Pengaruh Pengkayaan Nd pada Pembuatan Serbuk Bahan Magnet Nd2Fe14B Terhadap Struktur Kristalin, Mikrostruktur dan Sifat Magnet

4

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA

2.1

DEFINISI MAGNET SECARA UMUM

Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak
dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah magnet terdiri atas
magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun teratur), magnetmagnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam yang bukan magnet, magnet
elementernya mempunyai arah sembarangan (tidak teratur) sehingga efeknya saling
meniadakan, yang mengakibatkan tidak adanya kutub-kutub magnet pada ujung
logam. Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu: utara dan selatan. Kutub magnet
adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang
paling besar berada pada kutub-kutubnya.
Magnet dapat menarik benda lain, beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat
dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik
yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang
mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah

contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan
intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan
SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber (1weber/m2 = 1 tesla) yang
mempengaruhi luasan satu meter persegi.

2.2

(Halliday, 1978)

JENIS BAHAN MAGNET

Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam
komponen pembentuknya. Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan,
bahan dapat digolongkan menjadi 5 yaitu:
2.2.1

BAHAN DIAMAGNETIK

Bahan diamagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas negatif dan
sangat kecil. Sifat diamagnetik ditemukan oleh faraday pada tahun 1846 ketika

sekeping bismuth ditolak oleh kedua kutub magnet, hal ini memperlihatkan bahwa

Universitas Sumatera Utara

5

medan induksi dari magnet tersebut menginduksi momen magnetik pada bismuth
pada arah berlawanan dengan medan induksi pada magnet.

(Tipler, 1991)

Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron. Karena atom
mempunyai elektron orbital, maka semua bahan bersifat diamagnetik. Suatu bahan
dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin
elektron yang tidak berpasangan.
Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan,
akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya.Contoh bahan diamagnetik yaitu:
bismut, perak, emas, tembaga dan seng.Permeabilitas bahan diamagnetik adalah
0 dan suseptibilitas magnetiknya χm < 0.
2.2.2

<

(Halliday&Resnick,1978)

BAHAN PARAMAGNETIK

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masingmasing atom atau molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total
seluruh atau molekul dalam bahan adalah nol. Hal ini disebabkan karena gerakan
atom atau molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing
atom saling meniadakan. Bahan ini jika diberi magnet luar, maka elektronelektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomis
searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen
magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Permeabilitas bahan
paramagnetik adalah

> 0 dan suseptibilitas magnetiknya χm > 0. Contoh bahan

paramagnetik adalah alumunium, magnesium, dan wolfram.

(willian, 2003).

Gambar 2.1 Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik sebelum diberi medan
magnet luar
Bahan ini jika diberi medan magnet luar, elektron-elektronnya akan berusaha
sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan

Universitas Sumatera Utara

6

magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang
menjadi terarah oleh medan magnet luar.

Gambar 2.2 Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah diberimedan magnet
luar

2.2.3

BAHAN FERROMAGNETIK

Bahan feromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar. Hal
ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan
feromagnetik banyak spin elektron tidak berpasangan, misalnya pada atom besi
terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin
leektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga
total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar. Medan magnet
dari masing-masing atom dalam bahan feromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi
antara atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri
membentuk kelompok-kelompok.
Kelompok atom yang menyejajarkan dirinya dalam suatu daerah dinamakan
domain. Bahan feromagnetik sebelum diberi medan magnet luar mempunyai domain
yang momen magnetiknya kuat, tetapi momen magnetik ini mempunyai arah yang
berbeda-beda dari satu domain ke domain yang lain sehingga medan magnet yang
dihasilkan tiap domain saling meniadakan. Bahan feromagnetik jika diberi medan
magnet dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri searah dengan
medan magnet luar. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak domaindomain yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam bahan
feromagnetik akan kuat semakin kuat. Setelah seluruh domain terarahkan,
penambahan medan magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada
lagi domain yang disearahkan. Keadaan ini dinamakan keadaan jenuh atau saturasi.
Permeabilitas bahan feromagnetik adalah

>>> 0 dan suseptibilitas magnetiknya

χm >>> 0. Contoh bahan feromagnetik adalah besi, baja, besi silicon, dan lain-lain.

Universitas Sumatera Utara

7

Sifat kemagnetan bahan feromagnetik ini akan hilang pada temperature yang disebut
temperature Curie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 770°C dan untuk baja
adalah 1043°C.

(Tipler, 1991)

Gambar 2.3 Momen Magnetik Dari Sifat Ferromagnetik
2.1 Tabel perbandingan bahan magnet

2.2.4

Jenis Bahan

Permeabilitas

Suseptibilitas

Diamagnetik

<

0

χm< 0

Paramagnetik

>

0

χm> 0

Ferromagnetik

>>>

0

χm>>> 0

BAHAN ANTIFERROMAGNETIK

Jenis ini memiliki arah domain yang berlawanan arah dan sama pada kedua arah.
Arah domain magnet tersebut berasal dari jenis atom sama pada suatu kristal. Pada
unsur dapat ditemui pada unsur cromium, tipe ini memiliki arah domain yang menuju
dua arah dan saling berkebalikan. Jenis ini memiliki temperature curie yang rendah
sekitar 37 ºC untuk menjadi paramagnetik.

Gambar 2.4. Arah domain dalam bahan anti ferromagnetik
Pada bahan anti ferromagnetik terjadi peristiwa kopling mome magnetik

diantara atom-atom atau ion –ion yang berdekatan. Peristiwa kopling tersebut
menghasilkan terbentuknya orientasi spin yang antiparalel. Suseptibilitas bahan anti
ferromagnetik adalah kecil dan bernilai positif. Contoh bahan anti ferromagnetic:
MnO2,MnO,dan FeO.

(Nicola,2003).

Universitas Sumatera Utara

8

2.2.5

BAHAN FERRIMAGNETIK

Pada bahan yang bersifat dipol yang berdekatan memiliki arah yang berlawanan
tetapi momen magnetiknya tidak sama besar. Bahan ferrimagnetik memiliki nilai
susepbilitas tinggi tetapi lebih rendah dari bahan ferromagnetik, beberapa contoh dari
bahan ferrimagnetik adalah ferrite dan magnetite.

(Mujiman, 2004)

Gambar 2.5 Momen Magnet Dari Sifat Ferimagnetik

2.3

TEORI MAGNET

2.3.1

HISTERESIS MAGNET

Magnet biasanya dibagi atas dua kelompok yaitu: magnet lunak dan magnet keras.
Magnet keras dapat menarik bahan lain yang bersifat magnet. Selain itu sifat
kemagnetannya dapat dianggap cukup kekal. Magnet lunak dapat bersifat magnetik
dan dapat menarik magnet lainnya. Namun, hanya memiliki sifat magnet apabila
berada dalam medan magnet dan sifat kemagnetannya tidak kekal. Perbedaan antara
magnet permanen atau magnet keras dan magnet lunak dapat dilakukan dengan
menggunakan loop histerisis yang telah dikenal seperti pada gambar 2.6. Dikatakan
bahwa, induksi magnet, B meningkat. Dengan sendirinya, jumlah induksi tergantung

pada medan magnet dan jenis bahan. Pada contoh Gambar 2.6, rasio B/H tidak linear,
terjadi lompatan induksi mencapai level yang tinggi, kemudian rasio tersebut hampir
konstan dalam medan yang lebih kuat.

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.6 Kurva Magnetisasi

Universitas Sumatera Utara

9

a. Induksi awal (B) versus medan magnet (H).
b. Loop histerisis (magnet lunak).
c. Loop histerisis (magnet keras).
Baik induksi remanen (rapat fluks) dan medan koersif, B dan –HC masingmasing, besar untuk magnet keras. Hasil perkalian BH merupakan patokan untuk
energi demagnetisasi.
Pada magnet lunak, terjadi penurunan kembali yang hampir sempurna jika
medan magnet ditiadakan. Medan magnet bolak-balik akan menghasilkan kurva
simetris dikuadran ketiga. Kurva histerisis magnet permanen sangat berbeda. Bila
medan magnet ditiadakan, induksi tersisa akan menghasilkan induksi remanen, Br.
Medan yang berlawanan, yang disebut medan koersif, -HC, diperlukan sebelum
induksi turun menjadi nol. Sama dengan magnet lunak, loop tertutup dari magnet
memiliki simetri 180o.
Karena hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m 2) merupakan
energi per satuan volume (J/m3) disebut dengan energi produk maksimum (BH)max,
luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama dengan energi yang
diperlukan untuk siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai +H hingga –H sampai 0.
Energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat diabaikan, magnet kerasmemerlukan
energi lebih banyak sehingga kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan.
Dikatakan dengan magnetisasi permanen.
Magnet permanen dapat diberi indeks berdasarkan medan koersif yang
diperlukan untuk menghilangkan induksi. Patokan ukuran yang lebih baik adalah
hasil kali BH. Hasil kali BH maksimum lebih sering digunakan karena merupakan
barier energi kritis yang harus dilampaui. Magnet lunak merupakan pilihan tepat
untuk penggunaan pada arus bolak-balik atau frekuensi tinggi, karena harus
mengalami magnetisasi dan demagnetisasi berulang kali selama selang satu detik.
Spesifikasi yang agak kritis untuk magnet lunak adalah induksi jenuh (tinggi), medan
koersif (rendah), dan permeabilitas maksimum (tinggi). Baik induksi remanen (rapat
fluks) dan medan koersif, B dan –HC masing-masing, besar untuk magnet keras.
Hasil perkalian BH merupakan patokan untuk energi demagnetisasi.
Pada magnet lunak, terjadi penurunan kembali yang hampir sempurna jika
medan magnet ditiadakan. Medan magnet bolak-balik akan menghasilkan kurva

Universitas Sumatera Utara

10

simetris dikuadran ketiga. Kurva histerisis magnet permanen sangat berbeda. Bila
medan magnet ditiadakan, induksi tersisa akan menghasilkan induksi remanen, Br.
Medan yang berlawanan, yang disebut medan koersif, -HC, diperlukan sebelum
induksi turun menjadi nol. Sama dengan magnet lunak, loop tertutup dari magnet
memiliki simetri 180o. Karena hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m 2)
merupakan energi per satuan volume (J/m 3) disebut dengan energi produk maksimum
(BH)max, luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama dengan
energi yang diperlukan untuk siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai +H hingga –H
sampai 0. Energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat diabaikan, magnet
kerasmemerlukan energi lebih banyak sehingga kondisi-ruang, demagnetisasi dapat
diabaikan. Dikatakan dengan magnetisasi permanen.
Magnet permanen dapat diberi indeks berdasarkan medan koersif yang
diperlukan untuk menghilangkan induksi. Patokan ukuran yang lebih baik adalah
hasil kali BH. Hasil kali BH maksimum lebih sering digunakan karena merupakan
barier energi kritis yang harus dilampaui. Magnet lunak merupakan pilihan tepat
untuk penggunaan pada arus bolak-balik atau frekuensi tinggi, karena harus
mengalami magnetisasi dan demagnetisasi berulang kali selama selang satu detik.
Spesifikasi yang agak kritis untuk magnet lunak adalah induksi jenuh (tinggi), medan
koersif (rendah), dan permeabilitas maksimum (tinggi).

2.3.2

(Van Vlack, 1984)

SUSEPTIBILITAS MAGNET

Suseptibilitas magnetik adalah ukuran dasar bagaimana sifat kemagnetansuatu bahan yang merupakan
sifat magnet bahan yang ditunjukkan dengan adanya respon terhadap induksi medan magnet yang
merupakan rasio antaramagnetisasi dengan intensitas medan magnet. Dengan mengetahui nilai
suseptibilitas magnetik suatu bahan, maka dapat diketahui sifat-sifat magnetik lain dari bahan tersebut.
χm adalah suseptibilitas magnet bahan (besaran tidak berdimensi). Apabila

logam

ditempatkan dalam medan magnetik berkekuatan H, maka medan induksi dalam
logam adalah:
B= H + 4πI ….................................………………………………………….(2.1)
Dimana I adalah intensitas magnetisasi. Besaran I merupakan sifat
karakteristik logam, dan berkaitan dengan suseptibilitas per satuan volume logam
yang didefenisikan sebagai berikut

Universitas Sumatera Utara

11

=

……………….....……..............................................…………………...(2.2)
Logam yang memiliki

negatif, seperti seperti tembaga, perak, emas, dan

bismut, ditolak oleh medan dan disebut material diamagnetik. Logam umumnya
memiliki nilai positif (berarti mengalami gaya tarik medan), bersifat paramagnetik
(jika

kecil)atau ferromagnetik (jika

sangat besar). Hanya empat logam murni-

besi, kobalt, dan nikel dari seri transisi, dan gadolinium dari seri tanah jarang
bersifat ferromagnetik ( = 1000) pada temperatur ruang, tetapi ada beberapa paduan
ferromagnetik bahkan beberapa diantaranya tidak mengandung logam yang bersifat
ferromagnetik.

2.3.3

(Smallman,R.E. 2000)

MAGNETISASI

Magnetisasi adalah sebuah proses ketika sebuah materi yang ditempatkan dalam
suatu

bidang

magnetik

akan

menjadi magnet. Proses

ini

ditentukan

oleh

jenis bahan yang disesuaikan dengan kekuatan medan magnet. Pada sebagian besar
bahan, proses magnetisasi sangat kecil. Bahan yang menghasilkan magnetisasi kuat
sekalipun berada di medan magnet yang lemah disebut feromagnetik. Bahan
feromagnetik terdiri dari dua bidang kecil yaitu kompleks weiss dan bidangbidang elementer. Bahan tersebut akan mengalami magnetisasi tinggi karena sumbusumbu perputaran elektronnya sejajar. Faktor lain yang melemahkan magnetisasi
adalah pengarahan kompleks weiss pada bahan yang sembarangan. Misalnya terjadi
pada sebuah batang besi yang dimagnetisasi namun arah kompleks weiss
sembarangan maka besi tersebut tidak akan menjadi magnet atau tidak mengalami
magnetisasi. Pengarahan kompleks weiss yang benar adalah terarah sejajar dengan
medan bahan yang akan dimagnetisasi. Magnetisasi akan terjadi jika semua bidang
bahan sudah terbentuk dan bahan tersebut sudah dikatakan jenuh.
Vektor intensitas medan magnetik H yang melakukan fungsi magnetisasi
itu harus memenuhi syarat harga yang sama atau lebih besar daripada harga jenuh
H bahan ferromagnetik, yang dapat diamati dari kurva B-H histeresisnya.
Hubungan B, H, dan M ditunjukkan oleh persamaan berikut ini:
B = µH = µ 0 µ r H = µ 0 (1+χm) H ........................................................

(2.3)

Vektor magnetisasi:
M = χm H ...........................................................................................

(2.4)

Universitas Sumatera Utara

12

Dimana χm = suseptibilitas magnetik = (µ r – 1), tidak memiliki dimensi,
dan µ r adalah permeabilitas relatif bahan (tidak memiliki dimensi). Nilai
suseptibilitas magnetik suatu bahan dipengaruhi suhu. (Halliday & Resnick, 1978)

2.3.4

MAGNET PERMANEN

Magnet Permanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan medan
magnetyang besarnya tetap tanpa adanya pengaruh dari luar atau disebut magnet
alam karenamemiliki sifat kemagnetan yang tetap. Jenis magnet permanen yang
diketahui terdapatpada :
1. Magnet Neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat. Magnet
neodymium ( juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo), merupakan
sejenis magnet tanah jarang terbuat dari campuran logam neodymium.
2. Magnet Samarium – Cobalt : salah satu dari dua jenis magnet bumi yang
langka, merupakan magnet permanen yang kuat tebuat dari paduan samarium
cobalt.
3. Magnet Keramik, misalnya Barium Hexaferrite .
4. Plastic Magnet dan Magnet Alnico.
Tabel 2.2. Perbandingan Karakteristik Magnet Permanen.(Irasari & Idayanti,2007)
Material

2.4

Induksi

Koersifitas(Hc)

EnergiProduk

Remanen(Br)T

MA/m

(BHmax)

SrFerit

0,43

0,20

34

Alnico 5

1,27

0,05

44

Sm2Co17

1,05

1,30

208

Nd2Fe14B

1,36

1,03

350

NANOMAGNETIK

Nanomagnet adalah sistem submicrometrik yang menyajikan rangka magnetik
spontan (magnetisasi) pada nol medan magnet diterapkan (remanence). Ukuran
kecil dari nanomagnets mencegah pembentukan domain. Dinamika magnetisasi
nanomagnets cukup kecil pada suhu rendah, biasanya magnet-molekul tunggal,
menyajikan fenomena kuantum, seperti makroskopik berputar tunneling. Pada
suhu yang lebih besar, magnetisasi mengalami fluktuasi termal acak

Universitas Sumatera Utara

13

(superparamagnetis) yang menyajikan batas untuk penggunaan nanomagnetik
untuk penyimpanan informasi permanen.Contoh nanomagnets adalah biji-bijian
dari logam feromagnetik (besi, kobalt, dan nikel) dan magnet-molekul tunggal.
Sebagian besar nanomagnets memiliki logam transisi (titanium, vanadium,
kromium, mangan, besi , kobalt atau nikel) atau tanah jarang (Gadolinium,
Europium, Erbium) atom magnetik.
Sebuah nanomagnet bisa telah ditingkatkan sifat elektronik karena efek
ukuran, seperti spin lama waktu relaksasi konduksi elektron, yang mungkin
berguna untuk perangkat spintronic nano-skala.

2.5

(Halliday, 1978)

MAGNET PERMANEN NdFeB

Magnet NdFeB adalah jenis magnet permanen rare earth (tanah jarang) yang
memiliki sifat magnet yang sangat baik, seperti pada nilai induksi remanen,
koersivitas dan energi produk yang lebih tinggi pula apabila dibandingkan dengan
magnet permanen lainnya. Dengan memiliki sifat magnetik yang tinggi, dalam
aplikasinya magnet NdFeB dapat berukuran lebih kecil. Magnet logam tanah
jarang (rare earth) terbentuk dari 2 atom unsur logam tanah jarang yaitu
Neodymium, unsur lainnya adalah 14 atom Besi dan 1 atom Boron, sehingga
rumus molekul yang terbentuk adalah Nd2Fe14B.

(Novrita, 2006)

Magnet permanen Neodymium-Iron-Boron memiliki energi produk yang
paling tinggi (mencapai 55 MGOe) dari keseluruhan material magnetik. Magnet
NdFeB mempunyai dua proses utama; proses serbuk dan melt quenching. Energi
produk yang tinggi dari tipe magnet ini berarti secara signifikan volume material
yang dibutuhkan lebih kecil untuk penggunaan yang sama dengan magnet lain
dalam jumlah besar yang diproduksi seperti Alnico dan Ferrit. Akan tetapi,
NdFeB memiliki kerugian, yaitu temperatur Curie yang rendah dan sangat rentan
terhadap korosi. Temperatur Curie yang rendah (312ᵒC) ini menyebabkan magnet
NdFeB tidak mungkin diaplikasikan pada suhu yang tinggi. (Matthew,2013).

2.5.1

STRUKTUR KRISTAL NdFeB

Sel satuan NdFeB memiliki struktur kristal tetragonal yang kompleks. Terdiri dari
68 atom. Ada 6 atom besi pada sisi yang berbeda, 2 atom Neodymium pada posisi

Universitas Sumatera Utara

14

yang berbeda dan 1 sisi atom Boron. Semua atom Nd dan B bersama dengan 4
atom Fe akan membentuk jaring heksagonal.Pada setiap lapisan bidang Fe pada
atas dan bawah bidang terdapat Nd dan B yang dapat menstabilkan struktur ini.
Panjang sumbu a setara dengan 8,8 Å, sumbu c = 12,19 Å. Jarak antara tetangga
terdekat Fe-Fe antara 2,4 – 2,8 Å. Jarak antara Boron dengan atom tetangga
terdekat adalah
B – Fe (ki) = 2,09 Å

B – Nd (g) = 2,86 Å

B – Fe (e) = 2,14 Å

B– Nd (f) = 3,34 Å

(Novrita,2006)

Gambar 2.7. Struktur Kristal Nd2Fe14B
2.5.2

(Matthew,2013)

SIFAT FISIS MAGNET NdFeB

Karakteristik magnet NdFeB adalah seperti tabel berikut ini.
Tabel 2.3. Karakteristik magnet NdFeB
Karakteristik

Satuan

Densitas

g/cm3

Vickers Hardness

D.P.N

Nilai
7,5
570

2

Compression Strength

N/mm

780

Resistivitas Elektrik

m .cm

150

Tensile Strength

Kg.mm2

8

Modulus Young

1011 N/m2

1,6

Temperatur Curie

ᵒC

310

Maximum Operating Temperature

ᵒC

80 – 200

Saturation Field Strength

kOe (kA/m)

30 – 40 (2400 – 3200)

Relative Recoil Permeability

µrec

1,05

Koefisien Temperatur Br

(%/ᵒC)

-0,11

Universitas Sumatera Utara

15

Koefisien Temperatur Hci

(%/ᵒC)

-0,14

(sumber: eUK Magnet, NdFeB datasheet)

2.5.3

FASA Nd-rich

Tahap Nd-rich memainkan peran penting dalam densifikasi magnet NdFeB yang
disinter melalui proses fase sintering cair dan meleleh pada 655°C menggunakan
dilatometry untuk mempelajari perilaku densifikasi dari green compacts pada
rentang suhu dan waktu. Karya mereka menunjukkan bahwa fase Nd-rich
memainkan peran kunci dalam perilaku densifikasi dari green compacts dan
peningkatan kandungan Nd efektif menghasilkan densifikasi yang lebih besar
pada suhu yang lebih rendah. Tahap Nd-rich juga telah terbukti penting dalam
peningkatan sifat magnetik dari jenis magnet NdFeB. Hal ini dikarenakan
pemisahan magnetik antara butir Nd2Fe14B dengan bantuan dari fase nonferomagnetik Nd-rich meningkat. Hal ini juga dikarenakan pengurangan atau
penghapusan cacat di butir permukaan Nd2Fe14B. Fase Nd-rich terutama terdiri
dari neodymium tetapi juga mencakup besi dan oksigen. Biasanya oksigen
diperkenalkan selama tahap pengolahan. Struktur kristal dari fase Nd-rich
tergantung pada kandungan oksigen dan telah terbukti menjadi ganda heksagonal
saat kandungan oksigen di bawah 9% atomik.

2.5.4

(Malik, 2014).

KARAKTERISASI MAGNET NdFeB TERHADAP TEMPERATUR

Magnet NdFeB mudah didemagnetisasi pada temperatur tinggi, artinya sifat
kemagnetan NdFeB mudah hilang pada temperatur tinggi, tetapi akan meningkat
pada temperatur rendah. Beberapa cara yang dapat mempengaruhi agar magnet ini
dapat digunakan pada temperatur tinggi yaitu bentuk geometri. Magnet dengan
bentuk yang lebih tipis akan lebih mudah didemagnetisasi dibandingkan dengan
bentuk yang lebih tebal. Bentuk magnet piring datar lebih direkomendasikan
untuk digunakan pada temperatur tinggi.

2.6

(Idayanti,2006).

SINTERING

Sintering adalah pengikatan massa partikel pada serbuk oleh interaksi antar
molekul atau atom melalui perlakuan panas dengan suhu sintering mendekati titik

Universitas Sumatera Utara

16

leburnya sehingga terjadi pemadatan. Tahap sintering merupakan tahap yang
paling penting dalam pembuatan keramik. Melalui proses sintering terjadi
perubahan struktur mikro seperti seperti pengurangan jumlah dan ukuran pori,
pertumbuhan butir serta peningkatan densitas. Faktor-faktor yang menentukan
proses dan mekanisme sintering antara lain jenis bahan, komposisi bahan dan
ukuran partikel.
Parameter sintering :


Temperatur (T)



Waktu



Kecepatan pendinginan



Kecepatan pemanasan



Atmosfer sintering



Jenis material

2.7

(Ika Mayasari, 2012)

KARAKTERISASI

Karakterisasi sangat diperlukan untuk dapat mengidentifikasi suatu material,
sehingga dapat dipisahkan secara fisis suatu material dengan material lainnya.

2.7.1

VSM (VIBRATING SAMPLE MAGNETOMETER)

Vibrating Sample Magnetometer (VSM) merupakan salah satu jenis peralatanyang
digunakan untuk mempelajari sifat magnetik bahan. Dengan alat ini akan dapat
diperoleh informasi mengenai besaran – besaran sifat magnetik sebagai akibat
perubahan medan magnet luar yang digambarkan dalan kurva histeresis, sifat
magnetik bahan sebagai akibat perubahan suhu, dan sifat – sifat magnetik sebagai
fungsi sudut pengukuran atau kondisi anisotropik bahan.

Gambar 2.8. Peralatan VSM (Vibrating Sample Magnetometer) (P2F LIPI).

Universitas Sumatera Utara

17

Salah keistimewaan VSM adalah merupakan vibrator elektrodinamik yang
dikontrol menggunakan arus balik. Sampel dimagnetisasi dengan medan magnet
homogen. Jika

sampel

bersifat magnetik, maka

medan magnet

akan

memagnetisasi sampel dengan meluruskan domain magnet. Momen dipol magnet
sampel akan menciptakan medan magnet di sekitar sampel, yang biasa disebut
magnetic stray field. Ketika sampel bergetar, magnetic stray field dapat
ditangkapoleh coil. Medan magnet tersebar tersebut akan menginduksi medan
listrik dalam coil yang sebanding dengan momen magnetik sampel. Semakin besar
momenmagnetik, maka akan menginduksi arus yang semakin besar.
Dengan mengukur arus sebagai fungsi medan magnet luar, suhu maupun
orientasi sampel, berbagai sifat magnetik bahan dapat dipelajari. Dalam penelitian
ini, nilai magnetisasi diukur selain untuk mengetahui kemampuan magnetik
nanosfer yang dihasilkan juga untuk mendapatkan informasi komposisi nanosfer.
Karakterisasi sifat magnetik dengan VSM, Data yang diperoleh dari karakterisasi
sifat magnet berupa kurva histeresis dengan sumbu x merupakan medan magnet
yang menginduksi sampel dalam satuan Tesla dan sumbu y merupakan
magnetisasi sampel dalam satuan emu/gram.

2.7.2

(Thresya,2014)

XRD (X-RAY DIFFRACTOMETER)

X-Ray Diffractometer adalah alat yang dapat memberikan data-data difraksi dan
kuantitas intensitas difraksi pada sudut-sudut difraksi (2θ) dari suatu bahan.
Tujuan dilakukannya pengujian analisis struktur kristal adalah untuk mengetahui
perubahan fase struktur bahan dan mengetahui fase-fase apa saja yang terbentuk
selama proses pembuatan sampel uji. Tahap pertama yang dilakukan dalam
analisa sinar-X adalah melakukan analisa pemeriksaan terhadap sampel x yang
belum diketahui strukturya. Sampel ditempatkan pada titik focus hamburan sinarX yaitu tepat ditengah-tengah plate yang digunakan sebagai tempat yaitu sebuah
plat tipis yang berlubang ditengah berukuran sesuai dengan sampel (pellet)
dengan perekat pada sisi baliknya.

(Sholihah & Zainuri, 2012).

2.7.2.1 Komponen Dasar XRD :
Tiga komponen dasar XRD yaitu :

Universitas Sumatera Utara

18

1. Sumber Sinar – X
Sinar – X merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik yang mempunyai
Energi anatara 200 eV- 1 MeV dengan panjang gelombang anatar 0,5 – 2,5 Ȧ.
Panjang gelombangnya hampir sama dengan jarak antara atom dalam kristal,
menyebabkan sinar – X menjadi salah satu teknik dalam analisa mineral.
2. Material Uji (Specimen)
Sartono (2006) mengemukakan bahwa material uji (specimen) dapat digunakan
bubuk(powder) biasanya 1 mg.
3. Detektor
Sebelum sinar –X sampai kedetektor melalui proses optik. Sinar –X yang panjang
gelombangnya

dengan intensitas I mengalami refleksi dan menghasilkan sudut

difrkasi 2ϴ .

(Sholihah & Zainuri, 2012)

2.7.2.2 Prinsip Kerja XRD
Prinsip dasar dari XRD adalah hamburan elektron yang mengenai permukaan
kristal. Bila sinar dilewatkan ke permukaan kristal, sebagian sinar tersebut akan
terhamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan ke lapisan berikutnya. Sinar yang
dihamburkan akan berinterferensi secara konstruktif (menguatkan) dan destruktif
(melemahkan). Hamburan sinar yang berinterferensi inilah yang digunakan untuk
analisis.Difraksi sinar X hanya akan terjadi pada sudut tertentu sehingga suatu zat
akan mempunyai pola difraksi tertentu.
Pengukuran kristalinitas relatif dapat dilakukan dengan membandingkan
jumlah tinggi puncak pada sudut-sudut tertentu dengan jumlah tinggi puncak pada
sampel standar.Di dalam kisi kristal, tempat kedudukan sederetan ion atau atom
disebut bidang kristal. Bidang kristal ini berfungsi sebagai cermin untuk
merefleksikan sinar –X yang datang. Posisi dan arah dari bidang kristal ini disebut
indeks miller. Setiap kristal memiliki bidang kristal dengan posisi dan arah yang
khas, sehingga jika disinari dengan sinar –X pada analisis XRD akan memberikan
difraktogram yang khas pula.
Dari data XRD yang diperoleh, dilakukan identifikasi puncak-puncak
grafik XRD dengan cara mencocokkan puncak yang ada pada grafik tersebut
dengan database ICDD. (Sholihah & Zainuri, 2012).

Universitas Sumatera Utara

19

2.7.3

S E M (Scanning Electron Microscope)

Scanning Electron Microscope atau SEM merupakan mikroskop elektron yang
banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan material. SEM banyak digunakan
karena memiliki kombinasi yang unik, mulai dari persiapan specimen yang simple
dan mudah, kapabilitas tampilan yang bagus serta flesibel. SEM digunakan pada
sampel yang tebal dan memungkinkan untuk dianalisis permukaan. Pancaran
berkas yang jatuh pada sampel akan dipantulkan dan didifraksikan. Adanya
elektron yang terdifraksi dapat diamati dalam bentuk pola-pola difraksi. Elektron
memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya hanya mampu
mencapai 200 nm sedangkan elektron bias mencapai resolusi sampai 0,1- 0,2 nm.

Gambar 2.9 Skema Prinsip Dasar SEM
Disamping itu, dengan menggunakan elektron juga bisa mendapatkan
beberapa jenis pantulan yang berguna untuk keperluan karakterisasi. Jika elektron
mengenai suatu benda maka akan timbul dua jenis pantulan yaitu pantulan elastis
dan pantulan non elastis. Pada sebuah mikroskop electron (SEM) terdapat
beberapa peralatan utama antara lain :
1. Piston elektron, biasanya berupa filament yang terbuat dari unsur yang mudah
melepas elektron missal tungsten.
2. Lensa untuk elektron, berupa lensa magnetis karena elektron yang bermuatan
negatifdapat dibelokkan oleh medan magnet.
3. Sistem vakum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada molekul
udarayang lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan terpencar oleh

Universitas Sumatera Utara

20

tumbukan sebelum mengenai sasaran sehingga menghilangkan molekul udara
menjadi sangat penting.
Prinsip kerja dari SEM sebagai berikut :
1. Sebuah piston electron memproduksi sinar electron dan dipercepat dengan
anoda.
2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel
3. Sinar electron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan
diarahkan oleh koil pemindai
4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron
baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor( CRT).
Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan
inelastis didapatkan sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X, sedangkan
dari pantulan elastis didapatkan sinyal backscattered electron . Elektron sekunder
menghasilkan topografi dari benda yang dianalisa, permukaan yang tinggi
berwarna lebih cerah dari permukaan rendah. Sedangkan backscattered electron
memberikan perbedaan berat molekul dari atom-atom yang menyusun permukaan,
atom dengan berat molekul tinggi akan berwarna lebih cerah daripada atom
dengan berat molekul rendah.

2.7.4

(Martinez,2010)

EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS atau EDX atau EDAX)adalah salah
satu teknik analisis untuk menganalisis unsur atau karakteristik kimia dari
spesimen. Karakterisasi ini bergantung pada penelitian dari interaksi beberapa
eksitasi sinar X dengan spesimen. Kemampuan untuk mengkarakterisasi sejalan
dengan sebagian besar prinsip dasar yang menyatakan bahwa setiap elemen
memiliki struktur atom yang unik, dan merupakan ciri khas dari struktur atom
suatu unsur, sehingga memungkinkan sinar X untuk mengidentifikasinya.
Untuk merangsang emisi karakteristik sinar-X dari sebuah spesimen, sinar
energi tinggi yang bermuatan partikel seperti elektron atau proton, atau berkas
sinar X, difokuskan ke spesimen yang yang akan diteliti. Selanjutnya sebuah atom
dalam spesimen yang mengandung elektron dasar di masing-masing tingkat energi
atau kulit elektron terikat pada inti. Sinar yang dihasilkan dapat mengeksitasi

Universitas Sumatera Utara

21

elektron di kulit dalam dan mengeluarkannya dari kulit, sehingga terdapat lubang
elektron di mana elektron itu berada sebelumnya. Sebuah elektron dari luar kulit
yang berenergi lebih tinggi kemudian mengisi lubang, dan perbedaan energi
antara kulit yang berenergi lebih tinggi dengan kulit yang berenergi lebih rendah
dapat dirilis dalam bentuk sinar X. Energi dari sinar X yang dihasilkan merupakan
karakteristik dari perbedaan energi antara dua kulit, dan juga karakteristik struktur
atom dari unsur yang terpancar, sehingga memungkinkan komposisi unsur dari
spesimen dapat diukur.

Gambar 2.10. Skema EDX (Energy Dispersive X-Ray) (Martinez, 2010)
2.7.4.1 Prinsip Kerja SEM – EDX
SEM

membentuk

suatu

gambar

dengan

menembakkan

suatu

sinar

electronberenergi tinggi, biasanya dengan energi dari 1 hingga 20 keV, melewati
sampel dan kemudian mendeteksi Secondary Electron dan Back Scattered
Electron yang dikeluarkan. Secondary Electron berasal pada 5-15 nm dari
permukaan sampel dan memberikan informasi topografi dan untuk tingkat yang
kurang, pada variasi unsur dalam sampel. Back Scattered Electron terlepas dari
daerah sampel yang lebih dalam dan memberikan informasi terutama pada jumlah
atom rata-rata dari sampel. Peristiwa tumbukan berkas sinar elektron, yaitu ketika
memberikan energi pada sampel, dapat menyebabkan emisi dari sinar-X yang
merupakan karakteristik dari atom-atom sampel. Energi dari sinar-X digolongkan
dalam suatu tebaran energi spektrometer dan dapat digunakan untuk identifikasi
unsur-unsur dalam sampel.

(Martinez,2010)

Universitas Sumatera Utara