Kerapatan, Kekerasan dan Koefisien Muai Panas Membran Penghantar Ion Oksigen LaCo0,8Fe0,2O3-δ Tersubstitusi Ca2+(La1-xCaxCo0,8Fe0,2O3-δ)

Abstract

Abstract

DENSITY, HARDNESSAND THERMAL EXPANSION COEFFICIENTOF Ca²⁺-SUBSTITUTED LaCo_0.8Fe_0.2O_3-δ (La_1-xCa_xCo_0,8Fe_0,2O_3-δ) OXYGEN ION TRANSPORT MEMBRANE. A dense oxygen ion conductive membrane such as LaCo_1-yFe_yO₃must be hard and has a low thermal expansion coefficient to survive harsh reaction condition in its application. Substitution of La³⁺ with Ca²⁺ is expected to improve both properties. Ca²⁺ substituted LaCo_1-yFe_yO₃ powders were prepared from their respective metal oxides to become La_1-xCa_xCo_0.8Fe_0.2O_3-δ (LCCF), where 0.1≤x≤0.4, using the solid state method. X-ray diffraction data indicates that the LCCFs are highly crystalized. The LCCF was then made into a membrane by pressing the powder in a stainless steel mold by applying 6 tonnes load for 10 minutes, followed by sintering the product at 1250°C. SEM analysis results showed that the densities of all LCCF membranes are very high. Average hardnesses of LCCF 9182, 8282, 7382 and 6482 membranes, as measured by the Vicker method,are 902.08, 915.42, 1093, and 1178.6 HV, respectively. Thermal expansion tests showed that LCCF 6482 is a membrane with the lowest thermal expansion coefficient. In addition, it is also evident that the higher the number of Ca²⁺substituents, the higher the hardness and the lower the thermal expansion coefficient. Substitution of La³⁺ by Ca²⁺ produced denser and harder membranes, as well as low thermal expansion coefficient, which are preferable when they are applied as oxygen ion conductive membranes.

Keywords: dense membrane; La_1-xCa_xCo_0.8Fe_0,2O_3-δ; oxigen ion transfer; perovskite

Abstrak

Kekerasan tinggi dan koefisien muai panas rendah adalah sifat mekanik yang perlu dimiliki oleh membran rapat penghantar ion oksigen seperti oksida perovskit LaCo_1-yFe_yO₃, agar dapat bertahan ketika digunakan. Substitusi La³⁺ oleh Ca²⁺ diperkirakan dapat memperbaiki kedua sifat tersebut. LaCo_1-yFe_yO₃ tersubstitusi Ca²⁺disintesis dari oksida-oksida logamnya sehingga memiliki komposisi La_1-xCa_xCo_0,8Fe_0,2O_3-δ (LCCF) dengan 0,1≤x≤0,4 dengan metode solid state melalui kalsinasi pada suhu 1000°C. Data difraksi sinar-X menunjukkan bahwa serbuk LCCF yang dihasilkan memiliki kekristalan yang tinggi. LCCF tersebut selanjutnya dibuat menjadi membran yang diawali oleh pencetakan melalui penekanan serbuk LCCF dengan beban 6 ton selama 10 menit di dalam cetakan  baja tahan karat dan dilanjutkan dengan sintering hasil pencetakan pada suhu 1250°C. Hasil pengamatan dengan SEM menunjukkan bahwa kerapatan semua membran LCCF yang dihasilkan sangat tinggi. Kekerasan rata-rata membran yang diukur dengan metode Vicker adalah 902,08;  915,42; 1093; dan 1178,6 HV masing-masing untuk LCCF 9182, 8282, 7382 dan 6482. Pengujian muai panas menunjukkan bahwa LCCF 6482 adalah membran dengan koefisien muai panas tekecil. Selain itu terlihat pula bahwa semakin tinggi jumlah substituen Ca²⁺, semakin tinggi pula kekerasannya dan semakin rendah koefisien muai panasnya. Substitusi La³⁺ oleh Ca²⁺ menghasilkan membran dengan kerapatan tinggi serta kekerasan dan koefisien muai panas yang lebih baik dalam aplikasi LCCF sebagai membran penghantar ion oksigen.

Kata kunci: membran rapat; La_1-xCa_xCo_0,8Fe_0,2O_3-δ; penghantar ion oksigen;  perovskit