Indramayu Time
Refraktori merupakan material yang tahan terhadap suhu tinggi, stabilitas mekanik dan inert terhadap bahan kimia pada suhu sekitar 1400oC atau lebih. Material ini merupakan kunci utama dalam kebanyakan industri seperti pembuatan besi dan baja, gelas, semen dan sebagainya. Material tersebut digunakan sebagai furnace. Tanpa wadah yang inert ini banyak industri tidak dapat bertahan.
Refraktori secara garis besar tahan dari pertimbangan oleh pengaruh kimia menjadi pengaruh non-kimia. Dengan sifat karakteristik refraktori yang inert dan titik leleh tinggi. Faktanya, tentu dapat difahami pada ikatan kimianya, kesetimbangan fase, kinetik dan tegangan permukaan sebagai sifat khas refraktori.
Dalam bab ini, beberapa aspek umum refraktori akan dibahas, dilanjutkan oleh pembahasan terpilih mengenai material refraktori.
- Strukturmikro atau Tekstur
Refraktori merupakan bentuk polikristalin yang mengandung satu atau lebih fase kristalin dan sebuah fase larutan atau gelas dengan baik. Sifat fisik yang kuat tergantung pada ukuran dan bentuk individu kristal. Ikatan kimia antar-kristal dan distribusi kebanyakan fase larutan akan dimunculkan. Karakteristik ini diketahui secara kolektif sebagai tekstur atau strukturmikro bentuk refraktori.
Teknik dasar untuk mempelajari tekstur digambarkan oleh mikroskop sinar dan scanning electron microscopy (SEM). Untuk menggambarkan mikroskopi sinar, sebuah bagian potongan refraktori dan potongan permukaan ditunjukkan untuk memperoleh hasil akhir yang lunak. Kemudian permukaan digores dalam sebuah reagen yang sesuai yang menunjukkan serangan utama fase atau serangan bagian wilayah batas antar-fase. Jalan lain, tekstur dibawa sampai ke dalam relief dan ukuran lebih besar dari ~1 µm (104 Å) dalam ukuran yang dapat diamati dengan mikroskop. Dengan percobaan, sebuah análisis fase biasanya dapat dibuat dari sebuah pemeriksaan gambar sepintas dan ini juga merupakan bahan yang mudah ukuran partikelnya, fraksi volum pada fase yang beda, porositas dan pengaruh larutan dalam tekstur.
Hasil sama mungkin ditunjukkan dengan scanning electron microscopy (SEM), tetapi dengan penambahan fitur berupa kecermelangan dan resolusi yang lebih tinggi. Juga dengan SEM, retakan permukaan mungkin dapat diuji, dalam konteks bahan bebas dari kemungkinan adanya artefak atau kerusakan akibat gosokan. Komposisi kimia kristal pilihan dapat ditunjukkan jika instrumen SEM mempunyai sebuah fasilitas mikroanalisis. Secara sederhana, bagian gosokan mungkin mentransfer sampai sebuah analiser mikro elektron.
- Ukuran Butir dan Pertumbuhan Butir
Pemanasan bentuk polikristalin pada suhu tinggi, ukuran rata-rata kristal meningkat. Butir kecil atau kristal hilang dan meruah mengakibatkan ukuran lebih besar. Kecepatan reaksi untuk pertumbuhan kristal dinaikkan oleh reduksi dalam luas permukaan relatif sebuah bentuk komposit butir luas dalam angka luas butir kecil. Pertumbuhan butir merupakan proses penting dalam mereduksi atau mengeliminasi porositas bentuk refraktori dimana ukuran butir mengakibatkan adanya sifat seperti kekuatan mekanik.
- Sintering
Sintering merupakan istilah umum untuk proses pemadatan atau penggumpalan bentuk polikristalin, dengan atau tanpa kehadiran sebuah fase larutan sampai bantuan transport bahan. Sintering bahan bubuk berlangsung secara baik, mampu mengutamakan dalam bentuk tempat bedak, sintering terjadi pada pemanasan sampai suhu pembentukan padatan (solidus). Sintering juga terjadi pada suhu di atas pembentukan padatan dimana juga terjadi pelelehan sebagian, kehadiran fase larutan bekerja sebagai sebuah media untuk transport materi dari satu butir ke butir lainnya. Selama tahap pengenalan sintering pada temperatur dibawah solidus (subsolidus), sebuah peningkatan dalam luas interpartikel terjadi berbanding lurus dengan waktu. Bentuk “leher” antar-butir yang tumbuh lebih ke tengah dan mempunyai efek tarikan kristal tertutup secara bersama-sama, dengan peningkatan densitas bentuk. Dengan peningkatan waktu atau suhu, penyusutan bentuk bertlanjut dan pori antar-partikel menjadi lebih kecil dan menghilangkan konektivitas (kebersambungan). Jika pori ini dapat menyusut sampai ukuran nol atau terbuang sampai permukaan bentuk oleh pertumbuhan, kemudian densitas besar bentuk menunjukkan teori densitas kristal. Macam-macam tahapan dalam proses sintering ditunjukkan Gambar 1.
Gambar 1. Langkah maju sintering (a) bubuk yang berposisi secara bebas-lepas, (b) awalan kontak antar-butir, (c) pembentukan sebuah pori 3-dimensi sistem kerja penghubung partikel, (d) pembentukan padatan, potongan non-pori dengan dilingkupi pori. Dalam langkah terakhir, lingkupan pori mungkin hilang oleh pertumbuhan butir.
Kehadiran sebagian kecil larutan biasanya mempercepat proses sintering secara hebat dan sintering mungkin terjadi pada suhu yang lebih rendah daripada tanpa-kehadiran larutan. Kehadiran larutan berlebih merupakan hal yang tidak dikehendaki jika tubuh kristal menghasilkan bentuk dan kekuatan. Ini juga penting dalam manufaktur dan penggunaan tubuh refraktori bahwa kandungan kehadiran larutan tidak dapat meningkatkan dengan cepat seperti suhu yang dinaikkan di atas suhu solidus, daerah vitrifikasi, didefinisikan sebagai interval suhu antar-awal pemadatan ganda sampai pembentukan larutan dan terjadi kemerosotan ganda sampai larutan berlebih, dan kemungkinan akan menjadi luas. Daerah vitrifikasi sangat tergantung pada komposisi dan secara langsung dipengaruhi oleh diagram fase.
- Sifat Permukaan
Sifat tegangan permukaan kristal dan larutan mempunyai sebuah kekerasan penting dalam kinetik sintering dan pada serangan kerak lanjutan. Kinetik pertumbuhan butir dan tekstur akhir tubuh tergantung pada sudut dihedral, dimana itu merupakan sudut dalam fase larutan antara 2 butir kristalin (Gambar 2).
Gambar 2. Sudut dihedral dan pengaruh pada kontak butir ke butir
Sebuah sudut dihedral rendah memberikan sebuah nilai kontak butir ke butir yang kecil (Gambar 2.b) dan sebuah nilai penetrasi antara 2 butir larutan yang luas. Secara garis besar ditemukan bahwa sebuah sudut dihedral kecil memberikan pertumbuhan butir yang lebih cepat dan ukuran butir akhir yang lebih besar, kinetika pertumbuhan butir juga tergantung pada ukuran butir, sebagai sebuah tubuh butiran yang menggumpal secara lebih cepat daripada sebuah butir kasar. Dalam praktiknya, ketika ini dikehendaki menggumpalkan wadah bedak bubuk, dapat dipertimbangkan perhatian yang harus dilakukan sampai preparasi bahan awal butiran, dengan sebuah konsekuensi luas permukaan menjadi tinggi. Kinetik pertumbuhan butir tergantung suhu dan setiap tingkat pertumbuhan diberikan oleh rumus:
Keterangan :
D : diameter butiran
t : waktu kontak
k : konstanta
Dalam pengaruh kinetik pertumbuhan butir, sudut dihedral sangat penting dalam menaikkan kekuatan panas refraktori dan derajat serangan kerak. Untuk kontak padatan-padatan kuat, sudut dihedral luas ditunjukkan (Gambar 2.c). Jika sudut dihedral kecil atau bahkan nol, kerak larutan mungkin mampu memasukkan tubuh refraktori dengan cara penekanan antar-butir. Ini mungkin karena penghilangan Kristal dan disintegrasi tubuh.
- Serangan Kerak
Sebelum kerak larutan dapat menyerang sebuah refraktori, ini harus mampu “membasahi” refraktori, dengan kata lain kerak membentuk droplet selubung pada permukaan refraktori. Walaupun hubungan teori tegangan permukaan merupakan tujuan dari bab ini, beberapa komentar garis besar mungkin dibuat. Pembasahan terjadi jika tegangan permukaan larutan (larutan-muka luar udara) lebih besar daripada tegangan muka luar udara antara refraktori dan kerak larutan. Ini merupakan kasus biasa dengan kerak tetapi tidak terjadi dengan logam larutan, yang jarang/kurang membasahi refraktori.
Reaksi terjadi antara kerak molten dan refraktori dihubungkan menjadi fluxing action (aksi yang berubah terus-menerus) kerak, kemampuan kerak untuk menurunkan titik leleh refraktori. Kapur dan alumina mempunyai perbedaan signifikan kemampuan alir dengan batu silika, ditunjukkan oleh hubungan bagian diagram fase. Penambahan ~ 4 mol% Al2O3 cukup untuk menurunkan titik leleh (disebut liquidus) SiO2 dari 1720 ke 1595oC (Gambar 3), dimana ≥ 30% CaO dibutuhkan menunjukkan hasil sama.
Ganbar 3. Diagram fase Al2O3- SiO2
Pengaruh penambahan alkali, Na2O atau K2O, menunjukkan penurunan titik leleh yang lebih drastis (Gambar 4), sebagai kurva liquidus dalam sistem silikat alkali ini tegak lurus sampai ~ 800oC sebagai alkali ditambahkan untuk silika. Data ditunjukkan oleh Gambar 4 untuk sistem Na2O- SiO2 dan diagram fase untuk sistem K2O- SiO2 pada akhir kaya silika menunjukkan pola yang sama.
Gambar 4. Diagram fase Na2O- SiO2
Untuk menggunakan dalam furnace ledakan besi dan baja, batu silika harus bersih/mampu menjadi resistant sampai konsentrasi molten besi oksida yang tinggi. Ini merupakan kasus jika kondisi atmosfer mampu mengoksidasi karena oksida besi stabil dalam Fe3O4 (magnetit) dan Fe2O3 (hematit) dan untuk singkatnya, sistem Fe2O3- SiO2 mempunyai suhu leleh tinggi dengan sebuah daerah luar larutan. Sehingga di bawah kondisi reduksi yang kuat, FeO merupakan oksida besi stabil dan dalam sistem FeO-SiO2, SiO2 dan FeO bereaksi membentuk fayalit, Fe2SiO4, yang meleleh pada suhu lebih rendah, ~ 1200oC (Gambar 5).
Gambar 5. Diagram fase sistem FeO-SiO2
Gambar 6. Diagram fase sistem Fe3O4- SiO2
Gambar 7. Diagram fase sistem MgO- SiO2
- Bahan Refraktori
Refraktori adalah bahan dengan titik leleh tinggi dan diakibatkan oleh ikatan antar-atom yang kuat. Pembentukan ikatan ionik dan kovalen terjadi dalam refraktori. Dalam ikatan ionik refraktori ini adalah faktor penting bahwa energi dalam menjadi tinggi, dari persamaan ini, tingkat energi dalam U diberikan oleh:
Dimana Z+ Z- adalah muatan ion dan r adalah jarak antar-atom antara inti kation dan anion. Dengan kata lain faktor utama dalam U adalah sifat kemagnetan muatan produk (Z+ Z-). Untuk singkatnya, dalam pembandingan sebuah alkali halida dan alkali tanah oksida, yang mempunyai struktur garam keras dan nilai r yang sama, energi dalam oksida sekitar 4 kali lebih besar daripada halida. Ini ditujukan secara kuantitatif dengan cara membandingkan titik leleh, seperti NaCl: 800oC, MgO: 2800oC. Alasan kuat untuk terjadinya titik leleh tinggi dalam material ionik adalah untuk tinjauan ion, yaitu: multivalensi, untuk contoh lain, Al2O3, Cr2O3 dan ZrO2.
Pengaruh r pada refraktori ditunjukkan dengan cara membandingkan titik leleh alkali tanah oksida, semuanya (kecuali BeO) mempunyai struktur garam kuat.
Dalam bagian ini, r paling besar dan U terkecil untuk BaO, ini menunjukkan faktor bahwa BaO mempunyai titik leleh paling kecil.
Tinjauan sama untuk bahan refraktori dengan ikatan kovalen primer, ikatan kuat harus terbentuk, memberikan sebuah bangun 3 dimensi atau struktur kerja. Senyawa yang terdiri dari unsur monovalen seperti halogen, alasan menjadi tidak sesuai karena senyawaannya bersifat volátil, struktur molekul padatan dengan titik leleh rendah, dalam bahan seperti AlCl3 (m.p 190oC).
Atom klorin monovalen diikat sampai 6 atom aluminium dan ikatan Al-Cl secara individual bersifat lemah. Sehingga, walaupun senyawa itu menjadi padat, mereka relative mempunyai titik leleh yang rendah. Refraktori senyawa kovalen mempunyai kekuatan ikatan yang besar. Mereka mengandung unsure multivalent yang mempunyai nilai elektronegatifitas yang hampir sama, dimana bilangan koordinasi kecil (biasanya 4) dan mempunyai struktur kerja 3 dimensi. Contoh bahan refraktori potensial, dengan nilai titik leleh dalam derajat celcius sebagi berikut:
Daftar ini memasukkan bahan seperti HfC yang mempunyai titik leleh paling tinggi.
Hal diatas merupakan pertimbangan bahan sebagai refraktori potencial. Tipe utama bahan refraktori digunakan dalam sebuah skala industri yang luas seperti silika, krom magnesia, lempung bakar dan alumina tinggi, bahan lain seperti SiC dan Si3N4 mempunyai kegunaan khusus.
Padatan silika dibuat dari kuarsa dan tambahan CaO 2-3% sebagai pembantu penggumpalan. Ketidakmurnian seperti alkali harus dihindari karena dapat memberikan aksi aliran. Satu permasalahan adalah bahwa padatan mungkin terkikis secara sebagian pada pemanasan sampai volumen berubah pada persamaan α ↔ β perubahan kuarsa pada 573oC. Pengikisan ini diketahui sebagai spalling. Di atas 573oC, padatan sangat stabil dan meningkatkan kekuatan untuk mencapai temperatur leleh.
- Kesetimbangan Baru: Sialons-Nitrogen Keramik Dasar
Silikon nitrida, SiN4, adalah bahan inert yang dapat tahan terhadap suhu lebih tinggi daripada alloy logam. Permasalahan yang ada bahwa SiN4 sulit mengalami sintering untuk mencapai tubuh polikristalin. Studi mengenai sintering SiN4 telah dipelajari sejak tahun 1970an. Jack dan asistennya di Newcastle menemukan jenis yang sama dari keluarga SiN4 dan diberi nama sialon. Senyawa tersebut terdiri dari 4 unsur Si, Al, O dan N dengan nama sialon, walaupun banyak unsur lain yang dapat dimasukkan ke dalam struktur. Sialon adalah fase oksinitrida, tersusun atas (Si, Al)(O, N)4 tetrahedral dengan membentuk struktur kerangka kerja 3 dimensi. Beberapa fase sialon mempunyai sifat mekanik yang sangat besar dan ketahanan kimia sampai suhu tinggi dan dapat digumpalkan dengan mudah.
Sialon sangat menarik untuk dibahas sebagai bahan dari kristal-kimia dengan bangun isostruktur yang diketahui sebagai fase silikat. Sebagai contoh:
a) YSiO2N adalah isostruktur dengan wollastonite (CaSiO3), merupakan struktur yang mengandung rantai sambung, [SiO2N]3-, analog dengan rantai metasilikat, [SiO3]2-.
b) Y2O3.Si3N4 atau Y2Si [Si2O3N4] merupakan isostruktura dengan akermanite, Ca2MgSi2O7.
c) Y5(SiO4)3N merupakan isostruktur dengan apatite, Ca5(PO4)3OH.
d) Li2SiAlO3N berbentuk kristobalite, seperti fase dalam interstisial ion Li+ dalam kerangka kristobalite (SiO2) dalam kerangka kerja.
0 Response to "Refraktori"
Post a Comment