ppt elastic modulus of al–si/sic metal matrix composites as a function of volume fraction
TRANSCRIPT
M.Ekaditya Albar / 1106154305
2nd Composite’s Essay
Metallurgy and Material Engineering
Universitas Indonesia
Extract from:
Santhosh Kumar S et al. Elastic modulus of Al–Si/SiC metal matrix composites as a function of
volume fraction. J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 175504.
Outline
Pendahuluan
Permasalahan
Percobaan
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan
29 March 2012 2
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
Pendahuluan
Komposit Al/SiC merupakan salah satu jenis MMC yang paling
banyak digunakan (struktural maupun fungsional).
Material komposit Al/SiC dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Low volume fraction MMCs (0.05 ≤ Vf ≤ 0.30)
2. High volume fraction MMCs (0.40 ≤ Vf ≤ 0.70)
Teknik fabrikasi MMC dengan cara pressureless infiltration dapat
menghasilkan sifat komposit yang lebih baik dengan (i)
meminimalisasi cacat internal, (ii) low cost infrastructure dan (iii)
dapat memproduksi benda berukuran besar.
29 March 2012 3
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
Pressureless Infiltration
29 March 2012 4
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
Permasalahan
Sifat CTE (Coefficient Thermal Expansion) merupakan sifat
penting pada komposit Al/SiC sebagai electronic packaging.
Sifat CTE dipengaruhi oleh nilai modulus elastisitas dari
komposit Al/SiC.
Besarnya fraksi volum optimum untuk penguat SiC hanya
berfokus pada komposit Al/SiC jenis low volume fraction.
Dibutuhkan suatu penelitian terhadap material komposit
Al/SiC jenis high volume fraction yang dibuat dengan proses
pressureless infiltration agar menghasilkan modulus elastis
yang optimal.
29 March 2012 5
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
Percobaan
1. Infiltrasi aluminium (Al-9Si-5Mg) ke dalam preform
partikulat commercial grade SiC dengan ukuran 500, 60, 38
dan 17 µm.
2. Pemanasan pada suhu 700o sampai 1000oC.
3. Gas N2 dialirkan ke dalam furnace.
4. Dwell time selama 4 jam.
5. Pendinginan pada suhu ruang.
6. Karakterisasi kecepatan ultrasonik.
29 March 2012 6
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
Percobaan
29 March 2012 7
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
Pressureless
Infiltration Process
Karakterisasi
Kecepatan Ultrasonik
Hasil dan Pembahasan
29 March 2012 8
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
No. Fraksi Volum Densitas,
ρ (g cm-3)
Kecepatan
longitudinal,
CL (ms-1)
Kecepatan
geser,
CS (ms-1)
1 0.41 2.86 7570 4430
2 0.45 2.88 8172 4748
3 0.54 2.94 8560 5036
4 0.67 3.01 8936 5262
5 0.70 3.02 9285 5490
Skema Propagasi Gelombang Ultrasonik pada mode (a) Longitudinal dan (b) Shear
Distribusi Partikel SiC
29 March 2012 9
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
Mikrostruktur komposit Al-SiC
dengan volum fraksi yang berbeda-
beda
(a) Al-0.41 SiC,
(b) Al-0.45 SiC,
(c) Al-0.54 SiC,
(d) Al-0.67 SiC,
(e) Al-0.70 SiC,
(f) Residu Al dengan eutectic Si.
Hasil dan Pembahasan
Data hasil kecepatan geser tidak jauh berbeda sehingga komposit
dapat dikatakan bersifat isotropi.
Data hasil pengujian kecepatan ultrasonik digunakan untuk
menghitung Poisson’s Ratio dengan rumus:
Setelah mendapatkan Poisson’s Ratio, maka dapat dilakukan
perhitungan untuk mendapatkan Modulus Elastis (E), Modulus
Geser (G) dan bulk modulus (K) dengan rumus:
29 March 2012 10
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
Hasil dan Pembahasan
Data besarnya modulus berdasarkan perhitungan adalah:
Kurva Fraksi Volum SiC terhadap Modulus Elastis komposit Al/SiC:
29 March 2012 11
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
No. Fraksi Volum Poisson’s
ratio, v
Modulus
Elastis,
E (GPa)
Modulus
Geser,
G (GPa)
Bulk
Modulus,
K (GPa)
1 0.41 0.239 138.9 56.0 88.7
2 0.45 0.245 161.4 64.8 105.5
3 0.54 0.235 183.9 74.4 115.8
4 0.67 0.234 205.5 83.2 128.7
5 0.70 0.231 224.6 91.2 139.1
Kesimpulan
Berdasarkan perhitungan empiris dan menggunakan data
percobaan, maka nilai modulus elastis dari material komposit
Al/SiC yang difabrikasi dengan proses pressureless infiltration
memenuhi persamaan berikut ini:
EC = 49.08 + 34.22 x exp (Vf / 0.4253)
EC adalah modulus elastis dan Vf adalah fraksi volum dari
penguat dengan range 0.0 sampai 1.0.
29 March 2012 12
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR
29 March 2012 13
M.E
KA
DIT
YA
ALB
AR