Dari Serbuk hingga Keramik Padat: Metode Pembentukan dan Sintering
Bubuk SiC saja bukanlah keramik yang kuat dan padat. Untuk membuat benda padat, serbuk harus dibentuk dan kemudian disatukan dalam proses yang disebut sintering. Tantangan utamanya adalah SiC memiliki ikatan kovalen yang kuat, sehingga sangat sulit untuk disinter. Oleh karena itu diperlukan teknik khusus. Tiga metode utama adalah:
1. Sintering (Sintering Solid-State)
Ini adalah metode paling umum untuk membuat komponen berbentuk kompleks.
# Pencampuran: Serbuk SiC dicampur dengan bahan bantu sintering, biasanya sejumlah kecil Boron (B) dan Karbon (C). Karbon membantu menghilangkan lapisan oksida pada partikel SiC, dan boron mendorong difusi atom.
# Pembentukan: Campuran bubuk dibentuk menjadi "badan hijau" (bentuk tidak disinter). Hal ini dapat dilakukan dengan:
* Pengepresan Kering: Pengepresan uniaksial atau isostatik untuk bentuk sederhana.
* Ekstrusi: Untuk bentuk yang panjang dan kontinu seperti tabung atau batang.
* Cetakan Injeksi: Untuk bentuk yang sangat kompleks dan rumit.
# Sintering: Benda hijau dipanaskan dalam atmosfer inert (seperti argon) pada suhu sekitar 2000°C - 2100°C (3630°F - 3810°F). Pada suhu ini, partikel-partikel berdifusi satu sama lain pada titik kontak, terikat bersama membentuk keramik padat dan padat dengan porositas minimal.
Hasil: Sinter Silicon Carbide (SSiC). Ia memiliki kemurnian tinggi, ketahanan aus yang sangat baik, dan kekuatan mekanik yang baik.
2. Ikatan Reaksi (atau Silikonisasi)
Metode ini menghasilkan bagian berbentuk mendekati jaring dengan penyusutan minimal.
# Pembentukan: Campuran bubuk SiC dan Karbon (misalnya grafit) dibentuk menjadi benda hijau berpori.
# Infiltrasi: Badan hijau kemudian ditempatkan dalam kontak dengan logam silikon cair (Si) dalam tungku di bawah vakum.
# Reaksi: Silikon cair ditarik ke dalam badan berpori melalui aksi kapiler. Ia kemudian bereaksi dengan karbon di dalam tubuh untuk membentuk silikon karbida baru (Si + C → SiC), yang mengikat partikel SiC asli menjadi satu.
# Kelebihan Silikon: Setiap ruang yang tidak terisi oleh reaksi diisi dengan sisa logam silikon.
Hasil: Reaction-Bonded Silicon Carbide (RBSC) atau Siliconized Silicon Carbide. Ini lebih padat dari SSiC tetapi mengandung 5-15% silikon bebas, yang menurunkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan kimia dibandingkan SSiC.
3. Pengepresan Panas
Metode ini menghasilkan kepadatan dan kekuatan tertinggi namun lebih mahal dan terbatas pada bentuk sederhana.
# Proses: Serbuk SiC (dengan alat bantu sintering) dimasukkan ke dalam cetakan, biasanya terbuat dari grafit.
# Panas dan Tekanan Bersamaan: Cetakan dipanaskan hingga suhu sintering (~1900°C - 2000°C) sekaligus menerapkan tekanan uniaksial yang sangat tinggi (puluhan MPa).
# Manfaat: Kombinasi panas dan tekanan mendorong pemadatan lebih efektif dan pada suhu lebih rendah dibandingkan sintering tanpa tekanan.
Hasil: Silikon Karbida Tekan Panas (HPSiC). Ini memiliki sifat mekanik yang unggul tetapi biasanya diproduksi dalam bentuk sederhana seperti pelat atau balok yang memerlukan pemesinan selanjutnya dengan perkakas berlian.
Langkah Terakhir: Pemesinan
Setelah sintering, komponen sudah mendekati bentuk akhirnya tetapi seringkali memerlukan pemesinan yang presisi. Karena SiC sangat keras (9,5 skala Mohs, mendekati berlian), hal ini hanya dapat dilakukan dengan menggunakan roda atau alat gerinda yang diresapi berlian.
Singkatnya, pembuatan keramik silikon karbida adalah proses multi-langkah yang pertama-tama melibatkan sintesis bubuk ultra-keras dan kemudian menggunakan teknik khusus bersuhu tinggi untuk memadatkannya menjadi bahan rekayasa yang kuat dan tahan lama.
Anda mungkin menyukai: Keramik Zirkonia, Komponen Keramik
