Modulus Alumina Young

Alumina adalah bahan keramik yang tak ternilai harganya, yang dikenal dengan ketahanan oksidasi dan sifat modulus Young yang unggul. Namun, karena suhu tinggi yang diperlukan selama proses sintering, bahan ini bisa menjadi pilihan material yang mahal.

Pada suhu kamar, komposit partikulat alumina-YAG menunjukkan perilaku rapuh dengan perkiraan kekuatan lentur sekitar 320 MPa. Bahkan pada suhu 1650 derajat Celcius, struktur mikronya tetap homogen dengan butiran alumina yang berjarak sama dan butiran fase kedua yang halus membentuk struktur mikro yang menarik.

Karakteristik

Modulus Young alumina adalah properti material yang sangat berharga yang membantu menentukan kekuatan mekanik material keramik. Pengukuran ini menilai kemampuan material untuk menahan gaya tegak lurus yang diterapkan tegak lurus terhadap arah perpanjangannya; didefinisikan sebagai hasil kali konstanta elastis dan regangan geser, nilainya dapat dengan mudah dihitung dengan menggunakan rumus sederhana. Pengukuran modulus alumina Young juga dapat dilakukan dengan menggunakan lekukan nano yang terinstrumentasi, uji rotasi penunjuk, dan pengukuran defleksi.

Alumina biasanya memiliki modulus Young yang relatif rendah, namun hal ini dapat ditingkatkan secara signifikan melalui teknik sintesis canggih yang mengontrol ukuran dan bentuk butiran. Selain itu, perubahan densitas selama produksi juga dapat membantu meningkatkan nilai modulus Young.

Butiran g-alumina tidak hanya dapat meningkatkan modulus Young, tetapi juga dapat digunakan untuk berbagai aplikasi di bidang kedokteran gigi dan industri lainnya. Kekerasan dan kekakuannya yang tinggi membuatnya ideal untuk semen gigi; ditambah lagi, butiran ini bahkan dapat dibentuk menjadi restorasi khusus seperti veneer.

Modulus Young alumina menunjukkan ketergantungan yang kuat terhadap suhu. Sebuah studi menggunakan eksitasi impuls dilakukan untuk memantau perubahan modulus Young pada spesimen alumina yang disinter sebagian yang dipanaskan dari suhu kamar hingga 1600 derajat Celcius, kemudian dibandingkan dengan prediksi teoretis dan menemukan bahwa ketergantungan suhu modulus Young mengikuti kurva master yang ideal untuk material ini.

Pencitraan FESEM juga digunakan untuk menyelidiki struktur mikro matriks alumina dan campuran fase kedua pada suhu hingga 1700 derajat Celcius, di mana tidak ada perubahan yang terlihat pada struktur mikronya dan hanya pertumbuhan butiran kecil yang disaksikan - menunjukkan bahwa efek pinnable tetap efektif pada suhu ini.

Hasil uji lentur menunjukkan bahwa sampel alumina Vita In-Ceram memiliki nilai modulus Young dinamis dan kekerasan sejati yang jauh lebih besar dibandingkan dengan IPS Empress 2 dan bahan inti komersial lainnya, termasuk bahan inti Vita lainnya. Komposit alumina juga ditemukan memiliki kekuatan lentur tertinggi, yang berarti bahwa komposit tersebut mampu menahan beban lentur. Analisis uji urutan peringkat SNK untuk kekuatan lentur juga mampu membedakan perbedaan kimiawi dan struktural di antara lima bahan inti komersial. Korelasi yang mengesankan ditemukan antara kekuatan lentur dan kekerasan sebenarnya dari komposit alumina dan penggunaan gigi (p0.05), menunjukkan bahwa komposit ini lebih cocok dibandingkan dengan bahan inti komersial untuk aplikasi gigi. Penelitian ini menunjukkan harapan dan akan berkontribusi dalam menciptakan butiran alumina dengan sifat mekanik yang lebih baik, sehingga memungkinkan dokter gigi memberikan perawatan gigi yang optimal kepada pasien mereka, membantu meningkatkan kualitas hidup pasien geriatri pada khususnya.

Aplikasi

Modulus Young adalah properti penting dari material yang menentukan kapasitas penyerapan tegangan sebelum patah. Modulus Young digunakan untuk berbagai aplikasi mulai dari desain kedirgantaraan dan otomotif, hingga bahan konstruksi seperti Alumina. Modulus Young yang lebih tinggi menunjukkan material yang lebih kaku. Modulus Young Alumina mencapai 12,6 GPa - menjadikannya salah satu bahan keramik terkuat yang saat ini tersedia.

Sifat elastisitas alumina ditentukan oleh struktur, kimia, dan mikrostrukturnya. Alumina adalah bahan polikristalin yang terdiri dari fase y dan a yang dipisahkan oleh batas butir alumina; aluminium oksida membentuk satu fase sementara oksida logam alkali dan silika membentuk fase lainnya. Kedua lapisan tersebut saling terhubung oleh serat nano dan partikel mikro yang berkontribusi secara signifikan terhadap nilai modulus Young yang tinggi.

Modulus Young dari alumina dapat ditentukan melalui berbagai metode eksperimental, tetapi sangat penting untuk memperhitungkan kondisi di mana pengukuran dilakukan. Salah satu teknik yang efektif untuk melakukan hal ini adalah dengan menggunakan kurva beban-perpindahan yang diperoleh dengan alat uji mekanis - ini mengukur berapa banyak gaya yang harus menembus spesimen agar terjadi perpindahan dan juga bagaimana suhu mempengaruhi hasil dari pengujian yang berbeda; nilai modulus elastisitas sangat bergantung pada perbedaan suhu, sehingga hasilnya sangat bervariasi dari satu pengujian ke pengujian yang lain.

Modulus Young meningkat dengan meningkatnya suhu, dan kekuatan tariknya menurun saat alumina disinter. Konduktivitas listrik juga bergantung pada suhu; kandungan ion logam alkali juga memengaruhi tingkat konduktivitas listrik; resistensi meningkat dengan suhu yang lebih tinggi dan ukuran pori-pori yang lebih kecil.

Sintesis alumina berpori dengan sifat fisik yang diinginkan merupakan tugas yang sulit karena banyaknya variabel yang mempengaruhi karakteristik fisik dan perilakunya. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menciptakan prosedur yang efisien untuk memproduksi alumina berpori dengan porositas dan nilai modulus Young yang seimbang dengan menggunakan optimasi metode Taguchi pada proses produksi seperti waktu sintering, laju pemanasan pada proses kalsinasi, dan proses perlakuan panas akhir untuk meningkatkan proses produksi material alumina berpori.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa g-alumina sintetis dengan ukuran pori rendah dan modulus Young yang tinggi dapat diproduksi dengan menggunakan metode sintesis baru. Pendekatan ini menggandakan modulus Young sekaligus memperkuat keramik, sehingga cocok untuk aplikasi yang membutuhkan material berkinerja tinggi. Butiran yang diproduksi dengan menggunakan pendekatan ini memiliki plastisitas tinggi untuk deformasi tanpa retak; fitur penting untuk aplikasi medis dan gigi. Selain itu, tingkat kerusakannya sangat berkurang berkat prosedur sintesis ini, membuat keramik ini lebih dapat diterapkan secara klinis daripada sebelumnya.

Keuntungan

Modulus Young adalah properti mekanis yang penting untuk banyak aplikasi. Modulus Young mengukur ketahanan material terhadap tekanan sekaligus menunjukkan seberapa baik material tersebut menyerap getaran atau gelombang kejut. Modulus Young yang lebih tinggi menunjukkan lebih banyak ketahanan terhadap kerusakan; Alumina menonjol dalam hal ini karena nilai modulus Young yang sangat tinggi, menjadikannya pilihan material yang sangat baik untuk digunakan dalam aplikasi teknik mesin.

Aluminium adalah bahan yang kuat dan hemat biaya. Meskipun tidak sekuat baja, bobotnya yang lebih ringan memungkinkannya untuk digunakan lebih umum di pesawat terbang di mana berat memainkan faktor penting. Aluminium juga mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi, yang pada gilirannya membantu lingkungan.

Salah satu keunggulan alumina adalah ketahanannya terhadap penuaan hidrotermal. Selain itu, nilai modulus Young-nya termasuk yang tertinggi di antara semua bahan keramik, yang berarti dapat bertahan dalam kondisi suhu ekstrem tanpa retak di bawah tekanan. Alumina memiliki banyak kegunaan dalam pengaturan medis di mana implan tulang harus tetap tidak rusak sementara aplikasi gigi memanfaatkan sifat-sifatnya terhadap kerusakan akibat gesekan.

Modulus Young alumina bergantung pada kemurniannya, dan hal ini juga berkorelasi dengan kekerasan. Semakin banyak alumina murni yang diproduksi, maka modulus Young-nya akan meningkat. Sayangnya, karena koefisien difusi diri dan titik leleh yang rendah, sulit untuk menghasilkan alumina murni, tetapi menambahkan karbon ke matriksnya dapat meningkatkannya secara signifikan dan meningkatkan modulus Young secara signifikan.

Khususnya, modulus Young menurun dengan suhu karena partikel bergerak lebih dekat satu sama lain dan membentuk ikatan yang lebih kuat di antara mereka. Meskipun demikian, bahan alumina multi-komponen dapat direkayasa dengan modulus Young yang lebih tinggi secara lokal dengan memasukkan aditif dengan morfologi berbentuk batang atau kumis serta bentuk awal anisotropik dalam komposisinya.

Indentasi dinamis tetap menjadi salah satu pendekatan yang paling populer untuk mengukur modulus Young intrinsik alumina, tetapi metode ini kurang akurat karena hanya mengukur zona yang rusak di bawah ujung lekukan. Sebagai gantinya, penelitian ini mengusulkan metode baru yang inovatif yang melibatkan ekstrapolasi kurva beban-perpindahan sampel; dengan hasil yang sebanding dengan teknik pengujian kekerasan mikro.

Makalah ini menyelidiki bagaimana pemodelan numerik dan teknik eksperimental dapat digabungkan untuk memprediksi modulus elastisitas lapisan alumina yang diendapkan pada substrat aluminium, dengan menggunakan uji tekuk tiga dan empat titik sebagai sarana untuk mengevaluasi sifat mekaniknya.