2.4.2 Bahan Paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing masing atommolekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom
molekul dalam bahan nol, hal ini disebabkan karena gerakan atom molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan
Halliday Resnick, 1978.
Di bawah pengaruh medan eksternal, mereka mensejajarkan diri karena torsi yang dihasilkan. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang
menjadi terarah oleh medan magnet luar.
Gambar 2.1 Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik a sebelum diberi medan magnet luar b setelah diberi medan magnet luar Masno G,dkk, 2006
Bahan ini jika diberi medan magnet luar, elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan
magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang
tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya. Dalam bahan paramagnetik, medan B yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya
dalam hampa udara. Suseptibilitas magnet dari bahan paramagnetik adalah positif dan berada dalam rentang 10
-5
sampai 10
-3
m
3
kg, sedangkan permeabilitasnya adalah µ µ0. Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium dan wolfram.
2.4.3. Bahan Ferromagnetik
Bahan ferromagnetik mempunyai resultan medan magnet atomis besar, hal ini disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ini banyak spin elektron
yang tidak berpasangan, masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan
Universitas Sumatera Utara
menimbulkan medan magnetik, sehingga medan magnet total yang dihasilkan oleh
satu atom menjadi lebih besar Halliday Resnick, 1978. Medan magnet dari
masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan
mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok, kelompok inilah yang dikenal dengan domain.
Domain-domain dalam bahan ferromagnetik, dalam ketiadaan medan eksternal, momen magnet dalam tiap domain akan paralel, tetapi domain-domain diorientasikan
secara acak, dan yang lain akan terdistorsi karena pengaruh medan eksternal. Domain dengan momen magnet paralel terhadap medan eksternal akan mengembang,
sementara yang lain mengerut. Semua domain akan menyebariskan diri dengan medan eksternal pada titik
saturasi, artinya bahwa setelah seluruh domain sudah terarahkan, penambahan medan magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang perlu
disearahkan, keadaan ini disebut dengan penjenuhan saturasi. Bahan ini juga mempunyai sifat remanensi, artinya bahwa setelah medan
magnet luar dihilangkan, akan tetap memiliki medan magnet, karena itu bahan ini sangat baik sebagai sumber magnet permanen. Permeabilitas bahan : µ
dengan suseptibilitas bahan:
. Contoh bahan ferromagnetik : besi, baja. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik akan hilang pada temperatur Currie. Temperatur
Currie untuk besi lemah adalah 770
o
C dan untuk baja adalah 1043
o
C. Sifat bahan ferromagnetik biasanya terdapat dalam bahan ferit. Ferit
merupakan bahan dasar magnet permanen yang banyak digunakan dalam industri- industri elektronika, seperti dalam
loudspeaker
, motor-motor listrik, dinamo dan
KWH- meter Afza, erini.2011. 2.5 Material Magnet Lunak
Soft Magnetic
dan Magnet Keras
Hard Magnetic
Material magnetik diklasifikasikan menjadi dua yaitu material magnetik lemah atau
soft magnetic materials
maupun material magnetik kuat atau
hard magnetic materials
. Penggolongan ini berdasarkan kekuatan medan koersifnya dimana
soft magnetic
atau
Universitas Sumatera Utara
material magnetik lemah memiliki medan koersif yang lemah sedangkan material magnetik kuat atau
hard magnetic materials
memiliki medan koersif yang kuat. Hal ini lebih jelas digambarkan dengan diagram histerisis atau
hysteresis loop
sebagai
loop
.
Gambar 2.2 histeris material magnet a Material lunak
soft magnetic
, b Material keras
hard magnetic
Bahan magnetik lunak
soft magnetic
dapat dengan mudah termagnetisasi dan mengalami demagnetisasi. Magnet lunak mempertahankan sifat magnet pada
medan magnet. Magnet lunak
soft magnetic
menunjukkan histeresis loop yang sempit, sehingga magnetisasi mengikuti variasi medan listrik hampir tanpa
hysteresis loss. Magnet lunak
soft magnetic
digunakan untuk meningkatkan fluks, yang dihasilkan oleh arus listrik di dalamnya. Faktor kualitas dari bahan
magnetik lunak adalah untuk mengukur permeabilitas yang sehubungan dengan medan magnet yang diterapkan. Parameter utama lainnya adalah koersivitas,
magnetisasi saturasi dan konduktivitas listrik. Bahan magnetik lunak ideal akan memiliki koersivitas rendah Hc, saturasi
yang sangat besar Ms, remanen Br nol, hysteresis loss nol dan permeabilitas yang sangat besar. Kurva histerisi bahan magnetik lunak
ditunjukkan pada Gambar 2-2. Beberapa bahan penting magnetik lunak diantaranya Fe, paduan Fe-Si, ferit lunak MnZnFe
2
O
4
, besi silikon dan lain-lain Poja Chauhan, 2010.
Universitas Sumatera Utara
Bahan magnetik keras memiliki loop histeresis lebar karena magnetisasi yang kuat yang ditunjukkan pada gambar 2-2. Bahan Magnet keras
hard magnetic
juga disebut sebagai magnet permanen yang digunakan untuk menghasilkan medan yang kuat tanpa menerapkan arus ke koil. Magnet permanen memerlukan
koersivitas tinggi, sehingga magnet harus mempunyai medan magnet yang kuat dan stabil terhadap bidang eksternal, yang membutuhkan koersivitas tinggi. Dalam
bahan magnet keras
hard magnetic
anisotropi diperlukan magnetik uniaksial dan sifat magnetik berikut :
1. Koersivitas tinggi
high coercivity
: koersivitas, juga disebut medan koersif, dari bahan feromagnetik adalah intensitas medan magnet yang diterapkan
atau diperlukan untuk mengurangi magnetisasi bahan ke nol setelah magnetisasi sampel telah mencapai saturasi. Koersivitas biasanya diukur
dalam satuan Oersted atau ampere meter dan dilambangkan Hc. Bahan dengan koersivitas tinggi disebut bahan ferromagnetik keras, dan
digunakan untuk membuat magnet permanen. 2.
Magnetisasi besar large magnetization: Proses pembuatan subtansi sementara atau magnet permanen, dengan memasukkan bahan dalam medan
magnet
Rectangular hysteresis loop
: Sebuah loop hysteresis menunjukkan hubungan antara diinduksi kerapatan fluks magnet B dan gaya magnet
H. bahan magnetik keras memiliki histeresis loop yang persegi panjang
Poja Chauhan, 2010. 2.6 Barium Heksaferit
Barium heksaferit adalah salah satu bahan magnetik yang sudah dipakai dalam waktu yang lama. Bahkan barium heksaferit sudah mulai difabrikasi pada tahun 1950. Jadi
barium heksaferit adalah „barang lama‟ dalam dunia kemagnetan dan sains. Barium heksaferit memiliki struktur heksagonal. Struktur heksagonal memiliki
nilai a dan b yang sama sedang c berbeda. Nilai sudut alfa dan beta 90 sedang nilai
gamma adalah 120 . Setiap satu kristal barium heksaferit terdapat dua molekul barium
heksaferit. Jadi setiap satu kristal barium heksaferit terdapat 2 atom Ba, 24 atom Fe dan 38 atom O.
Universitas Sumatera Utara
Barium heksaferit terdiri dari beberapa lapisan dengan arah momen magnet berbeda, sehingga barium heksaferit adalah bahan ferrimagnetik. Setiap atom Fe pada
barium heksaferit memiliki momen dipole magnet 5.9 magneton Bohr Q Pameela, 2011.
Gambar 2.3. Struktur kristal Barium Heksaferit Moulson A.J, et all., 1985 2.7 Alumina
Alumina merupakan persenyawaan kimia antara logam aluminium dengan oksigen Al
2
O
3
. Alumina di alam ditemukan dalam bentuk bauksit. Alumina merupakan bahan baku utama dalam proses elektrolisa aluminium. Alumina mempunyai
morfologi sebagai bubuk berwarna putih dengan berat molekul 102, titik leleh pada 2050
o
C, dan spesifikasi gravity 3,5 - 4,0. Dalam industri peleburan alumina memegang 3 fungsi penting yaitu:
1. Sebagai bahan baku utama dalam memproduksi aluminium.
2. Sebagai insulasi ternal untuk mengurangi kehilangan panas dari atas tungku
reduksi, dan untuk mempertahankan temperatu operasi. 3.
Melindungi anoda dari oksidasi udara Cyntia Ayu, 2011.
Satu-satunya oksida aluminium adalah alumina Al
2
O
3
. Meskipun demikian, kesederhanaan ini diimbangi dengan adanya bahan-bahan polimorf dan terhidrat yang
sifatnya bergantung kepada kondisi pembuatannya. Terdapat dua bentuk anhidrat Al
2
O
3
yaitu α-Al
2
O
3
dan -Al
2
O
3
. Logam-logam trivalensi lainnya misalnya Ga, Fe
Universitas Sumatera Utara
membentuk oksida-oksida yang mengkristal dalam kedua struktur yang sama. Keduanya mempunyai tatanan terkemas rapat ion-ion oksida tetapi berbeda dalam
tatanan kation-kationnya. α-Al
2
O
3
stabil pada suhu tinggi dan juga metastabil tidak terhingga pada suhu rendah. Ia terdapat di alam sebagai mineral korundum dan dapat
dibuat dengan pemanasan -Al
2
O
3
atau oksida anhidrat apa pun di atas 1000
o
C. -
Al
2
O
3
diperoleh dengan dehidrasi oksida terhidrat pada suhu rendah ~450
o
. α-Al
2
O
3
keras dan tahan terhadap hidrasi dan penyerapan asam. -Al
2
O
3
mudah menyerap air dan larut dalam asam; alumina yang digunakan untuk kromatografi dan diatur
kondisinya untuk berbagai kereaktifan adalah -Al
2
O
3
Max Well, 1968. Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisis Alumina Al
2
O
3
No Sifat Fisis
Satuan Jenis-jenis Alumina
Catatan Sandy
-Al
2
O
3
Floury α-Al
2
O
3
1 Al
2
O
3
5 90
Sinar-X
2 Berat Jenis
grcm
3
3,5 3,9
3
Sudut Letak Derajat
30 40
1100
o
4 Permukaan Letak
M
2
42 2
5 Densitas Bebas
grcm
3
1,1 0,8
6 Densitas Terikat
grcm
3
1,3 1,0
7
Kehilangan dalam Pemijaran
1,8 0,2
Burkin A.R, 1987 2.7.1 Struktur Keramik Alumina Al
2
O
3
Senyawa alumina Al
2
O
3
bersifat polimorfi yaitu dintaranya memiliki struktur alpha α-Al
2
O
3
dan -Al
2
O
3
. Bentuk struktur yang lain misalnya beta - Al
2
O
3
adalah alumina tidak murni yang merupakan paduan antara Al
2
O
3
-Na
2
O dengan formula Na
2
O.11 Al
2
O
3
Walter 1970. Alpha
α-Al
2
O
3
merupakan bentuk struktur yang paling stabil sampai suhu tinggi dan memiliki nama lain yaitu korundum. Struktur
dasar korondum adalah tumpukan padat heksagonal Hexagonal Closed Packed, HCP
Walter 1970; Worral 1986. Kationnya Al
3+
menempati 23 bagian dari sisipan
Universitas Sumatera Utara
oktohedral, sedangkan anionnya O
2-
menempati posisi HCP. Bilangan koordinasi dari struktur korundum adalah 6, maka tiap ion Al
3+
dikelilingi oleh 6 ion O
2-
, dan tiap ion O
2-
dikelilingi oleh 4 ion Al
3+
untuk mencapai muatan yang netral. Struktur gamma
-Al
2
O
3
merupakan senyawa alumina yang stabil dibawa 1000
o
C dan umumnya lebih reaktif dibandingkan dengan struktur alpha
α-Al
2
O
3
Walter 1970. 2.7.2 Sifat-Sifat Alumina
Aluminium oksida adalah insulator penghambat panas dan listrik yang baik. Umumnya Al
2
O
3
terdapat dalam bentuk kristalin yang disebut dengan corondum atau
α-aluminium oksida Andry Adhe, 2010. Umumnya keramik alumina disamping
tahan suhu tinggi juga memiliki sifat tahan kimia dan tahan korosi pada suhu tinggi. Keramik korundum murni dibuat melalui suhu tinggi 1800-1900
o
C Reynen, 1986.
Aluminium oksida dipakai sebagai bahan abrasive, sebagai komponen dalam alat pemotong, peralatan listrik atau elektronik, refraktori, komponen mekanik, dan sebagai
bio-inert material Ichinose, 1983. Sedangkan
-Al
2
O
3
yang sifatnya reaktif dan stabil dibawah suhu 1000
o
C, aplikasinya banyak digunakan sebagai reagen kimia dan
bahan katalis Worral, 1986. Aluminium oksida berperan penting dalam ketahanan
logam aluminium terhadap pengkaratan dengan udara. Logam aluminium sebenarnya amat mudah bereaksi dengan oksigen di udara. Aluminium bereaksi dengan oksigen
membentuk aluminium oksida, yang terbentuk sebagai lapisan tipis yang dengan cepat menutupi permukaan aluminium. Lapisan ini melindungi logam aluminium dari oksida
lebih lanjut. Alumina yang dihasilkan melalui anodiasi bersifat amorf, namun beberapa
proses oksidasi seperti plasma electrolytic oxydation menghasilkan sebagian besar alumina dalam bentuk kristalin, yang meningkatkan kekerasan. Menjelaskan sifat-sifat
aluminium oksida dapat menimbulkan kebingungan karena dapat berada pada beberapa bentuk yang berbeda. Salah satu bentuknya sangat tidak reaktif. Ini diketahui
secara kimia sebagai α-Al2O3 dan dihasilkan pada temperatur yang tinggi. Aluminium oksida merupakan senyawa amfoter, artinya dapat bereaksi baik sebagai basa maupun
asam Andry Adhe, 2010.
Universitas Sumatera Utara
Table 2.2 Sifat-Sifat Keramik Alumina Al
2
O
3
Parameter Al
2
O
3
Densitas, grcm
3
3,96 Koefisien termal ekspansi,
o
C
-1
8-9 x 10
-6
Kekuatan Patah, Mpa 350
Sifat daya hantar panas Konduktor
Kekerasan Hv, kgfmm
2
1500-1800 Titik lebur,
o
C 2050
Ketangguhan, Mpa m
12
4,9
Awan Maghfirah, 2007 2.8 Substitusi Al
2
O
3
pada Barium Heksaferit
Barium heksaferit memiliki struktur yang berlapis-lapis. Substitusi pada atom barium heksaferit bertujuan untuk meningkatkan sifat magnetik dari barium heksaferit.
Penggantian atau substitusi pada atom Ba lebih kepada untuk mengubah parameter kisi. Sedang penggantian pada atom Fe adalah untuk mengganti atom Fe dengan atom
magnetik lain yang momen magnetnya lebih besar atau lebih kecil. Sebagian besar hasil pengukuran sifat magnetik setelah substitusi menurun
dibandingkan sebelum substitusi. Pengurangan ini diakibatkan oleh medan magnet
yang lebih kecil dari atom Al yang disubstitusi Guerro, 2011. 2.9 Pembuatan Magnet
Pembuatan magnet permanen didasarkan atas cara-cara pembuatan keramik secara umum. Dimana pada proses pembuatannya meliputi beberapa tahap antara lain:
pencampuran bahan baku, pembentukan dan pembakaran sintering. Parameter- parameter proses pembuatan keramik sangat tergantung pada jenis keramik yang akan
dibuat, aplikasinya dan sifat-sifat fisis yang diharapkan Erini Afza, 2011. Proses
pembuatan keramik tradisional memiliki parameter yang berbeda dibandingkan dengan proses pembuatan keramik teknik. Pada proses pembuatan keramik tradisional
hanya diperlukan bahan baku alam dengan tingkat kemurnian yang tidak tinggi, sedangkan pada proses pembuatan keramik teknik diperlukan bahan baku dengan
tingkat kemurnian tinggi serta terkontrol agar diperoleh sifat-sifat bahan yang sesuai
Universitas Sumatera Utara
dengan pengaplikasiannya Gernot, 1988. Adapun tujuan dari pembuatan magnet ini
adalah untuk menghasilkan magnet keramik permanen dengan kekuatan fisis yang baik serta menghasilkan kekuatan magnet yang baik pula.
2.9.1 Kompaksi
Kategori