Laporan Akhir Praktikum

Laboratorium Teknik Material 3

Modul E Modulus Young dan Porositas Keramik

Oleh :

Nama : Surya Eko Sulistiawan

NIM : 13713054

Kelompok : 3

Anggota (NIM) : Adam Dwiputra Tanjung (13713039)

Waras Septiana (13713048)

Muhammad Adib H. (13713052)

Irza Aulia Zaim (13712006)

Tanggal Praktikum : 6 April 2016

Tanggal Penyerahan Laporan : 11 April 2016

Nama Asisten (NIM) : Rachmad Santoso (13712042)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material

Program Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2016

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Material yang banyak dijumpai dalam bahan konstruksi salah satunya yaitu

keramik. Produk keramik yang digunakan dalam bahan konstruksi antara lain

dinding, tegel, closet, genteng dan lainnya.

Proses produksi keramik terutama keramik konvensional bisa dilakukan

dengan berbagai cara. Dari hasil produksi keramik dapat dihasilkan sifat keramik

tersebut. Sifat yang biasa ditemukan di keramik ialah kekerasannya yang tinggi

namun getas.

Sifat getas keramik dinyatakan dengan modulus elastisitas dimana besarnya

dapat diukur dengan metode three point bending. Selain itu, ada sifat keramik

yang menyatakan ukuran kualitas keramik, yaitu porositas. Porositas dapat diukur

besarnya dengan metode Archimedes.

1.2 Tujuan Praktikum

Menentukan modulus elastistas specimen keramik dengan porositas 10%,

20%, 30% dan 40%.

BAB II

DASAR TEORI

Pemrosesan keramik, terutama keramik konvensional dapat dilakukan dengan

beberapa cara, diantaranya yaitu slip casting, plastic forming, dan powder pressing.

Slip casting merupakan teknik pembuatan keramik dengan menggunakan

slurry yang terdiri dari dry mix dan liquid yang dituangkan kedalam gypsum sebagai

cetakannya. Slurry kemudian didiamkan didalam cetakan agar air terserap ke dalam

cetakan. Contoh produknya ialah closet.

Plastik forming merupakan teknik pembuatan keramik dengan menggunakan

slurry yang kemudian dicetak melalui proses filter press sehingga membentuk produk

sementara berupa filter cake. Selanjutnya dilakukan proses mekanik untuk

memperoleh produk akhir dengan memanfaatkan putaran mesin untuk membentuk

orientasi partikel yang berbentuk lingkaran. Beberapa teknik dalam plastic forming

antara lain jolleying, jiggering, dan roller head. Jolleying adalah teknik pembentukan

keramik dengan memberikan gaya penekanan dari arah dalam produk. Jiggering

adalah teknik pembentukan keramik dengan memberikan gaya penekanan dari arah

luar produk. Sedangkan roller head adalah gabungan dari jolleying dan jiggering.

Contoh produknya yaitu piring.

Tipe ketiga ialah powder pressing, dimana proses ini memanfaatkan spray

drying untuk mengontrol orientasi partikel sehingga membentuk droplet atau granula

yang berongga. Metode ini menghasilkan kadar air sekitar 5% yang menyebabkan

Gambar 2.1 Slip Casting

Gambar 2.2 Proses jolleying dan jiggering

produknya menjadi lebih padat akibat penyusutan yang lebih homogen. Contoh

produknya ialah tegel.

Dari ketiga pemrosesan keramik tersebut, dibutuhkan komponen-komponen

penyusun keramik yang tepat supaya dapat diperoleh sifat yang diinginkan.

Komposisi material keramik biasanya terdiri dari tiga komponen utama, yaitu binder,

flux, dan filler.

Binder berguna untuk memberikan sifat plastis dan meningkatkan ketahanan

bodi terhadap pembakaran. Contohnya yaitu kaolin. Flux berguna untuk mengikat

clay dengan filler dalam keadaan fasa cair dan sebagai matriks pengikat dalam fasa

gelas. Contohnya yaitu feldspar. Filler berguna untuk mengontrol ekspansi termal

dan komponen pengisi dalam bodi keramik.

Hasil proses produksi keramik biasanya disertai dengan adanya porositas pada

produk tersebut. Porositas merupakan kekosongan pada suatu material padatan.

Porositas dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu open pore, closed pore dan

interconnected pore.

Open pore adalah pori yang terdapat di permukaan keramik akibat imperfect

packing dan gas yang keluar saat keramik dikeringkan dan dibakar. Closed pore

adalah pori yang terdapat di dalam keramik akibat gas yang terperangkap dan tidak

dapat keluar. Sedangkan interconnected pore merupakan saluran yang

menghubungkan satu open pore dan open pore yang lain.

Porositas memberikan efek yang signifikan terhadap sifat keramik yang

dihasilkan seperti densitas, konduktivitas termal, dan crack resistance. Semakin

tinggi porositas, densitas dan konduktivitas termal akan semakin kecil. Sedangkan

crack resistance akan dipengaruhi oleh jenis porositasnya. Jika open pore, ketahanan

crack akan berkurang sedangkan closed pore, ketahanan crack akan bertambah.

Modulus elastisitas berhubungan dengan tegangan normal dan regangan

normal yang mampu dikenai kepada material keramik dan merepresentasikan

ketahanan suatu material terhadap deformasi elastis. Hubungan antara tegangan dan

regangan yang merepresntasikan modulus elastisitas dapat dirumuskan sebagai

yang biasa dikenal sebagai hukum Hooke.

Pengujian modulus young dilakukan dengan uji metode three-point bending.

Sesuai dengan ASTM 674/88, pada metode ini pembebanan dilakukan tepat di tengah

kedua penumpu dengan kecepatan konstan untuk memberikan efek flexural.

Gambar 2.3 Perbedaan metode three-point bending dan four-point bending

BAB III

DATA PERCOBAAN

3.1 Data Percobaan :

3.2 Pengolahan Data

Dari grafik diatas, diperoleh persamaan linear y=mx+c dimana m=W/defleksi.

Sehingga dapat dihitung harga E masing-masing specimen : E = mL3 / 4bd3

E1 = 256.53*1003 / 4*20.81*6.833 = 9672.616 MPa

E2 = 277.78*1003 / 4*20.98*7.413 = 8135.436 MPa

E3 = 272.36*1003 / 4*21.31*7.743 = 6890.910 MPa

E4 = 215.23*1003 / 4*21.57*7.353 = 6282.473 MPa

BAB IV

ANALISIS DATA

Praktikum modul porositas dan modulus young keramik ini bertujuan

menentukan harga modulus elastisitas keramik dengan nilai porositas yang berbeda-

beda. Pada praktikum ini, metode three-point bending digunakan dalam pengambilan

data specimen keramik. Data yang diperoleh berupa dimensi specimen, gaya

pembebanan dan defleksi.

Dari data tersebut, kemudian diolah menghasilkan grafik beban terhadap

defleksi. Kemudian dari grafik diperoleh persamaan linear yang digunakan dalam

menghitung nilai E.

Dari hasil pengolahan data diperoleh nilai E yang berbeda-beda untuk setiap

specimen dimana spesimen 1 memiliki nilai E yang paling besar dengan urutan dari

yang terbesar ke yang terkecil ialah specimen 1,2,3 dan 4.

Harga E yang diperoleh dari tiap specimen merupakan representasi dari sifat

kegetasan tiap specimen. Kegetasan dapat disebandingkan dengan kekerasan

material. Spesimen 1 memiliki nilai E yang paling besar mengindikasikan specimen

tersebut merupakan specimen yang paling getas dan paling keras diantara specimen

yang lain. Begitupula dengan specimen 4 yang memiliki sifat kegetasan dan

kekerasan paling rendah dibanding specimen yang lain.

Spesimen 1 memiliki nilai E terbesar disebabkan oleh jumlah porositas yang

lebih sedikit dibanding ketiga specimen yang lain. Begitupun sebaliknya, specimen 4

yang memiliki nilai E terkecil karena memiliki jumlah porositas yang paling banyak.

Adanya porositas akan memicu munculnya microcrack ketika diberi pembebanan

karena di daerah pori ada stress concentration. Adanya stress concentration

menyebabkan energy antar atomnya menjadi tinggi dan metastabil sehingga ketika

ada energy luar yang datang, energy tersebut akan langsung dikonversi agar

energinya menjadi rendah salah satunya yaitu dengan deformasi plastis berupa crack.

Semakin banyak porositas akan menyebabkan material tersebut mudah terdeformasi

plastis dan sifat getasnya menurun.

Meskipun hasil percobaan ini sesuai dengan teori, namun dalam proses

pengambilan data masih terdapat beberapa kesalahan yang menyebabkan

ketidaktelitian hasil yang diperoleh. Beberapa diantaranya ialah dimensi tiap

specimen yang berbeda-beda, jenis, komposisi dan cacat pada tiap specimen yang

tidak diketahui, peletakan specimen di instrument bending yang mungkin tidak tepat

ditengah kedua penumpu, dan ketidakakuratan dalam mencatat data dari

deflektometer.

Dimensi specimen yang berbeda-beda akan menyebabkan percobaan pengaruh

porositas terhadap E menjadi kurang valid karena ada pengaruh lebar dan tebal yang

berbeda. Jenis, komposisi dan cacat di tiap specimen yang berbeda tentu akan

mempengaruhi sifat pada specimen tersebut. Tiap specimen keramik pada percobaan

ini tidak diketahui komposisinya dan sudah digunakan berulang kali pada percobaan

sebelumnya sehingga specimen menjadi kurang valid. Peletakan specimen di

isntrumen yang tidak tepat di tengah kedua penumpu mengakibatkan data defleksi

yang diperoleh menjadi kurang teliti.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Modulus elastisitas specimen keramik dengan porositas 10%, 20%, 30% dan

40% secara berturut-turut ialah 9672.616 MPa, 8135.436 MPa, 6890.91 MPa dan

6282.473 MPa.

5.2 Saran

Spesimen yang diuji sebaiknya specimen baru yang belum dipakai untuk

pengujian modul ini sebelumnya. Selain itu, perlu keseragaman dimensi tiap

specimen.

DAFTAR PUSTAKA

1. ASTM C 373-88, “ Standard Test Method for Water Absorption, Bulk

Density, Apparent Porosity, and Apparent Specific Gravity of Fired

Whiteware Products”, West Conshohocken-Pennyslvania.

2. ASTM C 674-88, “ Standard Test Method for Flexural Properties of Ceramic

Whiteware Materials”, West Conshohocken-Pennyslvania.

3. Callister, W.D., “Materials Science and Engineering: An Introduction”, 2000,

New York: John Wiley and Sons.

LAMPIRAN

Tugas Setelah Praktikum

1. Apakah gunanya mengetahui porositas suatu material keramik?

2. Apakah gunanya mengetahui E suatu material keramik?

3. Apa hubungan antara porositas dan E? Mengapa demikian?

4. Apa implikasi hubungan antara porositas dan E terhadap karakteristik keramik

tersebut? Jelaskan apa yang terjadi jika misalnya porositas diturunkan dan apa

implikasinya terhadap performance keramik tersebut!

Jawab :

1. Dapat menentukan besarnya kekuatan dan modulus elastisitas keramik dengan

porositas tertentu. Selain itu, kehadiran porositas dapat memperkirakan perubahan

sifat keramik seperti densitas, konduktivitas termal, dan crack resistance.

2. Dapat mengetahui sifat kegetasan dan kekerasan keramik. Keramik yang

memiliki E tinggi artinya sifat kegetasannya dan kekerasannya tinggi.

3. Semakin banyak porositas, E semakin kecil. Adanya porositas akan memicu

munculnya microcrack ketika diberi pembebanan karena di daerah pori ada stress

concentration. Adanya stress concentration menyebabkan energy antar atomnya

menjadi tinggi dan metastabil sehingga ketika ada energy luar yang datang,

energy tersebut akan langsung dikonversi agar energinya menjadi rendah salah

satunya yaitu dengan deformasi plastis.

4. Implikasnya menyebabkan keuletan keramik meningkat seiring banyaknya

porositas. Jika porositas diturunkan akan mengakibatkan konduktivitas termal,

densitas, dan kegetasannya meningkat.

Tugas Tambahan

1. Gambarkan distribusi tegangan akibat adanya porositas

2. Turunkan rumus E

Jawab :

1.

2.