M.Ekaditya Albar / 1106154305

2nd Composite’s Essay

Metallurgy and Material Engineering

Universitas Indonesia

Extract from:

Santhosh Kumar S et al. Elastic modulus of Al–Si/SiC metal matrix composites as a function of

volume fraction. J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 175504.

Outline

Pendahuluan

Permasalahan

Percobaan

Hasil dan Pembahasan

Kesimpulan

29 March 2012 2

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

Pendahuluan

Komposit Al/SiC merupakan salah satu jenis MMC yang paling

banyak digunakan (struktural maupun fungsional).

Material komposit Al/SiC dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Low volume fraction MMCs (0.05 ≤ Vf ≤ 0.30)

2. High volume fraction MMCs (0.40 ≤ Vf ≤ 0.70)

Teknik fabrikasi MMC dengan cara pressureless infiltration dapat

menghasilkan sifat komposit yang lebih baik dengan (i)

meminimalisasi cacat internal, (ii) low cost infrastructure dan (iii)

dapat memproduksi benda berukuran besar.

29 March 2012 3

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

Pressureless Infiltration

29 March 2012 4

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

Permasalahan

Sifat CTE (Coefficient Thermal Expansion) merupakan sifat

penting pada komposit Al/SiC sebagai electronic packaging.

Sifat CTE dipengaruhi oleh nilai modulus elastisitas dari

komposit Al/SiC.

Besarnya fraksi volum optimum untuk penguat SiC hanya

berfokus pada komposit Al/SiC jenis low volume fraction.

Dibutuhkan suatu penelitian terhadap material komposit

Al/SiC jenis high volume fraction yang dibuat dengan proses

pressureless infiltration agar menghasilkan modulus elastis

yang optimal.

29 March 2012 5

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

Percobaan

1. Infiltrasi aluminium (Al-9Si-5Mg) ke dalam preform

partikulat commercial grade SiC dengan ukuran 500, 60, 38

dan 17 µm.

2. Pemanasan pada suhu 700o sampai 1000oC.

3. Gas N2 dialirkan ke dalam furnace.

4. Dwell time selama 4 jam.

5. Pendinginan pada suhu ruang.

6. Karakterisasi kecepatan ultrasonik.

29 March 2012 6

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

Percobaan

29 March 2012 7

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

Pressureless

Infiltration Process

Karakterisasi

Kecepatan Ultrasonik

Hasil dan Pembahasan

29 March 2012 8

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

No. Fraksi Volum Densitas,

ρ (g cm-3)

Kecepatan

longitudinal,

CL (ms-1)

Kecepatan

geser,

CS (ms-1)

1 0.41 2.86 7570 4430

2 0.45 2.88 8172 4748

3 0.54 2.94 8560 5036

4 0.67 3.01 8936 5262

5 0.70 3.02 9285 5490

Skema Propagasi Gelombang Ultrasonik pada mode (a) Longitudinal dan (b) Shear

Distribusi Partikel SiC

29 March 2012 9

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

Mikrostruktur komposit Al-SiC

dengan volum fraksi yang berbeda-

beda

(a) Al-0.41 SiC,

(b) Al-0.45 SiC,

(c) Al-0.54 SiC,

(d) Al-0.67 SiC,

(e) Al-0.70 SiC,

(f) Residu Al dengan eutectic Si.

Hasil dan Pembahasan

Data hasil kecepatan geser tidak jauh berbeda sehingga komposit

dapat dikatakan bersifat isotropi.

Data hasil pengujian kecepatan ultrasonik digunakan untuk

menghitung Poisson’s Ratio dengan rumus:

Setelah mendapatkan Poisson’s Ratio, maka dapat dilakukan

perhitungan untuk mendapatkan Modulus Elastis (E), Modulus

Geser (G) dan bulk modulus (K) dengan rumus:

29 March 2012 10

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

Hasil dan Pembahasan

Data besarnya modulus berdasarkan perhitungan adalah:

Kurva Fraksi Volum SiC terhadap Modulus Elastis komposit Al/SiC:

29 March 2012 11

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

No. Fraksi Volum Poisson’s

ratio, v

Modulus

Elastis,

E (GPa)

Modulus

Geser,

G (GPa)

Bulk

Modulus,

K (GPa)

1 0.41 0.239 138.9 56.0 88.7

2 0.45 0.245 161.4 64.8 105.5

3 0.54 0.235 183.9 74.4 115.8

4 0.67 0.234 205.5 83.2 128.7

5 0.70 0.231 224.6 91.2 139.1

Kesimpulan

Berdasarkan perhitungan empiris dan menggunakan data

percobaan, maka nilai modulus elastis dari material komposit

Al/SiC yang difabrikasi dengan proses pressureless infiltration

memenuhi persamaan berikut ini:

EC = 49.08 + 34.22 x exp (Vf / 0.4253)

EC adalah modulus elastis dan Vf adalah fraksi volum dari

penguat dengan range 0.0 sampai 1.0.

29 March 2012 12

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR

29 March 2012 13

M.E

KA

DIT

YA

ALB

AR