130 eko arief setiadi
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Efek Penambahan Al2O3-TiO2 Pada Densitas dan Kekerasan Magnet
Permanen BaO.6Fe2O3
EKO ARIEF SETIADI1), PERDAMEAN SEBAYANG1), ALDI SETIA UTAMA2), RAMLAN2)
Penelitian Fisika, LIPI, Kompleks PUSPIPTEK, Serpong, Tangerang Selatan, Banten
E-mail: [email protected]
2) Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Indralaya, Ogan Illir, Sumatera Selatan
1) Pusat
ABSTRAK: Pembuatan magnet permanen BaO.6Fe2O3 dengan penambahan aditif Al2O3-TiO2 (0;
0,6; 1,0 dan 1,5 %wt) telah dilakukan. Pencampuran serbuk dilakukan dengan metode pemaduan
mekanik. Campuran serbuk dikompaksi menjadi pellet dengan tekanan 3500kgF/cm 2 dan
disintering pada suhu 1150OC selama 2 jam. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan fasa
dominan BaO.6Fe2O3 dengan struktur heksagonal. Hasil pengukuran densitas menunjukkan
semakin banyak aditif yang ditambahkan nilai bulk density semakin besar dengan susut bakar
(linear skrinkage) yang cenderung menurun. Hasil pengukuran kekerasan dengan metode vicker
menunjukkan semakin tinggi densitas nilai kekerasannya juga semakin meningkat. Berdasarkan
hasil analisa kurva histeresis menunjukkan bahwa sampel tergolong magnet keras (hard
magnet).
Kata Kunci: Magnet permanen BaO.6Fe2O3, densitas, kekerasan, Al2O3-TiO2
PENDAHULUAN
Magnet permanen merupakan salah satu komponen penting yang sering digunakan
dalam berbagai bidang baik untuk industri skala besar maupun industri rumah tangga.
Contohnya untuk motor listrik, generator, penyerap gelombang mikro, meteran air, dan
media penyimpan data (Tudorache et al, 2012; Sharma et al, 2014; Sebayang et al, 2011).
Salah satu magnet permanen yang sering digunakan adalah barium heksaferit
(BaO.6Fe2O3). Barium heksaferit merupakan bahan magnet permanen dengan
koersivitas besar, saturasi tinggi dan medan magnet anisotropi tinggi (Meng et al, 2014).
Bahan ini telah banyak dipakai dan dikembangkan karena memiliki banyak kelebihan,
diantaranya yaitu harganya yang relatif murah dibanding magnet tanah jarang,
memiliki suhu curie yang tinggi, tahan terhadap korosi, memiliki sifat fisis yang baik
dan pembuatannya yang relatif mudah (Nowosielskie et al, 2007). Barium heksaferit
dapat disintesis dengan beberapa metode seperti hidrotermal, sol-gel, pemanduan
mekanik dan kopresipitasi (Liu et al, 2016; Wannawong et al, 2013).
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan magnet permanen barium heksaferit
dengan metode perpaduan mekanik. Metode ini dipilih karena sederhana dan mudah
dilakukan untuk produksi dalam jumlah besar. Untuk mengontrol sifat magnetiknya,
sering kali digunakan bahan aditif dengan kandungan Al, Ti, Mn, Mg dan bahan lain.
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan magnet permanen BaO.6Fe2O3 dengan
menambahkan TiO2 dan Al2O3 sebagai aditif. Al2O3 dan TiO2 memiliki sifat keras,
banyak di alam dan memiliki titik leleh lebih tinggi yaitu masing-masing 1840 dan
2072oC. (Osterman, et al, 2010). Pengaruh penambahan bahan aditif terhadap nilai
densitas, kekerasan dan sifat magnetik magnet permanen yang dihasilkan akan
dipelajari sehingga dapat diperoleh magnet permanen optimum untuk aplikasinya.
METODE PENELITIAN
Pembuatan magnet permanen ini didilakukan menggunakan bahan baku
BaO.6Fe2O3 (teknis) ditambahkan dengan Al2O3 (Aldrich) dan TiO2 (Aldrich) dengan
komposisi seperti pada tabel 1 melalui metode pemaduan mekanik dengan High Energy
Milling (HEM).
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-73
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Tabel 1. Komposisi BaO.6Fe2O3 dan aditif pada sampel
Kode
sampel.
A
B
C
D
Komposisi
BaO.6Fe2O3
(%wt)
100
99,4
99,0
98,5
Komposisi Aditif
(Al2O3 dan TiO2)
(%wt)
0
0,6
1,0
1,5
Ketiga bahan tersebut dicampur dan dimilling selama 2 jam dengan media toluen.
Setelah selesai milling kemudian dikeringkan selama 24 jam pada suhu 100 ºC dalam
furnace. Setelah kering, campuran serbuk kemudian dicetak dengan magnetic field press
dengan tekanan 3500 kgF/cm2 hingga menjadi pellet. Pellet kemudian disinter pada
suhu 1150ºC pada furnace. Densitas sampel sebelum dan sesudah sinter diukur dengan
prinsip Archimedes (ASTM C373-88-2006), dengan densitas sebelum disinter sebagai
green density dan sesudah disinter sebagai bulk density. Setelah selesai disinter sampel
diuji kekerasannya dengan Micro Hardness Tester (Leco ML 100AT) dengan metode
vicker. Sampel juga diuji fasa dan morfologi dengan X-Ray Diffraction (Rigaku
SmartLab) dan Scanning Electron Mycroscopi (Hitachi SU 3500). Sampel kemudian
dimagnetisasi dengan impuls magnetizer (Magnet physics Dr Steingover GmbH) dan
diuji sifat kemagnetannya dengan permagraf (Magnet physics Dr Steingover GmbH).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini dipelajari sifat kekerasan, densitas dan sifat magnet dari magnet
permanen BaO.6Fe2O3 yang telah ditambahkan adtif TiO2-Al2O3. Hasil preparasi serbuk
dengan penambahan aditif sebesar 0; 0,6; 1,0 dan 1,5 %wt yang di-milling selama dua
jam dikeringkan dan dicetak menjadi pellet. Densitas keempat sampel kemudian diukur
sebagai green density pellet. Hasil pengukuran green density ditunjukkan pada Gambar
1.
Gambar 1. Green Density Sampel BaO.6Fe2O4 dengan penambahan aditif Al2O3-TiO2
Hasil pengukuran menunjukkan semakin besar penambahan aditif (TiO2-Al2O3)
nilai green density semakin menurun. Namun penurunan yang terjadi tidak terlalu
signifikan sehingga dapat dikatakan sebelum dilakukan proses sinter densitas sampel
relatif sama yakni pada kisaran 2,9 g/cm2. Pada proses ini efek penambahan TiO2-Al2O3
tidak terlalu terlihat.
Keempat sampel selanjutnya disinter pada suhu 1150ºC, kemudian densitas sampel
dihitung sebagai bulk density yang ditunjukkan pada Gambar 2.
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-74
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Gambar 2. Bulk Density Sampel BaO.6Fe2O4 dengan penambahan aditif Al2O3-TiO2
Hasil analisis bulk density menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi aditif
maka nilai bulk density semakin tinggi. Hal ini terjadi karena adanya proses densifikasi.
Adanya aditif TiO2-Al2O3 yang memiliki titik leleh tinggi telah mengisi pori pada
sampel, sehingga nilai densitas meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi
aditif yang ditambahakan. Nilai bulk density setelah densifikasi sangat dipengaruhi
oleh suhu sintering dan komposisi (Setiadi et al, 2016). Nilai density tertinggi diperoleh
pada konsentrasi aditif 1,5 %wt dengan nilai 4,93 g/cm 2. Apabila dilihat perubahan
densitas dari green density ke bulk density dapat dihitung nilai susut bakar (linear
skrinkage) sampel akibat sineting. Hubungan nilai susut bakar terhadap penambahan
aditif ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Susut bakar (linear skrinkage) BaO.6Fe2O4 dengan penambahan Al2O3-TiO2
Berdasarkan gambar 3 menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi aditif yang
ditambahkan maka susut bakarnya semakin menurun. Hal ini terjadi karena aditif
TiO2-Al2O3 merupakan bahan dengan titik lebur tinggi sehingga semakin banyak
konsentrasi maka jumlah massa yang menyusut semakin kecil.
Untuk mengetahui sifat fisis sampel maka dilakukan pengujian XRD seperti yang
ditunjukkan oleh gambar 4. Pada gambar 4 menunjukkan bahwa keempat sampel
memiliki fasa dominan BaO.6Fe2O3. Dari pengujian XRD tidak terlihat adanya fasa
TiO2 dan Al2O3. Ini terjadi pada semua sampel. Sementara pada hasil uji SEM-EDX
pada sambel B (konsentrasi aditif 0,6 %wt) yng ditunjukkan pada gambar 5 terlihat
bahwa sampel masih memiliki kandungan Al dan Ti masing-masing sebesar 0,45 dan
0,13 %wt. Apabila diamati hasil pola XRD terlihat adanya pergeseran dan penurunan
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-75
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
puncak bidang menuju 2 lebih besar (ke kanan) tiap penambahan konsentrasi. Hal ini
diprediksi adanya substitusi ion Al dan atau Ti menggantikan ion Fe, sehingga tidak
terlihat puncak fasa TiO2 dan Al2O3 dalam pola spectra hasil uji XRD. Ketidak adanya
fasa TiO2 dan Al2O3 ini juga dimungkinkan karena terjadinya perubahan fasa aditif
tersebut menjadi amorf, mengingat semakin bertambahnya konsentrasi aditif
ketinggian puncak-puncak bidang semakin menurun. Akan tetapi terjadinya substitusi
dan perubahan aditif menjadi amorf ini masih perlu dianalisa lebih lanjut untuk
membuktikannya.
Gambar 4. Pola XRD Sampel BaO.6Fe2O4 dengan penambahan aditif Al 2O3-TiO2
Gambar 5. Morfologi SEM Sampel B (penambahan aditif 0,6%wt)
Hasil analisis kekerasan dengan metode vickers hardness, ditunjukkan pada
gambar 6. Pada gambar 6 ditunjukkan bahwa kekerasan sampel meningkat seiring
dengan peningkatnya konsentrasi aditif yang ditambahkan. Nilai kekerasan vicker dari
sampel tertinggi diperoleh pada sampel D (penambahan aditif 1,5 % wt) dengan nilai
kekerasan vickersnya sebesar 6589 MPa. Pola kenaikan nilai kekerasan ini mengikuti
pola bulk density yang juga meningkat. Semakin tinggi densitas pellet maka semakin
kecil rongga dan kerapatan semakin tinggi. Nilai densitas meningkat maka nilai
kekerasan juga meningkat (Biruu et al, 2015).
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-76
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Gambar 6. Kekerasan Sampel BaO.6Fe2O4 dengan penambahan aditif Al2O3-TiO2
Hasil analisa sifat kemagnetan dari kurva histeresis pengujian permagraf
ditunjukkan pada Gambar 7. Berdasarkan analisis kurva histeresis yang diukur pada
sampel A (tanpa aditif) dan sampel D (penambahan aditif 1,5 %wt) menunjukkan bahwa
penambahan aditif sampai 1,5%wt menyebabkan nilai saturasi menurun dari 2,96 kG
menjadi 2,68 kG begitu juga remanennya dari 2,03 kG menjadi 1,77 kG. Hal ini terjadi
karena sifat dari TiO2 dan Al2O3 yang merupakan bahan non magnetik sehingga ketika
ditambahkan ke dalam bahan ferromagnetik maka momen magnet total berkurang
maka pada pengukuran saturasi dan remanen akan cenderung menurun. Sedangkan
pada hasil analisa koersivitas menunjukkan penambahan aditif menyebabkan nilai
koersivitasnya pun menurun dari 1,68 kOe menjadi 1,51 kOe. Hal ini disebabkan karena
dengan adanya aditif menyebabkan konstanta anisotropinya berubah dan ketahanan
oleh pengaruh medan magnet luar juga berubah. Beberapa faktor yang dapat
mempengaruhi sifat kemagnetan adalah fasa material, adanya fasa lain (fasa nonmagnetik) dan ukuran butir (Suharyadi et al, 2014). Meskipun nilai koersivitas magnet
permanen yang dihasilkan semakin kecil ketika ditambah aditif TiO2-Al2O3, tetapi nilai
koersivitasnya masih tergolong sebagai magnet keras (hard magnet).
Gambar 7. Kurva histeresis sampel A dan D
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-77
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
KESIMPULAN
Magnet permanen barium heksaferit (BaO.6Fe2O3) telah berhasil dibuat dengan
penambahan aditif TiO2-Al2O3 dengan konsentrasi 0; 0,6; 1,0 dan 1,5 %wt dengan
metode pemaduan mekanik. Hasil analisa XRD menunjukkan keempat sampel memiliki
fasa dominan BaO.6Fe2O3 dan tidak terdapat fasa baru. Hasil pengukuran densitas
menunjukkan penambahan aditif dari 0 sampai 1,5 menyebabkan peningkatan bulk
density dari 4,64 ke 4,93 g/cm2. Sedangan nilai kekerasannya juga meningkat seiring
dengan peningkatan densitas sampel dari 4858 ke 6589 MPa. Sedangkan dari analisa
sifat kemagnetan menunjukkan penambahan aditif menyebabkan nilai koersivitas,
saturasi dan remanen menjadi menurun, tetapi masih tergolong sebagai hard magnet.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kami sampaikan kepada Pusat Penenlitian Fisika LIPI atas fasilitas
dan kesediaannya untuk mendanai penelitian ini melalui program DIPA 2016.
DAFTAR PUSTAKA
Biruu, A.K., Shiva, K., David, S.G.S., 2015. Study on Density and Hardness of Reinforced
Zinc Oxide, Proceedings 2 Materials Today, 4402
Liu, Y, Drew, M.G.B., Liu, Y., 2011. Preparation and Magnetic Properties of Barium
Ferrites Aubstituted with Manganese, Cobalt and Tin., J. Magn. Magn. Mater, vol.
323, no. 7, 945
Meng, Y.Y., He, M.H., Zeng, Q., Jiao, D.L., Shukla, S., Ramanujan, R.V., Liu, Z.W., 2014.
Synthesis of Barium Ferrite Ultrafine Powders by Sol-gel Combustion Method Using
Glycine Gels, J. Alloys Compd, vol. 583, 220.
Nowosielski, R., Babilas, R., Wrona, J., 2007. Microstucture and Magnetic Properties of
Commercial Barium Ferrite Powders, J. Achiev. Mater. Manuf. eng., vol. 20, no. 1-2,
307.
Osterman, V., Antes Jr., H., 2010. Critical Melting Points an Reference Data for Vacuum
Heat Treating. Solar Atmospheres Inc., California.
Sebayang, P., Muljadi, Adi, W.A, 2011, Kajian Struktur Mikro terhadap Sifat Magnetik
pada Magnet Permanen Ba0.6Fe2O3, TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan
Teknologi, vol. 29, no 2, 55
Setiadi, E.A., Sari, F.P., Sari, A.Y., Ramlan, Sebayang, P., 2016. Mikrostruktur dan Sifat
Kemagnetan BaFe12O19 dengan Aditif MgO-Al2O3, Widyariset, vol.2, no. 1, 1.
Sharma, M., Kashyap, S.C., Gupta, H.C., 2014, Effect of Mg-Zr Substitution and
Microwave Prosessing on Magnetic Properties of Barium Hexaferrite, Physica B, 24.
Suharyadi, E., Setiadi, E.A., Shabrina, N., Kato, T., Iwata, S., 2014. Magnetic Properties
and Microstructures of Polyethylene Glycol (PEG)-Coated Cobalt Ferrite (CoFe2O4)
Nanoparticles Synthesized by Coprecipitatin Method, Adv. Mater. Res., vol. 896, 126.
Tudorache, F., Popa, P.D., Brinza, F., Tascu, S., 2012. Structural Investigations and
Magnetic Properties of BaFe12O19 Crystals, Proc. Int. Congr. Adv. Appl. Phys. Mater.
Sci., vol. 121, no. 1, 95.
Wannawong, N., Sridet, P., Kaewrawang, A., Tonmitr, K., Siritaratiwat, A., 2013.
Preparation and Crystallographic Property of Mg- and Cu-doped Barium Ferrite.,
Proceeding -Sci. Eng., 524.
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-78
Efek Penambahan Al2O3-TiO2 Pada Densitas dan Kekerasan Magnet
Permanen BaO.6Fe2O3
EKO ARIEF SETIADI1), PERDAMEAN SEBAYANG1), ALDI SETIA UTAMA2), RAMLAN2)
Penelitian Fisika, LIPI, Kompleks PUSPIPTEK, Serpong, Tangerang Selatan, Banten
E-mail: [email protected]
2) Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Indralaya, Ogan Illir, Sumatera Selatan
1) Pusat
ABSTRAK: Pembuatan magnet permanen BaO.6Fe2O3 dengan penambahan aditif Al2O3-TiO2 (0;
0,6; 1,0 dan 1,5 %wt) telah dilakukan. Pencampuran serbuk dilakukan dengan metode pemaduan
mekanik. Campuran serbuk dikompaksi menjadi pellet dengan tekanan 3500kgF/cm 2 dan
disintering pada suhu 1150OC selama 2 jam. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan fasa
dominan BaO.6Fe2O3 dengan struktur heksagonal. Hasil pengukuran densitas menunjukkan
semakin banyak aditif yang ditambahkan nilai bulk density semakin besar dengan susut bakar
(linear skrinkage) yang cenderung menurun. Hasil pengukuran kekerasan dengan metode vicker
menunjukkan semakin tinggi densitas nilai kekerasannya juga semakin meningkat. Berdasarkan
hasil analisa kurva histeresis menunjukkan bahwa sampel tergolong magnet keras (hard
magnet).
Kata Kunci: Magnet permanen BaO.6Fe2O3, densitas, kekerasan, Al2O3-TiO2
PENDAHULUAN
Magnet permanen merupakan salah satu komponen penting yang sering digunakan
dalam berbagai bidang baik untuk industri skala besar maupun industri rumah tangga.
Contohnya untuk motor listrik, generator, penyerap gelombang mikro, meteran air, dan
media penyimpan data (Tudorache et al, 2012; Sharma et al, 2014; Sebayang et al, 2011).
Salah satu magnet permanen yang sering digunakan adalah barium heksaferit
(BaO.6Fe2O3). Barium heksaferit merupakan bahan magnet permanen dengan
koersivitas besar, saturasi tinggi dan medan magnet anisotropi tinggi (Meng et al, 2014).
Bahan ini telah banyak dipakai dan dikembangkan karena memiliki banyak kelebihan,
diantaranya yaitu harganya yang relatif murah dibanding magnet tanah jarang,
memiliki suhu curie yang tinggi, tahan terhadap korosi, memiliki sifat fisis yang baik
dan pembuatannya yang relatif mudah (Nowosielskie et al, 2007). Barium heksaferit
dapat disintesis dengan beberapa metode seperti hidrotermal, sol-gel, pemanduan
mekanik dan kopresipitasi (Liu et al, 2016; Wannawong et al, 2013).
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan magnet permanen barium heksaferit
dengan metode perpaduan mekanik. Metode ini dipilih karena sederhana dan mudah
dilakukan untuk produksi dalam jumlah besar. Untuk mengontrol sifat magnetiknya,
sering kali digunakan bahan aditif dengan kandungan Al, Ti, Mn, Mg dan bahan lain.
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan magnet permanen BaO.6Fe2O3 dengan
menambahkan TiO2 dan Al2O3 sebagai aditif. Al2O3 dan TiO2 memiliki sifat keras,
banyak di alam dan memiliki titik leleh lebih tinggi yaitu masing-masing 1840 dan
2072oC. (Osterman, et al, 2010). Pengaruh penambahan bahan aditif terhadap nilai
densitas, kekerasan dan sifat magnetik magnet permanen yang dihasilkan akan
dipelajari sehingga dapat diperoleh magnet permanen optimum untuk aplikasinya.
METODE PENELITIAN
Pembuatan magnet permanen ini didilakukan menggunakan bahan baku
BaO.6Fe2O3 (teknis) ditambahkan dengan Al2O3 (Aldrich) dan TiO2 (Aldrich) dengan
komposisi seperti pada tabel 1 melalui metode pemaduan mekanik dengan High Energy
Milling (HEM).
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-73
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Tabel 1. Komposisi BaO.6Fe2O3 dan aditif pada sampel
Kode
sampel.
A
B
C
D
Komposisi
BaO.6Fe2O3
(%wt)
100
99,4
99,0
98,5
Komposisi Aditif
(Al2O3 dan TiO2)
(%wt)
0
0,6
1,0
1,5
Ketiga bahan tersebut dicampur dan dimilling selama 2 jam dengan media toluen.
Setelah selesai milling kemudian dikeringkan selama 24 jam pada suhu 100 ºC dalam
furnace. Setelah kering, campuran serbuk kemudian dicetak dengan magnetic field press
dengan tekanan 3500 kgF/cm2 hingga menjadi pellet. Pellet kemudian disinter pada
suhu 1150ºC pada furnace. Densitas sampel sebelum dan sesudah sinter diukur dengan
prinsip Archimedes (ASTM C373-88-2006), dengan densitas sebelum disinter sebagai
green density dan sesudah disinter sebagai bulk density. Setelah selesai disinter sampel
diuji kekerasannya dengan Micro Hardness Tester (Leco ML 100AT) dengan metode
vicker. Sampel juga diuji fasa dan morfologi dengan X-Ray Diffraction (Rigaku
SmartLab) dan Scanning Electron Mycroscopi (Hitachi SU 3500). Sampel kemudian
dimagnetisasi dengan impuls magnetizer (Magnet physics Dr Steingover GmbH) dan
diuji sifat kemagnetannya dengan permagraf (Magnet physics Dr Steingover GmbH).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini dipelajari sifat kekerasan, densitas dan sifat magnet dari magnet
permanen BaO.6Fe2O3 yang telah ditambahkan adtif TiO2-Al2O3. Hasil preparasi serbuk
dengan penambahan aditif sebesar 0; 0,6; 1,0 dan 1,5 %wt yang di-milling selama dua
jam dikeringkan dan dicetak menjadi pellet. Densitas keempat sampel kemudian diukur
sebagai green density pellet. Hasil pengukuran green density ditunjukkan pada Gambar
1.
Gambar 1. Green Density Sampel BaO.6Fe2O4 dengan penambahan aditif Al2O3-TiO2
Hasil pengukuran menunjukkan semakin besar penambahan aditif (TiO2-Al2O3)
nilai green density semakin menurun. Namun penurunan yang terjadi tidak terlalu
signifikan sehingga dapat dikatakan sebelum dilakukan proses sinter densitas sampel
relatif sama yakni pada kisaran 2,9 g/cm2. Pada proses ini efek penambahan TiO2-Al2O3
tidak terlalu terlihat.
Keempat sampel selanjutnya disinter pada suhu 1150ºC, kemudian densitas sampel
dihitung sebagai bulk density yang ditunjukkan pada Gambar 2.
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-74
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Gambar 2. Bulk Density Sampel BaO.6Fe2O4 dengan penambahan aditif Al2O3-TiO2
Hasil analisis bulk density menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi aditif
maka nilai bulk density semakin tinggi. Hal ini terjadi karena adanya proses densifikasi.
Adanya aditif TiO2-Al2O3 yang memiliki titik leleh tinggi telah mengisi pori pada
sampel, sehingga nilai densitas meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi
aditif yang ditambahakan. Nilai bulk density setelah densifikasi sangat dipengaruhi
oleh suhu sintering dan komposisi (Setiadi et al, 2016). Nilai density tertinggi diperoleh
pada konsentrasi aditif 1,5 %wt dengan nilai 4,93 g/cm 2. Apabila dilihat perubahan
densitas dari green density ke bulk density dapat dihitung nilai susut bakar (linear
skrinkage) sampel akibat sineting. Hubungan nilai susut bakar terhadap penambahan
aditif ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Susut bakar (linear skrinkage) BaO.6Fe2O4 dengan penambahan Al2O3-TiO2
Berdasarkan gambar 3 menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi aditif yang
ditambahkan maka susut bakarnya semakin menurun. Hal ini terjadi karena aditif
TiO2-Al2O3 merupakan bahan dengan titik lebur tinggi sehingga semakin banyak
konsentrasi maka jumlah massa yang menyusut semakin kecil.
Untuk mengetahui sifat fisis sampel maka dilakukan pengujian XRD seperti yang
ditunjukkan oleh gambar 4. Pada gambar 4 menunjukkan bahwa keempat sampel
memiliki fasa dominan BaO.6Fe2O3. Dari pengujian XRD tidak terlihat adanya fasa
TiO2 dan Al2O3. Ini terjadi pada semua sampel. Sementara pada hasil uji SEM-EDX
pada sambel B (konsentrasi aditif 0,6 %wt) yng ditunjukkan pada gambar 5 terlihat
bahwa sampel masih memiliki kandungan Al dan Ti masing-masing sebesar 0,45 dan
0,13 %wt. Apabila diamati hasil pola XRD terlihat adanya pergeseran dan penurunan
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-75
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
puncak bidang menuju 2 lebih besar (ke kanan) tiap penambahan konsentrasi. Hal ini
diprediksi adanya substitusi ion Al dan atau Ti menggantikan ion Fe, sehingga tidak
terlihat puncak fasa TiO2 dan Al2O3 dalam pola spectra hasil uji XRD. Ketidak adanya
fasa TiO2 dan Al2O3 ini juga dimungkinkan karena terjadinya perubahan fasa aditif
tersebut menjadi amorf, mengingat semakin bertambahnya konsentrasi aditif
ketinggian puncak-puncak bidang semakin menurun. Akan tetapi terjadinya substitusi
dan perubahan aditif menjadi amorf ini masih perlu dianalisa lebih lanjut untuk
membuktikannya.
Gambar 4. Pola XRD Sampel BaO.6Fe2O4 dengan penambahan aditif Al 2O3-TiO2
Gambar 5. Morfologi SEM Sampel B (penambahan aditif 0,6%wt)
Hasil analisis kekerasan dengan metode vickers hardness, ditunjukkan pada
gambar 6. Pada gambar 6 ditunjukkan bahwa kekerasan sampel meningkat seiring
dengan peningkatnya konsentrasi aditif yang ditambahkan. Nilai kekerasan vicker dari
sampel tertinggi diperoleh pada sampel D (penambahan aditif 1,5 % wt) dengan nilai
kekerasan vickersnya sebesar 6589 MPa. Pola kenaikan nilai kekerasan ini mengikuti
pola bulk density yang juga meningkat. Semakin tinggi densitas pellet maka semakin
kecil rongga dan kerapatan semakin tinggi. Nilai densitas meningkat maka nilai
kekerasan juga meningkat (Biruu et al, 2015).
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-76
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
Gambar 6. Kekerasan Sampel BaO.6Fe2O4 dengan penambahan aditif Al2O3-TiO2
Hasil analisa sifat kemagnetan dari kurva histeresis pengujian permagraf
ditunjukkan pada Gambar 7. Berdasarkan analisis kurva histeresis yang diukur pada
sampel A (tanpa aditif) dan sampel D (penambahan aditif 1,5 %wt) menunjukkan bahwa
penambahan aditif sampai 1,5%wt menyebabkan nilai saturasi menurun dari 2,96 kG
menjadi 2,68 kG begitu juga remanennya dari 2,03 kG menjadi 1,77 kG. Hal ini terjadi
karena sifat dari TiO2 dan Al2O3 yang merupakan bahan non magnetik sehingga ketika
ditambahkan ke dalam bahan ferromagnetik maka momen magnet total berkurang
maka pada pengukuran saturasi dan remanen akan cenderung menurun. Sedangkan
pada hasil analisa koersivitas menunjukkan penambahan aditif menyebabkan nilai
koersivitasnya pun menurun dari 1,68 kOe menjadi 1,51 kOe. Hal ini disebabkan karena
dengan adanya aditif menyebabkan konstanta anisotropinya berubah dan ketahanan
oleh pengaruh medan magnet luar juga berubah. Beberapa faktor yang dapat
mempengaruhi sifat kemagnetan adalah fasa material, adanya fasa lain (fasa nonmagnetik) dan ukuran butir (Suharyadi et al, 2014). Meskipun nilai koersivitas magnet
permanen yang dihasilkan semakin kecil ketika ditambah aditif TiO2-Al2O3, tetapi nilai
koersivitasnya masih tergolong sebagai magnet keras (hard magnet).
Gambar 7. Kurva histeresis sampel A dan D
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-77
SEMINAR NASIONAL JURUSAN FISIKA FMIPA UM 2016
KESIMPULAN
Magnet permanen barium heksaferit (BaO.6Fe2O3) telah berhasil dibuat dengan
penambahan aditif TiO2-Al2O3 dengan konsentrasi 0; 0,6; 1,0 dan 1,5 %wt dengan
metode pemaduan mekanik. Hasil analisa XRD menunjukkan keempat sampel memiliki
fasa dominan BaO.6Fe2O3 dan tidak terdapat fasa baru. Hasil pengukuran densitas
menunjukkan penambahan aditif dari 0 sampai 1,5 menyebabkan peningkatan bulk
density dari 4,64 ke 4,93 g/cm2. Sedangan nilai kekerasannya juga meningkat seiring
dengan peningkatan densitas sampel dari 4858 ke 6589 MPa. Sedangkan dari analisa
sifat kemagnetan menunjukkan penambahan aditif menyebabkan nilai koersivitas,
saturasi dan remanen menjadi menurun, tetapi masih tergolong sebagai hard magnet.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kami sampaikan kepada Pusat Penenlitian Fisika LIPI atas fasilitas
dan kesediaannya untuk mendanai penelitian ini melalui program DIPA 2016.
DAFTAR PUSTAKA
Biruu, A.K., Shiva, K., David, S.G.S., 2015. Study on Density and Hardness of Reinforced
Zinc Oxide, Proceedings 2 Materials Today, 4402
Liu, Y, Drew, M.G.B., Liu, Y., 2011. Preparation and Magnetic Properties of Barium
Ferrites Aubstituted with Manganese, Cobalt and Tin., J. Magn. Magn. Mater, vol.
323, no. 7, 945
Meng, Y.Y., He, M.H., Zeng, Q., Jiao, D.L., Shukla, S., Ramanujan, R.V., Liu, Z.W., 2014.
Synthesis of Barium Ferrite Ultrafine Powders by Sol-gel Combustion Method Using
Glycine Gels, J. Alloys Compd, vol. 583, 220.
Nowosielski, R., Babilas, R., Wrona, J., 2007. Microstucture and Magnetic Properties of
Commercial Barium Ferrite Powders, J. Achiev. Mater. Manuf. eng., vol. 20, no. 1-2,
307.
Osterman, V., Antes Jr., H., 2010. Critical Melting Points an Reference Data for Vacuum
Heat Treating. Solar Atmospheres Inc., California.
Sebayang, P., Muljadi, Adi, W.A, 2011, Kajian Struktur Mikro terhadap Sifat Magnetik
pada Magnet Permanen Ba0.6Fe2O3, TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan
Teknologi, vol. 29, no 2, 55
Setiadi, E.A., Sari, F.P., Sari, A.Y., Ramlan, Sebayang, P., 2016. Mikrostruktur dan Sifat
Kemagnetan BaFe12O19 dengan Aditif MgO-Al2O3, Widyariset, vol.2, no. 1, 1.
Sharma, M., Kashyap, S.C., Gupta, H.C., 2014, Effect of Mg-Zr Substitution and
Microwave Prosessing on Magnetic Properties of Barium Hexaferrite, Physica B, 24.
Suharyadi, E., Setiadi, E.A., Shabrina, N., Kato, T., Iwata, S., 2014. Magnetic Properties
and Microstructures of Polyethylene Glycol (PEG)-Coated Cobalt Ferrite (CoFe2O4)
Nanoparticles Synthesized by Coprecipitatin Method, Adv. Mater. Res., vol. 896, 126.
Tudorache, F., Popa, P.D., Brinza, F., Tascu, S., 2012. Structural Investigations and
Magnetic Properties of BaFe12O19 Crystals, Proc. Int. Congr. Adv. Appl. Phys. Mater.
Sci., vol. 121, no. 1, 95.
Wannawong, N., Sridet, P., Kaewrawang, A., Tonmitr, K., Siritaratiwat, A., 2013.
Preparation and Crystallographic Property of Mg- and Cu-doped Barium Ferrite.,
Proceeding -Sci. Eng., 524.
ISBN 978-602-71729-1-9
FM-78