presentation - nanocomposite processing

Download Presentation - Nanocomposite Processing

Post on 13-Jul-2015

284 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Nanocomposite ProcessingKuswarini 0806331651 Rhidiyan Waroko 0806331935 Rulliansyah 0806331986

Nanocomposite Processing Pendahuluan Mechanical Processing Thermo-mechanical Processing Non-Equilibrium Processing Room Temperature Processing Future Challenge

Mechanical ProcessingAda beberapa jenis metode, yaitu: Severe Plastic DeformationEqual-Channel Angular Pressing High Pressure Torsion

Shock Wave Consolidation Transformation Assisted Consolidation

Severe Plastic DeformationSekarang ini dikembangkan metode severe plastic deformation (SPD). Disamping membentuk butir yang halus dan seragam, pengurangan porositas dan impuriti juga dapat dihasilkan dengan metode SPD. Ada beberapa keuntungan dalam metode SPD, yaitu: 1. Dapat mempertahankan kehalusan dan keseragaman butir. Hal ini menjadi masalah jika menerapkan proses dengan cara konvensional. 2. Porositas dan impuriti yang rendah. 3. Tidak menyebabkan kerusakan mekanik atau crack terhadap sampel. 4. Dapat digunakan untuk memproses sampel dengan volume yang besar

Equal-Channel Angular PressingBisa disebut juga dengan equal-channel angular extruction. Sampel ditekan dengan ram melewati die yang terdiri dari dua pipa membentuk sudut hampir 90O. Ada beberapa variabel dalam proses ini yaitu shear strain (e), number of passes (N), temperatur proses, kecepatan ram (V), diameter pipa (L) dan sudut yang terbentuk.

Skematik ECAP

Equal-Channel Angular Pressing

Observasi dengan TEM (a) setelah di ECAP dengan 10 passing pada suhu ruang (b) setelah di ECAP dengan 10 passing dan di annealing selama 1 jam pada suhu 773 K.

High Pressure TorsionPada proses HPT, ingot atau material ditahan di suatu landasan atau alas dan di-strain -dengan beban torsi dibawah tekanan (P) beberapa Gpa. Efisiensi dari proses ini dipengaruhi oleh berapa kali rotasi (N) yang dilakukan.

Skematik proses HPT

High Pressure Torsion

Mikrostruktur dari sampel komposit W-25%Cu hasilproses HPT pada ruang temperatur dengan tegangan (a) 4 (b) 16 (c) 64 (d) 256 (e) 512.

Shock Wave ConsolidationMetode ini dapat diterapkan untuk memadatkan material serbuk tanpa menggunakan temperatur dan komposisi yang tidak berubah. Metode ini memanfaatkan tekanan yang tinggi dengan kecepatan yang tinggi pula sehingga menghasilkan tekanan yang sangat tinggi. Konsolidisasi partikel tergantung dengan energi yang diberikan. Energi tersebut diserap oleh material sehingga menghasilkan getaran pada batas butir. Ada beberapa keuntungan dari metode ini, yaitu: Proses sangat singkat hingga menghasilkan ikatan antar partikel dan merubah konfigurasi partikel akibat adanya penghilangan dari void dengan mekanisme plastic flow. Dapat digunakan untuk memproduksi magnet nanokomposit tanpa terjadi pertumbuhan butir karena tidak menggunakan temperatur dan juga karena proses yang sangat cepat. Modifikasi mikrostruktur dan kerapatan defect yang tinggi dapat dihasilkan.

Shock Wave Consolidation

(a) Gambar alat shock wave consolidation dan (b) skematik alat shock wave consolidation.

Transformation Assisted ConsolidationSintering dengan diberi tekanan hingga 1-8 Gpa menghasilkan konsolidasi partikel tanpa terjadi pertumbuhan butir dan mampu mencapai densitas mendekati densitas teori.Metode ini memiliki keuntungan yaitu adanya -conucleation antara dua fasa yang berbeda atau lebih sehingga dapat menghasilkan struktur nanokomposit yang seragam.selain itu, keuntungan metode ini adalah untuk material yang allotropik, yaitu dapat diproses dengan biaya yang lebih rendah karena hanya membutuhkan tekanan dan temperatur yang rendah sehingga membentuk nanostruktur

Skematik alat transformation assisted consolidation

Pemrosesan Termomekanis

Hot Pressing Hot pressing merupakan proses yang digunakan untuk menggabungkan serbuk logam dan padatan keramik hingga menjadi padat dengan mikrostruktur yang terkontrol Dalam hot pressing ada dua variabel bebas yakni perbedaan temperature dan tekanan selama pemrosesan Tekanan diaplikasikan secara dinamis atau statis terhadap komponen yang dipanaskan dalam satu arah ataupun dua arah yang berlawanan dalam satu sumbu

Hot Pressing

Hot Pressing Ada dua keuntungan dalam hal pemrosesan hot pressing, yang pertama berkurangnya waktu pemrosesan dari nanopartikel akibat dari pengaplikasian tekanan, kedua berkurangnya temperatur pemrosesan

Hot Isostatic Pressing Menggunakan tekanan hidrostatik yang tinggi dan temperatur yang tinggi pula untuk menekan partikel-partikel halus menjadi bagian yang saling merekat Jika tidak menggunakan pemanasan, maka proses tersebut dinamakan cold isostatic pressing

Hot Isostatic PressingKeuntungan dari HIP antara lain yaitu : Berkurangnya porositas yang dapat meningkatakan sifat mekanis dan meningkatkan workability. Menghilangnya internal voids akan meningkatkan performa dan fatigue strength.

Hot Isostatic Pressing Produk HIP yang near-net shape. Pada hasilnya dapat mengurangi waktu machining dan biaya secara signifikan. HIP proses dapat memproduksi material dari komposisi logam yang susah atau tidak mungkin ditempa atau dicor. HIP powder compaction digunakan dalam produksi abrasive tips. Abrasive tips berupa lapisan rapat yang unik dari keramik dan serbuk logam yang mana digunakan untuk perlindungan wear pada turbine blade.

Hot Isostatic Pressing

Hot Extrusion Hot extrusion digunakan untuk fabrikasi berbagai macam bentuk yang berbeda seperti batangan, kepingan, tabung dengan panjang yang diinginkan. Ekstrusi biasanya dilakukan diatas temperatur tinggi diatas suhu rekristalisasi, dengan tujuan untuk mencapai kekuatan yang lebih dan area reduksi secara serempak.

Hot Extrusion Keuntungan dari hot extrusion antara lain : Pengerjaan panas menggunakan tekanan kompresif untuk memproses material, sehingga kemungkinan adanya pori yang dapat menyebabkan retakan dan eventual failure sedikit. Proses dapat digunakan ntuk memaksimalkan densifikasi dari komponen yang akan difabrikasi Proses memakan waktu lebih sedikit, kecuali waktu preheating.

Hot Extrusion

Sintering Sintering merupakan metode konsolidasi untuk memadatkan serbuk menjadi komponen ruah. Selama proses ini, partikel partikel berikatan bersam dan menghilangkan voids yagn ada, menghasilkan struktur yang padata dengan bentuk yang kompleks

Sintering

Partikel bergabung bersama akibat dari pengaplikasian energi termal ditunjukkan pada gambar

Sintering Proses ini bergantung pada difusi atom dimana menggabungkan partikel serbuk berbeda menjadi satu material yang bersatu. Penggabungan terjadi dibawah melting point, tetapi sudah cukup untuk memungkinkan tingkat difusi yang diperlukan

Sintering Keuntungan dari proses sintering ini antara lain : Kemurnian dari material terjamin akibat dari sedikitnya langkah-langkah proses. Pemrosesan dapat dilakukan dengan lingkungan yang terkontrol Mudah untuk mencapai bentuk yang kompleks.

Sinter Forging Deformasi pada sinter forging dapat mempercepat hilangnya pori yang menggumpal,mencapai densifikasi secara cepat dan konsolidasi dengan pertumbuhan butir terbatas Sinter forging merupakan deformasi secara serempak, konsolidasi, dan densifikasi dari porous nanokomposit pda temperatur tinggi dan tekanan uniaxial. Tekanan tinggi membantu mereduksi volume bebas, dengan cara demikian memfasilitasi lompatan atom melewati batas butir, memperlambat pertumbuhan butir dan mencapai densifikasi lebih tinggi.

Sinter Forging

Sinter Forging Beberapa keuntungan dan sinter forging antara lain: Kendali komposisi batas butir, distribusi ukuran butir, dan kendali porositas dapat dicapai dengan memanipulasi kondisi pemrosesan. Arah baris butir sejajar (grain alignment) dapat dicapai menggunakan aplikasi directional uniaxial stress. Hilangnya cacat cacat besar yang dapat meningkatkan kekuatan dari nanokomposit terkonsolidasi.

Dikarenakan waktu yang singkat dan dibawah lingkungan yang terlindungi, kontaminasi dar elemen elemen ringan seperti karbon dan oksigen sangat rendah. Berkurangya residual flaws dan meningkatnya sifat mekanis dapat dicapai dari sinter-forged consolidation. Dengan penggunaan kompresif stress, pembentukan neck pada tahap sintering awal yang lebih banyak, mengarah pada rapid sintering dari consolidated nanocompoisite.

Non-equilibrium processing

Microwave Sintering Pemrosesan nanokomposit dengan nano struktur menggunakan Microwave Sintering, konsolidasinya dapat dicapai pada suhu lebih rendah Bidang microwave menghasilkan osilasi elektron dan ion bebas pada frekuensi tinggi (~2.4528 GHz) yang menyebabkan perubahan volum cepat pada material melalui agitasi suhu.

Keuntungan Mempertinggi efisiensi energi. Mengurangi kontaminasi dari dinding kontainer. Mudah di coating dengan lapisan tipis adesif.

Kerugian Penyimpan panas pada material membutuhkan peningkatan kekuatan. Aditif dibutuhkan untuk meningkatkan penyerapan (menambah biaya dan impurities) Frekuensi lebih tinggi = penyerapan kekuatan pada material lebih tinggi, namun mengurangi kedalaman pada penetrasi.

Prediksi ukuran butir sebagai fungsi densitas

Suhu konsolidasi microwave untuk sampel sinter nano dan makro komposit

Thermal Spray Processing Thermal Spraying adalah teknik deposisi dengan jarak coating luas (ketebalan > 50m) Prinsip Thermal Spraying : menyemprotkan material metalik atau non-metalik atau mencampurkannya dalam keadaan larut pada kecepatan tinggi di permukaan, dengan substrat yang telah disiapkan, dimana deposit yang terjadi tersolidifikasi cepat pada droplet terlarut individu.

Keuntungan Berbagai macam struktur tegak coating, logam atau nonlogam, dapat di deposisi. Logam, keramik dan polimer dapat dicampur, untuk mengoptimalkan kekuatan, meminimalisasi ketidakcocokan termal, ser