Penerapan dan Pembuatan Komposit Matriks SiC/Al

Sep 09, 2025 Tinggalkan pesan

Di bidang kedirgantaraan, material komposit SiC/Al yang tahan terhadap kelelahan modulus tinggi yang dikembangkan oleh British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) Company telah berhasil diterapkan pada helikopter sipil EC-120. Di bawah dukungan proyek "Judul E" Departemen Pertahanan, DWA Composites Company dan Lockheed Martin Corporation, bekerja sama dengan Angkatan Udara, menggunakan metode metalurgi serbuk untuk menyiapkan material komposit SiCp/6092Al sebagai komponen penahan beban utama untuk menggantikan kulit paduan aluminium 2214 asli pada sirip perut pesawat tempur F16. Hal ini meningkatkan kekakuan sebesar 50% dan masa pakai sebanyak 17 kali lipat, dari kurang dari 1.000 jam menjadi masa pakai penuh yang dirancang sebesar 8.000 jam, yang menunjukkan kinerja servis yang sangat baik. Angkatan Udara AS telah mengadopsinya sebagai suku cadang sirip perut pesawat tempur F16 dan secara bertahap menggantikan suku cadang aslinya. Selain itu, material komposit SiCp/2009Al telah diterapkan pada silinder rem hidrolik pesawat tempur F-168, baling-baling pemandu saluran kipas mesin Boeing 777, bagian sambungan sistem rotor helikopter, dan pembuatan pesawat penumpang besar. Di bidang komponen elektronik, IBM di Amerika Serikat telah menerapkan material komposit SiC/Al pada sistem pengemasan dan pendinginan perangkat MCM, sehingga meningkatkan kemampuan pembuangan panas perangkat secara cepat. Pada tahun 1990an, Perusahaan LEC menggunakan material komposit SiC/Al untuk menggantikan paduan Cu/W pada mobil penumpang EV1 [32]. Militer AS juga telah menggunakan material komposit berbasis SiCp/Al untuk menggantikan paduan berilium dan paduan aluminium pada cangkang instrumen komponen inersia rudal dan telah mendaftarkan material ini sebagai material perangkat inersia dirgantara generasi ketiga.

Di bidang material-tahan aus, Duralcan di Amerika Serikat telah menerapkan material komposit SiC/Al pada pembuatan cakram rem otomotif, tidak hanya mengurangi bobot sebesar 40% hingga 60%, namun juga secara signifikan meningkatkan ketahanan aus cakram rem, sangat mengurangi kebisingan saat digunakan, dan mempercepat pembuangan panas. Selain itu, perusahaan telah menggunakannya pada piston mesin otomotif, girboks, dan suku cadang otomotif lainnya. Akibatnya, material komposit SiC/Al telah banyak digunakan sebagai-material tahan aus pada bantalan rem untuk berbagai mobil. Ada banyak metode untuk menyiapkan material komposit berbasis SiC/Al-, termasuk pengecoran, metalurgi serbuk, infiltrasi, sintesis in-situ, dan pengecoran aduk semi-padat. Metode yang umum adalah pengecoran, metalurgi serbuk, dan infiltrasi. Metalurgi serbuk melibatkan penggunaan serbuk logam atau campuran serbuk logam dan non-logam sebagai bahan mentah, dan melalui proses pembentukan dan sintering, serbuk tersebut dibuat menjadi logam paduan, bahan komposit, atau jenis bahan lainnya. Langkah pertama adalah menyiapkan bubuk yang dibutuhkan, yang dapat menjadi subjek penelitian rekayasa bubuk khusus. Kemudian, melalui pembentukan bubuk, proses sintering, dan proses termal selanjutnya, bahan yang diinginkan diperoleh. Keuntungan metalurgi serbuk adalah dapat dengan bebas mengatur komposisi fasa penguat dan matriks, memastikan distribusi komposisi material yang seragam, dan prosesnya relatif sederhana. Namun, metalurgi serbuk sulit untuk menghasilkan produk jadi-yang berukuran besar dan memiliki struktur yang rumit, serta proses pembuatannya yang lama dan memerlukan peralatan yang tinggi. Meskipun demikian, metalurgi serbuk masih merupakan metode yang relatif canggih untuk menyiapkan material komposit berbasis SiC/Al-. Metode pengecoran meliputi pengecoran pemerasan dan pengecoran aduk. Diantaranya, ada dua cara pembuatan material komposit SiC/Al dengan cara memeras pengecoran: 1. Tambahkan SiC pada paduan Al cair, aduk rata, lalu masukkan ke dalam cetakan untuk pengecoran pemerasan. 2. Buat SiC menjadi preform dan letakkan di dalam cetakan, kemudian berikan tekanan pada paduan Al cair agar menembus preform lalu lakukan pengecoran pemerasan. Keuntungan dari pengecoran pemerasan terletak pada prosesnya yang sederhana dan mudah, langkah produksi yang sedikit dan efisien, biaya produksi yang rendah, dan kemampuan untuk menghasilkan produk jadi yang berbentuk kompleks. Namun, selama proses pengecoran pemerasan, partikel SiC dapat mengendap sehingga menyebabkan distribusi tidak merata.

The advantage of powder metallurgy lies DWA Composites of the United States

Metode aduk casting melibatkan penambahan SiC ke dalam paduan Al cair dan mengaduk cairan logam campuran untuk menghomogenkannya sebelum dituangkan ke dalam cetakan. Keuntungan metode pengecoran aduk juga adalah kesederhanaannya, langkah produksi yang sedikit dan efisien, biaya produksi yang rendah, dan kemampuan untuk menghasilkan produk jadi yang berbentuk-kompleks. Namun, jika partikel SiC terlalu kecil, partikel tersebut cenderung menggumpal. Pengadukan juga dengan mudah memasukkan inklusi dan gas. Saat menyiapkan komposit SiC/Al dengan pengecoran, terjadi reaksi antarmuka yang parah, dan banyak ingot cor memerlukan pemrosesan sekunder. Ada dua bentuk utama metode infiltrasi, termasuk infiltrasi tanpa tekanan dan infiltrasi bertekanan. Infiltrasi tanpa tekanan relatif sederhana dan dikembangkan oleh Perusahaan Lanxide di Amerika Serikat pada tahun 1989, sehingga juga dikenal sebagai proses Lanxide. Ini melibatkan pemanasan paduan matriks Al dalam tungku atmosfer terkendali hingga di atas suhu likuid; kemudian, larutan paduan dibiarkan menyusup ke dalam bentuk awal SiC tanpa memberikan tekanan. Perbedaan tekanan infiltrasi adalah penerapan tekanan yang mirip dengan pengecoran infiltrasi pemerasan dan tidak akan dijelaskan lebih lanjut. Infiltrasi juga merupakan{11}}teknologi persiapan yang murah dan sederhana. Oleh karena itu, sering digunakan untuk membuat komposit matriks SiCp/Al dengan fraksi volume tinggi, dan partikel SiC pada bahan yang diperoleh relatif merata. Infiltrasi matang tanpa tekanan-komposit SiC/Al yang telah disiapkan bahkan telah diterapkan dalam kemasan elektronik. Namun, metode ini sulit untuk mengontrol porositas tinggi yang ditimbulkan oleh bentuk awal, sehingga sulit untuk diterapkan lebih lanjut pada material instrumen presisi.