Pembuatan Magnet Berbasis Bafe12o19 – Sio2 Dan Karakterisasinya

PEMBUATAN MAGNET BERBASIS BaFe12O19 - SiO2
DAN KARAKTERISASINYA

TESIS

Oleh
BAHARUDIN HULU
137026003/FIS

PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

PEMBUATAN MAGNET BERBASISBaFe12O19 - SiO2
DAN KARAKTERISASINYA

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas SumateraUtara

Oleh
BAHARUDIN HULU
137026003/FIS

PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis

: PEMBUATAN

MAGNET
BERBASIS
BaFe12O19 – SiO2 DAN KARAKTERISASINYA
Nama Mahasiswa
: BAHARUDIN HULU
Nomor Induk Mahasiswa : 137026003
Program Studi
: Magister Ilmu Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara

Menyetujui
Komisi Pembimbing
Pembimbing I,

Pembimbing II,

(Dr. Nasruddin M.N.,M.Eng.Sc)
NIP. 19550706 198102 1 002

(Prof. Dr. Masno Ginting, M.Sc)
NIP. 19540817 198303 1 005

Ketua Program Studi,

Dr. Nasruddin M.N.,M.Eng.Sc
NIP. 19550706 198102 1 002
Dekan,

Kepala Pusat Penelitian Fisika – LIPI,

Dr. Sutarman, M.Sc
NIP. 19631026 199103 1 001

Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng
NIP. 19620430 198803 1 001

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYAILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda
tangandibawah ini:
Nama
NIM
Program Studi
Jenis Karya Ilmiah

:
:
:
:

Baharudin Hulu
137026003
Magister Ilmu Fisika
Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (NonEkslusiveRoyalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul:

PEMBUATAN MAGNET BERBASIS BaFe12O19–SiO2 DAN
KARAKTERISASINYA
Dengan hak Bebas Royalti Non-Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak
menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base,
merawat danmempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama
tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau
sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 2015

Baharudin Hulu
NIM. 137026003

PERNYATAAN ORISINALITAS

PEMBUATAN MAGNET BERBASIS BaFe12O19–SiO2
DAN KARAKTERISASINYA

TESIS

Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil
kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satuannya telah
dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan,

2015

Baharudin Hulu
NIM. 137026003

Telah diuji pada
Tanggal :

Juli 2015

PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua

: Dr. Nasruddin M.N., M.Eng.Sc

Anggota

: 1. Prof. Dr. Masno Ginting, M.Sc
2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
3. Prof. Drs. M. Syukur, M.S
4. Dr.Kerista Sebayang, M.S

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI
Nama Lengkap

: Baharudin Hulu, S.Pd

Tempat dan Tanggal Lahir

: Ombolata, 01 Januari 1979

Alamat Rumah

: Ombolata, Desa Ombolata, Kec. Alasa,
Kab. Nias Utara

Telepon/Faks/HP

: 085275554335

e-mail

: ruddywoo@yahoo.co.id

Instansi Tempat Bekerja

: SMA Negeri 1 Alasa

Alamat Kantor

: Jln. Pramuka Desa Ombolata, Kec. Alasa

Kab. Nias Utara

Telepon/Faks/HP

: -

DATA PENDIDIKAN
SD

: SD Negeri No. 071150 Ombolata

Tamat : 1990

SMP

: SMP Negeri 1 Alasa

Tamat : 1993

SMA

: SMA Negeri 1 Gunungsitoli

Tamat : 1996

Strata-1

: FMIPA UNIMED

Tamat : 2002

Strata-2

: PSMF PPs FMIPA USU

Tamat : 2015

PEMBUATAN MAGNET BERBASIS BaFe12O19 - SiO2 DAN
KARAKTERISASINYA

ABSTRAK
Pembuatan dan karakterisasi magnet telah berhasil dilakukan dengan
mencampurkan serbuk bahan magnet BaFe12O19 dan serbuk SiO2. Variasi
komposisi BaFe12O19 : SiO2 terdiri dari 100:0, 80:20, 70:30, 60:40 dan 50:50
dalam % berat. Pencampuran dilakukan dengan metode dry milling menggunakan
Planetary Ballmill (PBM) selama 48 jam. Serbuk hasil pencampuran dicetak
secara anisotropi pada tekanan 35 kgf/cm2sehingga menghasilkan pelet dengan
diameter 12 mm dan tebal 3-5 mm. Pelet tersebut kemudian dibakar (sinter) pada
suhu 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C, 800 °C dan ditahan pada masing-masing
suhu tersebut selama 2 jam sehingga diperoleh sampel uji. Karakterisasi sampel
uji meliputi analisa sifat fisis, struktur mikro dan pengukuran sifat magnet
(histerisis). Hasil identifikasi pola XRD menunjukkan bahwa fasa yang terbentuk
terdiri dari BaFe12O19, SiO2 dan Fe3O4. Morfologi permukaan yang diamati
dengan SEM menunjukkan bahwa ukuran butir < 1 μm. Berdasarkan hasil
pengukuran dengan permagraph, diketahui bahwa sifat magnetik yang terbaik
diperoleh pada komposisi 80:20 dengan suhu sintering 800 oC di mana nilai
koersifitas (Hc), remanensi (Br)dan energi produk maksimum (BHmaks) berturutturut 1,656 kOe, 0,81 kG dan 0,414 MGOe.
Kata kunci : sifat magnet, bariumheksaferit, aditif silika

MANUFACTURE OF BaFe12O19 - SiO2BASED MAGNETAND
CHARACTERIZATION

ABSTRACT
Preparation and characterization of magnetic have been successfully carried out
by mixing the magnetic material BaFe12O19 powder and SiO2 powder. The Ba
Fe12O19/SiO2 ratios used were 100:0, 80:20, 70:30, 60:40 and 50:50 by weight
percent. Mixing is done with a dry milling method using Planetary Ballmill
(PBM) for 48 hours. Powder blending results was printed on anisotropy pressure
35 kgf/cm2 to produce pellets with a diameter with of 20 mm and 5 mm
thickness.of 12 mm and 3-5 mm thickness. The pellets are then burned (sintered)
at a temperature of 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C, 800 °C and held at each of
these temperatures for 2 hours in order to obtain test samples. Characterization
of the test sample includes the analysis of physical properties, microstructure and
measurement of the magnetic properties (hysteresis). The XRD pattern
identification results showed that the phase is formed consisting of BaFe12O19,
SiO2 and Fe3O4. The surface morphology were measured by SEM showed that the
grain size ˂ 1 μm. Based on the results of measurements with permagraph, it is
known that the best magnetic properties are obtained on the composition of 80:20
with sintering temperature of 800 °C where the coercivity value (Hc), remanence
(Br) and maximum energy product (BHmaks) respectively 1.656 kOe, 0.81 kG and
0.414 MGOe.
Keywords : magnetic properties, barium heksaferit, silica additive

DAFTAR ISI

Halaman
KATA PENGANTAR ...................................................................................

i

ABSTRAK .....................................................................................................

iii

ABSTRACT ....................................................................................................

iv

DAFTAR ISI ..................................................................................................

v

DAFTAR TABEL .......................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................

ix

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................

xi

BAB I

PENDAHULUAN .........................................................................

1

1.1

Latar Belakang .......................................................................

1

1.2

Perumusan Masalah ..............................................................

3

1.3

Batasan Masalah ...................................................................

4

1.4

Tujuan Penelitian ..................................................................

4

1.5

Manfaat Penelitian ................................................................

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................

5

2.1

Terminologi Kemagnetan Material .......................................

5

2.2

Klasifikasi Sifat Kemagnetan Material .................................

6

2.2.1 Diamagnetik ..............................................................

6

2.2.2 Paramagnetik .............................................................

7

2.2.3 Ferromagnetik ...........................................................

8

2.2.4 Antiferromagnetik .....................................................

8

2.2.5 Ferrimagnetik .............................................................

9

Sifat Intrinsik Kemagnetan Fasa Magnetik ...........................

9

2.3.1 Domain magnetik dan kurva histeresis .....................

9

2.3.2 Polarisasi total fasa magnetik ....................................

14

2.3

2.3.3 Medan anisotropi (anisotropy field) fasa magnetik ...

14

2.3.4 Produk energi maksimum (BH)max .............................

15

2.3.5 Temperatur curie fasa magnetik ................................

16

2.4

Magnet Komposit ..................................................................

17

2.5

Barium Heksaferit (BaFe12O19) .............................................

18

2.6

Silika .....................................................................................

19

2.7

Polivinil Alkohol ...................................................................

21

2.8

Proses Kalsinasi ....................................................................

22

2.9

Metalurgi Serbuk ...................................................................

23

2.9.1 Pencampuran (mixing) ...............................................

23

2.9.2 Penekanan (kompaksi) ..............................................

24

2.9.3 Sintering .....................................................................

24

2.10 Karakterisasi Material ...........................................................

25

2.10.1 Densitas .....................................................................

25

2.10.2 Porositas ....................................................................

26

2.10.3 X-ray diffraction (XRD) ............................................

27

2.10.4 Scanning Electron Microscope (SEM) .....................

29

2.10.5 Permagraph ................................................................

30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................

31

3.1

Tempat dan Waktu Penelitian ...............................................

31

3.2

Peralatan dan Bahan ..............................................................

31

3.2.1 Peralatan ....................................................................

31

3.2.2 Bahan .........................................................................

32

3.3

Diagram Alir Penelitian ........................................................

33

3.4

Prosedur Penelitian ...............................................................

33

3.4.1 Pencampuran bahan baku ..........................................

34

3.4.2 Proses kompaksi ........................................................

34

3.4.3 Proses sintering ..........................................................

35

3.4.4 Magnetisasi ................................................................

35

Karakterisasi ..........................................................................

35

3.5.1 Densitas .....................................................................

35

3.5

3.5.2 Porositas ....................................................................

36

3.5.3 Struktur mikro ...........................................................

36

3.5.4 Sifat magnetik ...........................................................

36

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................

37

4.1

Karakterisasi Serbuk Bahan Sampel .....................................

37

4.1.1 Ukuran partikel ..........................................................

37

4.1.2 Analisa X-ray diffraction (XRD) ...............................

38

4.1.3 True Density ...............................................................

40

Karakterisasi Sampel .............................................................

41

4.2.1 Bulk density ...............................................................

41

4.2.2 Porositas ....................................................................

43

4.2.3 Fluks magnetik ..........................................................

44

4.2.4 Kurva histerisis ..........................................................

46

4.2.5 Komposisi fasa ...........................................................

47

4.2.6 Analisis foto SEM .....................................................

48

KESIMPULAN DAN SARAN .....................................................

51

5.1

Kesimpulan ...........................................................................

51

5.2

Saran ......................................................................................

52

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................

53

4.2

BAB V

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

No.

Judul

2.1

Sifat Beberapa Magnet Keras ..............................................................

15

2.2

Karakteristik Silika ..............................................................................

23

2.3

Bentuk Kristal Utama Silika ................................................................

24

2.4

Karakteristik Fisik Polivinil Alkohol ...................................................

26

4.1

Data Hasil Pengukuran True Density Bahan BaFe12O19 - SiO2 ...........

46

4.2

Data Bulk Density Magnet Berbasis BaFe12O19 - SiO2Dengan
Berbagai Komposisi Pada Suhu Sintering 600 oC, 650 oC,
700 oC, 750 oC dan 800 oC(Ditahan Selama 2 Jam Pada
Masing-MasingSuhu Tersebut) ............................................................

48

Data Porositas Magnet Berbasis BaFe12O19 - SiO2 Dengan
Berbagai Komposisi Pada Suhu Sintering 600 oC, 650 oC,
700 oC, 750 oC dan 800 oC(Ditahan Selama 2 Jam Pada
Masing-Masing Suhu Tersebut) ..........................................................

50

Data FluksMagnetik Magnet Berbasis BaFe12O19 - SiO2 Dengan
Berbagai Komposisi Pada Suhu Sintering 600 oC, 650 oC,
700 oC, 750 oC dan 800 oC(Ditahan Selama 2 Jam Pada
Masing-Masing Suhu Tersebut) ...........................................................

51

SifatKemagnetan Magnet Berbasis BaFe12O19 - SiO2
Dengan Berbagai Komposisi dan Suhu Sinter ....................................

53

4.3

4.4

4.5

Halaman

DAFTAR GAMBAR

No.

Judul

2.1

Arah Domain Magnetik Pada Material Diamagnetik Sebelum dan
Sesudah Diberi Medan Magnet Eksternal ............................................

8

Arah Domain Magnetik Pada Material Paramagnetik Sebelum dan
Sesudah Diberi Medan Magnet Eksternal ............................................

9

2.3

Arah Domain Magnetik Pada Ferromagnetik .....................................

9

2.4

Arah Domain Magnetik Pada Antiferromagnetik ...............................

10

2.5

Arah Domain Magnetik Pada Ferrimagnetik ......................................

10

2.6

Kurva Histerisis Pada Ferromagnetik .................................................

12

2.7

Kurva Histerisis ...................................................................................

13

2.8

Arah Partikel Pada Magnet (a) Isotropi dan (b) Anisotropi ................

16

2.9

Penentuan Nilai (BH)maxDari Kuadran Ke-II Kurva Histerisis ...........

18

2.10

(a) Perspektif dari unit sel BaFe12O19 tipe M dan
(b) polyhedra dari unit sel BaFe12O19 tipe M .......................................

21

2.11

Struktur Silika Tetrahedral ..................................................................

23

2.12

Struktur Kimia Polivinil Alkohol .........................................................

25

2.13

Skema Representasi Tahap Sintering Dan Jenis Proses Sinter ...........

28

2.14

Diagram X-Ray Diffractometer ............................................................

32

2.15

Difraksi Bidang Atom ..........................................................................

33

2.16

Skema Alat Scanning Electron Microscopy (SEM) ............................

34

3.1

Diagram Alir Pembuatan Magnet Berbasis BaFe12O19 - SiO2 .............

38

4.1

Distribusi Ukuran Partikel(a) Awal BaFe12O19, (b) Awal SiO2
dan (c) BaFe12O19 - SiO2Setelah Digiling Selama 48 Jam ..................

44

2.2

Halaman

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

Pola XRD Serbuk BaFe12O19Yang Dikalsinasi Pada Suhu
1000 oC, Serbuk SiO2 dan Serbuk BaFe12O19/SiO2Setelah
Digiling Selama 48 Jam ......................................................................

45

Hubungan Antara % wt Penambahan SiO2 Terhadap True Density
Bahan BaFe12O19 - SiO2 .......................................................................

46

Hubungan Suhu Sintering Terhadap Bulk Density Magnet Berbasis
BaFe12O19 - SiO2 Dengan Berbagai Komposisi ..................................

48

Hubungan Suhu Sintering Terhadap Porositas Magnet Berbasis
BaFe12O19 - SiO2 Dengan Berbagai Komposisi ..................................

50

Hubungan Suhu Sintering Terhadap Fluks Magnetik Magnet
BerbasisBaFe12O19 - SiO2Dengan Berbagai Komposisi .....................

51

Kurva Histerisis Magnet Berbasis BaFe12O19 - SiO2
Dengan Berbagai Komposisi dan Suhu Sinter ....................................

53

Pola XRD Sampel Magnet Berbasis BaFe12O19 - SiO2 Dengan
% wt SiO2 dan Suhu Sintering (oC) : (a) 20; 800, (b)20; 750,
(c)30; 700, (d)40; 650 dan (e). 50; 600 ...............................................

54

Foto SEMSampel Magnet Berbasis BaFe12O19 – SiO2Dengan
% wt SiO2 dan Suhu Sintering (oC) : (a) 20; 800, (b)20; 750,
(c)30; 700, (d)40; 650 dan (e). 50; 600 ...............................................

55

DAFTAR LAMPIRAN

No.

Judul

2.1

Arah Domain Magnetik Pada Material Diamagnetik Sebelum dan
Sesudah Diberi Medan Magnet Eksternal ............................................

2.2

Halaman

Arah Domain Magnetik Pada Material Paramagnetik Sebelum dan

8