nanocomposite processing

Upload: rhidiyan-waroko

Post on 13-Jul-2015

336 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

MATERIAL KOMPOSITNanocomposite Processing

Kuswarini (0806331651) Rhidiyan Waroko (0806331935) Rulliansyah (0806331986) Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia 2011

Nanocomposite Processing1. Pendahuluan Mateial nanocrystalline adalah material dengan ukuran butir atau ukuran partikelnya sampai 100 nm. Material ini memiliki peningkatan dalam sifat mekanik, magnetik, tahan temperatur, optikal dan juga memiliki sifat katalis yang sangat baik. Kunci keberhasilan dari pemoresesan nanocomposit adalah konsolidasi penguatnya dengan matrixnya. Masalah dari pemrosesan nanocomposit ini adalah mempertahankan butir dalam ukuran nano untuk menghasilkan densitas yang penuh dengan mengurangi terjadinya pertumbuhan butir. Pada paper kali ini akan dibahas berbagai macam proses pembentukkan nanocomposit yang advance, keuntungan dan sifat nanocrystalline yang dihasilkan. 2. Mechanical Processing 2.1.Severe Plastic Deformation Salah satu cara efisien untuk membentuk struktur dengan ukuran butir yang ultrafine adalah dengan mendeformasinya pada tekanan tinggi dibawah temperatur recyrstalisasi tanpa adanya intermediate thermal treatment. Teknik yang konvensional yaitu dengan cara forging, extruction, drawing atau rolling dengan pembatasan tekanan yang diberikan hanya cukup untuk mendeformasi butir yang halus telah diterapkan namun tidak dapat menjaga kehalusan butir. Teknologi lainnya adalah dengan cara di ball mill pada kondisi gas inert tetapi tidak dapat diterapkan untuk material dengan volume besar. Sekarang 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: a. Dapat mempertahankan kehalusan dan keseragaman butir. Hal ini menjadi masalah jika menerapkan proses dengan cara konvensional. b. Porositas dan impuriti yang rendah. c. Tidak menyebabkan kerusakan mekanik atau crack terhadap sampel. d. Dapat digunakan untuk memproses sampel dengan volume yang besar Ada dua tipe metode dalam SPD, yaitu equal-channel angular pressing (ECAP) dan high pressure torsion (HPT). 1.1.1.Equal-Channel Angular Pressing Bisa 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.

Tingkat kehalusan butir pada metode ECAP tergantung dari beberapa faktor seperti parameter proses, komposisi fasa dan inisial mikrostruktur dari material. ECAP memberikan prosedur yang sederhana untuk membentuk ukuran butir yang ultrafine dan seragam untuk material polikristalin.Gambar 2. Grafik pengaruh banyak passing

Gambar 1. Skematik ECAP

Gambar 3. 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.

1.1.2.High Pressure Torsion Sebagai metode pembentukkan nanostruktur, kemampuan membentuk nanostruktur yang homogen dengan high angle grain boundary melalui cara severe torsion straining menjadi langkah yang sangat penting. Pada proses HPT, ingot atau material ditahan di suatu landasan atau alas dan distrain dengan beban torsi dibawah tekanan (P) beberapa Gpa. Efisiensi dari proses ini dipengaruhi oleh berapa kali Gambar 4. Skematik proses HPT rotasi (N) yang dilakukan. Nanokonsolidasi pada proses HPT dengan menggunakan sampel komposit W-Cu menyatakan, homogenisasi

meningkat ketika regangan yang diberikan meningkat.

Gambar 5. Profil mikrohardness dari sampel nikel hasil proses HPT (a) rata-rata mikrohardness pada daerah tengah sampel nikel dengan variabel tekanan (b) sampel hasil HPT pada temperatur ruang melalui lima sudut

Gambar 6. Mikrostruktur dari sampel komposit W-25%Cu hasilproses HPT pada ruang temperatur dengan tegangan (a) 4 (b) 16 (c) 64 (d) 256 (e) 512.

Gambar 7. Mikrostruktur dari sampel komposit W-25%Cu hasilproses HPT dengan tegangan 64 pada temperatur (a) 200oC (b) 400oC

Dilihat dari mikrostruktur diatas, jika tegangan yang diberikan semakin tinggi, maka ukuran butir akan semakin halus dan semakin tinggi suhu maka butir yang dihasilkan akan semakin halus pula. Variabel temperatur dan tegangan memiliki nilai yang optimal 1.2.Shock Wave Consolidation Metode 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: a. Proses sangat singkat hingga menghasilkan ikatan antar partikel dan merubah konfigurasi partikel akibat adanya penghilangan dari void dengan mekanisme plastic flow. b. Dapat digunakan untuk memproduksi magnet nanokomposit tanpa terjadi pertumbuhan butir karena tidak menggunakan temperatur dan juga karena proses yang sangat cepat. c. Modifikasi mikrostruktur dan kerapatan defect yang tinggi dapat dihasilkan.

Gambar 8. (a) Gambar alat shock wave consolidation dan (b) skematik alat shock wave consolidation. Tabel 1. Parameter percobaan

Gambar 9. (a) TEM dari spesimen hasil shock wave (b) HRTEM dari Pr2Fe14B

1.1.Transformation Assisted Consolidation Sintering 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 Gambar 10. Skematik alat transformation assisted lebih rendah karena hanya membutuhkan tekanan dan temperatur yang consolidation rendah sehingga membentuk nanostruktur. Tetapi metode ini tidak cocok digunakan untuk material kristalin yang stabil. Tekanan tinggi dapat menurunkan energi aktivasi untuk nukleasi sedangkan menigkatkan laju nukleasi. Penerapan tekanan hidrostatik juga dapat menigkatkan laju nukleasi. 2. Pemrosesan Thermo Mekanis 2.1.Hot Pressing Hot pressing merupakan proses yang digunakan untuk menggabungkan serbuk logam dan padatan keramik hingga menjadi padat dengan mikrostruktur yang terkontrol. Metode ini telah berkembang menjadi metode alternatif dalam hal pemrosesan sintering untuk mencapai tingkat kepadatan yang tinggi. 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, seperti ditunjukkan pada gambar

Gambar 11. (a) Skema Hot Pressinng (b) Perlengkapan Hot Pressing dengan kendali temparatur dan tekanan

Ada dua keuntungan dalam hal pemrosesan hot pressing, yang pertama berkurangnya waktu pemrosesan dari nanopartikel akibat dari pengaplikasian tekanan, kedua berkurangnya temperatur pemrosesan jika dibandingkan dengan sintering hal ini dikarenakan peningkatan energi kinetik yang berkaitan dengan densifikasi. 2.2.Hot Isostatic Pressing Prosess ini menggunakan tekanan hidrostatik yang tinggi dan temperatur yang tinggi pula untuk menekan partikel-partikel halus menjadi bagian yang saling merekat. Bedanya dengan hot pressing hanya dalam penggunaan tekanan hidrostatik. Pada proses ini jika tidak menggunakan pemanasan, maka proses tersebut dinamakan cold isostatic pressing. Proses Hot Isostatic Pressing, dapat mengeliminir internal microshrinkage, yang sangat tidak dinginkan dalam hal pengaplikasian material aerospace. HIP memungkinan enjinir untuk mendisain komponen yang diperuntukkan pada aplikasi tekanan tinggi. Selama proses pembuatan, campuran serbuk dari beberapa elemen di tempatkan pada suatu kontainer, umumnya kaleng baja. Kontainer ini mendapatkan perlakuan temperatur tinggi dan juga vakum yang tinggi untuk menghilangkan udara dan uap air dari serbuk. Kontainer kemudian ditutup dan di Hot Isostatic Press. Penggunaan gas inert bertekananan tinggi dan temperatur yang tinggi pula menghasilkan penghilangan dari internal voids dan meciptakan ikatan yang kuat pada keseluruhan material. Hasilny yaitu

berupa material yang homogen dengan keseragaman ukuran fine grain dan densitas yang mendekati 100%12. Sementara itu cold isostatic pressing mengaplikasikan tekanan dari banyak arah untuk mencapai keseragaman yang sempurna dari kompaksi dan meningkatkan kemampuan pembentukaan, jika dibandingkan dengan uniaxial pressing. Ada dua metode dalam isostatic pressing. Pertama, wetbag isostatic pressing, dimana serbuk dibungkus oleh bungkusan karet yang dicelupkan kedalam fluida yang mana akan meneruskan tekanan yang seragam kepada serbuk. Kedua, dry-bag isostatic pressing, dimana bukannya mencelupkan peralatan ke dalam fluida, melainkan peralatan tersebut dibuat dengan saluran internal dimana fluida bertekanan tinggi dipompakan.

Gambar 12. (a) Skema dari HIP proses (b) Perlengkapan HIP dengan kontroler temparatur dan tekanan

Keuntungan dari HIP antara lain yaitu : Berkurangnya porositas yang dapat meningkatakan sifat mekanis dan meningkatkan workability. HIP proses mengeliminir internal voids dan menciptakan keseragman mikrostruktur yang bersih, berikatan dengan kokoh dan halus. Karakteristik ini tidak dapat dicapai dengan pengelasan mauapun pengecoran. Menghilangnya internal voids akan meningkatkan performa dan fatigue strength. Keuntungan utama dari HIP proses yaitu kemampuannya menciptakan near-net shapes yang membutuhkan sedikit machining.

1

S. Billard, G.F. Dirras, J.P. Fondere, B. Bacroix, in: Proceedings of 2nd International Conference on Nanomaterials by Severe Plastic Deformation, Wien, Austria, 2002.

2

H.V. Atkinson, S. Davies, Met. Mater. Trans. 31 (2000) 2981.

Metode produksi konvensional hanya menggunakan 10-30% material yang terpakai pada produk akhir, sisanya dibuang selama machining. Produk HIP yang near-net shape umumnya menggunakan 80-90% material. Pada hasilnya dapat mengurangi waktu machining dan biaya secara signifikan. Dikarenakan serbuk logam tidak mempunyai karakteristik directional properti layaknya material forging, 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.

1.1.Hot Extrusion Ekstrusi merupakan teknik pembentukan konvensional untuk memproses cast billets baik dari logam ferrous ataupun non-ferous. 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 merupakan terknologi serba guna dalam hal pemrosesan logam maupun keramik. 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.

Gambar 13. (A) Ceramic extrusion setup (Photo source: www.ceramext.com) and (B) picture illustration of how the material looks like before (a) and after extrusion (b) Sintering

Kebanyakan proses ekstrusi dilakukan dengan tekanan hidrolik. Cetakan yang digunakan untuk menciptakan berbagai bentuk biasanya didisain terhadap sudut penentuan masuk dimna tekanan yang diaplikasikan dihitung. Sudut cetakan yang lebih kecil meningkatkan kehomogenan deformasi dan menurunkan tekanan ekstrusi. 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. Skema bagaiman partikel bergabung bersama akibat dari pengaplikasian energi termal ditunjukkan pada gambar dibawah. 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.

Gambar 14. Skema yang menggambarkan partikel individu tergabung bersamaan dan menghilangkan voids.

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. Karakteristik dari bahan mentah material seperti ukuran partikel dan %kemurnian sangat penting mengingat akan berefek pada mikrosutruktur dan sifat mekanis dari komponen akhir. Dikarenakan kekuatan meningkat seiring menurunnya ukuran butir, kebanyakan serbuk di mill untuk memproduksi fine powder. Mengingat serbuk kering juga susah untuk dikompaksi, additives pemrosesan sepreti air, polimer dll ditambah kan untuk meningkatkan plastisitas. Sintering merupakan tahap akhir dari proses dimana sintering pada suhu tinggi (800-1800C) dapat menggunakan high temeperature furnace yang dilengakapi dengan PLC yang terpogram, sehingga siklus perlakuan panas dapat dikendalikan. Vacuum sintering juga dapat dilakukan dengan penggunaan ruangan yang dilengkapi untuk lingkungan terkontrol.

1.1.Sinter Forging Umumnya teknik metalurgi serbuk konvensional meniggalkan porosity setelah sintering, dimana sinter forging menyediakan cara yang tepat untuk mereduksi atau menghilangkan porositas pada nanocomposite3. Deformasi pada sinter forging dapat mempercepat hilangnya pori yang menggumpal,mencapai densifikasi secara cepat dan konsolidasi dengan pertumbuhan butir terbatas4. Selanjutnya anisotropi dapat diambil dari directional properties nanokomposit yang disediakan oleh sinter forging5. Sinter forging juga mereduksi waktu dan temperatur untuk densifikasi selama konsolidasi nanokomposit tanpa adanya pertumbuhan butir yang berlebihan6. 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. Pembatasan temperatur sintering (200-300C kurang dari HIP) digunakan pada konsolidasi menolong butir menahan ukuran nano yang diinginkan. Selanjutnya, kontaminasi, perubahan komposisi, tekanan dan retakan dapat direduksi dengan turunnya temeparatur pemrosesan. Densifikasi diarahkan oleh applied stress dan internal sintering stress. Beberapa keuntungan dan sinter forginf antara lain: Kendali komposisi batas butir, distribusi ukuran butir, dan kendali porositas dapat dicapai dengan memanipulasi kondisi pemrosesan7. 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 rendah8. 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 nanocompoisite9.3 4 5 6 7 8

G. Skandan, Nanostruct. Mater. 5 (1995) 111. J.R. Vassen, DKG 76 (1999) 19. N. Kondo, Y. Inagaki, Y. Suzuki, T. Ohji, Mater. Sci. Eng. A 335 (2002) 26. A.J.A. Winnubst, M.M.R. Boutz, Y.J. He, A.J. Burggraaf, H. Verweij, Ceram. Int. 23 (1997) 215. J.F. Yang, N. Kondo, T. Ohji, Ceram. Trans. 142 (2003) 177. L. He, L.F. Allard, K. Breder, E. Ma, J. Mater. Res. 15 (2000) 904.

Gambar 15. Skema Pemrosesan Sinter-Forging

1. Non-equilibrium processing 1.1.Microwave Sintering Pemrosesan nanokomposit dengan nano struktur menggunakan Microwave Sintering, konsolidasinya dapat dicapai pada suhu lebih rendah seperti terlihat di gambar dibawah ini.

Gambar 16. Prediksi ukuran butir sebagai fungsi densitas untuk sinter forging pada 1100 C.

9

A.J.A. Winnubst, Y.J. He, H. Verweij, A.J. Burggraaf, J. Mater. Sci. 29 (1994) 6505.

Gambar 17. Suhu konsolidasi microwave untuk sampel sinter nano dan makro komposit.

Bidang microwave menghasilkan osilasi elektron dan ion bebas pada frekuensi tinggi (~2.4528 GHz) yang menyebabkan perubahan volum cepat pada material melalui agitasi suhu. Bidang magnetik frekuensi tinggi mengembangkan sumber panas dalam spesimen yang menyebabkan kecenderungan pemanasan daerah pori dengan bantuan aliran material sepanjang antarmuka yang menghasilkan nanokomposit terkonsolidasi. Keuntungan Material dapat merefleksi, menyerap, atau transparan pada microwave, sehingga sifatnya dapat berubah tergantung sifat material. Pemanasan cepat dan efisien material mengurangi syok termal dari permukaan hingga inti material yang terkonsolidasi. Sintering pada suhu lebih rendah dan singkat dapat dengan mudah dicapai. Mikrostruktur lebih halus dengan sifat dan performa material lebih baik. Mempertinggi efisiensi energi. Mengurangi kontaminasi dari dinding kontainer. Mudah di coating dengan lapisan tipis adesif. Kerugian Penyimpan panas pada material dengan tangen rendah membutuhkan peningkatan kekuatan untuk menambah suhu tubuh. Aditif mungkin dibutuhkan untuk meningkatkan penyerapan. Cenderung menambah biaya dan impurities pada struktur terkonsolidasi. Frekuensi lebih tinggi menyebabkan penyerapan kekuatan pada material lebih tinggi, tetapi mengurangi kedalaman pada penetrasi selama proses.

Gambar 18. Sistem microwave sintering dengan tombol tekan.

Faktor-faktor seperti konduktivitas elektrik, konstanta dielektrik, faktor hilang, kelembaban, densitas, cacat kristal, interfasa, konduktivitas termal, dan kapasitas termal material mempengaruhi efisiensi microwave. 1.1.Thermal Spray Processing Thermal Spraying adalah teknik deposisi dengan jarak coating luas (ketebalan > 50m). Thermal Spraying banyak dikembangkan untuk bidang otomobil, aerospace, teknologi gas turbin, elektronik, dan telekomunikasi untuk mendapat kekuatan dan ketangguhan tinggi, ketahanan aus dan ketahanan korosi lebih baik. Prinsip dasar Thermal Spraying adalah 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.

Perbandingan beberapa teknik Thermal Spraying

Keuntungan Berbagai macam struktur tegak coating, logam atau non-logam, dapat di deposisi. Logam, keramik dan polimer dapat dicampur dengan komposisi apapun, untuk mengoptimalkan kekuatan, meminimalisasi ketidak-cocokan termal, serta ketahanan korosi dan aus. Kerusakan atau keausan komponen struktural dapat dengan mudah di coating kembali tanpa mengganti seluruh komponen. Teknik spray menguntungkan secara ekonomis dan hemat waktu dibandingkan metode konvensional lain seperti casting dan powder metallurgy. Kerugian Penyimpan panas pada material dengan tangen rendah membutuhkan peningkatan kekuatan untuk menambah suhu tubuh. Aditif mungkin dibutuhkan untuk meningkatkan penyerapan. Cenderung menambah biaya dan impurities pada struktur terkonsolidasi. Frekuensi lebih tinggi menyebabkan penyerapan kekuatan pada material lebih tinggi, tetapi mengurangi kedalaman pada penetrasi selama proses. 1.1.Plasma Spraying Pada Plasma Spraying, bubuk logam atau non-logam atau campurannya dimasukkan pada gas tekanan tinggi melalui spray gun ke dalam sumber panas plasma arc dimana bubuk-bubuk dilelehkan dan dideposisikan pada substrat. Gas primer bekerja untuk membentuk bulu-bulu plasma yang diproduksi dari arus langsung (DC) antara dua elektroda. Ketahanan panas dari busur menyebabkan gas primer mencapai suhu ekstrim, terdisosiasi, dan terionisasi untuk membentuk plasma.

Gambar 19. Skema operasi Plasma Spraying.

Parameter proses dari Plasma Spraying :.

Sistem plasma spray lengkap terdiri dari plasma console, powder feeder, plasma gun dan unit power supply frekuensi tinggi. Penyemprotan biasanya dilakukan dalam satu ruang plasma tertutup, yang ditempatkan di dalam ruang tahan suara dengan fasilitas pengumpulan debu vakum. Gas career, primer, dan sekunder dibutuhkan untuk membentuk gumpalan plasma, menyelimuti gumpalan dari kontak langsung atmosfer dan membawa bubuk melalui plasma gun nozzle. Kemajuan signifikan dalam sifat mekanik, kuat tarik, kekerasan, ketangguhan patah, dan ketahanan aus akibat adanya partikel atau butir berukuran nano, telah diakui komunitas sains. Laju pendinginan tinggi selama solidifikasi cepat bubuk lelehan dalam plasma spray menghasilkan laju nukleasi butir tinggi, bagaimanapun waktu untuk pertumbuhan butir tidak diijinkan, yang menghasilkan penghalusan butir tambahan. Parameter plasma spray vakum untuk deposisi nanokomposit paduan Al-Si hipereutektik:

1.2.High Velocity Oxyfuel (HVOF) Spraying High Velocity Oxyfuel Spraying didasarkan proses pembakaran tekanan tinggi, secara luas digunakan di industri otomotif dan aerospace untuk melapisi deposit logam dan keramik. Seperti teknik plasma spray lain, di HVOF juga, partikel bubuk dikeluarkan dari nozzle mengalami pemanasan

dan setelah itu deposit meleleh sebagian/lengkap pada substrat. Api pembakaran sebagai sumber panas dan partikel berkecepatan tinggi adalah karakteristik dari metode spray ini. Unit HVOF menggunakan campuran bahan bakar oksigen yang mengandung propilen, propana, atau hidrogen, tergantung kebutuhan coating. Suhu pembakaran antara 3000 6000 C tergantung bahan bakar.

Gambar 20. Plasma yang telah disemprotkan Al2O34 wt.% MWCNT lapisan nanokomposit.

Gambar 21. Skema penyemprotan HVOF.

Parameter proses HVOF nanokomposit yang disemprotkan nilon 11.

1.3.Cold Spraying Cold spray adalah proses coating dengan energi kinetik tinggi, dimana partikel bubuk halus didorong dengan tekanan tinggi (~3.5 x 106 Nm-2) jet gas supersonik pada kecepatan di atas kecepatan kritis (500-1200 ms -1) ke arah substrat yang telah dipersiapkan kemudian membentuk deposit. Ikatan

dan deposisi partikel bubuk terjadi langkah demi langkah, dimana pertama permukaan oksida partikel rusak dan permukaan segar dihubungkan ke energi kinetik sangat tinggi selama impak partikel bubuk dengan substrat. Partikel kemudian dideformasi elastis dan diikat dengan substrat seperti dengan yang lainnya dengan cara mechanical interlocking. Tidak ada bukti mikrostruktural yang menunjukkan lelehnya partikel spray. Ikatan partikel pada proses ini dihubungkan dengan ketidakstabilan geser adiabatik pada antar muka partikel-substrat atau partikel-partikel, yang disebabkan impak partikel berat.

Gambar 22. Skema proses cold spray.

Karakteristik WC-Co coating komposit hasil cold spray.

1.4.Spark Plasma Sintering (SPS) Dikarenakan waktu proses lebih lama pada suhu tinggi (~1800 C) seringkali dihasilkan pertumbuhan butir yang tak diinginkan, sehingga diciptakanlah teknik proses bubuk nano, Spark plasma sintering. SPS mengatasi kesulitan menggunakan pemanasan cepat ke suhu sinter yang mengarah ke sinter cepat nano komposit. SPS, yang juga dikenal sebagai Electric Field Assisted Sintering (EFAS), Field Assisted Sintering Technique (FAST), Plasma Assisted Sintering (PAS), dan Plasna Pressure Consolidating (PPC) adalah tekanan bantuan pada teknik sintering yang menghasilkan plasma suhu tinggi (spark plasma) antara jarak bubuk kompaksi via arus DC. Sinter dapat dilakukan pada jarak suhu dan tekanan yang luas, dengan kontrol suhu atau arus selama proses. SPS dikembangkan sebagai metode konsolidasi untuk membuat material eksotikyang sulit dihasilkan melalui proses konvensional. Keuntungan Struktur internal awal dari partikel bubuk dilindungi dengan membatasi paparan suhu tinggi selama sintering. Kombinasi sinergis dari energi elektrik dan tekanan mekanik menurunkan drastis waktu konsolidasi. Pulse discharge plasma dihasilkan antara partikel bubuk dalam membuang lapisan oksida permukaan.

Gambar 23. Skema mekanisme sinter dominan pada SPS.

Karena itu, keuntungan-keuntungan SPS termasuk pembersihan in situ permukaan oksida, yang menghasilkan material lebih bersih dengan densitas terkonsolidasi tinggi. Densifikasi cepat bubuk menyimpan sifat alami bubuk awal sehingga fabrikasi nanokomposit ruah ekonomis.

Gambar 24. Skema pengaturan SPS.

Gambar 25. Skema tahapan sintering SPS.

4.6.Laser Based Techniques

Elektrik discharge menyebabkan gas tekanan rendah menghasilkan plasma, yang mengambil keadaan eksitasi distribusi Boltzmann (ni = A e E/kT). Molekul ini kehilangan energi totalnya akibat tubrukan atau emisi spontan dan foton panjang gelombang partikular diemisikan melintasi arah mana pun.

Gambar 26. Konstruksi dasar stable laser cavity.

Keuntungan Kemampuan untuk fokus pada titik halus. Sumber dapat disesuaikan berdasarkan substrat. Tenaga dan pulse dapat diatur untuk mendapat kontrol seluruh geometri. Daerah terkena dampak panas kecil. Dapat dioperasikan sedikit. Permesinan tanpa kontak Kontrol ruang luar biasa baik. Dapat difokuskan melalui objek transparan. Tidak diperlukan pelindung X-ray. Kerugian Peralatan laser mahal dan besar sekali. Pencegahan untuk keamanan harus diperhatikan dalam ruang operasi. Kapital intensif ($150.000). Membutuhkan operator terlatih khusus. Dibutuhkan proses laboratorium. Konstruksi dasar laser meliputi 2 cermin paralel yang membentuk osilasi optik yang mampu menjelaskan cahaya dengan stimulasi emisi. Biasanya, tenaga DC atau RF digunakan sebagai pompa media aktif untuk mengaktivasi keadaan energi. Media laser dapat berbentuk padat, gas, liquid, atau semikonduktor.

Gambar 27. Mesin laser Beam Director.

5. Room Temperature Processing 5.1.Electrodeposition Metode ini lama dikenal oleh para pelaku industripelapisan logam. Selama dekade terakhir ini, metode electrodeposisi diyakini dapat digunakan untuk memproses nanomaterial dengan propertis material yang Gambar --. Skematik proses elektrodeposisi dihasilkan adalah memiliki kerapatan yang tinggi, mampu digunakan untuk menghasilkan produksi masal yang cepat. Elektrodeposisi adalah metode dengan cara mengendapkan material sehingga membentuk lapisan tipis. Prinsip yang digunakan adalah prinsip elektrokimia dengan material yang akan dilapisi digunakan sebagai anoda dan materila yang akan melapisi akan menjadi Tabel --. Parameter Elektrodeposisi anoda. Keuntungan dari metode ini adalah proses ini berada pada temperatur ruang dan parameter proses dapat dikontrol untuk mendapatkan sifat akhir yang diinginkan.

Tabel --. Sifat mekanik hasil elektrodeposisi

5.2.Nanoconsolidation for Self-Assembling Structure. Metode ini menggunakan bakteri atau organisme hidup sebagai pembentuk struktur nanokomposit. Moleculer self-assembly tersebar banyak di dunia ini dan telah banyak digunakan sebagai sintesis kimia, nanoteknologi, ilmu polimer dan rekayasa material. Molecular self-assembly merupakan

perpaduan dari ilmu biologi molekul, kimia, ilmu polimer,

Gambar --. Skematik proses self assembly (a) silinder pda permukaan lamelar (b) spherical pada permukaan lamellar

ilmu dan rekayasa material. Self-assembly adalah teknologi emerging yang dapat digunakn untuk mem=ngembangkan nanostruktur dari suatu material. Material yang dapat di self-assembly dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu sintetik dan biologi.Polimer, colloid, liquid kristal, DNA, biopolymer, adalah salah satu jenis dari beberapa macam varian. Secara prinsip, self-assembly dikategorikan menjadi dua kelompok, yaitu static self-assembly dan dynamic self-assembly. Nanopartikel dari suatu

logam digunakan sebagai patterning dipermukaannnya, lalu molekul biologi akan secara otomatis menyerang bagian yang spesifik dan membentuk nanopartikel. Jadi, bagian yang penting dari metode ini adalah bagaimana membentuk suatu pola atau patterning. Satu contoh klasik bagaimana nanopartikel dapat dibentuk atau di konsolidasi dengan menggunakan metode ini adalah gold nanopartikel yang telah diselimuti oleh protein untuk mendeteksi suatu molekul biologi. 6. Tantangan Kedepan Ada beberapa tantangan kedepannya untuk mengembangkan nanocomposite processing yaitu seperti: a. Pembuatan serbuk nano sebagai bahan baku pembentukkan nanokomposit. b. Penanganan serbuk nano juga merupakan hal yang sulit karena ukurannya yang sangat kecil sehingga mudah terkontaminasi dengan elemen lain. c. Teknik konsolidasi d. Interdicipline effort, teknologi ini harus dikolaborasikan dengan disiplin lain.

DAFTAR PUSTAKA [1. [2. [3. [4. [5. [6. [7. [8. [9. T.Sekino,T.Nakajima,K.Niihara,Mater.Lett.29(1996)165. M.Sternitzke,J.Eur.Ceram.Soc.17(1997)1061. R.Roy,R.A.Roy,D.M.Roy,Mater.Lett.4(1986)323. H.Riedel,J.Kleebe,H.Schonfelder,F.Aldinger,Nature374(1995)526. K.Niihara,J.Ceram.Soc.Jpn.99(1991)974. D.N.Lambeth,E.M.T.Velu,G.H.Bellesis,L.L.Lee,D.E.Laughlin,J.Appl.Phys.7 9(1996)4496. S.Ozkar,G.A.Ozin,R.A.Prokopowicz,Chem.Mater.4(1992)1380. M.J.Mayo,Int.Mater.Rev.41(1996)85. C.C.Koch,Nanostruct.Mater.2(1993)109.

[10. [11. [12. [13. [14. [15. [16. [17. [18. [19.

[20. [21. [22. [23. [24. [25. [26. [27. [28. [29. [30.

W.D.Kingery,H.K.Bowen,D.R.Uhlmann,IntroductiontoCeramics,JohnWile y&Sons,NewYork,1976. R.Birringer,U.Herr,H.Gleiter,Phys.Lett.102A(1984)365. F.Froes,C.Suryanarayana,J.Min.Met.Mater.Soc.41(1989)12. C.Lieber,SolidStateCommun.(1998)607. C.Suryanarayana,J.Min.Met.Mater.Soc.(2002)22. R.Valiev,Nature(2002)887. G.Langford,M.Cohen,Trans.Am.Soc.Met.82(1969)623. J.G.Sevillano,P.V.Houtte,E.Aernoudt,Prog.Mater.Sci.25(1980)69. R.Valiev,A.Korznikov,R.Mulyukov,Mater.Sci.Eng.A(1993)141. M.D.Baro 1,Yu.R.Kolobov,I.A.Ovidko,H.E.Schaefer,B.B.Straumal,R.Z.Valiev,I.V.Alexandrov,M.Ivanov,K.Reimann ,A.B.Reizis, S.Surin ach,A.P.Zhilyaev,Rev.Adv.Mater.Sci.2(2001)1. S.Ferrasse,V.Segel,K.Hartwig,R.Goforth,J.Mater.Res.12(1997)1253. M.Furukawa,Z.Horita,M.Nemoto,T.G.Langdon,Mater.Sci.Eng.A324(2002 )82. R.Z.Valiev,R.K.Islamgaliev,I.V.Alexandrov,Prog.Mater.Sci.45(2000)103. I.Saunders,J.Nutting,Met.Sci.18(1984)571. J.A.Wert,L.K.Austin,Mater.Sci.Technol.8(1992)1104. J.A.Wert,N.E.Patron,C.H.Hamilton,M.W.Mahoney,Met.Trans.32(1981)12 67. H.Gleiter,Prog.Mater.Sci.(1989)223. C.C.Koch,Y.S.Cho,Nanostruct.Mater.1(1992)207. T.C.Lowe,R.Z.Valiev,J.Min.Met.Mater.Soc.52(2000)27. D.G.Morris,MechanicalBehaviorofNanostructuredMaterials,UetikonZuerich,Eneld,1998. G.Salishchev,R.Zaripova,R.Galeev,O.Valiakhmetov,Nanostruct.Mater.6( 1995)913.