diperoleh berkisar 0,1 ?m – 20 ?m . Kondisi optimum dicapai pada suhu sintering 1500°C dengan hasil sebagai berikut: • Keramik Mg-PSZ menghasilkan sifat fisis dan mekanis : densitas - 5,41 g/cm3, porositas 10,41 %, kekerasan = 11,2 GPa, ketangguhan = 3,535 MPa?m , kekuatan patah = 570 Mpa. • Keramik Ca-PSZ menghasilkan sifat fisis dan mekanis : densitas = 5,16 g/cm3, porositas = 13,1 %, kekerasan = 10,7 GPa, ketangguhan = 3,474 MPa?m, kekuatan patah = 611,6 Mpa. • Dari hasil pengukuran koefisien ekspansi termal keramik Mg-PSZ dan Ca-PSZ diperoleh berkisar antara (10-21) x 10-6C0-1 en_US