zuhdi ismail [tugas fabrikasi 2]

ANNEALLING, PYROLISIS, SINTERING DAN HIDROLISIS
Zuhdi Ismail (M0208062)
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
A. Annealling
Annealing adalah satu teknik yang dikenal dalam bidang metalurgi,
digunakan dalam mempelajari proses pembentukan kristal dalam suatu
materi. Agar dapat terbentuk susunan kristal yang sempurna, diperlukan
pemanasan sampai suatu tingkat tertentu, kemudian dilanjutkan dengan
pendinginan yang perlahan-lahan dan terkendali dari materi tersebut.
Pemanasan materi di awal proses annealing, memberikan kesempatan pada
atom-atom dalam materi itu untuk bergerak secara bebas, mengingat tingkat
energi dalam kondisi panas ini cukup tinggi. Proses pendinginan yang
perlahan-lahan memungkinkan atom-atom yang tadinya bergerak bebas itu,
pada akhirnya menemukan tempat yang optimum, di mana energi internal
yang dibutuhkan atom itu untuk mempertahankan posisinya adalah minimum.
Pada pembuatan lapiran tipis annealing ialah cara menurunkan
kekerasan suatu material dengan jalan memanaskan material tersebut pada
temperatur diatas temperatur krisis maksimumnya dan kemudian dinginkan
secara perlahan-lahan di udara (sampai dingin).
Tujuan dari annealing ialah untuk :
a. Memperbaiki keuletan.
b. Menurunkan atau menghilangkan ketidak homogenan stuktur.
c. Memperhalus ukuran butir.
d. Menghilangkan tegangan dalam.
e. Menyiapkan struktur material untuk proses perlakuan panas.
B. Pyrolisis
Pirolisis adalah proses pemanasan bahan organik tanpa oksigen untuk
merubah hidrokarbon. Pada proses pirolisis akan terjadi proses pengeringan
yaitu menguapnya kadar air (moisture content) dan devolatilisasi yaitu zat
yang mudah menguap (volatile matter) ke luar dari dalam bahan. Produk dari
pirolisis tersebut mempunyai kandungan energi yang tinggi, seperti char yang
berwujud padatan, tar yang berwujud cairan, dan gas.
Seperti yang telah disinggung di atas bahwa, pirolisis adalah
dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau
sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami
pemecahan struktur kimia menjadi fase gas. Pirolisis adalah kasus khusus
termolisis. Pirolisis ekstrim, yang hanya meninggalkan karbon sebagai residu,
disebut karbonisasi.
Pirolisis adalah kasus khusus dari thermolysis terkait dengan proses
kimia charring, dan yang paling sering digunakan untuk organik bahan.. Hal
ini terjadi secara spontan pada temperatur tinggi (misalnya, di atas 300 °C
untuk kayu, itu berbeda untuk bahan lainnya), misalnya dalam kebakaran atau
ketika vegetasi terjadi kontak dengan lava dalam letusan gunung berapi.
Secara umum, gas dan cairan menghasilkan produk dan meninggalkan residu
padat kaya kandungan karbon. Extreme pirolisis, yang meninggalkan karbon
sebagai residu, disebut karbonisasi. Hal itu tidak melibatkan reaksi dengan
oksigen atau reagen lainnya.
Pirolisis yang banyak digunakan dalam industri kimia, misalnya,
untuk menghasilkan arang, karbon aktif, metanol dan bahan kimia lainnya
dari kayu, untuk mengubah ethylene dichloride menjadi vinil klorida untuk
membuat PVC, untuk memproduksi kokas dari batubara, untuk mengubah
biomassa menjadi gas sintesis, untuk mengubah limbah menjadi bahan sekali
pakai dengan aman, dan lain sebagainya.
Ini adalah proses kimia penting di beberapa memasak prosedur seperti
memanggang, menggoreng, memanggang, dan karamel. Pirolisis juga
merupakan alat analisis kimia, misalnya dengan pirolisis kromatografi gas
spektrometri massa dan memperkirakan umur mahluk yang telah mati dengan
carbon-14. Memang, banyak zat kimia penting, seperti fosfor dan asam sulfat,
pertama kali diperoleh dengan proses ini.
Selain yang di jabarkan di atas dikenal pula adanya spray pyrolisis,
Spray Pyrolysis adalah sebuah proses aerosol yang biasa digunakan untuk
membuat berbagai macam bahan dalam bentuk bubuk berstruktur nano yang
mengandung logam, oksida logam, keramik, super konduktor. Material
berukuran nano memiliki sejumlah sifat fisika dan kimia yang lebih unggul
dan memiliki sifat-sifat yang lebih kaya yang tidak dimiliki oleh material
berukuran besar.
C. Sintering
Sinter (sintering) adalah proses pengikatan partikel melalui proses
pemanasan, setelah pemampatan. Selain itu sintering juga dapat diartikan
sebgai proses pembakaran dan pemadatan sesuatu yang dibentuk dari partikel
serbuk. Pada pemadatan terjadi proses ikatan antar partikel dan partikel yang
sudah berikatan tumbuh bergerak mendesak porositas atau rongga antar
partikel. Pembakaran dimaksudkan untuk meningkatkan energi aktivitasi dan
energi transportasi atom.
Proses sintering dapat diartikan juga sebagai suatu proses pemadatan
dari sekumpulan serbuk pada suhu tinggi mendekati titik leburnya hingga
terjadi perubahan struktur mikro seperti pengurangan jumlah dan ukuran pori,
pertumbuhan butir, peningkatan densitas dan penyusutan. Proses sintering
keramik ada beberapa tahapan yaitu:
a. Tahapan awal
Pada tahap ini partikel-partikel keramik akan saling kontak setelah
proses pencetakan. Di sini serbuk dalam keadaan bebas.
b. Tahapan mulai sintering
Adalah tahap pembentukan ikatan, dimana sintering mulai berlaku
dan permukaan kontak kedua partikel semakin lebar. Perubahan ukuran
butiran maupun pori belum terjadi
c. Tahapan pertengahan sintering
Merupakan tahap antar pembentukan batas butiran.
d. Tahapan akhir sintering
Pada tahap ini terjadi densifikasi dan eliminasi pori sepanjang
batas butir, yaitu terjadi pembesaran ukuran butiran sampai kanal-kanal
pori tertutup dan sekaligus terjadi penyusutan butiran, dan terbentuklah
fasa baru.
D. Hidrolisis
Hidrolisis merupakan penguapan kandungan air dengan menggunakan
panas tertentu sehingga kadar air pada larutan menjadi berkurang.
Pada tahap pertama logam perkursor (alkoksida) dilarutkan dalam
alcohol dan terhidrolisis dengan penambahan air pada kondisi asam, netral
atau basa menghasilkan sol koloid. Hidrolisis menggantikan ligan (–OR)
dengan gugus hidroksil (–OH) dengan reaksi sebagai berikut :
M(OR)z + H2O M(OR)(z-1)(OH) + ROH
(1)
Faktor yang berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah rasio
air/prekursor dan jenis katalis hidrolisis yang digunakan. Peningkatan rasio
pelarut/prekursor akan meningkatkan reaksi hidrolisis. Reaksi berlangsung
cepat sehingga waktu gelasi lebih cepat. Katalis yang digunakan pada proses
hidrolisis adalah jenis katalis asam atau katalis basa, namun proses hidrolisis
juga dapat berlangsung tanpa menggunakan katalis. Dengan adanya katalis
maka proses hidrolisis akan berlangsung lebih cepat dan konversi menjadi
lebih tinggi.
Sebagai contoh: Reaksi hidrolisis akan selesai saat semua grup (O–
CH2CH3) digantikan dengan golongan (–OH). Reaksi hidrolisis menghasilkan
sol yang terdiri dari Si(OH)4 dan CH3CH2OH. Reaksi hidrolisis tersebut dapat
dilihat pada persamaan 2.
Si(OCH2CH3)4 + 4H2O Si(OH)4 + 4CH3CH2OH
(2)