Page 1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Material untuk berbagai aplikasi industri harus memenuhi sifat yang sesuai
dengan lingkungan kerjanya. Sifat-sifat yang diperlukan tersebut diantaranya:
kekuatan, tahan aus, tahan korosi, fatik,dan sifat yang diperlukan lainnya.
Berbagai upaya terus dikembangkan hingga saat ini untuk memperoleh sifat
material yang baik. Upaya memperbaiki sifat material dapat dilakukan dengan
teknik perlakuan panas atau teknik deposisi lapisan pada permukaan. Deposisi
lapisan pada permukaan dilakukan dengan teknik physical vapour deposition
(PVD) atau chemical vapour deposition (CVD). Menurut Dobrzansky dkk,
2007, topografi lapisan permukaan yang dideposisikan dengan teknik PVD
lebih kuat jika dibandingkan dengan teknik CVD. Deposisi dengan teknik
PVD dapat memperbaiki sifat kekerasan material, tahan korosi, dan
roughness pada permukaan. Salah satu teknik pelapisan PVD adalah
implantasi ion. Kartikasari dkk, 2001, menyatakan bahwa teknik implantasi
ion merupakan modifikasi permukaan logam, dimana prosesnya dapat
dilakukan dalam waktu cepat, tidak menyebabkan perubahan dimensi, bebas
dari kontaminasi, pembentukan paduan tidak tergantung pada batas kelarutan
padat dan konstanta difusi, kedalaman penetrasi dapat diatur secara akurat
dengan mengendalikan tegangan pemercepat ion.Implantasi ion pada dosis
optimal dapat memperbaiki sifat tahan korosi, akan tetapi peningkatan dosis
melebihi batas optimalnya justru akan meningkatkan laju korosinya
(Sundaranajan dan Praunseis, 2004). Lapisan keras pada permukaan harus
mencapai tebal kritis tertentu, karena jika kurang dari tebal kritisnya, lapisan
keras tersebut akan menghasilkan lobang atau pori sehingga menyebabkan
korosi galvanik,sedangkan jika terlalu tebal akan menyebabkan inisiasi retak
(Perillo,2006).Dalam bidang medis, implantasi ion banyak diterapkan pada
peralatan ortopedi dan ortodontik maupun peralatan lainnya. Implantasi ion
1
Page 2
pada peralatan medis digunakan untuk memperbaiki sifat fatik, tahan korosi,
mengurangi pengaruh kontaminasi antara alat dengan darah, dan untuk
memperbaiki sifat tribologinya (Adamus, 2007). Baja tahan karat martensitik
AISI 410 digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi industri, seperti:
steam valve, water valve, pompa, turbin, komponen kompresor, poros, alat
potong, peralatan bedah, bearing, plastic mould dan perlengkapan industry
kimia (Krishna and Bandyopadhyay, 2009. Baja AISI 410 dalam bidang
medis digunakan sebagai cutting instruments dan non cutting instruments
(ASTM F 899-02, 2006) Logam transisi berbasis nitrida seperti TiN banyak
digunakan sebagai bahan pelapis karena bersifat keras, koefisien gesekan
rendah, tahan aus dan tahan korosi sehingga dapat meningkatkan umur
material (Shah dkk, 2010); (Chang dkk, 2009). Penelitian ini akan mengamati
pengaruhimplantasi ion TiN terhadap tahan karat martensitik AISI 410.
Physich Vapour Deposition (PVD) adalah teknik dasar pelapisan dengan
cara penguapan yang melibatkan transfer material pada skala atomic. PVD
merupakan proses alternative dari electroplating.
PVD digunakan untuk meningkatkan kekerasan dan daya tahan terhadap
keausan, mengurangi efek gesekan, dan meningkatkan daya tahan terhadap
oksidasi. Mekanismenya target material ditembaki dengan energi agar atom-
atomny lepas kemudian ditransferkan dan didepositkan pada material yang
ingin di lapiskan. Namun, PVD juga memiliki kelemahan yaitu beberapa
proses memerlukan tekanan dan temperatur yang tinggi, proses pada suhu
yang tinggi memerlukan sistem pendinginan yang mahal, dan biasanya
kecepatan deposisi cukup lambat. Keuntungan dan kerugian proses PVD
meliputi :
a. Keuntungan
Material yang telah dilapisi memiliki sifat yang lebih baik jika
dibandingkan dengan material sebelumnya.
Prosenya lebih ramah lingkungan dari pada proses electroplating.
b. Kerugian
Sulit untuk mendapatkan permukaan lapisan yang seragam.
2
Page 3
Biaya produksi yang tinggi.
Beberapa prosesnya beroperasi pada kondisi vakum dan temperature
yang tinggi sehingga memerlukan operator yang terampil.
Prosesnya memerlukan panas dalam jumlah yang besar dan sistem
pendinginan yang tepat.
Laju pengendapan pelapisannya biasanya lambat.
1.2. Perumusan Masalah
Dalam pembuatan Laporan Tugas Tooling Design ini penulis akan
membahas pada masalah perencanaan alat bantu untuk proses Physics Vapour
Coating (PVD).
1.3. Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan tugas tooling design ini adalah penulis ingin
mengetahui hal-hal yang terkait pada proses PVD coating dan
mempersiapkan alat yang digunakan pada proses PVD dengan teknik
magnetron sputering.Alasan utama penggunaan pelapisan PVD adalah
untuk:
1. Meningkatkan kekerasan dan ketahanan terhadap aus
2. Mengurangi gesekan
3. Meningkatkan ketahanan oksidasi
1.4. Batasan Permasalahan
1) Mempersiapkan alat yang digunakan pada proses magnetron sputtering
dengan mengunakan peralatan dari microwave.
2) Membuat lapisan tembaga pada kaca.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat Penelitian ini diantaranya memberikan informasi baru tentang
coating dalam ilmu mesin. Manfaat yang lain yakni sebagai bahan kajian bagi
peneliti lain untuk mengembangkan ide-ide baru mengenai metode pelapisan.
1.6. Cara kerja PVD
Proses PVD pada kondisi vakum.
Proses PVD meliputi :
3
Page 4
a) Evaporasi
Pada tahap ini, sebuah target yang mengandung material yang ingin n,
dibombardir menjadi bagian-bagian kecil akibat sumber energy yang
tinggi seperti penembakan sinarelektron . Atom-atom yang keluar tersebut
akhirnya menguap.
b) Transportasi
Proses ini secara sederhana merupakan pergerakan atom-atom yang dari
target menuju substrat yang ingin dilapisi dan secara umum bergerak
lurus.
c) Reaksi
Pada beberapa kasus, pelapisan mengandung logam Oksida, Nitroda,
Karbida dan material sejenisnya. Atom dari logam akan bereaksi dengan
gas tertentu selama proses perpindahan atom. Untuk permasalahan di atas,
gas reaktif yang mungkin adalah Oksigen, Nitrogen dan Metana.
d) Deposisi
Merupakan proses terjadinya pelapisan pada permukaan substrat.
Beberapa reaksi terjadi antara logam target dan gas reaktif mungkin juga
terjadi pada permukaan substrat yang terjadi serempak dengan proses
deposisi.
Bagian Deposisi Uap
i. PVD (Physics Vapor Deposition)
Lapisan yang dibentuk oleh atom dengan secara langsung
dipindahkan dari sumber ke substrat pada saat fase gas.
ii. CVD (Chemical Vapor Deposition)
Lapisan ini dibentuk dari reaksi kimia yang terjadi pada
permukaan subtract.
1.7. Kegunaan Pelapisan PVD
Alasan utama penggunaan pelapisan PVD adalah untuk :
Penggunaan pelapisan seperti ini bertujuan meningkatkan efisiensi
melalui kinerja yang meningkat dan masa pemakaian komponen yang
lebih lama.
4
Page 5
Pelapisan ini juga memungkinkan komponen yang dilapisi untuk
beroperasi pada lingkungan dimana komponen yang tidak dilapisi tidak
bisa bekerja.
Meningkatkan kekerasan dan ketahanan terhadap aus.
Mengurangi gesekan
Meningkatkan ketahanan oksidasi
5
Page 6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Implantasi Ion
Implantasi ion adalah modifikasi permukaan dengan menggunakan
energi tinggi dari ion yang akan diimplantasikan pada permukaan substrat,
dengan proses dilakukan dalam ruang hampa (sampai10-6 torr).
Gambar 2.1 Implantasi Ion
Pada permukaan substrat dibombardir dengan ion-ion. Implantasi ion
pada permukaan logam mampu merubah sifat mikrostruktur, aus, fatik,
kekerasan, oksidasi dan korosi. Kedalaman penetrasi rata-rata lapisan
implantasi ion merupakan fungsi energy ion,massa atom,jumlah atom
material substrat, dan sudut dating. Dalam proses implantasi ion, berkas ion
berenergi tinggi akan berinteraksi dan bertumbukan dengan bahan target
sehingga atom-atom target tersebut akan bergeser atau terpental sehingga
akan merusak struktur bahan tersebut. Atom-atom yang pertama kali terpental
akan menumbuk atom-atom target tetangganya sehingga mengakibatkan
pergeseran atom-atom tersebut dari asalnya.
6
Page 7
Gambar 2.2 Kerusakan Susunan Atom Pada Target
Setiap kali bertumbukan akan kehilangan energi, sehingga pada suatu
saat atom-atom tersebut akan kehabisan energi dan akhirnya akan menempati
ruang kosong yang ditinggalkan atom-atom target. Demikian juga ion-ion
yang masuk kedalam target akan kehilangan energi dan berhenti menempati
ruang antara atom-atom target sehingga kerapatan atom-atom bertambah, dan
hal ini akan meningkatkan daya tahan material target tersebut. Implantasi ion
dengan kedalaman kurang dari 1 μm dengan dosis berkisar antara interval 2
sampai 6 x 1017 ion/cm2 dilakukan dengan energy 50 sampai 100 ke V. Untuk
kedalaman penetrasi lapisansekitar 5 μm diperlukan energi implantasi sekitar
1 sampai 10 MeV.
Gambar 2.3 Akselerator Implantasi Ion
7
Page 8
Kedalaman penetrasi dari ion dopan di dalam material dinyatakan
sebagai jangkauan terproyeksi ion Rp.Jangkauan terproyeksi ion menyatakan
jarak atau kedalaman penetrasi rata-rata dari ion relative terhadap permukaan
material target. Jangkauan terproyeksi ion Rp dalam materialtarget dapat
ditentukkan dengan persamaan ( kartikasari dkk,2001)
Rp=
1,1×1026(M 1+ M 2)( Z
1
23
+Z
2
23
)1
2
No(3 M 1+M 2 )Z1Z2
E ( A )° .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .(2 .1 )
Dengan :
M1 = massa ion dopan (sma)
M2 = massa atom target (sma)
Z1 = nomor atom ion dopan
Z2 = nomor atom target
E = energi ion dopan (eV)
No =kerapatan atom target (atom/cm3
Dengan,
No=ρN A
M 2
(atom /cm3 ). . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . ..(2 . 2)
ρ = rapat massa atom target (g/cm3)
NA = bilangan avogadro (6,02 x 1023 atom/g atom)
Implantasi ion dilaksanakan dalam beberapa tahap. Tahap pertama adalah
memisahkan massa spesifik dari atom terionisasi dari sumber ion dalam ruang
hampa. Tahap kedua adalah mempercepat ion ke target oleh tegangan bias.
Ion-ion menumbuk permukaan target ke substrat dengan energi tinggi. Ion-
ion melekat ke permukaan substrat ketika tegangan bias dibawah 0,5 keV.
Bila tegangan bias antara 0,5-1 keV akan terjadi sputtering. Untuk energi
tinggi (1100 keV) akan terjadi implantasi ion. Hasilnya ion-ion terpenetrasi
8
Page 9
ke permukaan substrat dengan kedalaman dalam orde ratusan angstrom dari
permukaan (Wagiyo dan Wulan, 2008).
2.2. Dosis Implantasi IonDosis ion adalah banyaknya ion yang mengenai permukaan target per
satuan luas, sering disebut sebagai berkas ion (ion/cm2). Jumlah ion yang
masuk dalam suatu target akan tergantung pada besaranya berkas arus ion dan
waktu implantasi. Dalam prakteknya dosis ion diperoleh dengan dua metode
yaitu dengan mperemvariasikan besarnya arus ion sementara waktunya dibuat
tetap atau waktu proses implantasi divariasi dan berkas arus ion dibuat tetap.
Dosis implantasi ion dinyatakan dengan persamaan (Wen, dkk., (2007)
D= I⋅tq⋅e⋅A
. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .(2.3 )
Dengan:
D = dosis ion per satuan luas (ion/cm2)
I = arus berkas (Ampere)
t = waktu implantasi (detik)
q = charge state (+1, +2, . . .)
e = muatan electron (1,602 x 10-19 coulomb)
A= luas berkas ion (12,57 cm2)
Kedalaman implantasi ion
h p=hmax−εPmax
dP /dhε≈0 ,75 .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .(2 .4 )
Dengan:
Ai = Luas permukaan ideal, dinyatakan dengan
Ai = 24.5. hp2
Korelasi luasan dinyatakan dengan ᴀ ⁄ ᴀᵢ
9
Page 10
2.3. Korosi
Korosi didefinisikan sebagai kerusakan material yang disebabkan karena
reaksi dengan lingkungan, (Fontana and Greene, 1984). Laju korosi
dinyatakan dengan (Jones, 1992)
r=0 .129a⋅icorr
n⋅D. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .(2. 5 )
Dimana :
r = laju korosi (mpy)
a = berat atom
icorr = arus korosi (μA/cm2)
n = elektron valensi
D = densitas (gr/cm3)
NaCl 0,9%. Laju korosi dinyatakan dengan persamaan (Jones, 1992):
r = 0,129 (EW x icorr)/D…………………………………………………. (2.6)
Dengan:
r = laju korosi (mpy)
EW = berat ekuivalen
icorr = arus korosi (μA/cm2)
D = densitas (g/cm3)
Jika dinyatakan dalam millimeter per year (mm/year), maka bilangan
0,129 pada Persamaan 6 diganti dengan 0,00327. Berat ekuivalen (EW)
dihitung sebagai berikut:
EW=( N EQ )−1 .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .(2. 7 )
N EQ=Σ( f i
ai
n i)=Σ( f i ni
ai) . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .(2.8 )
10
Page 11
Dengan:
fi, = fraksi massa atom
ni,= elektron valensi
ai = massa atom
Untuk menentukan arus korosi (icorr), maka diambil dari hasil pegujian
berdasarkan diagram Tafel, seperti pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Diagram Tafel
2.4. Jenis-jenis PVD
2.4.1. Penguapan (Evaporation)
Gambar 2.5 Evaporation
11
Page 12
2.4.2. Pemercikan (Sputtering)
Sputtering diperoleh dengan melewatkan ion inert (Ar+)
menggunakan arus DC atau RF di dalam plasma melalui gradient
potensial untuk menghancurkan permukaan logam yang
ditargetkan. Lalu material target tersebut terpercik dan terdeposisi
pada substrat yang diletakkan di anoda.Lihat pada gambar dibawah
ini.
12
Page 13
Gambar 2.6 Pemercikan (sputtering)
2.4.3 Plasma Sputtering
Dengan teknologi plasma sputtering maka atom-atom yang
akan dideposisikan/dilapiskan pada permukaan benda kerja
dibombardir dengan ion-ion berenergi dari gas mulia (gas sputter)
seperti Xe, He, Ar, Ne dan Kr. Akibat transfer momentum dari ion
gas sputter ke atom-atom target, maka atom-atom target akan
terlepas dari induknya dan sebagian bergerak menuju benda kerja
yang selanjutnya bereaksi dengan permukaan benda kerja untuk
membentuk lapisan tipis (Suyitno, 2003). Keunggulan pembuatan
lapisan tipis dengan teknologi plasma sputtering dibanding dengan
teknik evaporasi adalah bahwa (1) dapat menghasilkan lapisan
tipis dari bahan yang mempunyai titik leleh tinggi yang dengan
metode evaporasi tidak mungkin dapat dilakukan, (2) hampir
semua bahan padat seperti semikonduktor, logam, paduan,
keramik, maupun isolator dapat dideposisikan, (3) penghematan
bahan yang akan dideposisikan, (4) mempunyai daya lekat yang
lebih kuat, sehingga dapat memperpanjang umur pemakain
komponen, dan (5) ketebalan lapisan dapat dikontrol dengan
akurat. Parameter yang mempengaruhi proses plasma sputtering
adalah jenis ion (nomor atom dan nomor massa), energi ion (keV),
arah ion datang dengan normal (Ɵ), dan jenis target (nomor atom
13
Page 14
dan 5 nomor massa) yang akan dideposisi/dilapisi. Energi untuk
proses ionisasi gas-gas sputter dapat diperoleh dengan tegangan
DC ataupun RF. Hanya kalau menggunakan tegangan DC tidak
dapat diterapkan untuk target yang bersifat nonkonduktif misalnya
isolator dan ini hanya dapat dilakukan dengan RF. Proses
tumbukan ion dengan atom target dapat ditunjukkan sebagai
berikut:
Gambar 2.7 Sputer deposition process
Prinsip tumbukan ion inilah yang mendasari dari pemanfaatan
plasma sputtering untuk mendeposisikan lapisian tipis pada
permukaan bahan. Ada beberapa fenomena yang mungkin terjadi
sebagai akibat interaksi berkas ion sputter dengan material target :
1. gas sputter terpantul dan dapat menjadi netral dengan
menangkap Ion elektron auger.
2. Atom target akan terpental keluar dapat disertai dengan elektron
sekunder.
3. Ion gas sputter yang mempunyai energi tinggi dapat ter
implantasi/ tertanam ke dalam target dan dapat mengakibatkan
perubahan-perubahan sifat-sifat permukaan target.
14
Page 15
4. elektron-elektron dalam plasma dapat terpantul oleh permukaan
target.
Gambar 2.8 Rangkaian peralatan Sputtering DC
Skema alat sputtering DC ditunjukkan dalam Gambar 2.8. Pada teknik ini,
bahan target yang digunakan untuk melapisi substrat yaitu Al dan Ti
ditembak oleh atom Argon energi tinggi, sehingga atom permukaan bahan
target tersebut akan memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan dari
permukaannya. Atom yang terhambur dari permukaan akibat sputtering ini
dapat digunakan untuk pendeposisian lapisan tipis pada substrat (Stuart,
1983). Terjadinya proses sputtering yang pertama kali diawali oleh adanya
tumbukan ion dengan atom-atom pada permukaan target diikuti oleh
tumbukan kedua dan ketiga antar atom-atom yang berada di permukaan
target, sehingga terjadi perpindahan atom-atom dan suatu tumbukan yang
berhasil akan mengeluarkan pada permukaan target. Banyaknya atom yang
terlepas dari permukaan target untuk setiap ion datang didefinisikan
dengan apa yang dinamakan sputter yield (S, atom/ion datang) dan dapat
dituliskan sebagai, (Sujitno, 2003). Energi kinetik rata-rata diperoleh dari
energi potensial listrik yang terpasang diantara elektroda. Saat menumbuk
permukaan target, maka energi ion gas sputter yang datang kepermukaan
15
Page 16
target misalkan Ei, maka energi yang ditransfer ke atom-atom target
adalah sebesar, (Sujitno, 2003).
Et=4 M i M s
M i+M s
Cos2 θ. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. ..(2 . 9)
Dengan,
Ei = energi kinetik rata-rata ion gas sputter
Et = energi yang ditransfer
Mi = massa atom ion gas sputter
θ = sudut datang ion gas sputter dengan normal
Bila arah ion datang tegak lurus permukaan target (berarti θ = 0), maka
energi yang ditransfer adalah maksimum dan besarnya (Sujitno, 2003)
adalah;
Et=4 M i M s
M i+M s
E i .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. .(2 .10 )
Dalam hal ini bila :
1) Mi < Ms maka gas ion sputter akan dipantulkan kembali kepermukaan
target.
2) Mi = Ms maka Ei = Tm dengan kata lain energi ion gas sputter
seluruhnya diberikan ke atom-atom target.
3) Mi > Ms maka keduanya akan meninggalkan tempat tumbukan dan
menuju ke arah bagian dalam permukaan material. Dengan Mi adalah
massa ion, Ms adalah massa atom target, dan E adalah energi ion.
Jumlah atom yang lepas dari permukaan target per ion penumbuk
dinyatakan sebagai produksi sputter (S) dirumuskan sebagai berikut
(Sujitno, 2003)
S=kM i M s
λ (E )Cos θ (M i+M s)Ei .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .(2. 11 )
dengan k adalah kosntanta yang nilainya tergantung pada bahan target,
adalah jejak bebas rata-rata tumbukan elastik di sekitar permukaan
16
Page 17
target dan θ adalah sudut antara permukaan normal target dan arah ion
datang. Jejak bebas rata-rata (Sujitno, 2003)
λ= 1
πR2
no
. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. ..(2 .12)
dengan no adalah jumlah atom-atom kisi persatuan volume dan R adalah
jari-jari tumbukan. Untuk bola tegar R dirumuskan (Sujitno, 2003)
sebagai;
R=Ca n
Z1+Z2
InZ1 Z2 e2
ε⋅RE. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. .(2 .13 )
Dengan E’ = MiE/(Mi + Ms), C2 adalah konstanta , an adalah jari-jari atom
hydrogen, e adalah muatan electron,ᵋo adalah konstanta dielektrikum
dalam vakum, Z1e dan Z2e adalah muatan untuk Mi dan Ms. Persamaan
(2.12) memberikan informasi kuantitatif mengenai produksi sputter,
sedangkan Almen merumuskan produksi sputter (S) secara empiris
sebagai berikut, (Sujitno, 2003) :
S=4 , 24 x 10−8no R2 EM 1 M 2
(M 1+M 2)Exp(−10 , 4
M 1
M 1+M 2
Eb ). .. . .. .. . .. .(2. 14 )
dengan Eb adalah energi ikatan bahan target. Jumlah partikel/atom yang
tersputter/terpecik persatuan luasan katoda (target) dapat dituliskan oleh
persamaan (Sujitno, 2003):
W 0=J +⋅S⋅t⋅A
eN A
.. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. ..(2 . 15)
Dengan,
J+ = rapat arus berkas ion (orde mA/cm2)
e = muatan elektron (1,6 x 10-19 Coulomb)
S = sputter yield (atom/ions)
A = berat atom target (amu)
NA= bilangan Avogadro (6,021 x 1023 atom/mol)
Jumlah partikel/atom ter-sputter yang menempel pada permukaan
material persatuan luas (Sujitno, 2003) adalah;
17
Page 18
W =k1⋅Wo
p⋅d.. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . ..(2 .16 )
Dengan,
k1= rc/ra,
rc dan ra masing-masing adalah jari-jari katode dan anode untuk sistim
planar k1 =1.
p = tekanan (torr)
d = jarak antar elektrode
t = lamanya proses deposisi
Sedang laju deposisinya diberikan oleh persamaan, (Sujitno, 2003)
R≈Wt
. .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .(2. 17 )
● Jenis-jenis Sputtering
1. DC Diode sputtering
Sering dikenal sebagai cathode sputtering, terjadi sebagai hasil sputtering
dari electrode negative oleh gas ion positif karena adanya beda potensial
yang tinggi antara 2 elektrode yang dipisahkan oleh gas pada tekanan 1-
10 Pa. Lihat gambar dibawah
Gambar 2.9 DC Diode sputtering
2. Collimated Sputtering
a. Digunakan untuk deposisi Ti dan Tin.
18
Page 19
b. Collimator membuat atom logam atau molekul untuk tetap
bergerak pada arah vertical.
c. Mencapai celah yang sempit dibawah atau melalui lubang.
d. Meningkatkan cakupan permukaan bawah.
Gambar 2.10 Collimated Sputtering
2.5. Jenis-jenis Evaporation
2.5.1. Thermal Evaporation
a) Meletakkan material target yang ingin diendapkan pada sebuah
container.
b) Panaskan container tersebut hingga suhu yang tinggi.
c) Material target menguap
d) Uap dari material target tersebut bergerak dan menempel pada
permukaan substrat.
19
Page 20
Gambar 2.11 Thermal Evaporation
2.5.2. Electron Beam Evaporation
a) Teknik ini menyebabkan penguapan dari material oleh tembakan
sinar elektron yang dipusatkan pada permukaan dari material. Uap
dari material tersebut akan terurai dan akan menuju permukaan dari
substrat.
b) Dipanaskan pada tekanan uap yang tinggi oleh penembakan
electron pada keadaan vakum.
20
Page 21
Gambar 2.12 Electron Beam Evaporation.
2.6. METODOLOGI
a. Bahan Penelitian
Bahan penelitian yang digunakan adalah baja
tahan karat martensitik AISI 410. Komposisi kimia bahan yang akan
diimplantasi sebagai berikut (dalam % berat): 0,12 C; 0,34 Si; 0,03 S; 0,02
P; 0,43 Mn; 0,21 Ni; 12,83 Cr; 0,03 Mo; 0,06 Cu; 0,01 W; 0,01Sn; 0,01
Ca; 0,02 Zn; dan 85,90 Fe. Bahan pelapis adalah TiN dalam bentuk
serbuk.
b. Proses Implantasi
Baja AISI 410 dibubut dengan mesin bubut
21
Page 22
menjadi spesimen dengan diameter 14 mm dan tebal 3 mm. Material
dipoles dengan kertas ampelas silikon karbida mulai grid 400, 600, 800,
1000, 1200,1500 hingga 2000, selanjutnya dibersihkan dengan alkohol
70% untuk menghilangkan kotoran dan minyak yang menempel pada
permukaan spesimen.
Gambar 2.13 Mesin Implantasi Ion (Batan Yogyakarta)
Proses implantasi ion TiN dilakukan dengan alat implantor ion yang
berada di Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Baja (PTAPB)-BATAN
Yogyakarta. Sampel baja AISI 410 diletakkan dan tempat target, dalam
kondisi vakum sebesar 10-5 mbar. Energi dan arus ion yang digunakan
dibuat tetap 100 keV dan 10 μA, sedangkan waktu implantasi
divariasaikan berturut-turut 1, 2, 3, 4 dan 5 jam.
c. Uji Korosi
Uji korosi menggunakan metode potensiostat/galvanostat PGS 201 T
dengan tegangan – 2000 mV sampai + 2000 mV dan rentang arus 200 μA
sampai 2 A. Media korosi menggunakan larutan meningkat hingga
mencapai angka maksimum, yaitu pada waktu implantasi 3 jam. Angka
kekerasan mikrohardness sebesar 318,5 HVN.
22
Page 23
Tabel 2.1 Hubungan Waktu Implantasi TiN dengan Kekerasan Baja Tahan
Karat AISI 410.
Tabel 2.1 memperlihatkan bahwa kekerasan meningkat untuk lama
implantasi naik dari 1 sampai 3 jam, dan selanjutnya kekerasannya
menurun bila lama implantasi lebih besar daripada 3 jam.
Distribusi laju korosi ditunjukkan pada Gambar 7. Semakin lama
waktu implantasi, laju korosi memiliki kecenderungan menurun hingga
mencapai harga optimalnya yaitu pada waktu implantasi 3 jam, semakin
lama waktu implantasi laju korosi menunjukkan kecenderungan meningkat
kembali.
Tabel 2.2 Pengaruh Implantasi Ion TiN Terhadap Laju Korosi Baja Tahan
Karat AISI 410.
23
Page 24
d. Uji Kekerasan
Pengujian kekerasan menggunakan skalamikrohardness Vickers,
dengan beban 10 gf dengan lama indentasi 10 detik. Kekerasan Vickers
dapat dicari dengan rumus:
HVN=1 , 854 P
(din )2(kg /mm2 ) . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .. . .. .(2. 18 )
Dengan:
P = beban (kg)
din= diagonal rata-rata bekas injakan (mm).
2.7. Alat Bantu Proses PVD COATING
a) VAKUM
b) Gas
c) Medan magnet
Dilakukan pd saat penyemburan mega-netron untuk menghasilkan plasma
pekat di dekat sasaran yang didinginkan dengan air dengan kutub utara
ddan kutub selatan disusun sedemikian rupa sehingga medan magnet tegak
lurus terhadap medan listrik antara sasaran dengan substrat. (gambar. 4)
Gambar 2.14 Penyemburan Megatron
24
Page 25
Gambar 2.15 PPVD Plasma Meganetron Konvensional
Medan magnet ini megkukung elektron agar dekat permukaan sasaran,
meningkatkan laju ionisasi dan menghasilkan plasma yang jauh lebih
pekat. Dengan efesiensi ionisasi yang ditingkatkan ini dapat digunakan
tekanan ruang yang lebih rendah, dan semburan atom sasaran oleh
molekul gas berkurang.
Efek lain yang dituju adalah perbaikan laju desposisi pada substrat.
Umumnya daerah plasma pekat hanya memanjang jarak sekitar 6 cm dari
permukaan sasaran. Pengembangan sistim meganetron tak seimbang
mengakibatkan dan menghasilkan peningkatan zona plasma peka.
sehingga substrat itu sendiri terkena penembakkan ion (gambar 5). Ion
energetik ini merubah sifat kimia dan fisika deposit. Pada salah satu
konfigurasi mega netron tak seimbang,cincin kutub magnet tanah jarang
yang kuat mengeliligi kutub magnet pusat yang lemah. Zona plasma yang
lebih luas sanggup menopang benda kerja yang besar dan rumit dan
dengan cepat menghasilkan lapisan logam atau paduan non-kolumnar yang
padat. Pada sistim meganetron tak seimbangdapat dapat dicapai jarak
antara sasaran dan substrat hingga 20 cm.
25
Page 26
Gambar 2.16 Meganetron Tak Seimbang
d) Pelapisan dengan senapan detonasi
Pada metode senapan detonasi campuran oksigen dan asetiline
(C2H2) terukur diledakkan dengan letupan api. serbuk dengan diameter
rata-rata 45 mm disuntikkan, dan dipansaskan oleh gas panas kemudian
ditembakkan dengan laras panjang 1m ke benda kerja dengan kecepatan
750 m/s.
Gambar 2.17 Pelapisan Dengan Senapan Detonasi
Laras diisi dengan gas nitrogen diantara detonasi, yang terjadi setiap empat
atau delapan kali per detik. Aplikasi tipikal dengan komposisi tertentu
meliputi, lapisan D-Gun tahan aus dan permukaan perapat bantalan (WC-
9Co), Sudu kompresor (WC-13Co) dan shrond interlocks dari sudu turbin
(Cr3C2/80Ni-20Cr). Pada teknik semprot plasma, serbuk dipanaskan oleh
26
Page 27
busur arus searah dengan umpan argon (gambar 7) dan kemudian
ditembakkan ke benda kerja dengan kecepatan 125-600m/s.
Gambar 2.18 Pelapisan Dengan Penyemprotan Plasma
Dalam proses ini digunakan gas pelindung berupa gas mulia Argon
(Ar) untuk mencegah oksidasi material yang diendapkan. Proses ini
diterapkan untuk membuat lapisan tipe MCrA1Y pada komponen turbin
dimana dipersyaratkan ketahanan korosi pada temperature tinggi (seperti
sudu, kipas), dan M adalah logam dengan titik lebur tinggiseperti Fe, Ni,
dan Co.
Pelapisan ini lebih banyak mengandung banyak elemen pembentuk
kerak seperti krom dan alumunium dibandingkan dengan super alloy (39
Co-32Ni-21Cr-7,5Al-0,5Y). lapisan tersebut merupakan sumber elemen
yang dapat teroksidasi dan memeungkinkan timbulnya kerak pelindung
yang mampu memulihkan diri. Iterium dalam jumlah kecil meningkatkan
adeshi kerak.Lapisan dengan komposisi khusus ini digunakan sebagai
preparat saluran gas panas dilokasi dimana terdapat toleransi rendah antara
sudu yang berputar dan bagian dalam dinding mesin sehingga effesiensi
bahan baker meningkat. Lapisan ini tahan terhadap kontak gesekan yang
kadang kadang terjadi. Berkas biasanya menimbulkan efek semburan
karena mengeluarkan atom dari permukaan dan terjadi perubahan profil
konsentetrasi. efek ini sangat menonjol apabila digunakan ion berat atau
dosis yang tinggi. Keadaan seimbang akan dicapai apabila laju erosin
27
Page 28
semburan sama dengan laju implatasi. jadi bergantung pada sasaran, tipe
dan energi ion serta material substrat, erosi semburanmampu membatasi
jumlah implantasi.
Gambar 2.19 Struktur Atom Dengan Pelapisan PVD
e) Thermal vacuum sputtering
Gambar 2.20 Skema Dc Magnetron Sputering
Material penelitian menggunakan substrat baja tahan karat martensitik
AISI 410 dengan komposisi kimia 0,15% C; 1% Mn; 1% Si; 0,04% P;
0,03% S; 11,5% Cr; 0,75% Ni. Bahan pelapis (target) yang digunakan
dalam penelitian ini yaitu tungsten yang memiliki kemurnian 99,95%.
Spesimen uji memilki diameter 14 mm dan tebal 2 mm.
28
Page 29
Pelapisan tungsten nitrida (WN) dilakukan dua tahapan proses, yaitu
sputtering W dilanjutkan implantasi N. Pada material dasar dilakukan
dengan menggunakan teknik d.c. magnetron sputtering. Sebelum
dilakukan proses pelapisan, spesimen dihaluskan dengan menggunakan
kertas ampelas nomor 200, 400, 600, 800, 1000 dan 1200. Permukaan
yang sudah dihaluskan kemudian diautosol untuk menghilangkan goresan
waktu pengamplasan serta membuat permukaan spesimen menjadi
mengkilap, kemudian dicuci menggunakan alkohol 70% untuk
menghilangkan lemak dan kotoran yang menempel pada permukaan
spesimen. Spesimen yang telah bersih dan bebas lemak dibersihkan
kembali dengan menggunakan ultrasonic cleaner untuk dilakukan proses
pelapisan menggunakan d.c magnetron sputtering, seperti pada Gambar 5.
f) Thermal vacuum evaporation
29
Page 30
BAB III
KOMPONEN
3.1. Komponen Alat PVD Coating
1. Vacum pump
Pompa vakum adalah sebuah alat untuk mengeluarkan molekul-molekul
gas dari dalam sebuah ruangan tertutup untuk mencapai tekanan vakum.
Pompa vakum menjadi salah satu komponen penting di beberapa industri
besar seperti pabrik lampu, vacuum coating pada kaca, pabrik komponen-
komponen elektronik, pemurnian oli, bahkan hingga alat-alat kesehatan
sepertiradiotherapy, radiosurgery, dan radiopharmacy. Berdasarkan prinsip
kerjanya, pompa vakum diklasifikasikan menjadi 3 yaitu:
Positive Displacement : menggunakan cara mekanis untuk
mengekspansi sebuah volume secara terus-menerus, mengalirkan
gas melalui pompa tersebut, men-sealing ruang volume sistem, dan
membuang gas ke atmosfer.
Pompa Momentum Transfer : menggunakan sistem jet fluida
kecepatan tinggi, atau menggunakan sudu putar kecepatan tinggi
untuk menghisap gas dari sebuah ruang tertutup.
Pompa Entrapment : menggunakan suatu zat padat atau zat
adsorber tertentu untuk mengikat gas di dalam ruangan tertutup.
Pompa Vakum Positive Displacement
Prinsip dari pompa ini adalah dengan jalan mengekspansi volume
ruang oleh pompa sehingga terjadi penurunan tekanan vakum
parsial. Sistem sealing mencegah gas masuk ke dalam ruang
tersebut. Selanjutnya pompa melakukan gerakan buang, dan
kembali mengekspansi ruang tersebut. Jika dilakukan secara siklis
dan berkali-kali, maka vakum akan terbentuk di ruangan tersebut.
Salah satu aplikasi pompa ini yang paling sederhana adalah pada
30
Page 31
pompa air manual. Untuk mengangkat air dari dalam tanah,
dibentuk ruang vakum pada sisi keluaran air, sehingga air dapat
“terhisap” naik ke atas.
Gambar 3.1 Rotary Vacuum Pump
Berikut adalah pompa vakum yang termasuk ke dalam tipe positive
displacement:
Rotary vane pump, yang paling banyak digunakan
Pompa diafragma
Liquid ring pump
Piston pump
Scroll pump
Screw pump
Wankel pump
External vane pump
Roots blower
Multistage Roots pump
Toepler pump
Lobe pump
Momentum Transfer Pump. Pompa vakum dengan metode ini dapat
menghasilkan tekanan vakum yang sangat tinggi. Metodenya adalah
dengan jalan mengakselerasi molekul gas dari sisi tekanan rendah ke
tekanan tinggi.Sesuai dengan hukum dinamika fluida, molekul fluida yang
31
Page 32
berada pada tekanan atmosfer akan saling mendorong dengan molekul
fluida tetangganya dan menciptakan aliran fluida. Namun pada saat jarak
antara molekul fluida sangat jauh, maka molekul tersebut lebih cenderung
berinteraksi dengan dinding ruangnya daripada dengan molekul
sesamanya. Fenomena inilah yang menjadi dasar penggunaan pompa
vakum momentum transfer. Yang mana semakin vakum tekanan di dalam
ruang, akan semakin tinggi efisiensi pompa ini. Dikarenakan secara desain
konstruksi pompa ini tidak menggunakan sistem seal antara ruang vakum-
pompa-ruang luar, maka sangat dimungkinkan akan terjadi stall padanya.
Untuk itu pada penggunaannya diperlukan ruangan selanjutnya yang
bertekanan lebi rendah dari atmosfer dan terpasang di sisi keluaran pompa
vakum ini. Yang termasuk ke dalam pompa jenis ini adalah pompa difusi
dan pompa turbomolecular.
Gambar 3.2 Turbomolecular Vacuum Pump
Entrapment Vacuum Pump
Pompa jenis ini menggunakan metode-metode kimia ataupun fisik untuk
mengikat fluida (gas) dengan tujuan menghasilkan tekanan vakum. Ada
berbagai macam jenis pompa vakum entrapment, yaitu:
Cryopump: adalah pompa vakum dengan jalan mengikat uap air atau gas
di suatu ruangan menggunakan sebuah permukaan yang dingin.
Pompa kimia: yang mengikat gas untuk bereaksi dan membentuk padatan.
32
Page 33
Pompa ionisasi: mengionisasi gas dengan menggunakan potensial
bertegangan tinggi, sehingga gas tersebut terakselerasi menuju elektrode
pengumpul. Vacuum pump adalah membuat vacuum pada condenser pada
saat turbin–generator beroperasi, dimana uap bekas yang telah digunakan
untuk memutar turbin sisi LP terakir akan melewati sisi last blade , untuk
mempercepat terjadinya kondensasi menjadi air lagi dengan jalan didalam
condenser harus dibuat vacuum ,yaitu uap akan turun dan menyentuh
dinding tube condenser sisi luar dan tube condenser sisi dalan dialiri oleh
media pendingin (digunakan air laut) yang dipompa oleh CWP. Sehinnga
dengan terjadinya heat transfer maka uap basah yang masih bertemperatur
dan menyentuh dinding tube condenser akanterkondensasi menjadi air
kembali dan didalam proses ini sering disebut air kondensat dan akan
tertampung didalam hot wall. Prinsip kerja vacuum pump sampai sekarang
belum ada design pompa vacuum (pompa uap) dan untuk membuat
condenser menjadi vacuum dengan bantuan pompa maka media yang
membantu pada pompa sehinga dapat berfungsi sebagai pompa vacuum
ada air yang dibuat secara sirkulasi dan temperaturnya harus dijaga agar
didalam pompa tidak terjadi kapitasi (ledakan gelembung – gelembung
air) untuk menjaga agar air tidak panas , maka air yang akan digunakan
dilewatkam HE (Heat Exchanger) dan uap panas yang tebawa / terhisap
oleh pompa akan keluar melewati venting separator , air yang masuk
separator dilwatkan ke HE dan msuk lagi ke dalam pompa. Kebanyakan
pompa yang digunakan pada power plant mengunakan dua stage (Low dan
High stage)
2. Vacuum house
Fungsi dari vacuum hose adalah selang untuk menghubungkan
vacuum pump ke glass chamber.
3. Glass Chamber
Alat untuk menampung udara dari pompa vakum yang
dihubungkan dengan selang agar menguap dan menjadi vacum. karena
botol menjadi salah satu alat yang terbaik untuk ruang vakum.
33
Page 34
4. Anoda
Anoda adalah elektroda, bisa berupa logam maupun penghantar
listrik lain, pada sel elektrokimia yang terpolarisasi jika arus listrik
mengalir ke dalamnya. Arus listrik mengalir berlawanan dengan arah
pergerakan elektron. Pada proses elektrokimia,baik sel galvanik (baterai)
maupun sel elektrolisis, anoda mengalami oksidasi. Perlu diperhatikan
bahwa tidak selalu anion (ion yang bermuatan negatif) bergerak menuju
anoda, ataupun tidak selalu kation (ion bermuatan positif) akan bergerak
menjauhi anoda. Pergerakan anion maupun kation menuju atau menjauh
dari anoda tergantung dari jenis sel elektrokimianya.Pada sel galvanik atau
pembangkit listrik (baterai), anoda adalah kutub negatif. Elektroda akan
melepaskan elektron menuju ke sirkuit dan karenanya arus listrik mengalir
ke dalam elektroda ini dan menjadikannya anoda dan berkutub negatif.
Dalam sel galvanik, reaksi oksidasi terjadi secara spontan. Karena terus
menerus melepaskan elektron anoda cenderung menjadi bermuatan positif
dan menarik anion dari larutan (elektrolit) serta menjauhkan kation. Dalam
contoh gambar diagram anoda seng (Zn) di kanan, anion adalah SO4-2,
kation adalah Zn2+ dan ZnSO4 elektrolit. Pada sel elektrolisis, anoda
adalah elektroda positif. Arus listrik dari kutub positif sumber tegangan
listrik luar (GGL) dialirkan ke elektroda sehingga memaksa elektroda
teroksidasi dan melepaskan elektron.Lihat gambar anoda dibawah
Gambar 3.3 Anoda
34
Page 35
5. Subtrate hotter
Alat yang digunakan untuk tempat kaca yang akan dilapisi dan alat
ini sangat tahan terhadap panas. Karena alat ini dibuat dengan bahan yang
stainless
6. Silicon Rubber packing
Karet silikon adalah elastomer (bahan mirip karet) yang terdiri dari
silikon-silikon polimer itu sendiri mengandung karbon, hidrogen, dan
oksigen. Karet silikon yang banyak digunakan dalam industri, dan ada
beberapa formulasi. Karet silikon dibagi menjadi satu atau dua bagian
polimer, dan untuk meningkatkan sifat atau mengurangi biaya. Karet
silikon umumnya non-reaktif, stabil, dan tahan terhadap lingkungan yang
ekstrim dan suhu dari -55 ° C sampai 300 ° C tetap mempertahankan sifat
manfaatnya. Karena sifat-sifat dan kemudahan manufaktur dan
membentuk, karet silikon dapat ditemukan dalam berbagai macam produk,
termasuk aplikasi otomotif .
7. Copper Target (Tembaga)
Tembaga yang akan digunakan untuk melapisi kaca.
8. Magnet
Magnet adalah alat untuk membuat plasma terkonsentrasi sesuai dengan
medan magnet dan ini juga bisa disebut dengan proses magnetron plasma.
9. Magnet Yoto
Adalah alat untuk tempat magnet agar magnet tidak bisa bergerak-gerak.
10. Capacitor
Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang berfungsi
untuk menyimpan arus listrik dalam bentuk muatan, selain itu kapasitor
juga dapat digunakan sebagai penyaring frekuensi. Kapasitas untuk
menyimpan kemampuan kapasitor dalam muatan listrik disebut Farad (F)
sedangkan simbol dari kapasitor adalah C (kapasitor). sebuah kapasitor
pada dasarnya terbuat dari dua buah lempengan logam yang saling sejajar
35
Page 36
satu sama lain dan diantara kedua logam tersebut terdapat bahan isolator
yang sering disebut dielektrik. Bahan dielektrik tersebut dapat
mempengaruhi nilai dari kapasitansi kapasitor tersebut.adapun bahan
dielektrik yang paling sering dipakai adalah keramik, kertas, udara, metal
film dan lain-lain. Kapasitor sering juga disebut sebagai kondensator.
Kapasitor memiliki berbagai macam bentuk dan ukuran, tergantung dari
kapasitas, tegangan kerja, dan lain sebagainya. Suatu kapasitor mempunyai
satuan yaitu Farad (F), kapasitor dibagi menjadi 2 bagian yaitu kapasitor
Polar dan Non Polar, berikut penjelasanya:
Kapasitor Polar adalah kapasitor yang kedua kutubnya mempunyai
polaritas positif dan negatif, biasanya kapasitor Polar bahan dielektriknya
terbuat dari elketrolit dan biasanya kapasitor ini mempnyai nilai
kapasitansi yang besar dibandingkan dengan kapasitor yang menggunakan
bahan dielektrik kertas atau mika atau keramik Lihat pada gambar
dibawah.
Kapasitor Non Polar adalah kapasitor yang yang pada kutubnya tidak
mempunyai polaritas artinya pada kutup kutupnya dapat dipakai secara
berbalik. biasanya kapasitor ini mempunyai nilai kapasitansi yang kecil
dan bahan dielektriknya terbuat dari keramik, mika dll. Satuan-satuan
yang sering dipakai untuk kapasitor adalah :
* 1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad).
* 1 µFarad = 1.000 nF (nano Farad).
* 1 nFarad = 1.000 pF (piko Farad).
Sifat dasar sebuah kapasitor adalah dapat menyimpan muatan listrik, dan
kapasitor juga mempunyai sifat tidak dapat dilalui arus DC (direct
Current) dan dapat dilalui arus AC (alternating current) dan juga dapat
berfungsi sebagai impedansi (resistansi yang nilainya tergantung dari
frekuensi yang diberikan). kapasitor berdasarkan nilai kapasitansinya
dibagi menjadi 2 bagian:
36
Page 37
a. kapasitor tetap adalah seperti yang telah saya jelaskan diatas.
b. kapasitor variable adalah kapasitor yang dapat diubah nilainya.
Biasanya kapasitor ini digunakan sebagai tuning pada sebuah radio. Ada 2
macam kapasitor variable yaitu varco (variable Capacitor) dengan inti
udara dan varaktor (dioda varaktor). Pada dasarnya varaktor adalah sebuah
Dioda tetapi dipasang terbalik, dioda varaktor dapat mengubah kapasitansi
dengan memberikan tegangan reverse kepada ujung anoda dan katodanya.
Biasanya varaktor digunakan sebagai tuning pada radio digital dengan
fasilitas auto search.
Gambar 3.4 Kapasitor
Terdiri atas dua keping konduktor yang ruang diantaranya diisi
oleh dielektrik (penyekat)
Besaran kapasitor adalah Kapasitas.
Satuan SI dari kapasitas adalah farad (F)
37
Page 38
Gambar 3.5 Cara Kerja Kapasitor
Cara kerja kapasitor dalam sebuah rangkaian adalah dengan mengalirkan
elektron menuju kapasitor. Pada saat kapasitor sudah di penuhi dengan
elektron, tegangan akan mengalami perubahan. Selanjutnya, elektron akan
keluar dari sebuah kapasitor dan mengalir menuju rangkaian yang
membutuhkannya. Dengan begitu, kapasitor akan membangkitkan reaktif
suatu rangkaian. Kapasitas Kapasitor adalah ukuran kemampuan atau daya
tumpang kapasitor untuk menyimpan muatan listrik untuk beda potensial
yang diberikan.
11. Dioda Bridge
Dioda Bridge adalah sebuah komponen elektronika semikonduktor
yang berfungsi sebagai penyearah arus bolak-balik (AC). Disebut dioda
bridge karena didalam komponen ini terdapat empat buah dioda yang
dihubungkan saling bertemu satu sama lain (bridge rectifier/penyearah
jembatan). Dioda bridge merupakan penyearah arus bolak-balik satu
gelombang penuh, jadi akan dihasilkan tegangan DC (searah) yang lebih
baik, yang cenderung memiliki noise rendah. Saat ini, dioda bridge banyak
digunakan pada perangkat-perangkat elektronika modern, karena memang
memiliki kinerja yang baik.
38
Page 39
Gambar 3.6 Simbol dioda bridge
Dioda secara bebas dapat diartikan sebagai salah satu komponen
elektonika yang sangat sering dijumpai dan digunakan seperti
pada kapasitor dan juga resistor.Secara sederhana sebuah dioda bisa kita
simulasikan sebagai sebuah katup,dimana katup tersebut akan terbuka
manakala air yang mengalir dibelakang katup menuju kedepan, sedangkan
katup akan menutup karena adanya dorongan aliran air dari arah depan
katup. Dioda bridge atau dikenal dengan sebutan jembatan dioda adalah
rangkaian yang digunakan untuk penyearah arus ( rectifier) dari AC ke
DC. Untuk membuat dioda bridge dengan benar maka perlu diketahui tipe
dioda yang akan digunakan, Elemen dioda berasal dari dua kata elektroda
dan katoda. Diode memiliki simbol khusus, yaitu anak panah yang
memiliki garis melintang pada ujungnya. Alasan dibuatnya symbol
tersebut adalah karena sesuai dengan prinsip kerja dari dioda. Anoda ( kaki
positif = P) terdapat pada bagian pangkal dari anak panah tersebut dan
katoda ( kaki negative = N ).terdapat pada bagian ujung dari anak panah.
Dioda bridge atau yang dikenal dengan dioda silicon yang dirangkaikan
menjadi suatu bridge dan dikemas menjadi satu kesatuan komponen.
Dioda bridge digunakan sebagia penyearah pada power suplly. jembatan
dioda adalah gabungan empat atau lebih dioda yang membentuk sebuah
jembatan konfigurasi yang menyediakan polaritas output dan polaritas
input ketika digunakan dalam aplikasi yang paling umum konversi dari
39
Page 40
arus bolak balik. Fungsi atau bagian utama dari jembatan dioda adalah
bahwa polaritas outputnya berbeda dengan polaritas input. Sebutan lain
dari rangkaian jembatan dioda banyak disebut juga sebagai sircuit Gratez
yang diambil dari nama leo graetz seorang ilmuwan fisika.
Gambar 3.7 Dioda Bridge
Banyak sekali penggunaan dioda dan secara umum dioda dapat digunakan
antara lain untuk
1.Pengaman
2.Penyearah
3.Voltage regulator
4. Modulator
5.Pengendali frekuensi
6.Indikator
7.Switch
12. Micro Wave Oven Transformer (MOT)
Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi
Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak
balik (AC).Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting
dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang
berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di
distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan
listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga
maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC
220Volt. Bentuk dan Simbol Transformator (Trafo) Berikut ini adalah gambar
bentuk dan simbol Transformator :
40
Page 41
Gambar 3.7 Traformator
Prinsip Kerja Transformator (Trafo) Sebuah Transformator yang sederhana
pada dasarnya terdiri dari 2 lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi
yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada kebanyakan
Transformator, kumparan kawat terisolasi ini dililitkan pada sebuah besi
yang dinamakan dengan Inti Besi (Core). Ketika kumparan primer dialiri
arus AC (bolak-balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks
magnetik disekitarnya. Kekuatan Medan magnet (densitas Fluks Magnet)
tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang dialirinya. Semakin
besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi
medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan pertama (primer) akan
menginduksi GGL (Gaya Gerak Listrik) dalam kumparan kedua
(sekunder) dan akan terjadi pelimpahan daya dari kumparan primer ke
kumparan sekunder. Dengan demikian, terjadilah pengubahan taraf
tegangan listrik baik dari tegangan rendah menjadi tegangan yang lebih
tinggi maupun dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang
rendah.Sedangkan Inti besi pada Transformator atau Trafo pada umumnya
adalah kumpulan lempengan-lempengan besi tipis yang terisolasi dan
ditempel berlapis-lapis dengan kegunaanya untuk mempermudah jalannya
Fluks Magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik kumparan serta untuk
mengurangi suhu panas yang ditimbulkan.Beberapa bentuk lempengan
besi yang membentuk Inti Transformator tersebut diantaranya seperti :
41
Page 42
E – I Lamination
E – E Lamination
L – L Lamination
U – I Lamination
Dibawah ini adalah Fluks pada Transformator :
Gambar 3.8 Fluks Pada Transformator
Rasio lilitan pada kumparan sekunder terhadap kumparan primer
menentukan rasio tegangan pada kedua kumparan tersebut. Sebagai
contoh, 1 lilitan pada kumparan primer dan 10 lilitan pada kumparan
sekunder akan menghasilkan tegangan 10 kali lipat dari tegangan input
pada kumparan primer. Jenis Transformator ini biasanya disebut dengan
Transformator Step Up. Sebaliknya, jika terdapat 10 lilitan pada kumparan
primer dan 1 lilitan pada kumparan sekunder, maka tegangan yang
dihasilkan oleh Kumparan Sekunder adalah 1/10 dari tegangan input pada
Kumparan Primer. Transformator jenis ini disebut dengan Transformator
Step Down.
13. Voltage slider
Pengatur tegangan (voltage slider) berfungsi menyediakan suatu
tegangan keluaran dc tetap yang tidak dipengaruhi oleh perubahan
tegangan masukan, arus beban keluaran, dan suhu. Pengatur tegangan
adalah salah satu bagian dari rangkaian daya DC. Dimana tegangan
masukannya berasal dari tegangan keluaran filter, setelah melalui proses
42
Page 43
penyearah tegangan AC menjadi DC.Pengatur tegangan dikelompokkan
dalam dua kategori, pengatur linier dan switching regulator. yang
termasuk dalam kategori pengatur linier, dua jenis yang umum
adalah pengatur tegangan seri (Series Regulator) dan pengatur tegangan
parallel (Shunt Regualtors). Dua jenis pengatur di atas dapat diperoleh
untuk keluaran tegangan positif maupun negatif. Sedangkan untuk
switching regulator terdapat tiga jenis konfiguarsi yaitu,step-up, step
down dan inverting.
Fungsi Voltage Slider adalah untuk mempertahankan atau
memastikanTegangan pada level tertentu secara otomatis. Artinya,
Tegangan Output (Keluaran) DC pada Voltage Slider tidak dipengaruhi
oleh perubahan Tegangan Input (Masukan), Beban pada Output dan juga
Suhu. Tegangan Stabil yang bebas dari segala gangguan seperti noise
ataupun fluktuasi (naik turun) sangat dibutuhkan untuk mengoperasikan
peralatan Elektronika terutama pada peralatan elektronika yang sifatnya
digital seperti Mikro Controller ataupun Mikro Prosesor. Rangkaian
Voltage Slider (Pengatur Tegangan) juga merupakan suatu keharusan agar
Tegangan yang diberikan kepada rangkaian lainnya Stabil dan bebas dari
fluktuasi.
43