Sintering

PRAKTEK SINTERING
Teknik sintering digunakan untuk meningkatkan kerapatan keramik sesuai dengan mikrostruktur dan komposisi fasa yang diinginkan. Metode ini meliputi manipulasi rencana sintering (sintering schedules) dan dalam beberapa kasus digunakan tekanan. Kontrol dari atmosfir sintering (sintering dalam udara bebas) termasuk hal yang penting, dan dalam banyak kasus dengan kontrol yang tepat dalam mengatur tekanan penggunaan oksigen dan nitrogen sebagai fungsi temperatur terkadang dapat memberikan keuntungan atau bahkan merupakan hal yang sangat penting. Insoluble gas yang terjebak didalam pori-pori yang tertutup dapat menghambat proses densifikasi akhir atau membawa pada pertambahan densifikasi, dan, dalam kasus ini menunjukkan adanya perubahan atmosfir sintering atau vakum sintering (sintering dalam keadaan non-oksida). Praktek sintering melipui kontrol dari karakteristik partikel, struktur padatan muda, dan perkiraan struktur kimia yang terbentuk sebagai fungsi dari kondisi selama proses sintering berlangsung.
HEATING SCHEDULES
Berikut ini merupakan langkah-langkah dalam proses sintering beserta hal yang terjadi selama proses sintering :
1. pada tahap ini terjadi pelepasan ikatan, penghilangan cairan yang terkandung dalam sampel seperti air, dan konversi zat additive seperti organometallic atau polimer. Secara tipikal biasanya penahanan temperatur pertama ini dilakukan dalam temperatur yang masih rendah yaitu hanya sekitar beberapa ratus derajat. Peningkatan laju temperatur harus dikontrol secara hati-hati, selain itu jika dillakukan proses pemanasan dengan cepat maka akan mengakibatkan sampel mendidih dan penguapan dari bahan organik, menjadikan sampel tersebut menggembung atau bahkan dapat memusnahkan sampel tersebut.
2. meningkatkan terjadinya proses homogenisasi kimia atau terjadinya reaksi pada komponen serbuk.
3. peningkatan temperatur untuk menuju keadaan isothermal sintering (proses sintering dalam temperatur yang sama)
4. isothermal sintering, dalam proses ini terjadi densifikasi utama dan pengembangan mikrostruktur yang kemudian diikuti oleh pendinginan secara lambat.
5. penahan temperatur untuk untuk pendinginan akhir dari tahap pendinginan selanjutnya
6. mengurangi internal stress atau memberikan kesempatan pada presipitasi (penyisispan) atau reaksi yang lainnya.
Isothermal Sintering

Dalam isothermal sintering, temperatur meningkat secara monoton sampai pada penahan temperatur sintering (secara tipikal 0.5 sampai 0.8 dari temperatur leleh untuk sintering pada zat padat, atau berapapun dibawah temperatur eutectic untuk faas liquid), dan kemudian didinginkan dibawah temperatur ruang. Pada umumnya lama waktu penahanan sebanding dengan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur hingga temperatur penahanan. Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur ini dibatasi oleh ukuran sampel dan karakteristik panas dari furnace yang digunakan. Waktu penaikkan temperatur untuk ukuran sampel yang besar membutuhkan waktu yang lama, hal ini dilakukan untuk menghindari gradien temperatur yang dapat menyebabkan cracking (kerusakan/pecah) atau pembentukan lapisan luar yang memadat namun bagian ininya tidak memadat secara sempurna, hal ini merupakan hasil dari densifikasi yang berbeda. Selama fasa penaikan suhu dalam isothermal sintering, proses densifikasi dan perubahan mikrostruktur tejadi secara signifikan. Isothermal sintering dipilih untuk memperoleh densitas akhir yang dibutuhkan dalam batas-batas waktu yang masuk akal. Temperatur sintering yang tinggi dapat mempercepat proses densifikasi, tetapi pertumbuhan butir juga meningkat. Jika temperatur sintering terlalu tinggi dapat menyebabkan pertumbuhan butir yang abnormal sehingga dapat membatasi densitas akhir.

Dalam bagian ini, material yang sudah dipadatkan kemudian dipanaskan untuk mendapatkan mendapatkan mikrostruktur yang diinginkan. Perubahan yang muncul selama proses ini sangat kompleks, tergantung kerumitan dari material awalnya. Dalam proses pemanasan ini terdapat dua tahapan yaitu firing dan sintering. Secara umum, firing biasa digunakan ketika proses yang muncul selama pemanasan sangat kompleks, seperti dalam proses pembuatan keramik tradisional dari material tanah liat. Namun istilah sintering juga sering digunakan.
Sintering dapat dianalisis secara teori dengan menggunakan model yang diidealkan. Analisis teori ini dikombiansikan dengan hasil eksperimen selama 50 tahun terakhir.sehingga dapat perihal mengenati sintering dapat dimengerti. Contoh yang sederhana adalah maerial murni (satu fasa) seperti Al2O3. material in dipanaskan dalam rentang suhu 0.5 sampai 0.75 dari temperatur lelehnya (untuk Al2O3 yang memiliki temperatur leleh 2073oC maka temperatur sinteringnya adalah 1400 oC -1650 oC ). Serbuk tersebut tidak meleleh, tetapi bergabung bersama dengan partikel lain dan prorositasnya berkurang (proses densifikasi) karena adanya diffusi dalam zat padat. Tipe sintering ini biasanya disebut solid state sintering (Sintering zat padat). Solid state sintering ini merupakan kasus sederhana dari sintering, proses yang muncul dan interaksi antar partikel bisa menjadi sangat kompleks.
Driving force untuk sintering adalah pengurangan energi bebas permuakaan dari massa pertikel yang bergabung.

Pengurangan energi ini diakibakan oleh proes difusi yang mengarahkan bagian lainnya dari meterial ini untuk memadat (oleh transfer materi dari bagian dalam butiran ke dalam pori-pori) atau mikrostruktur menjadi kasar (oleh penyusunan materi diantara bagian yang berbeda dari permukaan pori-pori tanpa adanya pengurangan volume pori-pori secara aktual). Proses difusi untuk densifikasi dan pembentukan material yang kasar dari dua partikel bulat yang bersentuhan untuk keadaan yang ideal ditunjukan oleh gambar berikut.

Masalah utama yang muncul untuk memperoleh densitas yang tinngi selama proses sintering adalah proses coarsening (matrial kasar) yang menyebakan driving force untuk proses densifikasi menajdi berkurang. Interaksi ini terkadang diekspresikan dengan pernyataan bahwa sintering merupakan proses yang didalamnya terdapat kompetisi antara densifiksi dan coarsening. Jika dominasi yang terjadi adalah proses densifiksi maka akan diperoleh material yang padat sedangkan jika dominasi yang terjadi adalah proses coarsening maka akan diperoleh material yang memiliki porositas yang tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Rahaman, Mohamed N. 2006. Ceramic Processing. Boca Raton : Taylor & Francis Group