BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang - Efek Penambahan Boron Terhadap Mikrostruktur, Sifat Fisis, dan Magnetik Barium Heksaferit
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penggunaan magnet khususnya magnet permanen dewasa ini menunjukkan perkembangan yang amat pesat. Magnet permanen merupakan material rekayasa dengan aplikasi luas yang banyak digunakan pada industri di Indonesia, namun pemenuhan komponen magnet permanen sampai saat ini masih bergantung pada produk impor seperti dari Jepang dan China. Hal ini dikarenakan belum adanya produsen magnet permanen lokal dalam negeri (Sardjono, 2012).
Di Indonesia, banyak ditemui pemakaian magnet untuk berbagai macam keperluan baik untuk industri dalam skala besar maupun industri rumah tangga. Namun sayangnya, bahan magnet tidak bisa ditemukan begitu saja, melainkan harus dilakukan proses pengolahan terlebih dahulu agar bisa digunakan. Hal inilah yang menyebabkan negara kita mengimpor magnet dari luar negeri, sementara bahan baku yang merupakan sumber daya alam (SDA) lokal untuk membuat magnet begitu banyak tersedia di Indonesia (Priyono, 2004).
Persoalan inilah yang mendorong untuk dikembangkannya penelitian yang bertujuan agar diperoleh magnet yang memenuhi sifat-sifat yang dikehendaki dan inovatif, sehingga dapat dengan mudah ditemukan di pasaran. Pembuatan magnet dari bahan campuran (komposit) ini merupakan salah satu usaha yang dilakukan agar dapat dikembangkan dewasa ini dengan baik di indonesia. Meskipun begitu, magnet yang dibuat harus memiliki kualitas yang baik agar dapat bermanfaat bagi msyarakat luas dan tentu saja dapat bersaing dengan negara-negara pembuat magnet lain (Deswita, 2013).
Pengembangan teknik baru untuk memperbaiki sifat magnetik dan struktural Barium heksaferit hard magnetic menjadi tujuan dari berbagai penelitian dalam beberapa dekade terakhir. Kopresipitasi, glass crystallization, sintesis hidrotermal, sol-gel, organo metallic precursor, microemulsion,
ammonium nitrate melt dan mechanical milling/alloying adalah beberapa
teknik popular pembuatan magnet. Meskipun partikel berkualitas tinggi dapat diperoleh dengan teknik ini, batas-batas alamiah Barium heksaferit tetap ada (Topal Ugur, 2011). Perkembangan teknologi preparasi bahan yang begitu pesat telah memungkinkan disintesis bahan Barium heksaferit dengan ukuran yang sangat halus dalam rentang nanometer. Kombinasi proses sol-gel dan mechanical
alloying adalah salah satu cara untuk mendapatkan bahan Barium heksaferit
dengan ukuran butiran yang sangat halus (Estevez Rams, 2000).Pada umumnya pembuatan magnet permanen dilakukan melalui cara proses reaksi padatan (solid state reaction process) dengan teknik mechanical
alloying , yaitu diawali dengan proses pencampuran bahan baku dalam bentuk
padatan/serbuk. Serbuk Barium heksaferit (BaFe
12 O 19 ) tersebut supaya dapat
menghasilkan sifat-sifat kemagnetan yang maksimal, harus dihaluskan dan diberikan aditif hingga mencapai ukuran butiran yang kecil sekali yaitu sekitar submikron hingga nanometer (Aktas, 2008).
Bahan magnet permanen Barium heksaferit (BaO.6Fe2O3) telah sangat dikenal dan banyak digunakan baik di industri maupun pada peralatan rumah tangga. Pemanfaatan bahan barium heksaferit ini secara luas, didukung oleh harganya yang murah, nilai koersivitas, saturasi magnet dan suhu transisi magnet (suhu Curie,Tc) yang tinggi, sifat kimia yang stabil, dan tahan korosi, sehingga membuat bahan magnet ferit paling banyak digunakan dan diproduksi di industri terutama untuk komponen elektronik dan penyerap gelombang mikro. Beberapa tahun terakhir ini senyawa Barium heksaferit telah diaplikasikan dalam bidang industri material elektronik dan magnetik karena senyawa ini mempunyai magnetisasi total dan medan anisotropi yang relatif tinggi, stabil terhadap suhu tinggi dan relatif tahan terhadap bahan kimia. Sifat semacam ini sangat diperlukan sebagai material strategis di dunia industri yang merupakan material magnetik, apalagi dengan adanya subsitusi ion lain yang dapat mempengaruhi karakteristiknya (Ridwan, 2012).
Barium heksaferit dengan struktur molekul heksagonal dikenal sebagai magnet permanen, ini digolongkan kedalam lima tipe utama tergantung dari struktur kristal dan rumus kimianya, yang antara lain tipe-M (Barium heksaferit), tipe-W (BaMe
2 Fe
16 O 27 ), tipe-X (Ba
2 Me
2 Fe
28 O 46 ), tipe-Y (BaMe
2 Fe
12 O 22 ) dan
tipe-Z (Ba Me Fe O ). Komposisi umum ferit keras, juga disebut sebagai ferit
3
2
24
14 heksagonal, dinyatakan sebagai MeO.
6 Fe
2
3 , Me mewakili ion divalen seperti Ba 2- 2+ +2 , Sr , dan Pb . Menurut sifat magnetik, hard ferrite dikelompokkan menjadi dua kategori disebut isotropik dan anisotropik ferit. Dalam kasus isotropik, menunjukkan properti magnetic bahan sama di segala penjuru material, karena orientasi acak butir pada sumbu-c, yang merupakan arah magnetisasi sederhana. Nilai magnetisasi remanen (Br) ferit senilai 2000 Gauss dan kekuatan koersif He berkisar 1.500 - 20.000 Oersted tergantung pada pengolahan material (Mahbubatin, 2011).
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 Fe
2 O 3 sebagai komponen utama, komponen ini dapat
menghasilkan induksi magnetik spontan meskipun medan magnet luar dihilangkan (Efhana,2013).
Sifat-sifat kemagnetan dari Barium heksaferit sangat tergantung pada mikrostrukturnya, seperti misalnya ukuran butir (grain size) dan distribusi grain size. Dalam pembuatan Barium heksaferit ditambahkan bahan aditif yang berfungsi memperbaiki mikrostruktur yaitu mencegah pertumbuhan butir dan sebagai filler. Beberapa jenis aditif yang digunakan dalam pembuatan magnet ferit antar lain: B O , SiO , Na O (Vidyawati, 2002).
2
3
2
2 Seperti telah diketahui, sifat-sifat makroskopik seperti sifat magnet, listrik maupun mekanik bahan akan sangat bergantung pada struktur mikroskopiknya. Oleh sebab itu, proses sintesis maupun komponen unsur-unsur yang terkandung di dalam 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). Pada kegiatan ini akan diteliti pengaruh penambahan aditif B
2 O 3 ke dalam prekursor awal bahan barium ferit dengan metode mechanical milling/alloying.
Ozkan, O. T (1994) telah melakukan penelitian melihat pengaruh 0
- – 0.2 mol B
2 O
3 pada Barium heksaferit memperoleh nilai remanensi 2000
- – 2300 Gauss. Vidyawathi S.S (2002) telah melakukan membuat magnet Barium heksaferit dengan menggunakan aditif B
2 O
3 , dimana hasilnya dapat memberikanefek yang signifikan terhadap proses sintering densifikasi Barium heksaferit, dimana dengan penambahan 0,1 % sampai 0,6 % B
2 O 3 (dalam persen berat)
diperoleh densitas mendekati densitas teoritis dan diperoleh ukuran butir grain
size sekitar 1
O 0.1% -
2
3
- – 2 μm. Pada tahun 2011 Ugur Topal melihat efek B 1.0% berat memperoleh hasil koersifitas 2000
- – 3000 Oersted. Magnet yang dibuat termasuk jenis keramik magnet permanen hexagonal ferrite yang aplikasi cukup luas, seperti untuk speaker, komponen otomotif, motor listrik dan lainnya.
Boron trioksida telah digunakan sebagai aditif yang efektif untuk bahan keramik seperti BN, B
4 C, SiC. Hal ini dikarenakan boron trioksid relatif murah
dan merupakan bahan yang tidak berbahaya dan dengan demikian menjanjikan sebagai aditif dalam berbagai pengolahan keramik. Untuk itu boron dapat dimanfaatkan sebagai aditif dalam sintesis ferit dalam penelitian ini. Pada penelitian ini akan digunakan barium ferit tipe M komersil China yang akan diberikan aditif untuk melihat pengaruhnya terhadap mikrostruktur, sifat fisis dan kemagnetannya.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas maka permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh subtitusi B O terhadap
2
3
mikrostruktur, sifat fisis dan kemagnetan Barium heksaferit. Dilakukan proses penghalusan Barium heksaferit dengan menggunakan High Energy Milling
(HEM) dan variasi waktu 12, 24, dan 48 jam yang bertujuan menghasilkan serbuk
dengan ukuran partikel dalam submikron hingga nanometer. Kajian selanjutnya adalah mengamati perilaku sintering dari bahan menggunakan dilatometer.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah untuk proses pembuatan magnet keramik permanen terbatas pada :
1. Karaketerisasi Barium heksaferit komersil China terbatas dengan penambahan aditif B
2 O 3 sebanyak 0, 0.5, 1.0, dan 2.0 (dalam persen berat).
2. High Energy Milling (HEM) dengan Penelitian terbatas pada penggunaan teknik mechanical alloying.
3. Dilakukan pengujian pengaruh lamanya waktu milling terhadap ukuran partikel Barium heksaferit dengan batasan variabel waktu milling adalah 12, 24, dan 48 jam, hasil terbaik akan diterapkan sebagai waktu milling optimum.
4.
2 O 3 terbatas hanya pada
Proses pencampuran Barium heksaferit dengan B waktu milling optimum.
5. Penelitian terbatas pada suhu sintering yang diperoleh dari hasil uji termal
Barium heksaferit menggunakan dilatometer dengan waktu penahanan selama 1 jam.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah: 1. Mengetahui karakteristik serbuk Barium heksaferit selama proses milling dengan variasi waktu 12, 24, dan 24 jam menggunakan High Energy
Milling (HEM).
2. Mengetahui mikrostruktur, fasa, dimensi partikel, dan perubahan sifat magnet serbuk Barium heksaferit yang terbentuk setelah penambahan aditif B
2 O 3.
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 B