Analisis Sifat Fisis, Magnet, Dan Mikrostruktur Darivariasi Temperatur Sintering Barium Heksaferit Denganaditif Sio2
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi memerlukan dukungan sumber daya
manusia (SDM), sarana dan prasarana pendukung yang terkait di dalamnya, tentunya
termasuk fasilitas peralatan. Perkembangan teknologi juga menuntut kebutuhan akan
bahan/material yang mempunyai sifat tertentu agar dapat diaplikasikan sesuai dengan
kebutuhan, baik dibidang mekanik, elektronik, mekatronik dan lain-lain.
Perkembangan teknologi saat ini ditekankan pada kemampuan untuk
menghasilkan medan magnet yang besar dengan stabilitas yang tinggi terhadap
temperature dan waktu, serta memiliki ketahanan yang baik terhadap gangguan medan
luar. Dengan demikian magnet permanen harus memiliki koersivitas, remanen yang
tinggi sehingga menghasilkan produk energi yang tinggi.Barium Hexaferrit (BaFe12O19)
adalah termasuk material magnet permanen yang mempunyai remanen, koersivitas yang
cukup besar dan tersedia dialam cukup melimpah serta harga bahan mentahnya relatif
murah sehingga berpotensi untuk diproduksi. (Jiles, 1991)
Bahan magnet permanen barium heksaferit (BaFe12O19) telah sangat dikenal dan
banyak digunakan di industri maupun pada peralatan rumah tangga misalnya televisi,
kulkas, mainan anak-anak dan lainnya. Pemanfaatan bahan barium heksaferit ini secara
luas, didukung oleh harganya yang murah, nilai koersivitas dan magnetisasi saturasi
yang tinggi, serta temperatur transisi magnet (temperatur Curie,Tc) yang tinggi sekitar
750◦C juga sifat kimia yang stabil dan ketahanan terhadap korosi sangat baik. (A(Akmal
Johan, 2010). Perkembangan teknologi terakhir saat ini memungkin- kan untuk
diperoleh bahan barium heksaferit dengan ukuran kristalit yang sangat halus berukuran
sekitar nanometer (10−9 meter). Bahan barium heksaferit dengan ukuran kristalit yang
sangat halus dapat diperoleh di antaranya melalui proses mechanical alloying. (Akmal
Johan, 2000)
Barium heksaferit (BaFe12O19) sebagai magnet ferit, disamping memiliki
permeabilitas, permitivitas dan magnetisasi spontan yang relatif tinggi, juga tersusun
oleh komponen-komponen oksida sehingga juga memiliki resistivitas listrik yang tinggi
atau isolator yang baik.Kombinasi sifat intrinsik antara sifat magnetik dan sifat listrik
dari ferit seperti itu menempatkan material magnet ferit sebagai penyanggah
gelombang-gelombang mikro termasuk gelombang dengan frekuensi yang digunakan
dalam radar (www.frd.cn, 2013). Ion-ion ferit pada barium heksaferit sebagian dapat
disubstitusi oleh ion-ion divalen seperti Co2+, Ti4+ dan Mn2+ dan lainnya. Substitusi
dapat mengubah anisotropi magnetik dari uniaxial menjadi planar.Selain itu, substitusi
juga mengubah permitivitas dielektrik dan permeabilitas magnetiknya (Lairdtech,
2013).
Keramik adalah bahan-bahan yang tersusun dari senyawa anorganik bukan logam
yang pengolahannya melalui perlakuan dengan temperatur tinggi. (Priyono K dan
Azwar Manaf ,2007).Keramik magnet adalah salah satu bahan yang umumnya
merupakan golongan ferit, mempunyai sifat magnetik dan penting bagi industri
automotif, komputer, pembangkit energi, kelistrikan dan elektronika. Bahan keramik
yang bersifat magnetik, mempunyai struktur kristal tertentu yang sangat tergantung
pada komposisinya, sehingga penggunaannya menjadi lebih luas. Meskipun demikian
terdapat kesamaan yang umum, yaitu: semuanya adalah oksida logam yang disusun oleh
Fe2O3 sebagai komponen utama, komponen ini dapat menghasilkan induksi magnetik
spontan meskipun medan magnet luar dihilangkan (Lairdtech, 2013).
Magnet permanen dapat dibuat dari bahan keramik berbasis oksida besi seperti:
Feroxdure (SrO.6Fe2O3) dan Barium Heksaferrit (BaFe12O19). Bahan magnet tersebut
memiliki kemampuan menghasilkan maximum energy product magnet (BHmax)
sampai: 3-20 MGOe. Magnet permanen berbasisBaFe12O19dibuat dengan ukuran butiran
sekitar 1 – 2 μm dan dipanaskan pada suhu sintering sekitar 1250oC –
1300oC.Sedangkan pada pembuatan magnet permanen berbasis BaFe12O19yang diberi
penambahan additif SiO2 yang dilakukan menggunakan suhu sintering 800oC –
1100oC.Hard ferrite termasuk magnet yang memiliki kurva histerisis (BH Curve) yang
lebar dan mempunyai nilai coercitivitas (HC) yang tingi, magnet ferrite juga memiliki
struktur kristal hexagonal dengan formulasi MO6Fe2O3. M adalah unsur-unsur dari Ba,
Sr dan Pb, keramik maget ferrite terdiri atas tiga macam, yaitu Barium Hexa Ferrite
(BaFe12O19), Stronsium Hexa Ferrite (SrOFe2O3) dan Lead Hexa Ferrite. (www.frd.cn,
2013). Pembuatan magnet keramik dapat juga dilakukan dengan dua metoda yaitu
isotropi dan anisotropi. Pada pembuatan magnet secara isotropi adalah dengan proses
cetak kering, dengan dilakukan orientasi partikel dengan menggunakan medan magnet.
Sedangkan pada proses anisotropi, dimana dalam pembuatan magnetnya digunakan
orientasi partikel dengan medan magnet dan pada pembentukannya ditambahkan bahan
perekat PVA (Spaldin, Nicola, 2011).
Proses sintering dalam pembuatan magnet permanen berbasis BaFe12O19adalah salah
satu yang terpenting yang dapat mempengaruhi sifat dan kualitas magnet permanen
yang dihasilkan.Sebagai perbandinganmisalnya pada magnet ferit yang paling sering
digunakan adalah Mn-Zn ferit karena material ini memiliki sifat yang lebih baik dari
jenis ferit lainnya.Mn-Zn ferit termasuk ke dalam material ferromagnetik dengan sifat
magnetik yang sangat baik, seperti permeabilitas yang tinggi, rugi-rugi magnetik yang
rendah, saturasi magnetik yang tinggi dan resistivitas yang tinggi.Pada penelitian
sebelumnya, bahwa substitusi Zinc ion dengan menggunakan metode sol-gel dapat
meningkatkan saturasi magnetik, magnetisasi remanen dan menurunkan koersivitas.
Penambahan Mn dapat meningkatkan nilai indeks bias, turunnya kecepatan infrared
serta konstanta dielektrik bahan. Saat temperatur sintering meningkat, densitas dari
sampel meningkat dan ukuran partikel menjadi kasar.Perubahan ini membuat sifat
magnet menjadi lebih baik.Selain itu kenaikkan temperatur sintering menyebabkan
saturasi magnetik semakin meningkat.Saat meningkatnya saturasi magnetik, material
magnet tidak cepat jenuh.Oleh karena itu, perlu diteliti lebih lanjut untuk mencari
temperatur sintering yang optimum agar mencapai material magnet dengan induksi
remanen yang besar dan gaya koersivitas yang rendah supaya tercipta sifat soft
magnetic yang baik. Berdasarkan pertimbangan tersebut, pada penelitian ini sampel
akan diuji untuk mengetahui struktur dan sifat magnet yang terjadi pada Mn-Zn ferit.
(Jumaeda Jatmika, dkk. 2005)
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana proses pembuatan
magnet permanen ferrit jenis BaFe12O19 yanng diberi penambahan aditif SiO2
terhadap logam Fe dan pengaruhnya terhadap sifat fisis dan sifat magnet.
1. Bagaimana pengaruh komposisi bahan baku ( secara stoikiometri dan nonstoikiometri) terhadap sifat fisis dan magnet pada magnet permanen.
2. Bagaimana pengaruh temperatur sinter terhadap sifat fisis dan magnet pada
magnet permanen.
3. Bagaimana pengaruh komposisi aditif SiO2 terhadap sifat fisis dan magnet
pada magnet permanen.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengamati pengaruh temperatur sintering terhadap sifat magnet, sifat
fisis, dan struktur mikro dari BaFe12O19 dengan penambahan aditif SiO2.
2. Untuk mengetahui bagaiman karakteristik magnet permanen BaFe12O19 dengan
penambahan aditif SiO2.
1.4 Batasan Masalah
1. Sampel yang digunakan adalah BaFe12O19 + SiO2.
2. Variasi aditif SiO2 yang digunakan sebanyak 1%, 3%, 5% dan 7% (dalam
persen berat).
3. Variasi suhu 800oC, 900oC 1000oC 1100oC denganholding time selama 2 jam.
4. Karakterisasi BaFe12O19dengan penambahan additif SiO2 yang akan dilakukan
meliputi :
a.
Pengujian sifat fisis pada magnet permanen tersebut meliputi : densitas,
porositas, dan persentase penyusutan (shrinkage).
b.
Analisa struktur kristal dengan menggunakan X-Ray Diffractometer
(XRD).
c.
Pengukuran kuat medan magnet (fluks density) dengan menggunakan
Gaussmeter,
sifat
magnet
(BH
curve)
dengan
menggunakan
permagraphdan melihat interface dengan OM.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Mengetahui proses sintering pembuatan magnet BaFe12O19dengan penambahan
additif SiO2dengan vacuum furnace.
2. Meningkatkan kemampuan teknik pembuatan magnet permanen.
3. Sebagai referensi bagi peneliti selanjutnya.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan penelitian ini dibuat sesuai urutan bab serta isinya yang secara garis besar
dapat diuraikan sebagai berikut :
BAB I
Pendahuluan
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, perumusan
masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat
penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II
Dasar Teori
BAB III
Metode Penelitian
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai tempat penelitian,
alat dan bahan yang digunakan serta langkah kerja yang
dilakukan dalam penelitian ini.
BAB IV
Hasil Pembahasan
Bab ini berisi tentang hasil penelitian dan pembahasannya.
BAB V
Kesimpulan dan Saran
Penutup berisi kesimpulan hasil penelitian yan telah
dilakukan serta saran-saran yang berkaitan dengan hasil
kesimpulan penelitian.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi memerlukan dukungan sumber daya
manusia (SDM), sarana dan prasarana pendukung yang terkait di dalamnya, tentunya
termasuk fasilitas peralatan. Perkembangan teknologi juga menuntut kebutuhan akan
bahan/material yang mempunyai sifat tertentu agar dapat diaplikasikan sesuai dengan
kebutuhan, baik dibidang mekanik, elektronik, mekatronik dan lain-lain.
Perkembangan teknologi saat ini ditekankan pada kemampuan untuk
menghasilkan medan magnet yang besar dengan stabilitas yang tinggi terhadap
temperature dan waktu, serta memiliki ketahanan yang baik terhadap gangguan medan
luar. Dengan demikian magnet permanen harus memiliki koersivitas, remanen yang
tinggi sehingga menghasilkan produk energi yang tinggi.Barium Hexaferrit (BaFe12O19)
adalah termasuk material magnet permanen yang mempunyai remanen, koersivitas yang
cukup besar dan tersedia dialam cukup melimpah serta harga bahan mentahnya relatif
murah sehingga berpotensi untuk diproduksi. (Jiles, 1991)
Bahan magnet permanen barium heksaferit (BaFe12O19) telah sangat dikenal dan
banyak digunakan di industri maupun pada peralatan rumah tangga misalnya televisi,
kulkas, mainan anak-anak dan lainnya. Pemanfaatan bahan barium heksaferit ini secara
luas, didukung oleh harganya yang murah, nilai koersivitas dan magnetisasi saturasi
yang tinggi, serta temperatur transisi magnet (temperatur Curie,Tc) yang tinggi sekitar
750◦C juga sifat kimia yang stabil dan ketahanan terhadap korosi sangat baik. (A(Akmal
Johan, 2010). Perkembangan teknologi terakhir saat ini memungkin- kan untuk
diperoleh bahan barium heksaferit dengan ukuran kristalit yang sangat halus berukuran
sekitar nanometer (10−9 meter). Bahan barium heksaferit dengan ukuran kristalit yang
sangat halus dapat diperoleh di antaranya melalui proses mechanical alloying. (Akmal
Johan, 2000)
Barium heksaferit (BaFe12O19) sebagai magnet ferit, disamping memiliki
permeabilitas, permitivitas dan magnetisasi spontan yang relatif tinggi, juga tersusun
oleh komponen-komponen oksida sehingga juga memiliki resistivitas listrik yang tinggi
atau isolator yang baik.Kombinasi sifat intrinsik antara sifat magnetik dan sifat listrik
dari ferit seperti itu menempatkan material magnet ferit sebagai penyanggah
gelombang-gelombang mikro termasuk gelombang dengan frekuensi yang digunakan
dalam radar (www.frd.cn, 2013). Ion-ion ferit pada barium heksaferit sebagian dapat
disubstitusi oleh ion-ion divalen seperti Co2+, Ti4+ dan Mn2+ dan lainnya. Substitusi
dapat mengubah anisotropi magnetik dari uniaxial menjadi planar.Selain itu, substitusi
juga mengubah permitivitas dielektrik dan permeabilitas magnetiknya (Lairdtech,
2013).
Keramik adalah bahan-bahan yang tersusun dari senyawa anorganik bukan logam
yang pengolahannya melalui perlakuan dengan temperatur tinggi. (Priyono K dan
Azwar Manaf ,2007).Keramik magnet adalah salah satu bahan yang umumnya
merupakan golongan ferit, mempunyai sifat magnetik dan penting bagi industri
automotif, komputer, pembangkit energi, kelistrikan dan elektronika. Bahan keramik
yang bersifat magnetik, mempunyai struktur kristal tertentu yang sangat tergantung
pada komposisinya, sehingga penggunaannya menjadi lebih luas. Meskipun demikian
terdapat kesamaan yang umum, yaitu: semuanya adalah oksida logam yang disusun oleh
Fe2O3 sebagai komponen utama, komponen ini dapat menghasilkan induksi magnetik
spontan meskipun medan magnet luar dihilangkan (Lairdtech, 2013).
Magnet permanen dapat dibuat dari bahan keramik berbasis oksida besi seperti:
Feroxdure (SrO.6Fe2O3) dan Barium Heksaferrit (BaFe12O19). Bahan magnet tersebut
memiliki kemampuan menghasilkan maximum energy product magnet (BHmax)
sampai: 3-20 MGOe. Magnet permanen berbasisBaFe12O19dibuat dengan ukuran butiran
sekitar 1 – 2 μm dan dipanaskan pada suhu sintering sekitar 1250oC –
1300oC.Sedangkan pada pembuatan magnet permanen berbasis BaFe12O19yang diberi
penambahan additif SiO2 yang dilakukan menggunakan suhu sintering 800oC –
1100oC.Hard ferrite termasuk magnet yang memiliki kurva histerisis (BH Curve) yang
lebar dan mempunyai nilai coercitivitas (HC) yang tingi, magnet ferrite juga memiliki
struktur kristal hexagonal dengan formulasi MO6Fe2O3. M adalah unsur-unsur dari Ba,
Sr dan Pb, keramik maget ferrite terdiri atas tiga macam, yaitu Barium Hexa Ferrite
(BaFe12O19), Stronsium Hexa Ferrite (SrOFe2O3) dan Lead Hexa Ferrite. (www.frd.cn,
2013). Pembuatan magnet keramik dapat juga dilakukan dengan dua metoda yaitu
isotropi dan anisotropi. Pada pembuatan magnet secara isotropi adalah dengan proses
cetak kering, dengan dilakukan orientasi partikel dengan menggunakan medan magnet.
Sedangkan pada proses anisotropi, dimana dalam pembuatan magnetnya digunakan
orientasi partikel dengan medan magnet dan pada pembentukannya ditambahkan bahan
perekat PVA (Spaldin, Nicola, 2011).
Proses sintering dalam pembuatan magnet permanen berbasis BaFe12O19adalah salah
satu yang terpenting yang dapat mempengaruhi sifat dan kualitas magnet permanen
yang dihasilkan.Sebagai perbandinganmisalnya pada magnet ferit yang paling sering
digunakan adalah Mn-Zn ferit karena material ini memiliki sifat yang lebih baik dari
jenis ferit lainnya.Mn-Zn ferit termasuk ke dalam material ferromagnetik dengan sifat
magnetik yang sangat baik, seperti permeabilitas yang tinggi, rugi-rugi magnetik yang
rendah, saturasi magnetik yang tinggi dan resistivitas yang tinggi.Pada penelitian
sebelumnya, bahwa substitusi Zinc ion dengan menggunakan metode sol-gel dapat
meningkatkan saturasi magnetik, magnetisasi remanen dan menurunkan koersivitas.
Penambahan Mn dapat meningkatkan nilai indeks bias, turunnya kecepatan infrared
serta konstanta dielektrik bahan. Saat temperatur sintering meningkat, densitas dari
sampel meningkat dan ukuran partikel menjadi kasar.Perubahan ini membuat sifat
magnet menjadi lebih baik.Selain itu kenaikkan temperatur sintering menyebabkan
saturasi magnetik semakin meningkat.Saat meningkatnya saturasi magnetik, material
magnet tidak cepat jenuh.Oleh karena itu, perlu diteliti lebih lanjut untuk mencari
temperatur sintering yang optimum agar mencapai material magnet dengan induksi
remanen yang besar dan gaya koersivitas yang rendah supaya tercipta sifat soft
magnetic yang baik. Berdasarkan pertimbangan tersebut, pada penelitian ini sampel
akan diuji untuk mengetahui struktur dan sifat magnet yang terjadi pada Mn-Zn ferit.
(Jumaeda Jatmika, dkk. 2005)
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana proses pembuatan
magnet permanen ferrit jenis BaFe12O19 yanng diberi penambahan aditif SiO2
terhadap logam Fe dan pengaruhnya terhadap sifat fisis dan sifat magnet.
1. Bagaimana pengaruh komposisi bahan baku ( secara stoikiometri dan nonstoikiometri) terhadap sifat fisis dan magnet pada magnet permanen.
2. Bagaimana pengaruh temperatur sinter terhadap sifat fisis dan magnet pada
magnet permanen.
3. Bagaimana pengaruh komposisi aditif SiO2 terhadap sifat fisis dan magnet
pada magnet permanen.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengamati pengaruh temperatur sintering terhadap sifat magnet, sifat
fisis, dan struktur mikro dari BaFe12O19 dengan penambahan aditif SiO2.
2. Untuk mengetahui bagaiman karakteristik magnet permanen BaFe12O19 dengan
penambahan aditif SiO2.
1.4 Batasan Masalah
1. Sampel yang digunakan adalah BaFe12O19 + SiO2.
2. Variasi aditif SiO2 yang digunakan sebanyak 1%, 3%, 5% dan 7% (dalam
persen berat).
3. Variasi suhu 800oC, 900oC 1000oC 1100oC denganholding time selama 2 jam.
4. Karakterisasi BaFe12O19dengan penambahan additif SiO2 yang akan dilakukan
meliputi :
a.
Pengujian sifat fisis pada magnet permanen tersebut meliputi : densitas,
porositas, dan persentase penyusutan (shrinkage).
b.
Analisa struktur kristal dengan menggunakan X-Ray Diffractometer
(XRD).
c.
Pengukuran kuat medan magnet (fluks density) dengan menggunakan
Gaussmeter,
sifat
magnet
(BH
curve)
dengan
menggunakan
permagraphdan melihat interface dengan OM.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Mengetahui proses sintering pembuatan magnet BaFe12O19dengan penambahan
additif SiO2dengan vacuum furnace.
2. Meningkatkan kemampuan teknik pembuatan magnet permanen.
3. Sebagai referensi bagi peneliti selanjutnya.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan penelitian ini dibuat sesuai urutan bab serta isinya yang secara garis besar
dapat diuraikan sebagai berikut :
BAB I
Pendahuluan
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, perumusan
masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat
penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II
Dasar Teori
BAB III
Metode Penelitian
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai tempat penelitian,
alat dan bahan yang digunakan serta langkah kerja yang
dilakukan dalam penelitian ini.
BAB IV
Hasil Pembahasan
Bab ini berisi tentang hasil penelitian dan pembahasannya.
BAB V
Kesimpulan dan Saran
Penutup berisi kesimpulan hasil penelitian yan telah
dilakukan serta saran-saran yang berkaitan dengan hasil
kesimpulan penelitian.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet