SINTESIS BAHAN YSZ (YTTRIA STABILIZED ZIRCONIA, Y2O3-ZrO2) DENGAN METODE REAKSI PADATAN DAN KARAKTERISASINYA

Abstract

ABSTRAK

Telah dilakukan sintesis bahan YSZ (Yttria Stabilized Zirkonia, ZrO₂-Y₂O₃) dengan metode reaksi padatan (solid state reaction) yaitu melalui proses penggerusan. Proses pemaduan bahan YSZ dilakukan dengan mencampurkan serbuk yttria dan zirkonia yang digerus bersama-sama selama       5 jam dengan komposisi Y₂O₃  dan ZrO₂ (4,5:95,5 dan 8,0:92,0) %mol. Setelah itu serbuk paduan dikalsinasi pada temperatur 500°C selama 3 jam,  kemudian dikompaksi pada tekanan 4000 psi dan sintering pada temperatur 1300°C selama 3 jam. Selanjutnya, sampel digerus dan dikalsinasi kembali pada temperatur 500°C selama 3 jam, dikompaksi pada tekanan ~14.600 psi dan sintering pada temperatur 1400°C selama 3 jam. Identifikasi fasa dari senyawa yang terbentuk, pengamatan morfologi dan konduktivitas ionik pada sampel hasil sintesis tersebut dilakukan berturut-turut dengan menggunakan XRD  spektroskop, SEM-EDS dan LCR meter. Hasil analisis menunjukkan bahwa telah berhasil terbentuk YSZ pada bahan hasil sintesis untuk kedua komposisi YSZ. Hal ini ditunjukkan dengan teridentifikasinya fasa kubik yang mendominasi pada bahan YSZ yang dihasilkan walaupun masih teridentifikasi sebagian kecil fasa monoklinik zirkonia. Lebih lanjut lagi, nilai konduktivitas ionik yang diperoleh cukup baik yang  menunjukkan bahan YSZ yang terbentuk. Nilai ini meningkat dengan bertambahnya temperatur dan komposisi yttria sesuai dengan karakteristik ionik pada padatan.

Kata kunci: YSZ, yttria, zirkonia, sensor oksigen, solid oxide fuel cell, penggerusan

Abstract

The synthesis of YSZ materials (Yttria Stabilized Zirconia, ZrO₂-Y₂O₃) have been done with solid state reaction method through the mixing process with grinding technique. The process of grinding was done by mixing yttria and zirconia powders and grinded for 5 hours with composition Y₂O₃ and ZrO₂ (4.5:9.5 and 8.0:92.0) mol%. Afterward, the mixed powder was calcinated at temperature of 500°C for 3 hours, compaction at pressure of 4,000 psi and then sintered at temperature of 1,300°C  for 3 hours.Furthermore, samples were grinded again, calcinated at temperature of 500 °C for 3 hours, compaction at  pressure of ~14,600 psi and sintering at temperatures of 1400 ° C for 3 hours. Identification of the phase transformation and crystals, microstructure, morphology and ionic conductivity were tested using XRDSpectroscope, SEM-EDS and LCR meter, respectively. The results show that YSZ was successfully formed for both samples. It was revealed by the identification of dominated cubic phase for both samples even view peaks of monoclic phase of zirconia was still found. Furthermore, the ion conductivity values was relatively good which show the formation of YSZ. The ionic conductivity values increas with increasing of temperature and composition of yttriain accordance with the characteristics of ionic in solids .

Keywords: YSZ,  yttria, oxygen sensor, solid oxide fuel cell, grinding