Silikon Karbida Hitam VS Silikon Karbida Hijau: Apa Perbedaannya?

Silikon karbida (SiC) merupakan salah satu bahan abrasif paling populer yang dikenal saat ini berkat kekerasan dan ketajamannya. Namun demikian, jika Anda melihat katalog distributor bahan abrasif mana pun, Anda akan menyadari bahwa tidak ada silikon karbida yang merupakan produk homogen. Sebaliknya, bahan ini tersedia dalam dua jenis utama – silikon karbida hitam dan silikon karbida hijau. Keduanya mungkin tampak sangat mirip – sama-sama keras. Keduanya terbentuk melalui proses peleburan pasir silika dan karbon pada suhu tinggi, yang diikuti oleh kristalisasi spontan. Namun, perbedaannya terlalu besar untuk memilih jenis yang lebih sesuai bagi suatu operasi tertentu. Makalah ini akan menganalisis perbedaan-perbedaan tersebut dalam empat aspek utama.

Bagaimana Cara Pembuatannya 

Baik silikon karbida hitam maupun hijau diproduksi menggunakan tungku resistansi listrik (yang juga dikenal sebagai tungku Acheson), di mana campuran pasir silika berkualitas tinggi dan kokas minyak bumi dipanaskan hingga suhu sekitar 2000°C. Proses kimia utama yang terlibat dalam pembuatan kedua bahan tersebut sama:

SiO₂ + 3C → SiC + 2CO

Satu-satunya perbedaan dalam produksi kedua bahan tersebut terletak pada kualitas bahan baku yang digunakan dan kondisi tungku. Silikon karbida hitam diproduksi menggunakan pasir silika yang sedikit mengandung kotoran serta serbuk gergaji, sehingga kandungan SiC dalam produknya lebih rendah. Sedangkan silikon karbida hijau diproduksi menggunakan pasir kuarsa yang lebih murni dalam kondisi khusus, dan terkadang garam juga digunakan. Perbedaan bahan baku yang digunakan inilah yang menjadi dasar dari semua perbedaan selanjutnya.

Kekerasan

Kekerasan cenderung menjadi karakteristik pertama yang ditanyakan saat membahas bahan abrasif; dan meskipun kedua jenis bahan abrasif tersebut memiliki nilai kekerasan yang serupa, tetap ada beberapa perbedaan. Baik jenis silikon karbida hitam maupun hijau memiliki nilai kekerasan sekitar 9,2 hingga 9,6 pada skala kekerasan mineral Mohs, sehingga lebih keras daripada korundum (oksida aluminium), dan hanya kalah keras dari bahan abrasif seperti boron karbida dan berlian.

Varietas hijau dari silikon karbida umumnya lebih keras daripada yang hitam; dan dalam uji mikrokeras, nilainya akan sedikit lebih tinggi karena tingkat kemurniannya yang lebih tinggi dan struktur kristal yang lebih seragam. Pada dasarnya, hal ini berarti butiran SiC hijau akan memiliki retakan yang lebih terdefinisi dan tepi potong yang lebih tajam saat digunakan. Nilai kekerasan silikon karbida hitam sangat tinggi dan lebih dari cukup untuk sebagian besar keperluan penggilingan/pemotongan, meskipun nilainya mungkin sedikit berfluktuasi akibat adanya pengotor dalam struktur kristalnya.

Kemurnian

Dan di sinilah kedua bahan tersebut menunjukkan perbedaan terbesar mereka. Silikon karbida hitam memiliki komposisi SiC sekitar 90% hingga 98%, sedangkan sisanya terdiri dari karbon bebas, silikon dioksida, oksida besi, dan pengotor lain yang merupakan sisa-sisa dari bahan baku awal. Dan pengotor-pengotor inilah yang menyebabkan SiC hitam memiliki penampilan seperti itu—gelap dengan warna hitam metalik atau hitam kebiruan.

Proses produksi silikon karbida hijau didasarkan pada penggunaan pasir kuarsa dan bahan karbon yang jauh lebih murni, sehingga kandungan SiC dalam bahan tersebut mencapai 98,5% hingga 99% atau bahkan lebih. Kandungan silikon bebas dan pengotor lainnya yang lebih rendah inilah yang membuat silikon karbida hijau tampak berwarna hijau muda atau zamrud. Dan tentu saja, kemurnian yang lebih tinggi menghasilkan butiran abrasif berkualitas lebih baik, sifat yang lebih dapat diprediksi, serta kecenderungan yang lebih rendah untuk menjadi terlalu panas selama pemrosesan beberapa bahan.

Karena kemurnian memengaruhi sifat fisik bahan abrasif, hal ini menjadi parameter utama yang menentukan “tingkat kualitas” kedua jenis silikon karbida tersebut dan menjelaskan mengapa harga yang berwarna hijau lebih mahal.

Ketangguhan

Dalam istilah teknologi abrasif, ketangguhan mengacu pada ketahanan terhadap retak saat bersentuhan dengan benda kerja lawan, dan di sinilah karbida silikon hitam menunjukkan keunggulannya.

Silikon karbida hitam lebih tangguh daripada silikon karbida hijau. Adanya jumlah pengotor yang lebih tinggi serta tegangan internal di dalam bahan memungkinkan butiran material tersebut lebih tahan terhadap benturan dan tidak pecah saat bersentuhan dengan benda kerja. Dalam hal ini, silikon karbida hitam sangat ideal untuk penggerindaan bahan yang melibatkan tegangan mekanis (kekuatan tarik rendah, besi cor, dan logam non-besi), di mana mempertahankan ketajaman ujung dan mencegah kerusakan butir lebih penting daripada mempertahankan ketajaman maksimum.

Silikon karbida hijau memiliki kemurnian dan kristalisasi yang lebih tinggi, sehingga jauh lebih rapuh dibandingkan bahan sebelumnya. Hal ini berarti bahan tersebut lebih mudah retak, yang sebenarnya merupakan karakteristik bahan yang sangat diinginkan dalam beberapa kasus. Butiran SiC hijau akan patah dan membentuk tepi potong baru yang sangat tajam, yang disebut sebagai "self-sharpening" (penajaman otomatis) dan memungkinkan penggunaan SiC hijau untuk proses penggilingan presisi, di mana mempertahankan ketajaman tepi lebih penting daripada daya tahan, sementara laju keausan butiran meningkat dalam kasus yang terakhir.

Bidang Penerapan

Dengan adanya perbedaan dalam hal kekerasan, kemurnian, dan kekuatan ini, tidaklah sulit untuk memahami mengapa setiap jenis silikon karbida memiliki kegunaannya masing-masing.

Silikon karbida hitam adalah bahan yang lebih serbaguna. Kekuatannya dan harganya yang lebih murah menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk:

1. Penggerindaan dan penyelesaian permukaan pada besi cor, logam non-besi (seperti kuningan, tembaga, dan aluminium), serta bahan non-logam (kaca, keramik, karet, batu)

2. Produksi bahan abrasif yang direkatkan (roda gerinda, batu asah, dan amplas untuk keperluan umum)

3. Pengamplasan pasir dan proses lain yang membutuhkan ketahanan terhadap benturan, bukan ketajaman tepi yang maksimal

4. Produk tahan api dan bahan tambahan metalurgi, di mana kandungan silikon karbida yang lebih tinggi sekalipun tidak menyebabkan kenaikan harga yang signifikan, namun memberikan ketahanan termal dan kimia yang sangat baik

5. Pemotongan dengan jet air dan operasi peledakan lainnya

Karena tingkat kemurniannya yang lebih tinggi dan sifatnya yang dapat mengasah sendiri, Silikon Karbida Hijau umumnya digunakan untuk aplikasi yang menuntut:

1. Penggerindaan bahan-bahan yang keras dan rapuh seperti karbida tersemen, kaca optik, keramik, dan batu permata

2. Aplikasi honing dan lapping yang membutuhkan hasil akhir permukaan yang sangat halus

3. Untuk pembuatan roda gerinda presisi tinggi yang digunakan untuk menggerinda perkakas dan pisau potong, khususnya perkakas karbida

4. Di industri semikonduktor dan elektronik, karena persyaratan kemurnian

5. Aplikasi keramik tahan api dan keramik teknis di mana kemurnian memegang peranan langsung

Singkatnya, jika Anda hanya membutuhkan proses penggerindaan bahan logam dan menginginkan hasil yang tahan lama, Silikon Karbida Hitam akan menjadi pilihan terbaik. Sebaliknya, jika Anda akan menggerinda bahan yang keras dan rapuh dengan hasil permukaan yang sangat presisi, atau jika kemurnian bahan memegang peranan penting dalam proses tersebut, maka Silikon Karbida Hijau akan menjadi pilihan yang lebih baik meskipun harganya mahal.

Memilih di Antara Keduanya

Saat memilih antara karbida silikon hitam dan hijau, ada beberapa pertanyaan penting yang sebaiknya diajukan:

1. Bahan apa yang sedang diproses? Bahan yang lebih lunak dan lebih kuat (besi cor, logam non-besi) biasanya lebih cocok diproses dengan SiC hitam. Bahan yang lebih kuat dan lebih rapuh (karbida, keramik, kaca) memerlukan SiC hijau.

2. Sejauh mana ketajaman tepi memengaruhi daya tahan serat kayu? Jika sifat-sifat seperti kemampuan mengasah diri dan hasil akhir yang bagus lebih diutamakan, maka sebaiknya pilih yang berwarna hijau. Jika tidak, sebaiknya pilih yang berwarna hitam.

3. Proses mana yang lebih sensitif terhadap kontaminasi? Aplikasi dengan tingkat kemurnian tinggi (beberapa proses manufaktur optik dan elektronik) memerlukan SiC hijau.

4. Berapa banyak uang yang kita miliki? SiC hitam biasanya lebih murah, karena harga bahan bakunya lebih rendah dan proses pemurniannya lebih mudah.

Kesimpulan

Meskipun karbida silikon hitam dan hijau memiliki komposisi dan struktur kristal yang serupa, perbedaan di antara keduanya dalam hal kemurnian, kekerasan, dan ketangguhan membuatnya ideal untuk digunakan dalam berbagai aplikasi. Meskipun silikon karbida hitam memiliki ketangguhan yang tinggi dan harga yang terjangkau, sehingga menjadikannya pilihan yang lebih disukai sebagai bahan abrasif untuk proses pengerjaan logam dan penggerindaan, silikon karbida hijau dengan kemurnian tinggi dan sifat mengasah diri merupakan bahan yang lebih disukai untuk penggerindaan presisi pada bahan yang keras dan rapuh. Memahami perbedaan antara silikon karbida hitam dan hijau, alih-alih menganggap semua silikon karbida sama, sangat penting dalam memilih bahan abrasif.