Pengaruh Aditif Nd2O3 Terhadap Sifat Fisis, Sifat Magnet Dan Struktur Kristal Pada Pembuatan Magnet Barium Heksaferit
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Barium heksaferit adalah salah satu material magnet yang banyak digunakan
saat ini. Hal ini dikarenakan Barium heksaferit merupakan magnet permanen yang
memiliki daya guna yang bagus namun harganya lebih murah bila dibandingkan
dengan material magnet sejenis. Kelebihan Barium heksaferit diantaranya yaitu
harganya yang relatif murah, mempunyai anisotropi kristalin magnet yang cukup
besar, koersivitas tinggi (6700 Oe), suhu curie yang tinggi (450 oC), magnetisasi
saturasi yang relatif besar (78 emu/g), kestabilan kimiawi yang baik, tahan
korosi(Tang,x. 2005). Dan pembuatannya yang relatif mudah. Bahan Barium
heksaferit dapat disintesis menggunakan beberapa metode yang telah dikembangkan,
diantaranya kristalisasi dari kaca, mekano-kimia, metalurgi serbuk, high ball milling,
mekanik paduan sol-gel, aerosol dan kopresipitasi( priyono, 2010)
Magnet Barium ferit mulai dikembangkan pada awal 1960, sebagai alternatif
untuk menggantikan penggunaan magnet logam. Magnet ini termasuk klasifikasi
material keramik magnet keras yang memiliki struktur heksagonal (BaFe 12 O 19 ),
sehingga dikenal juga dengan nama Barium heksaferit. Struktur yang dimiliki adalah
magnetoplumbite
(M-type)
dengan
rumus
umum
magnetoplumbite
adalah
(MFe 12 O 19 ) atau MO.6Fe 2 O 3 , dimana M dapat berupa Barium (Ba), Stronsium (Sr)
atau Timbal (Pb) (Bahadur,2006). Ferit adalah induksi remanen (Br) = (2,12-4) kG,
koersivitas (Hc) = (1,7-3,2) kOe, produk energi maksimum (Bhmaks) = (0,92-3,5)
MGOe, densitas (�)=(4,6-4,9) g/cm3 (Jeffrey,1990).
Beberapa penelitian sebelumnya antara lain : “pengaruh aditif SiO 2 terhadap sifat
fisis dan sifat magnet pada pembuatan magnet Bao.6Fe 2 O 3 ” pada tahun 2007
menggunakan bahan baku yang sama yaitu BaCO 3 dan Fe 2 O 3 dengan penambahan
aditif SiO 2 yaitu: 0%, 0,5%, 1%, 1,5%, dan 2%, dan komposisi BaO.6Fe2O3 dibuat
tetap yaitu: 1 mole BaO : 6 mole Fe 2 O 3 ,di kalsinasi 1000oC dan disintering pada
suhu 1200oC, dan masing-masing sampel yang telah disintering dikarakterisasi
meliputi sifat fisis: uji densitas – porositas, dan sifat magnet: pengukuran kuat
magnet (remanensi magnet), serta analisa struktur mikro dengan menggunakan SEM
Universitas Sumatera Utara
dan XRD. Hasil karakterisasi yang diperoleh adalah sampel dengan aditif 0,5 % dan
1 % SiO 2 , serta disintering 1200oC menghasilkan keramik magnet permanen dengan
kekuatan magnet tertinggi sekitar 800 – 990 Gauss, densitas 5,00 – 5,13 g/cm3, dan
porositas sekitar 0,57 – 1,60 %. Dari hasil analisa difraksi sinar X ternyata untuk
semua variasi aditif SiO 2 menghasilkan fasa BaO.6Fe 2 O 3 , serta dari hasil
pengamatan dengan SEM terlihat peran aditif SiO 2 sampai 1% mampu meredam
terjadinya pertumbuhan butir (grain growth), dimana untuk sampel dengan aditif 0,5
% dan 1 % SiO2 diperoleh ukuran butir setelah di sintering 1200oC adalah sekitar 1,5
– 2,0 μm.
Dan pada penelitian yang dilakukan oleh silviana simbolon pada tahun 2013
“sintesis dan karakterisasi barium m-heksaferit dengan doping ion mn dan
temperatur sintering” menggunakan bahan dasar Barium Karbonat (BaCO 3 ), Hematit
(Fe 2 O 3 ) danMangan Oksida (MnO),dikalsinasi pada temperatur 10000C selama 2
jam dan variasi temperatur sintering 11000C, 11500C, dan 12000C, masing – masing
pada suhu tersebut ditahan selama 2 jam. Karakterisasi yang dilakukan meliputi sifat
fisis yaitu densitas dan porositas dengan metode Archimedes, penyusutan dengan
menggunakan
dilatometer,
morfologi
dan
analisa
mikrostruktur
dengan
menggunakan SEM/EDX dan XRD. Dari hasil pengukuran densitas dan porositas
magnet BaFe 12 -xMnxO 19 menunjukkan bahwa nilai densitas cenderung menurun dan
porositas meningkat sebanding dengan jumlah doping ion Mn. Kondisi optimum
dicapai pada suhu sintering 11000C dengan nilai x = 0,1,menghasilkan densitas =
4,77 g/cm3 dan porositas = 15,4%. Dari hasil foto SEM/EDX terlihat adanya cacat
berupa retakan berbentuk garis dengan lebar 2,05 μm dan berpori yang memiliki
diameter sebesar 2,88 μm. Dari hasil analisis unsur menunjukkan bahwa kandungan
Fe =53,11%, Ba = 11,94%, O = 28,97%, A l=3,38dan C =2,6% (wt%).
Oleh sebab itu, proses sistesis maupun komponen unsur-unsur yang
terkandung didalam bahan akan berpengaruh terhadap produk akhir yang dihasilkan.
Pengaruh suhu dan lama sintering merupakan salah satu faktor yang sangat
mempengaruhi pertumbuhan kristalit bahan. Pertumbuhan kristalit ini dapat
dipercepat ataupun dibatasi dengan menambahkan unsur-unsur tertentu ke dalam
prekursor (Ridwan,2012).
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan Masalah
1. Apakah BaCO 3 dan Fe 2 O 3 dengan penambahan aditif Nd 2 O 3 layak sebagai
bahan untuk pembuatan magnet BaFe 12 O 19 ?
2. Bagaimana pengaruh penambahan aditif Nd 2 O 3 pada BaFe 12 O 19 yang
divariasikan dengan berat 0%, 0,8% dan 1,2 % wt terhadap sifat fisis dan sifat
magnet pada bahan ?
3. Berapa suhu sintering optimum dan berapa penambahan aditif Nd 2 O 3 yang
optimum serta bagaimana pengaruh variasi sintering terhadap sifat fisis, sifat
magnet dan struktur kristal pada bahan?
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Magnet permanen Barium Heksaferit dibuat dengan menggunakan proses
metalurgi powder dari bahan baku (Fe 2 O 3 ) murni, Barium karbonat murni
(BaCO 3 ), dan bahan aditif Neodymium oksida (Nd 2 O 3 ).
2. Komposisi Barium Heksaferit yang digunakan adalah komposisi stoikiometri
( BaO : Fe 2 O 3 = 1:6 mol)
3. Variasi aditif Nd 2 O 3 adalah 0%, 0,8% dan 1,2 % wt. Variasi suhu sintering
sebesar 1100 oC, 1150 oC dan 1200oC.
4. Pengujian yang dilakukan meliputi : densitas , X-Ray Diffraction (XRD),
Pengukuran kuat medan magnet (fluks density), dan Vibrating Sampel
Magnetometer (VSM).
5. Peralatan yang digunakan adalah spatula, beaker glass, mortar, neraca digital
4 digit, furnace high temperatur 46200, X-Ray Difraction (XRD), Hidroulic
press, cawan keramik, magnetizer, gaussmeter, oven, jangka sorong, VSM.
Dan bahan yang digunakan adalah serbuk Fe 2 O 3 murni, serbuk Barium
karbonat (BaCO 3 ), serbuk Neodymium oksida (Nd 2 O 3 ), polimer celuna WE518 dan ethanol.
Universitas Sumatera Utara
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat magnet BaFe 12 O 19 dengan penambahan aditif Nd 2 O 3
2. Mengetahui pengaruh penambahan ion Nd pada barium Heksaferit
(BaFe 12 O 19 ) dengan menggunakan senyawa Nd 2 O 3 yang divariasikan dan
melakukan analisis sifat fisis dan sifat magnet dari BaFe 12 O 19 dengan
penambahan dopping Nd 2 O 3
3. Mengetahui suhu sintering optimum pada pembuatan magnit BaFe 12 O 19 dan
pengaruhnya terhadap sifat fisis,sifat magnet dan struktur kristal
1.5
Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam merekayasa
material keramik magnetik berupa magnet permanen berbasis Barium Heksaferit
dengan penambahan aditif Nd 2 O 3 serta dapat menjadi informasi tambahan dan
dapat dimanfaatkan dalam penelitian selanjutnya. Dalam penelitian ini
diharapkan manfaat dari penelitian ini dapat digunakan sebagai bahan dasar
industri elektronik, peralatan rumah tangga, dan penyerap gelombang mikro.
1.6 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan dilaboratorium, yaitu:
1. Pusat Penelitian Pengembangan Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia (LIPI) PUSPIPTEK, Serpong.
2. Penelitian dimulai pada 01 Februari 2017 sampai dengan 01 mei 2017.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada masing-masing babadalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Bab I. Pendahuluan
Pada Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan
diteliti, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat
penelitian, dan sistematika penelitian.
Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses
pengambilan data, analisa data serta pembahasannya.
Bab III Metodelogi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagran alir penelitian
dan pengujian sampel.
Bab IV Hasil Dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa yang diperoleh dari
penelitian
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan
memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara
1.1 Latar Belakang
Barium heksaferit adalah salah satu material magnet yang banyak digunakan
saat ini. Hal ini dikarenakan Barium heksaferit merupakan magnet permanen yang
memiliki daya guna yang bagus namun harganya lebih murah bila dibandingkan
dengan material magnet sejenis. Kelebihan Barium heksaferit diantaranya yaitu
harganya yang relatif murah, mempunyai anisotropi kristalin magnet yang cukup
besar, koersivitas tinggi (6700 Oe), suhu curie yang tinggi (450 oC), magnetisasi
saturasi yang relatif besar (78 emu/g), kestabilan kimiawi yang baik, tahan
korosi(Tang,x. 2005). Dan pembuatannya yang relatif mudah. Bahan Barium
heksaferit dapat disintesis menggunakan beberapa metode yang telah dikembangkan,
diantaranya kristalisasi dari kaca, mekano-kimia, metalurgi serbuk, high ball milling,
mekanik paduan sol-gel, aerosol dan kopresipitasi( priyono, 2010)
Magnet Barium ferit mulai dikembangkan pada awal 1960, sebagai alternatif
untuk menggantikan penggunaan magnet logam. Magnet ini termasuk klasifikasi
material keramik magnet keras yang memiliki struktur heksagonal (BaFe 12 O 19 ),
sehingga dikenal juga dengan nama Barium heksaferit. Struktur yang dimiliki adalah
magnetoplumbite
(M-type)
dengan
rumus
umum
magnetoplumbite
adalah
(MFe 12 O 19 ) atau MO.6Fe 2 O 3 , dimana M dapat berupa Barium (Ba), Stronsium (Sr)
atau Timbal (Pb) (Bahadur,2006). Ferit adalah induksi remanen (Br) = (2,12-4) kG,
koersivitas (Hc) = (1,7-3,2) kOe, produk energi maksimum (Bhmaks) = (0,92-3,5)
MGOe, densitas (�)=(4,6-4,9) g/cm3 (Jeffrey,1990).
Beberapa penelitian sebelumnya antara lain : “pengaruh aditif SiO 2 terhadap sifat
fisis dan sifat magnet pada pembuatan magnet Bao.6Fe 2 O 3 ” pada tahun 2007
menggunakan bahan baku yang sama yaitu BaCO 3 dan Fe 2 O 3 dengan penambahan
aditif SiO 2 yaitu: 0%, 0,5%, 1%, 1,5%, dan 2%, dan komposisi BaO.6Fe2O3 dibuat
tetap yaitu: 1 mole BaO : 6 mole Fe 2 O 3 ,di kalsinasi 1000oC dan disintering pada
suhu 1200oC, dan masing-masing sampel yang telah disintering dikarakterisasi
meliputi sifat fisis: uji densitas – porositas, dan sifat magnet: pengukuran kuat
magnet (remanensi magnet), serta analisa struktur mikro dengan menggunakan SEM
Universitas Sumatera Utara
dan XRD. Hasil karakterisasi yang diperoleh adalah sampel dengan aditif 0,5 % dan
1 % SiO 2 , serta disintering 1200oC menghasilkan keramik magnet permanen dengan
kekuatan magnet tertinggi sekitar 800 – 990 Gauss, densitas 5,00 – 5,13 g/cm3, dan
porositas sekitar 0,57 – 1,60 %. Dari hasil analisa difraksi sinar X ternyata untuk
semua variasi aditif SiO 2 menghasilkan fasa BaO.6Fe 2 O 3 , serta dari hasil
pengamatan dengan SEM terlihat peran aditif SiO 2 sampai 1% mampu meredam
terjadinya pertumbuhan butir (grain growth), dimana untuk sampel dengan aditif 0,5
% dan 1 % SiO2 diperoleh ukuran butir setelah di sintering 1200oC adalah sekitar 1,5
– 2,0 μm.
Dan pada penelitian yang dilakukan oleh silviana simbolon pada tahun 2013
“sintesis dan karakterisasi barium m-heksaferit dengan doping ion mn dan
temperatur sintering” menggunakan bahan dasar Barium Karbonat (BaCO 3 ), Hematit
(Fe 2 O 3 ) danMangan Oksida (MnO),dikalsinasi pada temperatur 10000C selama 2
jam dan variasi temperatur sintering 11000C, 11500C, dan 12000C, masing – masing
pada suhu tersebut ditahan selama 2 jam. Karakterisasi yang dilakukan meliputi sifat
fisis yaitu densitas dan porositas dengan metode Archimedes, penyusutan dengan
menggunakan
dilatometer,
morfologi
dan
analisa
mikrostruktur
dengan
menggunakan SEM/EDX dan XRD. Dari hasil pengukuran densitas dan porositas
magnet BaFe 12 -xMnxO 19 menunjukkan bahwa nilai densitas cenderung menurun dan
porositas meningkat sebanding dengan jumlah doping ion Mn. Kondisi optimum
dicapai pada suhu sintering 11000C dengan nilai x = 0,1,menghasilkan densitas =
4,77 g/cm3 dan porositas = 15,4%. Dari hasil foto SEM/EDX terlihat adanya cacat
berupa retakan berbentuk garis dengan lebar 2,05 μm dan berpori yang memiliki
diameter sebesar 2,88 μm. Dari hasil analisis unsur menunjukkan bahwa kandungan
Fe =53,11%, Ba = 11,94%, O = 28,97%, A l=3,38dan C =2,6% (wt%).
Oleh sebab itu, proses sistesis maupun komponen unsur-unsur yang
terkandung didalam bahan akan berpengaruh terhadap produk akhir yang dihasilkan.
Pengaruh suhu dan lama sintering merupakan salah satu faktor yang sangat
mempengaruhi pertumbuhan kristalit bahan. Pertumbuhan kristalit ini dapat
dipercepat ataupun dibatasi dengan menambahkan unsur-unsur tertentu ke dalam
prekursor (Ridwan,2012).
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan Masalah
1. Apakah BaCO 3 dan Fe 2 O 3 dengan penambahan aditif Nd 2 O 3 layak sebagai
bahan untuk pembuatan magnet BaFe 12 O 19 ?
2. Bagaimana pengaruh penambahan aditif Nd 2 O 3 pada BaFe 12 O 19 yang
divariasikan dengan berat 0%, 0,8% dan 1,2 % wt terhadap sifat fisis dan sifat
magnet pada bahan ?
3. Berapa suhu sintering optimum dan berapa penambahan aditif Nd 2 O 3 yang
optimum serta bagaimana pengaruh variasi sintering terhadap sifat fisis, sifat
magnet dan struktur kristal pada bahan?
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Magnet permanen Barium Heksaferit dibuat dengan menggunakan proses
metalurgi powder dari bahan baku (Fe 2 O 3 ) murni, Barium karbonat murni
(BaCO 3 ), dan bahan aditif Neodymium oksida (Nd 2 O 3 ).
2. Komposisi Barium Heksaferit yang digunakan adalah komposisi stoikiometri
( BaO : Fe 2 O 3 = 1:6 mol)
3. Variasi aditif Nd 2 O 3 adalah 0%, 0,8% dan 1,2 % wt. Variasi suhu sintering
sebesar 1100 oC, 1150 oC dan 1200oC.
4. Pengujian yang dilakukan meliputi : densitas , X-Ray Diffraction (XRD),
Pengukuran kuat medan magnet (fluks density), dan Vibrating Sampel
Magnetometer (VSM).
5. Peralatan yang digunakan adalah spatula, beaker glass, mortar, neraca digital
4 digit, furnace high temperatur 46200, X-Ray Difraction (XRD), Hidroulic
press, cawan keramik, magnetizer, gaussmeter, oven, jangka sorong, VSM.
Dan bahan yang digunakan adalah serbuk Fe 2 O 3 murni, serbuk Barium
karbonat (BaCO 3 ), serbuk Neodymium oksida (Nd 2 O 3 ), polimer celuna WE518 dan ethanol.
Universitas Sumatera Utara
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat magnet BaFe 12 O 19 dengan penambahan aditif Nd 2 O 3
2. Mengetahui pengaruh penambahan ion Nd pada barium Heksaferit
(BaFe 12 O 19 ) dengan menggunakan senyawa Nd 2 O 3 yang divariasikan dan
melakukan analisis sifat fisis dan sifat magnet dari BaFe 12 O 19 dengan
penambahan dopping Nd 2 O 3
3. Mengetahui suhu sintering optimum pada pembuatan magnit BaFe 12 O 19 dan
pengaruhnya terhadap sifat fisis,sifat magnet dan struktur kristal
1.5
Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam merekayasa
material keramik magnetik berupa magnet permanen berbasis Barium Heksaferit
dengan penambahan aditif Nd 2 O 3 serta dapat menjadi informasi tambahan dan
dapat dimanfaatkan dalam penelitian selanjutnya. Dalam penelitian ini
diharapkan manfaat dari penelitian ini dapat digunakan sebagai bahan dasar
industri elektronik, peralatan rumah tangga, dan penyerap gelombang mikro.
1.6 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan dilaboratorium, yaitu:
1. Pusat Penelitian Pengembangan Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia (LIPI) PUSPIPTEK, Serpong.
2. Penelitian dimulai pada 01 Februari 2017 sampai dengan 01 mei 2017.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada masing-masing babadalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Bab I. Pendahuluan
Pada Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan
diteliti, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat
penelitian, dan sistematika penelitian.
Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses
pengambilan data, analisa data serta pembahasannya.
Bab III Metodelogi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagran alir penelitian
dan pengujian sampel.
Bab IV Hasil Dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa yang diperoleh dari
penelitian
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan
memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara