Pros;d;1/l!Pertemuan l/m;ah Sa;ns Mater; /997 ISSN /4/0 -2897

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK STEATITSEBAGAI BAHAN DASAR KAP ASITOR 1 ,6

Mulyadi2 clan Achmad Arslan3

ABSTRAK :PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KERAMIK STEATIT SEBAGAI BAHAN DASAR KAPASITOR: Telah

dilakukan pembuatan keramik Steatit yang merupakan keramik yang berbasis MgO-AI2O]-SiO2 dengan bahan baku utamanya adalahtalk yaitu (Mg]Si.OII.H2O). dengan variasi komposisi bahan baku dibuat keramik Steatit A, B, dan C dan variasi temperatur sintering1100 °C sId 1300°C. Oensitas tertinggi yang dicapai adalah oleh Steatit C dengan nilai p= 2,77 gr/cm] pada temperatur sintering 1250°C dan p= 2,91 gr/cmJ pada temperatur sintering 1300 °C. Kekuatan patah (MOR) dari Steatit yang dibuat, nilai tertinggi adalahsebesar 101 Mpa pada temperatur sintering 1250°Cdan sebesar 103 MPa pada temperatur sintering 1300°C.Kekuatan dielektrik yangdicapai untuk masing-masing keramik Steatit A, B dan C adalah sekitar 37-51 Kv/mm untuk ketebalan 7 mm. Fasa dominan yangterbentuk adalah rasa Protoenstatit dan Enstatit sedangkan rasa minor yang terbentuk adalah SiO2. Semua sam pel Steatit dipilih sebagibahan baku kapasitor tapi keramik Steatit C yang terbaik.

ABSTRACT:SYNTHESIS AND CHARACHTERIZATION OF CERAMIC STEATIT AS CAPACITOR ROW MATERIAL: The

synthesis of steatit ceramic has been carried out, steatit ceramic is ceramic base on MgO-AI2O3-SiO2 with main constituent is talk (Mg3Si4O'I.H2O), with variation composition of the constituent formed Steatit A, Band C and sintering temperature variation are 1100.C to 1300.C. Highest density is reached by Steatit C with value p= 2,77 gr/cm3 at sintering temperature 1250.C and p= 2,91 gr/cm3 atsintering temperatur 1300 .C. Bending strength (MOR) of Steatit C is 101 Mpa at sintering temperature 1250.C.and 103 MPa atsintering temperature 1300.C Dielectric strength for Steatit A, Band C is around 37-51 Kv/mm for 7 mm thick. The Mayor phasesforrmed in the sample are Protoenstatit and Enstatit while minor phase is SiO2. All Steatit samples are choosen as candidate ofcapacitor material but ceramic Steatit C is the best.

KEYWORDSlealil, Capasilor, Sinlering.

PENDAHULUAN itu pada penelitian ini dilakukan beberapavariasi bahan dasar clan variasi temperatursintering dimana dengan variasi tersebut dapatdiketahui keramik Steatit yang terbentuk sesuaidengan acuan yang merupakan referensi. Untukmengkarak-terisasi bahan keramik Steatit yangterbentuk dilakukan beberapa pengukuran ujikarakterisasi diantaranya pengukuran densitas,porositas, bending strength, dielectric strengthclan pengukuran rasa-rasa yang terbentukdengan difraktometer sinar-x.

Kerarnik Steatit rnerupakan kerarnik yangberbasis MgO-AI2OJ-SiO2 dengan bahan bakuutarnanya adalah talk yaitu (MgJSi4OII.H2O) [I].Kerarnik Steatit sarna seperti halnya dengan kerarnik

porselen dapat dipergunakan sebagai komponenalat-alat listrik, misalnya untuk isolator listrik clankapasitor [1,2,3]. Bahan baku untuk pernbuatankerarnik tersebut urnurnnya berasal dari alarn yaitu[2] : talk, kaolin, felspar, sehingga prosespernbentukannya sangat rnudah clan rnurah, karenabahan baku tersebut bersifat plastis clan rnudahdibentuk. Ternperatur pernbakaran clan komposisibahan baku Steatit sangat berpengaruh besarterhadap pernbentukan rasa-rasa clan dapatrnernpengaruhi sifat fisis dan elektris dari kerarnikini, karena pada ternperatur tinggi mudah terbentukrasa cair yang betlebih dari sistirn MgO- SiO2.Kerarnik Steatit rnerniliki struktur polikristalindengan rasa-rasa pembentuk Steatit adalahProtoenstatit (MgSiO3) clan Enstatit (MgO.SiO2)[1,3J.. Kerarnik Steatit rnerniliki densitas teoritissekitas 2,8 -2,9 gr/crn3, kekuatan patah (Modulus ofrupture) sekitar 130 Mpa clan kekuatan dielektriksekitar25 Kv/rnrn untuk tebal 5rnrn[3]. Oleh karena

TATAKERJA

Keramik Steatit dibuat melaluicampuran padatan bahan alam yaitu talk,kaolin, felspar, MgCO3, BaCO3 clan CaCO3.Melalui variasi beberapa macam bahan bakudibuat 3 macam keramik Steatit dengan kodesam pel A, B clan C, yaitu dengan komposisisampel seperti ditunjukan pada tabell.

Proses preparasi pembuatan keramikSteatit diawali dengan pencampuran bahanbaku dengan ball mill selama 48 jam (wet

milling),

1 Dipresentasikan pada Pertemuan Ilmiah Sains Materi 19972 P3FT -LIPI3 Pusat Penelitian Sains Materi

267

Prosidini!. Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 ISSN 1410 -2897

Tabel Komposisi bahan baku keramik Steatit HASIL PENGUKURAN

Steatit B

(% beTat)

BahanBaku

Talk

FelsparKaolin

MgCOJBaCO]~aCOJ

Steatit A

(% berat)

Steatit C(% berat)

Hasil pengukuran densitas denganmenggunakan metode Archimides diperolehgrafik densitas terhadap temperatur sinteringseperti :

876

7

60 88

~15

7,517o~

-6

Garnbar 2. Grafik Oensitas vs temperatur sinteringdari Steatit A, B, daD C

Porositas keramik Steatit A, B, clan C diukurmelalui metode perendaman dalam air.Hubungan nilai porositas terhadap temperatursintering ditunjukan pada gambar 3.

Kemudian disaring dengan ayakan 200 mesh. Pastayang diperoleh dari pengayakan tersebutdikeringkan pada suhu pengeringan di dalam alatpengering pada suhu 100°C selama 24 jam, hinggadi peroleh serbuk yang siap dibentuk. Masing-masing serbuk dicetak dengan cetakan yang ditekan(dry press), menjadi pelet-pelet dengan diameter 25rom. Yang berperan sebagai bahan dasar utamaadalah Talk, sedangkan bahan lain seperti Felsparberfungsi untuk meningkatkan sifat fisik dari bahanyang terbentuk, Kaolin berfungsi meningkatkan sifatplastisitas dari bahan sehingga mudah dibentuk.MgCO3, BaCO) daD CaCO) sebagai bahan aditifuntuk meningkatkan kekerasan, homogenisasi daDpemercepat proses pemadatan. Pembuatan keramikStetatik ini jika dibuat diagram alir daripembuatannya digambarkan pada gambar I.Karakterisasi yang dilakukan adalah: mengukurdensitas (bulk density) dengan menggunakan metode

Archimides, mengukur porositas denganmenggunakan proses perendaman dalam air,mengukur kekuatan patah (modulus of rupture)dengan menggunakan Universal Testing Machine(UTM) , mengukur sifat listrik yaitu denganmengukur kuat tembus listrik (kekuatan dielektrik)dan identifikasi rasa dengan difraktometer sinar X.

Bahan Baku Air

a-... " ..~ ""..-"""f' "Q~, ,

~C ", ,~A~ 10 " ,".'

'~A.~'" "'...~'-t

0 0

f~ ,. 1m fa 1-NII.~ ~

PENCAMPURANL ,

-200 Mesh [--"'Fii:1-RASIGambar 3. Grafik Porositas vs temperatur sintering

dari Steatit A, B, dan C

'V Dengan menggunakan UTM diperoleh grafikkekuatan patah :

'V1100 -1300oC I SINTERING I

'VI KARAKTER.ISAS.I I

Gambar I. Diagram alir pembuatan Steatit

268

Pros;d;nfl Pertemuan //m;ah Sa;ns Mater; /997 /SSN /410 -2897

sinar-x diperoleh pola difraksi dari sampelSteatit C saja mengingat sampel ini merupakansampel yang dipilih sebagai sampel terbaik :

PEMBAHASAN

Gambar 4. Grafik Kekuatan patah vs temperatur

Dari hasil pengukuran densitas daTikeramik Steatit, menunjukan bahwa semakintinggi temperatur sintering nilai densitassemakin tinggi. Begitu juga pengaruh jenis atauvariasi campuran bahan baku dapatmempengaruhi nilai densitas atau

mempenagruhi proses pemadatan sampel.Keramik Steatit C memiliki densitas palingtinggi pada temperatur sintering 1300 °C danmendekati nilai densitas teoritis. Hal ini diasumsikan karena perbedaan komposisi danjenis bahan baku yang digunakan, pada SteatitC menggunakan bahan talk yang jumlahnyalebih banyak. Dari pengukuran porositasmenunjukan bahwa keramik Steatit A daD Cmemiliki porositas yang lebih kecildibandingkan dengan Steatit A daD B. Berartiproses pemadatan Steatit C selama prosessintering terjadi lebih sempuma dibandingkandengan Steatit B. Untuk penggunaan sebagaikomponen kapasitor keramik ini harusmemiliki porositas yang kecil mendekati noloBegitu juga dengan kekuatan patah ( Modulusof rupture) menunjukan bahwa semakin tinggitemperatur sintering semakin besar kekuatanpatahnya. Dari hasil karakterisasi tersebut dapatdikatakan temperatur sintering keramik SteatitC adalah 1250 °C sedangkan pada keramikSteatit A daD B tempertur sinteringnya lebih

Dan dengan mengukur sifat listrik yaitudengan mengukur kuat tern bus listrik (kekuatandielektrik) diperoleh grafik kekuatan dielektrik

bahan terhadap ternperatur sintering. Denganrnenggunakan UTM diperoleh grafik kekuatan patah

Gambar 5. Grafik Kekuatan dielektrik vs temperatursintering daTi Steatit A, B, dan C

Sedangkan dengan menggunakan difraktometer

Gambar 6. Pol a difraksi sinar-x sam pel Steatit (

269

Prosidin Pertemuan Ilmiah Sains Materi /997 ISSN /4/0 -2897

4.

5.

tinggi yaitu 1300 OC. Hal ini disebabkan adanyapenambahan BaO dan CaO sebagai bahan aditifpada keramik Steatit C dapat mempercepat prosespemadatan pada waktu dilakukan sintering.

Hasil analisa dengan menggunakan difraksisinar-x menunjukan bahwa pada keramik Steatit Csetelah dilakukan sintering pada 1300 °C terbentukrasa Protoenstatit (MgSiO]), Enstatit (MgO.SiO z)clan Quarz (SiOz) sebagai rasa minor.Dari pengkuran sifat listrik yaitil kekuatan dielektrikmenunjukan bahwa masing-masing keramik Steatit (A, B daD C) mempunyai dielektrik yang mendekatinilai literatilr, sehingga dapat dikatakan bahwaketiga keramik Steatit yang dibuat dapat

dipergunakan sebagi kapasitor dengan menyatakanbahwa keramik Steatit C adalah yang terbaik.

6.

temperatur sintering 1250°C dan sebesar103 MPa pada temperatur sintering1300°C.Kekuatan dielektrik yang dicapai untukmasing-masing keramik Steatit yang telahdibuat (A, B dan C) adalah sekitar 37-51Kv/mm untuk ketebalan 7 mm.Fasa dominan yang terbentuk adalah rasaProtoenstatit dan Enstatit sedangkan rasaminor yang terbentuk adalah Sia2.Semua keramik Steatit yang dibuat dapatdipergunakan sebagai bahan bakukapasitor dengan menyatakan bahwakeramik Steatit C adalah yang terbaik.

DAFfARPUSAKA

KESIMPULAN [I] M6\JLSON A. and M HERBERT. J., "

Electro Ceramics Material ", Propertiesand Application., London (1990).

[2] RELUA, C. B., " Ceramics Material for

Electronics ", Processing, properties andApplication, New York and Bassel (1986).

[3] NORTON F. H., " Fine Ceramics ",

Technology and Application., Mc. GrawHill Book Company. New York (1970).

[4] BUCHMAN R.C., "CeramicMaterial forElectronics ", New York (1990).

[5] HENCH L.L, " Principles of Electronic

Ceramics" ,Singapore (1990).

Dari ketiga janis Steatit ( sampel A, B, clanC) yang telah dibuat temyata dapat disimpulkanbahwa :I. Densitas tertinggi yang dicapai oleh Steatit C

dengan nilai p= 2,77 gr/cm3 pada temperatursintering 1250 DC clan p= 2,91 gr/cm3 padatemperatur sintering 1350DC.

2. Temperatur sintering Steatit C untuk mencapaikerapatan diatas diatas lebih rendah biladibandingkan dengan Steatit A clan B.

3. Kekuatan patah (MaR) daTi Steatit yang dibuat,nilai tertinggi adalah sebesar 101 Mpa pada

270