Kuliah-2_KarakterisasiSerbuk1

Applications Products

Applications - Products

Kuliah-2 : Metalurgi Serbuk = Karakterisasi Serbuk =

Isi kuliah:

n Konsep n Ukuran partikel n Teknik pengukuran n Data dan analisa ukuran partikel n Luas permukaan indeks bentuk n Friksi interpartikel

(1) Konsep

n Partikel: unit terkecil dari sebuah serbuk yang tidak bisa dibagi lagi. n Beberapa data penting partikel serbuk, a.l.: (1) ukuran dan distribusi partikel,

(2) bentuk dan variasi partikel thd ukuran (3) luas permukaan (4) friksi inter-partikel (5) aliran dan tumpukan (flow and packing) (6) struktur internal partikel (7) gradien kimia, permukaan film

(1) Konsep

n Beberapa contoh bentuk partikel serbuk (1)

(1) Konsep

n Beberapa contoh bentuk partikel serbuk (2)

n Ukuran partikel dapat didekati dengan memproyeksikan pada sebuah bidang datar.

n Dasar analisa untuk pengukuran umumnya adalah nilai geometri,

spt: luas permukaan, luas proyeksi, dimensi maksimum, luas penampang minimum, atau volume.

n Makin kompleks bentuk sebuah partikel maka makin banyak parameter pengukuran dimensinya.

(2) Ukuran partikel

(2) Ukuran partikel

n Gambar di bawah memperlihatkan 6 cara yg mungkin mengukur partikel. 3 cara berdasar proyeksi dimensi dan 3 lainnya berdasarkan ekuivalen diameter lingkaran.

(2) Ukuran partikel

n Bentuk partikel yang makin kompleks, akan menambah parameter pengukurannya.

(3) Teknik pengukuran partikel

n Terdapat beberapa teknik pengukuran partikel serbuk:

(1) SEM (2) Pengayakan (ASTM E11) (3) Sedimentasi (4) Konduktivitas listrik (5) Hambatan cahaya (6) Teknik sinar x

(3) Teknik pengukuran partikel -- ayakan -- n Pengayakan n Standard yang digunakan umumnya ASTM E11. Bukaan ayakan mesh 18 400 atau 1000 m 38 m. Lebih umum digunakan sbg salah satu cara pemisahan material dengan ukuran ttt.

(3) Teknik pengukuran partikel -- konduktivitas listrik -- n Prinsip teknik pengukuran partikel dengan konduktivitas listrik. n KOnduktivitas listrik berubah sbg akibat pergerakan sebaran partikel dalam larutan elektrolit melalui sebuah lubang. Kemampuan ukur hingga 0.5 m. Hasil terbaik adalah untuk pengukuran partikel ber-densiti rendah spt. Keramik atau polimer.

(3) Teknik pengukuran partikel

n Ketika partikel melalui lubang, maka konduktivitas listrik berubah sebanding dengan volume partikel. Besaran itulah yang menjadi dasar analisa pengukuran dan perhi- tungan dimensi partikel.

(3) Teknik pengukuran partikel -- sinar x -- n Micrometric sedigraph

Sampel dicampur dengan cairan berviskositas tertentu, shg memungkinkan partikel bercampur dengan baik. Intensitas sinar x digunakan untuk menentukan laju endap (settling rate) dan distribusi partikel.

(4) Data dan analisa ukuran partikel

n Contoh analisa data ukuran partikel.


n Distribusi ukuran partikel

Distribusi partikel pada histogram menggambarkan distribusi yang tipikal dari partikel. Menunjukkan pula bahwa tipe ukuran partikel adalah polidisperse (berukuran beragam).


n Nilai kumulatif dalam grafik

Nilai rata2 partikel diambil/ ditentukan dari 50% populasi kumulatif.


n Beberapa contoh distribusi partikel serbuk yang mungkin terjadi.

(5) Bentuk dan luas permukaan

n Bentuk partikel merupakan parameter yang terdistribusi yang dapat mempengaruhi tumpukan (packing), aliran (flow) dan kemampuan tekan (compressibility) serbuk.

n Sedangkan, luas permukaan digambarkan dalam terminologi luas per satuan massa (m2/g). Jika A = luas dan V = volume partikel (berbentuk bola), maka:

q A = D2 V = D3/6 dan w = mV (w = berat)

n maka luas permukaan per satuan massa =

S = 6/(mD) bentuk umum persamaa ini adalah: S = k/(mD) dimana k adalah faktor bentuk.


n Berbagai contoh bentuk-bentuk partikel serbuk.


Faktor bentuk (k) - lingkaran = 6.00 - silinder = 6.89 7.21 - kubus = 7.44 - ellipsoid = 7.57 - flake = 24.00

(5) Bentuk dan luas permukaan n Pengukuran luas permukaan partikel (gas adsorption SAA)

n Jumlah gas yang diserap pada tekanan tertentu jumlah luas area permukaan rongga partikel

n Umum dilakukan menurut metode BET (Brunnauer, Emmett, and Teller) yg dikembangkan sejak 1938.

Prinsip: dalam keseimbangan, laju adsorpsi sama dengan laju penguapan. S = XmNoAo/(wM)

dimana: Xm=molekul yang diadsorpsi M= berat molekul adsorbat, No= bil. Avogadro, Ao= luas rata-rata permukaan yang diisi oleh adsorbat dan w= berat sampel.


n Bentuk pori dan alat pengukur luas permukaan BET

(6) Friksi interpartikel

n Ada dua fokus perhatian dalam topik friksi interpartikel, yaitu: aliran serbuk (powder flow) dan tumpukan (packing).

# Penting, khususnya dalam proses otomatisasi pengisian dlm cetakan saat kompaksi, transportasi, pencampuran dan pengadukan serbuk.

Beberapa terminologi penting yang terkait. Apparent density = density (mass/volume), ketika serbuk dalam

keadaan (relatif) bebas TANPA agitasi. Tap density = densiti tertinggi yang dapat dicapai dengan vibrasi

tanpa aplikasi tekanan luar. Theoritical density = densiti menurut handbook suatu material

serbuk, dimana porositas tidak diperhitungkan.


n Beberapa istilah terkait indeks gesekan (friction index) lainnya.

n Angle of repose = sudut gundukan yang terbentuk ketika serbuk dituang melalui corong, dimana tangen sudut diperoleh dari tinggi gundukan dibagi radiusnya.


n Flow rate = diukur dengan menuangkan serbuk secara gravitasi melalui bukaan kecil. Hall flowmeter partikel kasar bisa mengukur flow rate dan apparent density Scott volumeter Partikel lebih halus dengan

friksi interpartikel yang lebih besar.

(6) Friksi interpartikel n Beberapa pengaruh..

n Tumpukan serbuk - densiti tumpukan yang lebih tinggi umumnya sangat diinginkan dan dapat dicapai dengan pengaturan: ukuran partikel, bentuk dan distribusi ukuran. - Umumnya, partikel halus cenderung tinggi friksi interpartikelnya, shg jumlah partikel yg bersentuhan di sekelilingnya menjadi kecil.

makin kecil partikel makin rendah apparent density-nya. - Bentuk bola memiliki tumpukan yang paling efisien. Alirannya juga baik tapi

compactibility-nya rendah. Sehingga seringkali, partikel tidak beraturan tapi bundar lebih dipilih untuk mendapatkan kemampuan alir dan kompaksi yang baik.

- Peningkatan dispersi ukuran partikel menghasilkan densiti tumpukan yang

lebih tinggi. Akan tetapi, jika distribusi ukuran terlalu lebar akan meningkatkan luas permukaan sehingga malah menghasilkan tumpukan yang buruk.


n Pengaruh terhadap pencampuran

n Terdapat 2 sumber gaya interpartikel: intrinsik dan ekstrinsik. Intrinsik inheren (spt. Sifat magnet Fe) Ekstrinsik dipengaruhi ukuran partikel dan bentuk.

# Efek intrinsik:

oksida mengeraskan permukaan shg menurunkan gesekan pengeringan/pengurangan kadar air menghindari aglomerasi

# Efek ekstrinsik gesekan serbuk dapat dikontrol:

pengurangan berat sampel pemilihan bentuk yg lebih halus ukuran yang relatif lebih kasar

Beberapa pengaruh

Hubungan antara bilangan koordinasi dan densiti tumpukan diperlihatkan gbr di samping.

Pengaruh bentuk

n Bentuk partikel serbuk mempengaruhi karakteristik alirannya.

Karakaterisasi powder Hf

Documents

Kuliah-2_KarakterisasiSerbuk1