BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Material untuk berbagai aplikasi industri harus memenuhi sifat yang sesuai

dengan lingkungan kerjanya. Sifat-sifat yang diperlukan tersebut diantaranya:

kekuatan, tahan aus, tahan korosi, fatik,dan sifat yang diperlukan lainnya.

Berbagai upaya terus dikembangkan hingga saat ini untuk memperoleh sifat

material yang baik. Upaya memperbaiki sifat material dapat dilakukan dengan

teknik perlakuan panas atau teknik deposisi lapisan pada permukaan. Deposisi

lapisan pada permukaan dilakukan dengan teknik physical vapour deposition

(PVD) atau chemical vapour deposition (CVD). Menurut Dobrzansky dkk,

2007, topografi lapisan permukaan yang dideposisikan dengan teknik PVD

lebih kuat jika dibandingkan dengan teknik CVD. Deposisi dengan teknik

PVD dapat memperbaiki sifat kekerasan material, tahan korosi, dan

roughness pada permukaan. Salah satu teknik pelapisan PVD adalah

implantasi ion. Kartikasari dkk, 2001, menyatakan bahwa teknik implantasi

ion merupakan modifikasi permukaan logam, dimana prosesnya dapat

dilakukan dalam waktu cepat, tidak menyebabkan perubahan dimensi, bebas

dari kontaminasi, pembentukan paduan tidak tergantung pada batas kelarutan

padat dan konstanta difusi, kedalaman penetrasi dapat diatur secara akurat

dengan mengendalikan tegangan pemercepat ion.Implantasi ion pada dosis

optimal dapat memperbaiki sifat tahan korosi, akan tetapi peningkatan dosis

melebihi batas optimalnya justru akan meningkatkan laju korosinya

(Sundaranajan dan Praunseis, 2004). Lapisan keras pada permukaan harus

mencapai tebal kritis tertentu, karena jika kurang dari tebal kritisnya, lapisan

keras tersebut akan menghasilkan lobang atau pori sehingga menyebabkan

korosi galvanik,sedangkan jika terlalu tebal akan menyebabkan inisiasi retak

(Perillo,2006).Dalam bidang medis, implantasi ion banyak diterapkan pada

peralatan ortopedi dan ortodontik maupun peralatan lainnya. Implantasi ion

1

pada peralatan medis digunakan untuk memperbaiki sifat fatik, tahan korosi,

mengurangi pengaruh kontaminasi antara alat dengan darah, dan untuk

memperbaiki sifat tribologinya (Adamus, 2007). Baja tahan karat martensitik

AISI 410 digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi industri, seperti:

steam valve, water valve, pompa, turbin, komponen kompresor, poros, alat

potong, peralatan bedah, bearing, plastic mould dan perlengkapan industry

kimia (Krishna and Bandyopadhyay, 2009. Baja AISI 410 dalam bidang

medis digunakan sebagai cutting instruments dan non cutting instruments

(ASTM F 899-02, 2006) Logam transisi berbasis nitrida seperti TiN banyak

digunakan sebagai bahan pelapis karena bersifat keras, koefisien gesekan

rendah, tahan aus dan tahan korosi sehingga dapat meningkatkan umur

material (Shah dkk, 2010); (Chang dkk, 2009). Penelitian ini akan mengamati

pengaruhimplantasi ion TiN terhadap tahan karat martensitik AISI 410.

Physich Vapour Deposition (PVD) adalah teknik dasar pelapisan dengan

cara penguapan yang melibatkan transfer material pada skala atomic. PVD

merupakan proses alternative dari electroplating.

PVD digunakan untuk meningkatkan kekerasan dan daya tahan terhadap

keausan, mengurangi efek gesekan, dan meningkatkan daya tahan terhadap

oksidasi. Mekanismenya target material ditembaki dengan energi agar atom-

atomny lepas kemudian ditransferkan dan didepositkan pada material yang

ingin di lapiskan. Namun, PVD juga memiliki kelemahan yaitu beberapa

proses memerlukan tekanan dan temperatur yang tinggi, proses pada suhu

yang tinggi memerlukan sistem pendinginan yang mahal, dan biasanya

kecepatan deposisi cukup lambat. Keuntungan dan kerugian proses PVD

meliputi :

a. Keuntungan

Material yang telah dilapisi memiliki sifat yang lebih baik jika

dibandingkan dengan material sebelumnya.

Prosenya lebih ramah lingkungan dari pada proses electroplating.

b. Kerugian

Sulit untuk mendapatkan permukaan lapisan yang seragam.

2

Biaya produksi yang tinggi.

Beberapa prosesnya beroperasi pada kondisi vakum dan temperature

yang tinggi sehingga memerlukan operator yang terampil.

Prosesnya memerlukan panas dalam jumlah yang besar dan sistem

pendinginan yang tepat.

Laju pengendapan pelapisannya biasanya lambat.

1.2. Perumusan Masalah

Dalam pembuatan Laporan Tugas Tooling Design ini penulis akan

membahas pada masalah perencanaan alat bantu untuk proses Physics Vapour

Coating (PVD).

1.3. Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan tugas tooling design ini adalah penulis ingin

mengetahui hal-hal yang terkait pada proses PVD coating dan

mempersiapkan alat yang digunakan pada proses PVD dengan teknik

magnetron sputering.Alasan utama penggunaan pelapisan PVD adalah

untuk:

1. Meningkatkan kekerasan dan ketahanan terhadap aus

2. Mengurangi gesekan

3. Meningkatkan ketahanan oksidasi

1.4. Batasan Permasalahan

1) Mempersiapkan alat yang digunakan pada proses magnetron sputtering

dengan mengunakan peralatan dari microwave.

2) Membuat lapisan tembaga pada kaca.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat Penelitian ini diantaranya memberikan informasi baru tentang

coating dalam ilmu mesin. Manfaat yang lain yakni sebagai bahan kajian bagi

peneliti lain untuk mengembangkan ide-ide baru mengenai metode pelapisan.

1.6. Cara kerja PVD

Proses PVD pada kondisi vakum.

Proses PVD meliputi :

3

a) Evaporasi

Pada tahap ini, sebuah target yang mengandung material yang ingin n,

dibombardir menjadi bagian-bagian kecil akibat sumber energy yang

tinggi seperti penembakan sinarelektron . Atom-atom yang keluar tersebut

akhirnya menguap.

b) Transportasi

Proses ini secara sederhana merupakan pergerakan atom-atom yang dari

target menuju substrat yang ingin dilapisi dan secara umum bergerak

lurus.

c) Reaksi

Pada beberapa kasus, pelapisan mengandung logam Oksida, Nitroda,

Karbida dan material sejenisnya. Atom dari logam akan bereaksi dengan

gas tertentu selama proses perpindahan atom. Untuk permasalahan di atas,

gas reaktif yang mungkin adalah Oksigen, Nitrogen dan Metana.

d) Deposisi

Merupakan proses terjadinya pelapisan pada permukaan substrat.

Beberapa reaksi terjadi antara logam target dan gas reaktif mungkin juga

terjadi pada permukaan substrat yang terjadi serempak dengan proses

deposisi.

Bagian Deposisi Uap

i. PVD (Physics Vapor Deposition)

Lapisan yang dibentuk oleh atom dengan secara langsung

dipindahkan dari sumber ke substrat pada saat fase gas.

ii. CVD (Chemical Vapor Deposition)

Lapisan ini dibentuk dari reaksi kimia yang terjadi pada

permukaan subtract.

1.7. Kegunaan Pelapisan PVD

Alasan utama penggunaan pelapisan PVD adalah untuk :

Penggunaan pelapisan seperti ini bertujuan meningkatkan efisiensi

melalui kinerja yang meningkat dan masa pemakaian komponen yang

lebih lama.

4

Pelapisan ini juga memungkinkan komponen yang dilapisi untuk

beroperasi pada lingkungan dimana komponen yang tidak dilapisi tidak

bisa bekerja.

Meningkatkan kekerasan dan ketahanan terhadap aus.

Mengurangi gesekan

Meningkatkan ketahanan oksidasi

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Implantasi Ion

Implantasi ion adalah modifikasi permukaan dengan menggunakan

energi tinggi dari ion yang akan diimplantasikan pada permukaan substrat,

dengan proses dilakukan dalam ruang hampa (sampai10-6 torr).

Gambar 2.1 Implantasi Ion

Pada permukaan substrat dibombardir dengan ion-ion. Implantasi ion

pada permukaan logam mampu merubah sifat mikrostruktur, aus, fatik,

kekerasan, oksidasi dan korosi. Kedalaman penetrasi rata-rata lapisan

implantasi ion merupakan fungsi energy ion,massa atom,jumlah atom

material substrat, dan sudut dating. Dalam proses implantasi ion, berkas ion

berenergi tinggi akan berinteraksi dan bertumbukan dengan bahan target

sehingga atom-atom target tersebut akan bergeser atau terpental sehingga

akan merusak struktur bahan tersebut. Atom-atom yang pertama kali terpental

akan menumbuk atom-atom target tetangganya sehingga mengakibatkan

pergeseran atom-atom tersebut dari asalnya.

6

Gambar 2.2 Kerusakan Susunan Atom Pada Target

Setiap kali bertumbukan akan kehilangan energi, sehingga pada suatu

saat atom-atom tersebut akan kehabisan energi dan akhirnya akan menempati

ruang kosong yang ditinggalkan atom-atom target. Demikian juga ion-ion

yang masuk kedalam target akan kehilangan energi dan berhenti menempati

ruang antara atom-atom target sehingga kerapatan atom-atom bertambah, dan

hal ini akan meningkatkan daya tahan material target tersebut. Implantasi ion

dengan kedalaman kurang dari 1 μm dengan dosis berkisar antara interval 2

sampai 6 x 1017 ion/cm2 dilakukan dengan energy 50 sampai 100 ke V. Untuk

kedalaman penetrasi lapisansekitar 5 μm diperlukan energi implantasi sekitar

1 sampai 10 MeV.

Gambar 2.3 Akselerator Implantasi Ion

7

Kedalaman penetrasi dari ion dopan di dalam material dinyatakan

sebagai jangkauan terproyeksi ion Rp.Jangkauan terproyeksi ion menyatakan

jarak atau kedalaman penetrasi rata-rata dari ion relative terhadap permukaan

material target. Jangkauan terproyeksi ion Rp dalam materialtarget dapat

ditentukkan dengan persamaan ( kartikasari dkk,2001)

Rp=

1,1×1026(M 1+ M 2)( Z

1

23

+Z

2

23

)1

2

No(3 M 1+M 2 )Z1Z2

E ( A )° .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .(2 .1 )

Dengan :

M1 = massa ion dopan (sma)

M2 = massa atom target (sma)

Z1 = nomor atom ion dopan

Z2 = nomor atom target

E = energi ion dopan (eV)

No =kerapatan atom target (atom/cm3

Dengan,

No=ρN A

M 2

(atom /cm3 ). . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . ..(2 . 2)

ρ = rapat massa atom target (g/cm3)

NA = bilangan avogadro (6,02 x 1023 atom/g atom)

Implantasi ion dilaksanakan dalam beberapa tahap. Tahap pertama adalah

memisahkan massa spesifik dari atom terionisasi dari sumber ion dalam ruang

hampa. Tahap kedua adalah mempercepat ion ke target oleh tegangan bias.

Ion-ion menumbuk permukaan target ke substrat dengan energi tinggi. Ion-

ion melekat ke permukaan substrat ketika tegangan bias dibawah 0,5 keV.

Bila tegangan bias antara 0,5-1 keV akan terjadi sputtering. Untuk energi

tinggi (1100 keV) akan terjadi implantasi ion. Hasilnya ion-ion terpenetrasi

8

ke permukaan substrat dengan kedalaman dalam orde ratusan angstrom dari

permukaan (Wagiyo dan Wulan, 2008).

2.2. Dosis Implantasi IonDosis ion adalah banyaknya ion yang mengenai permukaan target per

satuan luas, sering disebut sebagai berkas ion (ion/cm2). Jumlah ion yang

masuk dalam suatu target akan tergantung pada besaranya berkas arus ion dan

waktu implantasi. Dalam prakteknya dosis ion diperoleh dengan dua metode

yaitu dengan mperemvariasikan besarnya arus ion sementara waktunya dibuat

tetap atau waktu proses implantasi divariasi dan berkas arus ion dibuat tetap.

Dosis implantasi ion dinyatakan dengan persamaan (Wen, dkk., (2007)

D= I⋅tq⋅e⋅A

. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .(2.3 )

Dengan:

D = dosis ion per satuan luas (ion/cm2)

I = arus berkas (Ampere)

t = waktu implantasi (detik)

q = charge state (+1, +2, . . .)

e = muatan electron (1,602 x 10-19 coulomb)

A= luas berkas ion (12,57 cm2)

Kedalaman implantasi ion

h p=hmax−εPmax

dP /dhε≈0 ,75 .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .(2 .4 )

Dengan:

Ai = Luas permukaan ideal, dinyatakan dengan

Ai = 24.5. hp2

Korelasi luasan dinyatakan dengan ᴀ ⁄ ᴀᵢ

9

2.3. Korosi

Korosi didefinisikan sebagai kerusakan material yang disebabkan karena

reaksi dengan lingkungan, (Fontana and Greene, 1984). Laju korosi

dinyatakan dengan (Jones, 1992)

r=0 .129a⋅icorr

n⋅D. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .(2. 5 )

Dimana :

r = laju korosi (mpy)

a = berat atom

icorr = arus korosi (μA/cm2)

n = elektron valensi

D = densitas (gr/cm3)

NaCl 0,9%. Laju korosi dinyatakan dengan persamaan (Jones, 1992):

r = 0,129 (EW x icorr)/D…………………………………………………. (2.6)

Dengan:

r = laju korosi (mpy)

EW = berat ekuivalen

icorr = arus korosi (μA/cm2)

D = densitas (g/cm3)

Jika dinyatakan dalam millimeter per year (mm/year), maka bilangan

0,129 pada Persamaan 6 diganti dengan 0,00327. Berat ekuivalen (EW)

dihitung sebagai berikut:

EW=( N EQ )−1 .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .(2. 7 )

N EQ=Σ( f i

ai

n i)=Σ( f i ni

ai) . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .(2.8 )

10

Dengan:

fi, = fraksi massa atom

ni,= elektron valensi

ai = massa atom

Untuk menentukan arus korosi (icorr), maka diambil dari hasil pegujian

berdasarkan diagram Tafel, seperti pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Diagram Tafel

2.4. Jenis-jenis PVD

2.4.1. Penguapan (Evaporation)

Gambar 2.5 Evaporation

11

2.4.2. Pemercikan (Sputtering)

Sputtering diperoleh dengan melewatkan ion inert (Ar+)

menggunakan arus DC atau RF di dalam plasma melalui gradient

potensial untuk menghancurkan permukaan logam yang

ditargetkan. Lalu material target tersebut terpercik dan terdeposisi

pada substrat yang diletakkan di anoda.Lihat pada gambar dibawah

ini.

12

Gambar 2.6 Pemercikan (sputtering)

2.4.3 Plasma Sputtering

Dengan teknologi plasma sputtering maka atom-atom yang

akan dideposisikan/dilapiskan pada permukaan benda kerja

dibombardir dengan ion-ion berenergi dari gas mulia (gas sputter)

seperti Xe, He, Ar, Ne dan Kr. Akibat transfer momentum dari ion

gas sputter ke atom-atom target, maka atom-atom target akan

terlepas dari induknya dan sebagian bergerak menuju benda kerja

yang selanjutnya bereaksi dengan permukaan benda kerja untuk

membentuk lapisan tipis (Suyitno, 2003). Keunggulan pembuatan

lapisan tipis dengan teknologi plasma sputtering dibanding dengan

teknik evaporasi adalah bahwa (1) dapat menghasilkan lapisan

tipis dari bahan yang mempunyai titik leleh tinggi yang dengan

metode evaporasi tidak mungkin dapat dilakukan, (2) hampir

semua bahan padat seperti semikonduktor, logam, paduan,

keramik, maupun isolator dapat dideposisikan, (3) penghematan

bahan yang akan dideposisikan, (4) mempunyai daya lekat yang

lebih kuat, sehingga dapat memperpanjang umur pemakain

komponen, dan (5) ketebalan lapisan dapat dikontrol dengan

akurat. Parameter yang mempengaruhi proses plasma sputtering

adalah jenis ion (nomor atom dan nomor massa), energi ion (keV),

arah ion datang dengan normal (Ɵ), dan jenis target (nomor atom

13

dan 5 nomor massa) yang akan dideposisi/dilapisi. Energi untuk

proses ionisasi gas-gas sputter dapat diperoleh dengan tegangan

DC ataupun RF. Hanya kalau menggunakan tegangan DC tidak

dapat diterapkan untuk target yang bersifat nonkonduktif misalnya

isolator dan ini hanya dapat dilakukan dengan RF. Proses

tumbukan ion dengan atom target dapat ditunjukkan sebagai

berikut:

Gambar 2.7 Sputer deposition process

Prinsip tumbukan ion inilah yang mendasari dari pemanfaatan

plasma sputtering untuk mendeposisikan lapisian tipis pada

permukaan bahan. Ada beberapa fenomena yang mungkin terjadi

sebagai akibat interaksi berkas ion sputter dengan material target :

1. gas sputter terpantul dan dapat menjadi netral dengan

menangkap Ion elektron auger.

2. Atom target akan terpental keluar dapat disertai dengan elektron

sekunder.

3. Ion gas sputter yang mempunyai energi tinggi dapat ter

implantasi/ tertanam ke dalam target dan dapat mengakibatkan

perubahan-perubahan sifat-sifat permukaan target.

14

4. elektron-elektron dalam plasma dapat terpantul oleh permukaan

target.

Gambar 2.8 Rangkaian peralatan Sputtering DC

Skema alat sputtering DC ditunjukkan dalam Gambar 2.8. Pada teknik ini,

bahan target yang digunakan untuk melapisi substrat yaitu Al dan Ti

ditembak oleh atom Argon energi tinggi, sehingga atom permukaan bahan

target tersebut akan memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan dari

permukaannya. Atom yang terhambur dari permukaan akibat sputtering ini

dapat digunakan untuk pendeposisian lapisan tipis pada substrat (Stuart,

1983). Terjadinya proses sputtering yang pertama kali diawali oleh adanya

tumbukan ion dengan atom-atom pada permukaan target diikuti oleh

tumbukan kedua dan ketiga antar atom-atom yang berada di permukaan

target, sehingga terjadi perpindahan atom-atom dan suatu tumbukan yang

berhasil akan mengeluarkan pada permukaan target. Banyaknya atom yang

terlepas dari permukaan target untuk setiap ion datang didefinisikan

dengan apa yang dinamakan sputter yield (S, atom/ion datang) dan dapat

dituliskan sebagai, (Sujitno, 2003). Energi kinetik rata-rata diperoleh dari

energi potensial listrik yang terpasang diantara elektroda. Saat menumbuk

permukaan target, maka energi ion gas sputter yang datang kepermukaan

15

target misalkan Ei, maka energi yang ditransfer ke atom-atom target

adalah sebesar, (Sujitno, 2003).

Et=4 M i M s

M i+M s

Cos2 θ. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. ..(2 . 9)

Dengan,

Ei = energi kinetik rata-rata ion gas sputter

Et = energi yang ditransfer

Mi = massa atom ion gas sputter

θ = sudut datang ion gas sputter dengan normal

Bila arah ion datang tegak lurus permukaan target (berarti θ = 0), maka

energi yang ditransfer adalah maksimum dan besarnya (Sujitno, 2003)

adalah;

Et=4 M i M s

M i+M s

E i .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. .(2 .10 )

Dalam hal ini bila :

1) Mi < Ms maka gas ion sputter akan dipantulkan kembali kepermukaan

target.

2) Mi = Ms maka Ei = Tm dengan kata lain energi ion gas sputter

seluruhnya diberikan ke atom-atom target.

3) Mi > Ms maka keduanya akan meninggalkan tempat tumbukan dan

menuju ke arah bagian dalam permukaan material. Dengan Mi adalah

massa ion, Ms adalah massa atom target, dan E adalah energi ion.

Jumlah atom yang lepas dari permukaan target per ion penumbuk

dinyatakan sebagai produksi sputter (S) dirumuskan sebagai berikut

(Sujitno, 2003)

S=kM i M s

λ (E )Cos θ (M i+M s)Ei .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .(2. 11 )

dengan k adalah kosntanta yang nilainya tergantung pada bahan target,

adalah jejak bebas rata-rata tumbukan elastik di sekitar permukaan

16

target dan θ adalah sudut antara permukaan normal target dan arah ion

datang. Jejak bebas rata-rata (Sujitno, 2003)

λ= 1

πR2

no

. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. ..(2 .12)

dengan no adalah jumlah atom-atom kisi persatuan volume dan R adalah

jari-jari tumbukan. Untuk bola tegar R dirumuskan (Sujitno, 2003)

sebagai;

R=Ca n

Z1+Z2

InZ1 Z2 e2

ε⋅RE. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. .(2 .13 )

Dengan E’ = MiE/(Mi + Ms), C2 adalah konstanta , an adalah jari-jari atom

hydrogen, e adalah muatan electron,ᵋo adalah konstanta dielektrikum

dalam vakum, Z1e dan Z2e adalah muatan untuk Mi dan Ms. Persamaan

(2.12) memberikan informasi kuantitatif mengenai produksi sputter,

sedangkan Almen merumuskan produksi sputter (S) secara empiris

sebagai berikut, (Sujitno, 2003) :

S=4 , 24 x 10−8no R2 EM 1 M 2

(M 1+M 2)Exp(−10 , 4

M 1

M 1+M 2

Eb ). .. . .. .. . .. .(2. 14 )

dengan Eb adalah energi ikatan bahan target. Jumlah partikel/atom yang

tersputter/terpecik persatuan luasan katoda (target) dapat dituliskan oleh

persamaan (Sujitno, 2003):

W 0=J +⋅S⋅t⋅A

eN A

.. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. ..(2 . 15)

Dengan,

J+ = rapat arus berkas ion (orde mA/cm2)

e = muatan elektron (1,6 x 10-19 Coulomb)

S = sputter yield (atom/ions)

A = berat atom target (amu)

NA= bilangan Avogadro (6,021 x 1023 atom/mol)

Jumlah partikel/atom ter-sputter yang menempel pada permukaan

material persatuan luas (Sujitno, 2003) adalah;

17

W =k1⋅Wo

p⋅d.. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . ..(2 .16 )

Dengan,

k1= rc/ra,

rc dan ra masing-masing adalah jari-jari katode dan anode untuk sistim

planar k1 =1.

p = tekanan (torr)

d = jarak antar elektrode

t = lamanya proses deposisi

Sedang laju deposisinya diberikan oleh persamaan, (Sujitno, 2003)

R≈Wt

. .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .(2. 17 )

● Jenis-jenis Sputtering

1. DC Diode sputtering

Sering dikenal sebagai cathode sputtering, terjadi sebagai hasil sputtering

dari electrode negative oleh gas ion positif karena adanya beda potensial

yang tinggi antara 2 elektrode yang dipisahkan oleh gas pada tekanan 1-

10 Pa. Lihat gambar dibawah

Gambar 2.9 DC Diode sputtering

2. Collimated Sputtering

a. Digunakan untuk deposisi Ti dan Tin.

18

b. Collimator membuat atom logam atau molekul untuk tetap

bergerak pada arah vertical.

c. Mencapai celah yang sempit dibawah atau melalui lubang.

d. Meningkatkan cakupan permukaan bawah.

Gambar 2.10 Collimated Sputtering

2.5. Jenis-jenis Evaporation

2.5.1. Thermal Evaporation

a) Meletakkan material target yang ingin diendapkan pada sebuah

container.

b) Panaskan container tersebut hingga suhu yang tinggi.

c) Material target menguap

d) Uap dari material target tersebut bergerak dan menempel pada

permukaan substrat.

19

Gambar 2.11 Thermal Evaporation

2.5.2. Electron Beam Evaporation

a) Teknik ini menyebabkan penguapan dari material oleh tembakan

sinar elektron yang dipusatkan pada permukaan dari material. Uap

dari material tersebut akan terurai dan akan menuju permukaan dari

substrat.

b) Dipanaskan pada tekanan uap yang tinggi oleh penembakan

electron pada keadaan vakum.

20

Gambar 2.12 Electron Beam Evaporation.

2.6. METODOLOGI

a. Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah baja

tahan karat martensitik AISI 410. Komposisi kimia bahan yang akan

diimplantasi sebagai berikut (dalam % berat): 0,12 C; 0,34 Si; 0,03 S; 0,02

P; 0,43 Mn; 0,21 Ni; 12,83 Cr; 0,03 Mo; 0,06 Cu; 0,01 W; 0,01Sn; 0,01

Ca; 0,02 Zn; dan 85,90 Fe. Bahan pelapis adalah TiN dalam bentuk

serbuk.

b. Proses Implantasi

Baja AISI 410 dibubut dengan mesin bubut

21

menjadi spesimen dengan diameter 14 mm dan tebal 3 mm. Material

dipoles dengan kertas ampelas silikon karbida mulai grid 400, 600, 800,

1000, 1200,1500 hingga 2000, selanjutnya dibersihkan dengan alkohol

70% untuk menghilangkan kotoran dan minyak yang menempel pada

permukaan spesimen.

Gambar 2.13 Mesin Implantasi Ion (Batan Yogyakarta)

Proses implantasi ion TiN dilakukan dengan alat implantor ion yang

berada di Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Baja (PTAPB)-BATAN

Yogyakarta. Sampel baja AISI 410 diletakkan dan tempat target, dalam

kondisi vakum sebesar 10-5 mbar. Energi dan arus ion yang digunakan

dibuat tetap 100 keV dan 10 μA, sedangkan waktu implantasi

divariasaikan berturut-turut 1, 2, 3, 4 dan 5 jam.

c. Uji Korosi

Uji korosi menggunakan metode potensiostat/galvanostat PGS 201 T

dengan tegangan – 2000 mV sampai + 2000 mV dan rentang arus 200 μA

sampai 2 A. Media korosi menggunakan larutan meningkat hingga

mencapai angka maksimum, yaitu pada waktu implantasi 3 jam. Angka

kekerasan mikrohardness sebesar 318,5 HVN.

22

Tabel 2.1 Hubungan Waktu Implantasi TiN dengan Kekerasan Baja Tahan

Karat AISI 410.

Tabel 2.1 memperlihatkan bahwa kekerasan meningkat untuk lama

implantasi naik dari 1 sampai 3 jam, dan selanjutnya kekerasannya

menurun bila lama implantasi lebih besar daripada 3 jam.

Distribusi laju korosi ditunjukkan pada Gambar 7. Semakin lama

waktu implantasi, laju korosi memiliki kecenderungan menurun hingga

mencapai harga optimalnya yaitu pada waktu implantasi 3 jam, semakin

lama waktu implantasi laju korosi menunjukkan kecenderungan meningkat

kembali.

Tabel 2.2 Pengaruh Implantasi Ion TiN Terhadap Laju Korosi Baja Tahan

Karat AISI 410.

23

d. Uji Kekerasan

Pengujian kekerasan menggunakan skalamikrohardness Vickers,

dengan beban 10 gf dengan lama indentasi 10 detik. Kekerasan Vickers

dapat dicari dengan rumus:

HVN=1 , 854 P

(din )2(kg /mm2 ) . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .(2. 18 )

Dengan:

P = beban (kg)

din= diagonal rata-rata bekas injakan (mm).

2.7. Alat Bantu Proses PVD COATING

a) VAKUM

b) Gas

c) Medan magnet

Dilakukan pd saat penyemburan mega-netron untuk menghasilkan plasma

pekat di dekat sasaran yang didinginkan dengan air dengan kutub utara

ddan kutub selatan disusun sedemikian rupa sehingga medan magnet tegak

lurus terhadap medan listrik antara sasaran dengan substrat. (gambar. 4)

Gambar 2.14 Penyemburan Megatron

24

Gambar 2.15 PPVD Plasma Meganetron Konvensional

Medan magnet ini megkukung elektron agar dekat permukaan sasaran,

meningkatkan laju ionisasi dan menghasilkan plasma yang jauh lebih

pekat. Dengan efesiensi ionisasi yang ditingkatkan ini dapat digunakan

tekanan ruang yang lebih rendah, dan semburan atom sasaran oleh

molekul gas berkurang.

Efek lain yang dituju adalah perbaikan laju desposisi pada substrat.

Umumnya daerah plasma pekat hanya memanjang jarak sekitar 6 cm dari

permukaan sasaran. Pengembangan sistim meganetron tak seimbang

mengakibatkan dan menghasilkan peningkatan zona plasma peka.

sehingga substrat itu sendiri terkena penembakkan ion (gambar 5). Ion

energetik ini merubah sifat kimia dan fisika deposit. Pada salah satu

konfigurasi mega netron tak seimbang,cincin kutub magnet tanah jarang

yang kuat mengeliligi kutub magnet pusat yang lemah. Zona plasma yang

lebih luas sanggup menopang benda kerja yang besar dan rumit dan

dengan cepat menghasilkan lapisan logam atau paduan non-kolumnar yang

padat. Pada sistim meganetron tak seimbangdapat dapat dicapai jarak

antara sasaran dan substrat hingga 20 cm.

25

Gambar 2.16 Meganetron Tak Seimbang

d) Pelapisan dengan senapan detonasi

Pada metode senapan detonasi campuran oksigen dan asetiline

(C2H2) terukur diledakkan dengan letupan api. serbuk dengan diameter

rata-rata 45 mm disuntikkan, dan dipansaskan oleh gas panas kemudian

ditembakkan dengan laras panjang 1m ke benda kerja dengan kecepatan

750 m/s.

Gambar 2.17 Pelapisan Dengan Senapan Detonasi

Laras diisi dengan gas nitrogen diantara detonasi, yang terjadi setiap empat

atau delapan kali per detik. Aplikasi tipikal dengan komposisi tertentu

meliputi, lapisan D-Gun tahan aus dan permukaan perapat bantalan (WC-

9Co), Sudu kompresor (WC-13Co) dan shrond interlocks dari sudu turbin

(Cr3C2/80Ni-20Cr). Pada teknik semprot plasma, serbuk dipanaskan oleh

26

busur arus searah dengan umpan argon (gambar 7) dan kemudian

ditembakkan ke benda kerja dengan kecepatan 125-600m/s.

Gambar 2.18 Pelapisan Dengan Penyemprotan Plasma

Dalam proses ini digunakan gas pelindung berupa gas mulia Argon

(Ar) untuk mencegah oksidasi material yang diendapkan. Proses ini

diterapkan untuk membuat lapisan tipe MCrA1Y pada komponen turbin

dimana dipersyaratkan ketahanan korosi pada temperature tinggi (seperti

sudu, kipas), dan M adalah logam dengan titik lebur tinggiseperti Fe, Ni,

dan Co.

Pelapisan ini lebih banyak mengandung banyak elemen pembentuk

kerak seperti krom dan alumunium dibandingkan dengan super alloy (39

Co-32Ni-21Cr-7,5Al-0,5Y). lapisan tersebut merupakan sumber elemen

yang dapat teroksidasi dan memeungkinkan timbulnya kerak pelindung

yang mampu memulihkan diri. Iterium dalam jumlah kecil meningkatkan

adeshi kerak.Lapisan dengan komposisi khusus ini digunakan sebagai

preparat saluran gas panas dilokasi dimana terdapat toleransi rendah antara

sudu yang berputar dan bagian dalam dinding mesin sehingga effesiensi

bahan baker meningkat. Lapisan ini tahan terhadap kontak gesekan yang

kadang kadang terjadi. Berkas biasanya menimbulkan efek semburan

karena mengeluarkan atom dari permukaan dan terjadi perubahan profil

konsentetrasi. efek ini sangat menonjol apabila digunakan ion berat atau

dosis yang tinggi. Keadaan seimbang akan dicapai apabila laju erosin

27

semburan sama dengan laju implatasi. jadi bergantung pada sasaran, tipe

dan energi ion serta material substrat, erosi semburanmampu membatasi

jumlah implantasi.

Gambar 2.19 Struktur Atom Dengan Pelapisan PVD

e) Thermal vacuum sputtering

Gambar 2.20 Skema Dc Magnetron Sputering

Material penelitian menggunakan substrat baja tahan karat martensitik

AISI 410 dengan komposisi kimia 0,15% C; 1% Mn; 1% Si; 0,04% P;

0,03% S; 11,5% Cr; 0,75% Ni. Bahan pelapis (target) yang digunakan

dalam penelitian ini yaitu tungsten yang memiliki kemurnian 99,95%.

Spesimen uji memilki diameter 14 mm dan tebal 2 mm.

28

Pelapisan tungsten nitrida (WN) dilakukan dua tahapan proses, yaitu

sputtering W dilanjutkan implantasi N. Pada material dasar dilakukan

dengan menggunakan teknik d.c. magnetron sputtering. Sebelum

dilakukan proses pelapisan, spesimen dihaluskan dengan menggunakan

kertas ampelas nomor 200, 400, 600, 800, 1000 dan 1200. Permukaan

yang sudah dihaluskan kemudian diautosol untuk menghilangkan goresan

waktu pengamplasan serta membuat permukaan spesimen menjadi

mengkilap, kemudian dicuci menggunakan alkohol 70% untuk

menghilangkan lemak dan kotoran yang menempel pada permukaan

spesimen. Spesimen yang telah bersih dan bebas lemak dibersihkan

kembali dengan menggunakan ultrasonic cleaner untuk dilakukan proses

pelapisan menggunakan d.c magnetron sputtering, seperti pada Gambar 5.

f) Thermal vacuum evaporation

29

BAB III

KOMPONEN

3.1. Komponen Alat PVD Coating

1. Vacum pump

Pompa vakum adalah sebuah alat untuk mengeluarkan molekul-molekul

gas dari dalam sebuah ruangan tertutup untuk mencapai tekanan vakum.

Pompa vakum menjadi salah satu komponen penting di beberapa industri

besar seperti pabrik lampu, vacuum coating pada kaca, pabrik komponen-

komponen elektronik, pemurnian oli, bahkan hingga alat-alat kesehatan

sepertiradiotherapy, radiosurgery, dan radiopharmacy. Berdasarkan prinsip

kerjanya, pompa vakum diklasifikasikan menjadi 3 yaitu:

Positive Displacement : menggunakan cara mekanis untuk

mengekspansi sebuah volume secara terus-menerus, mengalirkan

gas melalui pompa tersebut, men-sealing ruang volume sistem, dan

membuang gas ke atmosfer.

Pompa Momentum Transfer : menggunakan sistem jet fluida

kecepatan tinggi, atau menggunakan sudu putar kecepatan tinggi

untuk menghisap gas dari sebuah ruang tertutup.

Pompa Entrapment : menggunakan suatu zat padat atau zat

adsorber tertentu untuk mengikat gas di dalam ruangan tertutup.

Pompa Vakum Positive Displacement

Prinsip dari pompa ini adalah dengan jalan mengekspansi volume

ruang oleh pompa sehingga terjadi penurunan tekanan vakum

parsial. Sistem sealing mencegah gas masuk ke dalam ruang

tersebut. Selanjutnya pompa melakukan gerakan buang, dan

kembali mengekspansi ruang tersebut. Jika dilakukan secara siklis

dan berkali-kali, maka vakum akan terbentuk di ruangan tersebut.

Salah satu aplikasi pompa ini yang paling sederhana adalah pada

30

pompa air manual. Untuk mengangkat air dari dalam tanah,

dibentuk ruang vakum pada sisi keluaran air, sehingga air dapat

“terhisap” naik ke atas.

Gambar 3.1 Rotary Vacuum Pump

Berikut adalah pompa vakum yang termasuk ke dalam tipe positive

displacement:

Rotary vane pump, yang paling banyak digunakan

Pompa diafragma

Liquid ring pump

Piston pump

Scroll pump

Screw pump

Wankel pump

External vane pump

Roots blower

Multistage Roots pump

Toepler pump

Lobe pump

Momentum Transfer Pump. Pompa vakum dengan metode ini dapat

menghasilkan tekanan vakum yang sangat tinggi. Metodenya adalah

dengan jalan mengakselerasi molekul gas dari sisi tekanan rendah ke

tekanan tinggi.Sesuai dengan hukum dinamika fluida, molekul fluida yang

31

berada pada tekanan atmosfer akan saling mendorong dengan molekul

fluida tetangganya dan menciptakan aliran fluida. Namun pada saat jarak

antara molekul fluida sangat jauh, maka molekul tersebut lebih cenderung

berinteraksi dengan dinding ruangnya daripada dengan molekul

sesamanya. Fenomena inilah yang menjadi dasar penggunaan pompa

vakum momentum transfer. Yang mana semakin vakum tekanan di dalam

ruang, akan semakin tinggi efisiensi pompa ini. Dikarenakan secara desain

konstruksi pompa ini tidak menggunakan sistem seal antara ruang vakum-

pompa-ruang luar, maka sangat dimungkinkan akan terjadi stall padanya.

Untuk itu pada penggunaannya diperlukan ruangan selanjutnya yang

bertekanan lebi rendah dari atmosfer dan terpasang di sisi keluaran pompa

vakum ini. Yang termasuk ke dalam pompa jenis ini adalah pompa difusi

dan pompa turbomolecular.

Gambar 3.2 Turbomolecular Vacuum Pump

Entrapment Vacuum Pump

Pompa jenis ini menggunakan metode-metode kimia ataupun fisik untuk

mengikat fluida (gas) dengan tujuan menghasilkan tekanan vakum. Ada

berbagai macam jenis pompa vakum entrapment, yaitu:

Cryopump: adalah pompa vakum dengan jalan mengikat uap air atau gas

di suatu ruangan menggunakan sebuah permukaan yang dingin.

Pompa kimia: yang mengikat gas untuk bereaksi dan membentuk padatan.

32

Pompa ionisasi: mengionisasi gas dengan menggunakan potensial

bertegangan tinggi, sehingga gas tersebut terakselerasi menuju elektrode

pengumpul. Vacuum pump adalah membuat vacuum pada condenser pada

saat turbin–generator beroperasi, dimana uap bekas yang telah digunakan

untuk memutar turbin sisi LP terakir akan melewati sisi last blade , untuk

mempercepat terjadinya kondensasi menjadi air lagi dengan jalan didalam

condenser harus dibuat vacuum ,yaitu uap akan turun dan menyentuh

dinding tube condenser sisi luar dan tube condenser sisi dalan dialiri oleh

media pendingin (digunakan air laut) yang dipompa oleh CWP. Sehinnga

dengan terjadinya heat transfer maka uap basah yang masih bertemperatur

dan menyentuh dinding tube condenser akanterkondensasi menjadi air

kembali dan didalam proses ini sering disebut air kondensat dan akan

tertampung didalam hot wall. Prinsip kerja vacuum pump sampai sekarang

belum ada design pompa vacuum (pompa uap) dan untuk membuat

condenser menjadi vacuum dengan bantuan pompa maka media yang

membantu pada pompa sehinga dapat berfungsi sebagai pompa vacuum

ada air yang dibuat secara sirkulasi dan temperaturnya harus dijaga agar

didalam pompa tidak terjadi kapitasi (ledakan gelembung – gelembung

air) untuk menjaga agar air tidak panas , maka air yang akan digunakan

dilewatkam HE (Heat Exchanger) dan uap panas yang tebawa / terhisap

oleh pompa akan keluar melewati venting separator , air yang masuk

separator dilwatkan ke HE dan msuk lagi ke dalam pompa. Kebanyakan

pompa yang digunakan pada power plant mengunakan dua stage (Low dan

High stage)

2. Vacuum house

Fungsi dari vacuum hose adalah selang untuk menghubungkan

vacuum pump ke glass chamber.

3. Glass Chamber

Alat untuk menampung udara dari pompa vakum yang

dihubungkan dengan selang agar menguap dan menjadi vacum. karena

botol menjadi salah satu alat yang terbaik untuk ruang vakum.

33

4. Anoda

Anoda adalah elektroda, bisa berupa logam maupun penghantar

listrik lain, pada sel elektrokimia yang terpolarisasi jika arus listrik

mengalir ke dalamnya. Arus listrik mengalir berlawanan dengan arah

pergerakan elektron. Pada proses elektrokimia,baik sel galvanik (baterai)

maupun sel elektrolisis, anoda mengalami oksidasi. Perlu diperhatikan

bahwa tidak selalu anion (ion yang bermuatan negatif) bergerak menuju

anoda, ataupun tidak selalu kation (ion bermuatan positif) akan bergerak

menjauhi anoda. Pergerakan anion maupun kation menuju atau menjauh

dari anoda tergantung dari jenis sel elektrokimianya.Pada sel galvanik atau

pembangkit listrik (baterai), anoda adalah kutub negatif. Elektroda akan

melepaskan elektron menuju ke sirkuit dan karenanya arus listrik mengalir

ke dalam elektroda ini dan menjadikannya anoda dan berkutub negatif.

Dalam sel galvanik, reaksi oksidasi terjadi secara spontan. Karena terus

menerus melepaskan elektron anoda cenderung menjadi bermuatan positif

dan menarik anion dari larutan (elektrolit) serta menjauhkan kation. Dalam

contoh gambar diagram anoda seng (Zn) di kanan, anion adalah SO4-2,

kation adalah Zn2+ dan ZnSO4 elektrolit. Pada sel elektrolisis, anoda

adalah elektroda positif. Arus listrik dari kutub positif sumber tegangan

listrik luar (GGL) dialirkan ke elektroda sehingga memaksa elektroda

teroksidasi dan melepaskan elektron.Lihat gambar anoda dibawah

Gambar 3.3 Anoda

34

5. Subtrate hotter

Alat yang digunakan untuk tempat kaca yang akan dilapisi dan alat

ini sangat tahan terhadap panas. Karena alat ini dibuat dengan bahan yang

stainless

6. Silicon Rubber packing

Karet silikon adalah elastomer (bahan mirip karet) yang terdiri dari

silikon-silikon polimer itu sendiri mengandung karbon, hidrogen, dan

oksigen. Karet silikon yang banyak digunakan dalam industri, dan ada

beberapa formulasi. Karet silikon dibagi menjadi satu atau dua bagian

polimer, dan untuk meningkatkan sifat atau mengurangi biaya. Karet

silikon umumnya non-reaktif, stabil, dan tahan terhadap lingkungan yang

ekstrim dan suhu dari -55 ° C sampai 300 ° C tetap mempertahankan sifat

manfaatnya. Karena sifat-sifat dan kemudahan manufaktur dan

membentuk, karet silikon dapat ditemukan dalam berbagai macam produk,

termasuk aplikasi otomotif .

7. Copper Target (Tembaga)

Tembaga yang akan digunakan untuk melapisi kaca.

8. Magnet

Magnet adalah alat untuk membuat plasma terkonsentrasi sesuai dengan

medan magnet dan ini juga bisa disebut dengan proses magnetron plasma.

9. Magnet Yoto

Adalah alat untuk tempat magnet agar magnet tidak bisa bergerak-gerak.

10. Capacitor

Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang berfungsi

untuk menyimpan arus listrik dalam bentuk muatan, selain itu kapasitor

juga dapat digunakan sebagai penyaring frekuensi. Kapasitas untuk

menyimpan kemampuan kapasitor dalam muatan listrik disebut Farad (F)

sedangkan simbol dari kapasitor adalah C (kapasitor).  sebuah kapasitor

pada dasarnya terbuat dari dua buah lempengan logam yang saling sejajar

35

satu sama lain dan diantara kedua logam tersebut terdapat bahan isolator

yang sering disebut dielektrik. Bahan dielektrik tersebut dapat

mempengaruhi nilai dari kapasitansi kapasitor tersebut.adapun bahan

dielektrik yang paling sering dipakai adalah keramik, kertas, udara, metal

film dan lain-lain. Kapasitor sering juga disebut sebagai kondensator.

Kapasitor memiliki berbagai macam bentuk dan ukuran, tergantung dari

kapasitas, tegangan kerja, dan lain sebagainya. Suatu kapasitor mempunyai

satuan yaitu Farad (F), kapasitor dibagi menjadi 2 bagian yaitu kapasitor

Polar dan Non Polar, berikut penjelasanya:

Kapasitor Polar adalah kapasitor yang kedua kutubnya mempunyai

polaritas positif dan negatif, biasanya kapasitor Polar bahan dielektriknya

terbuat dari elketrolit dan biasanya kapasitor ini mempnyai nilai

kapasitansi yang besar dibandingkan dengan kapasitor yang menggunakan

bahan dielektrik kertas atau mika atau keramik Lihat pada gambar

dibawah.

Kapasitor Non Polar adalah kapasitor yang yang pada kutubnya tidak

mempunyai polaritas artinya pada kutup kutupnya dapat dipakai secara

berbalik. biasanya kapasitor ini mempunyai nilai kapasitansi yang kecil

dan bahan dielektriknya terbuat dari keramik, mika dll. Satuan-satuan

yang sering dipakai untuk kapasitor adalah :

* 1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad).

* 1 µFarad = 1.000 nF (nano Farad).

* 1 nFarad = 1.000 pF (piko Farad).

Sifat dasar sebuah kapasitor adalah dapat menyimpan muatan listrik, dan

kapasitor juga mempunyai sifat tidak dapat dilalui arus DC (direct

Current) dan dapat dilalui arus AC (alternating current) dan juga dapat

berfungsi sebagai impedansi (resistansi yang nilainya tergantung dari

frekuensi yang diberikan). kapasitor berdasarkan nilai kapasitansinya

dibagi menjadi 2 bagian:

36

a. kapasitor tetap adalah seperti yang telah saya jelaskan diatas.

b. kapasitor variable adalah kapasitor yang dapat diubah nilainya.

Biasanya kapasitor ini digunakan sebagai tuning pada sebuah radio. Ada 2

macam kapasitor variable yaitu varco (variable Capacitor) dengan inti

udara dan varaktor (dioda varaktor). Pada dasarnya varaktor adalah sebuah

Dioda tetapi dipasang terbalik, dioda varaktor dapat mengubah kapasitansi

dengan memberikan tegangan reverse kepada ujung anoda dan katodanya.

Biasanya varaktor digunakan sebagai tuning pada radio digital dengan

fasilitas auto search.

Gambar 3.4 Kapasitor

Terdiri atas dua keping konduktor yang ruang diantaranya diisi

oleh dielektrik (penyekat)

Besaran kapasitor adalah Kapasitas.

Satuan SI dari kapasitas adalah farad (F)

37

Gambar 3.5 Cara Kerja Kapasitor 

Cara kerja kapasitor dalam sebuah rangkaian adalah dengan mengalirkan

elektron menuju kapasitor. Pada saat kapasitor sudah di penuhi dengan

elektron, tegangan akan mengalami perubahan. Selanjutnya, elektron akan

keluar dari sebuah kapasitor dan mengalir menuju rangkaian yang

membutuhkannya. Dengan begitu, kapasitor akan membangkitkan reaktif

suatu rangkaian. Kapasitas Kapasitor adalah ukuran kemampuan atau daya

tumpang kapasitor untuk menyimpan muatan listrik untuk beda potensial

yang diberikan.

11. Dioda Bridge

Dioda Bridge adalah sebuah komponen elektronika semikonduktor

yang berfungsi sebagai penyearah arus bolak-balik (AC). Disebut dioda

bridge karena didalam komponen ini terdapat empat buah dioda yang

dihubungkan saling bertemu satu sama lain (bridge rectifier/penyearah

jembatan). Dioda bridge merupakan penyearah arus bolak-balik satu

gelombang penuh,  jadi akan dihasilkan tegangan DC (searah) yang lebih

baik, yang cenderung memiliki noise rendah. Saat ini, dioda bridge banyak

digunakan pada perangkat-perangkat elektronika modern, karena memang

memiliki kinerja yang baik.

38

Gambar 3.6 Simbol dioda bridge

Dioda secara bebas dapat diartikan sebagai salah satu komponen

elektonika yang sangat sering dijumpai dan digunakan seperti

pada kapasitor dan juga resistor.Secara sederhana sebuah dioda bisa kita

simulasikan sebagai sebuah katup,dimana katup tersebut akan terbuka

manakala air yang mengalir dibelakang katup menuju kedepan, sedangkan

katup akan menutup karena adanya dorongan aliran air dari arah depan

katup. Dioda bridge atau dikenal dengan sebutan jembatan dioda adalah

rangkaian yang digunakan untuk penyearah arus ( rectifier) dari AC ke

DC. Untuk membuat dioda bridge dengan benar maka perlu diketahui tipe

dioda yang akan digunakan, Elemen dioda berasal dari dua kata elektroda

dan katoda. Diode memiliki simbol khusus, yaitu anak panah yang

memiliki garis melintang pada ujungnya. Alasan dibuatnya symbol

tersebut adalah karena sesuai dengan prinsip kerja dari dioda. Anoda ( kaki

positif = P) terdapat pada bagian pangkal dari anak panah tersebut dan

katoda ( kaki negative = N ).terdapat pada bagian ujung dari anak panah.

Dioda bridge atau yang dikenal dengan dioda silicon yang dirangkaikan

menjadi suatu bridge dan dikemas menjadi satu kesatuan komponen.

Dioda bridge digunakan sebagia penyearah pada power suplly. jembatan

dioda adalah gabungan empat atau lebih dioda yang membentuk sebuah

jembatan konfigurasi yang menyediakan polaritas output dan polaritas

input ketika digunakan dalam aplikasi yang paling umum konversi dari

39

arus bolak balik. Fungsi atau bagian utama dari jembatan dioda adalah

bahwa polaritas outputnya berbeda dengan polaritas input. Sebutan lain

dari rangkaian jembatan dioda banyak disebut juga sebagai sircuit Gratez

yang diambil dari nama leo graetz seorang ilmuwan fisika.

Gambar 3.7 Dioda Bridge

Banyak sekali penggunaan dioda dan secara umum dioda dapat digunakan

antara lain untuk

1.Pengaman

2.Penyearah

3.Voltage regulator

4. Modulator

5.Pengendali frekuensi

6.Indikator

7.Switch

12. Micro Wave Oven Transformer (MOT)

Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi

Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak

balik (AC).Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting

dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang

berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di

distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan

listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga

maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC

220Volt. Bentuk dan Simbol Transformator (Trafo) Berikut ini adalah gambar

bentuk dan simbol Transformator :

40

Gambar 3.7 Traformator

Prinsip Kerja Transformator (Trafo) Sebuah Transformator yang sederhana

pada dasarnya terdiri dari 2 lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi

yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada kebanyakan

Transformator, kumparan kawat terisolasi ini dililitkan pada sebuah besi

yang dinamakan dengan Inti Besi (Core).  Ketika kumparan primer dialiri

arus AC (bolak-balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks

magnetik disekitarnya. Kekuatan Medan magnet (densitas Fluks Magnet)

tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang dialirinya. Semakin

besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi

medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan pertama (primer) akan

menginduksi GGL (Gaya Gerak Listrik) dalam kumparan kedua

(sekunder) dan akan terjadi pelimpahan daya dari kumparan primer ke

kumparan sekunder. Dengan demikian, terjadilah pengubahan taraf

tegangan listrik baik dari tegangan rendah menjadi tegangan yang lebih

tinggi maupun dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang

rendah.Sedangkan Inti besi pada Transformator atau Trafo pada umumnya

adalah kumpulan lempengan-lempengan besi tipis yang terisolasi dan

ditempel berlapis-lapis dengan kegunaanya untuk mempermudah jalannya

Fluks Magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik kumparan serta untuk

mengurangi suhu panas yang ditimbulkan.Beberapa bentuk lempengan

besi yang membentuk Inti Transformator tersebut diantaranya seperti :

41

E – I Lamination

E – E Lamination

L – L Lamination

U – I Lamination

Dibawah ini adalah Fluks pada Transformator :

Gambar 3.8 Fluks Pada Transformator

Rasio lilitan pada kumparan sekunder terhadap kumparan primer

menentukan rasio tegangan pada kedua kumparan tersebut. Sebagai

contoh, 1 lilitan pada kumparan primer dan 10 lilitan pada kumparan

sekunder akan menghasilkan tegangan 10 kali lipat dari tegangan input

pada kumparan primer. Jenis Transformator ini biasanya disebut dengan

Transformator Step Up. Sebaliknya, jika terdapat 10 lilitan pada kumparan

primer dan 1 lilitan pada kumparan sekunder, maka tegangan yang

dihasilkan oleh Kumparan Sekunder adalah 1/10 dari tegangan input pada

Kumparan Primer. Transformator jenis ini disebut dengan Transformator

Step Down.

13. Voltage slider

Pengatur tegangan (voltage slider) berfungsi menyediakan suatu

tegangan keluaran  dc tetap yang tidak dipengaruhi oleh perubahan

tegangan masukan, arus beban keluaran, dan suhu. Pengatur tegangan

adalah salah satu bagian dari rangkaian daya DC. Dimana tegangan

masukannya berasal dari tegangan keluaran filter, setelah melalui proses 

42

penyearah tegangan AC menjadi DC.Pengatur tegangan dikelompokkan

dalam dua kategori, pengatur linier dan switching regulator. yang

termasuk dalam kategori pengatur linier, dua jenis yang umum

adalah pengatur tegangan seri (Series Regulator) dan pengatur tegangan

parallel (Shunt Regualtors). Dua jenis pengatur di atas dapat diperoleh

untuk keluaran tegangan positif maupun negatif. Sedangkan untuk

switching regulator terdapat tiga jenis konfiguarsi yaitu,step-up, step

down dan inverting.

Fungsi Voltage Slider adalah untuk mempertahankan atau

memastikanTegangan pada level tertentu secara otomatis. Artinya,

Tegangan Output (Keluaran) DC pada Voltage Slider tidak dipengaruhi

oleh perubahan Tegangan Input (Masukan), Beban pada Output dan juga

Suhu. Tegangan Stabil yang bebas dari segala gangguan seperti noise

ataupun fluktuasi (naik turun) sangat dibutuhkan untuk mengoperasikan

peralatan Elektronika terutama pada peralatan elektronika yang sifatnya

digital seperti Mikro Controller ataupun Mikro Prosesor. Rangkaian

Voltage Slider (Pengatur Tegangan) juga merupakan suatu keharusan agar

Tegangan yang diberikan kepada rangkaian lainnya Stabil dan bebas dari

fluktuasi.

43