Analisis Sifat Fisis, Magnet, Dan Mikrostruktur Darivariasi Temperatur Sintering Barium Heksaferit Denganaditif Sio2

ANALISIS SIFAT FISIS, MAGNET, DAN MIKROSTRUKTUR

DARI VARIASI TEMPERATUR

SINTERING

_BARIUM

HEKSAFERIT DENGAN ADITIF SiO

2

SKRIPSI

INTEN NATANAEL SIMAMORA

110801065

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

ANALISIS SIFAT FISIS, MAGNET, DAN MIKROSTRUKTUR

DARI VARIASI TEMPERATURE

SINTERING

_BARIUM

HEKSAFERIT DENGAN ADITIF SiO

2

SKRIPSI

DiajukanuntukmelengkapitugasdanmemenuhisyaratmencapaigelarSarjanaS

ains

INTEN NATANAEL SIMAMORA

110801065

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

PERSETUJUAN

Judul : ANALISIS SIFAT FISIS, MAGNET, DAN

MIKROSTRUKTUR DARIVARIASI TEMPERATUR

SINTERING BARIUM HEKSAFERIT DENGANADITIF

SiO2

Kategori : SKRIPSI

Nama : INTEN NATANAEL SIMAMORA NIM : 110801065

Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di Medan, Agustus 2015

Disetujui oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing, Ketua,

(Dr. Marhaposan Situmorang)

NIP : 195510301980031003 NIP : 195408171983031005

PERNYATAAN

ANALISIS SIFAT FISIS, MAGNET, DAN MIKROSTRUKTUR DARI VARIASI

TEMPERATURE SINTERING BARIUM HEKSAFERIT DENGAN ADITIF

SiO2

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2015

INTEN NATANAEL SIMAMORA 110801065

PENGHARGAAN

PujidansyukurkehadiratTuhan Yang MahaEsa, atas rahmat dananugerah-NyapenulisdapatmenyelesaikanskripsiinidenganjudulAnalisis Sifat Fisis, Magnet, dan Mikrostruktur dari Variasi Temperatur Sintering Barium Heksaferit dengan Aditif SiO2yang telahditentukan.

Padakesempatanini penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr. Sutarman selaku Dekan dan seluruh Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

2. BapakDr. Marhaposan Situmorang, sebagaiKetua JurusanFisika FMIPA USU dan Bapak Drs. Syahrul Humaidi, MSc, sebagai Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA USU.

3. BapakDr. Anwar Dharma Sembiring, MS, sebagaiDosen Pembimbing, yang telah banyak meluangkan waktu,pikiran, dan memberikansemangat sertasaran-saran untuk membimbingpenulisdalammenyelesaikanskripsiini.

4. BapakProf. Drs. PerdameanSebayang, M.Sidan Prof. Dr. MasnoGinting, M.Sc, sebagaiDosen Pembimbing di LIPI, yang telah banyak meluangkan waktu,pikiran, dan memberikan semangat sertasaran-saran untuk membimbingpenulisdalampenelitiantugasakhirdanmenyelesaikanskripsiini dan seluruh pegawai LIPI yang telah memberi banyak bantuan selam penelitian berlangsung.

5. Dosen penguji (Bapak Tua Raja Simbolon, S.Si, M.Si, Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, Ibu Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc, Bapak Junedi Ginting, M.Si) yang telah memberi banyak saran sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Seluruh Dosen Departemen Fisika FMIPA USU yang pernah menjadi dosen pengajar selama penulis kuliah di Fisika USU terkhusus untuk Kak Tini, Kak Yuspa, dan Bang Jo, sebagai pegawai di Departemen Fisika FMIPA USU.

7. Bapak B.Simamora dan Ibu R.br. Girsang, selaku orangtua yang selalu memberikan semangat, dan dukungan baik dari segi materi maupun

perhatiandan dukungan doa yang begitubesardan dukungan semangat yang sangatberartikepadapenulis.

8. Paman Yan Girsang,Bibi Sri, kakak Rizky dan abang, selaku orangtua wali yang telah memberi dukungan semangat, dan doa selama penulis melakukan penelitian di LIPI Serpong dan menyelesaikan skripsi ini.

9. Kakakpenulis Maria Donna, Ade Ratna Sari, Ully Hartati, Putri Lestari dan juga abang Erikson Sinaga, Leo Sinaga, Parlin Nababan, yang telahbanyak memberi dukungan,

doadansemangatkepadapenulisselamakuliahdanmenyelesaikanskripsiini.

10.Denny Syahputra Panjaitan, yang selalu menjadi tempat bertukar pikiran dan memberikan waktu, doa dan dukungan semangat kepada penulis .

11.Chrisantayana Panjaitan, Desrawati Ritonga, Boby Lumban Tobing, Tri Putra Pasaribu, Winda Gultom, Dessy Sembiring, Sendy Yolanda, Siska Renata Sembiring, dan Meylisa Novita, selaku sahabat terbaik yang selalu memberikan dukungan semangat, dan doa kepada penulis.

12.Nensi M. Panjaitan, Tabitaria M.Sianipar, Trisno Manurung, Lilis Sagita, Widya Susanti, teman satu grupsebagai tempat bertukar pikiran selama melakukan penelitian di LIPI Serpong.

13.Teman – teman Fisika Stambuk 2011 sebagai teman bertukar pikiran selama perkuliahan dan teman berdiskusi dalam penyelesaian skripsi ini

14.Abang dan kakak S2 Fisika USU ( Bang Baharudin Hulu, Bang Taufik Hia, Bang Ozzy Gea, Kak Imelda Hia, Kak Devy, Kak Arjuna Harahap) sebagai teman bertukar pikiran selama penulis melakukan penelitian di LIPI Serpong.

Penulismenyadarisepenuhnyabahwadalampenulisanskripsiinimasihterdapatkekurang

an – kekuranganbaikdarisegiisi, struktur kata,

maupuntatabahasanyakarenapengetahuandanpengalaman yang dimilikipenulisterbatas, semogaskripsiinidapatbermanfaatbagi yang membutuhkannya.

Inten Natanael Simamora 110801065

ANALISIS SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI VARIASI

TEMPERATURSINTERING BARIUM HEKSAFERIT DENGAN ADITIF SiO2

ABSTRAK

Telahdilakukanpembuatanmagnet permanen BaFe12O19 dengan penambahan aditif

SiO2dengan mengggunakan metode mechanical alloyingdengan milling time 24 jam.

SerbuktersebutkemudianditambahkanbahanperekatPoly Vinyl Alcohol(PVA) dan dicetak kering dengan tekanan 30 kgF/cm2 (8 kG). Hasil cetakan berupa pellet dengan diameter rata-rata 20 mm x 3 mm. Selanjutnyadilakukan proses

sinteringdenganmenggunakanvacuum furnace pada suhu 800oC, 900oC, 1000oC, dan 1100oC yang ditahanselama 2 jam. Sampel yang telah disintering kemudian dikarakterisasi yaitu meliputi karakterisasi sifat fisis (bulk density, porositas, linear shrinkage) dengan menggunkan metode Archimedes, dianalisisstrukturkristalnyadengan XRD dan Optical Microscope (OM), dimagnetisasidandiukurkurvahisterisisnya dengan permagrap.Dari hasil diketahui bahwa nilai densitas meningkat, porositas menurun sebandingdenganjumlah aditif SiO2, dan Linear Shrinkagemeningkat. Dari

hasilkarakterisasi fisis diperolehhasil yang terbaikyaitupadamilling time 24 jam dengan suhu 1100oC pada komposisi 7 %wt, dengannilaibulkdensity = 4,59 gr/cm3,porositas = 21,03%, dan linear shrinkage = 11, 79 %. Dari salah satu hasilanalisaXRD menunjukkanbahwatidakterbentukstruktur kristal baru, grainsize 15,6memiliki Br = 3,14 kGdanHc = 2,195kOe.

ANALYSIS OF PHYSICAL PROPERTIES , MAGNETISM, AND THE MICROSTRUCTURES OF SINTERING TEMPERATURE VARIATION OF

BARIUM HEXAFERRITE WITH SiO2 ADDITIVE

ABSTRACT

Has waged manufacture of permanent magnet BaFe12O19 with the addition of additive

composition variation SiO2 with 5 and 7 (wt%) use traditional methods of mechanical alloying by milling time 24 hours. The powder is then added to the adhesive Poly Vinyl Alcohol (PVA) and dry printed with a pressure of 30 kg / cm2 (8 kG). The printed form of pellets with an average diameter of 20 mm x 3 mm. Sintering process is then performed using a vacuum furnace at a temperature of 800oC, 900oC, 1000oC, and 1100oC were held for 2 hours. Samples were then characterized sintering which includes the characterization of physical properties (bulk density, porosity, Linear Shrinkage), the crystal structure was analyzed by XRD and Optical Microscope (OM), magnetized and measured curves histerisisnya. Characterization was conducted on the physical properties, namely density, porosity, and Linear Shrinkage by Archimedes method, and analysis of microstructures with used XRD and OM. As for the analysis of magnetic properties using permagraph measurement results that have been magnetized by the Gaussmeter. From the results of measurements of density and porosity magnet BaFe12O19 with SiO2 additives showed that the density values tend to increase, the porosity decreases in proportion to the amount of additive SiO2, and Linear shrinkage increases. From the results of the physical characterization obtained the best results in milling time is 24 hours at 1100oC on komposisi7% wt, with bulk density = 4.59 g / cm3, porosity = 21.03%, and Linear shrinkage = 11, 79 %. From one analysis XRD results indicate that no new crystal structures are formed, grainsize 15.6 has Br = 3.14 kG and Hc = 2,195kOe.

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan ii

Lembar Pengesahan iii

Pernyataan iv

Penghargaan v

Abstrak vii

Abstract viii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Lampiran xiv

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang 1

1.2Rumusan Masalah 4

1.3Tujuan Penelitian 4

1.4Batasan Masalah 4

1.5Manfaat Penelitian 5

1.6Sistematika Penulisan 6

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1Pengertian Magnet 7

2.2 Medan Magnet 7

2.2.1 Medan Magnet Induksi 8

2.2.2 Momen Magnetik 8

2.2.3 Induksi Magnetik 9

2.2.4 Kuat Medan Magnetik 9

2.2.5 Intensitas kemagnetan 9

2.3 Material Magnetik 10

2.3.2 Magnet Remanen 10

2.3.3 Magnet Buatan 10

2.4 Sifat Kemagnetan Bahan 11

2.4.1 Bahan Diamagnetik 11

2.4.2 Bahan Paramagnetik 11

2.4.3 Bahan Ferromagnetik 12

2.5 Sifat Bahan Magnet 12

2.5.1 Barium Hexaferrite 12

2.5.2 Silika 14

2.6 Sintering 16

2.6.1 Tahapan Sintering 17

2.6.2 Klasifikasi Sintering 19

2.7 Karakterisasi Material Magnet Permanen Barium Heksaferit 19

2.7.1 Sifat Fisis 19

2.7.2 Sifat Magnet 21

2.7.3 Analisa Sruktur Kristal

2.7.3.1XRD (X-Ray Diffraction) 22 2.7.3.2OM (Optical Microscope) 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1Tempat dan Waktu Penelitian 24

3.2Peralatan dan Bahan 24

3.2.1 Peralatan 24

3.2.2 BahanPenelitian 25

3.3Diagram Alir Penelitian 26

3.4Proses Sintering 27

3.5Magnetisasi 28

3.6Karakterisasi Hasil 28

3.6.1 UjiDensitas

3.6.1.1Bulk Density 28

3.6.1.3Susut Bakar 30

3.6.2 Sifat Magnet 31

3.6.2.1Permagraph 31

3.6.3 Analisa Mikrostruktur 31

3.6.3.1XRD (X-ray Diffraction) 31 3.6.3.2OM (Optical Microscope) 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1Karakterisasi Sifat Fisis 34

4.2Analisis XRD (X-Ray Difraction) 40

4.3Mikrostruktur 41

4.4Sifat Magnet 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan 48

5.2Saran 48

DAFTAR PUSTAKA 50

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1 Karakteristik Silika (SiO2) 14

Tabel 2 Bentuk kristal utama Silika (SiO2) 15

Tabel 3 Data Hasil Pengujian Bulk Density 34 Tabel 4 Data Hasil Pengujian Porositas 36 Tabel 5 Data Hasil Pengujian Linier Shrinkage 37 Tabel 6 Data Hasil Pengujian Volume Shrinkage 39

Tabel 7 Data pengujian sifat magnetik 42

Tabel 8 Data Pengujian kuat medan magnet 44 Tabel 9 Data Pengujian kuat medan magnet 45

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1 Struktur kristal BaFe12O19 13

Gambar 2Struktur silika tetrahedral 15

Gambar 3 Diagram Alir 26

Gambar 4 Hubungan antara penambahan aditif SiO2 terhadap nilai bulk density 35

Gambar 5 Hubungan antara penambahan aditif SiO2 terhadap porositas 36

Gambar 6 Hubungan antara penambahan aditif SiO2 terhadap linier shrinkage 38

Gambar 7 Hubungan antara penambahan aditif SiO2 terhadap volume shrinkage 39

Gambar 8 Grafik Hasil Pengujian XRD 40

Gambar 9 Hasil OM dari sampel BaFe12O19 dengan aditif SiO2 suhu 800 oC 41

Gambar 10 Hasil OM dari sampel BaFe12O19 dengan aditif SiO2 suhu 900 oC 41

Gambar 11 Hasil OM dari sampel BaFe12O19 dengan aditif SiO2 suhu 1000 oC 41

Gambar 12 Hasil OM dari sampel BaFe12O19 dengan aditif SiO2 suhu 1100 oC 41

Gambar 13 Kurva Histerisis 43

Gambar 14 Hubungan antara penambahan SiO2 terhadap nilai fluks magnetik 45

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Data-data hasil pengukuran densitas dan porositas. 49 Lampiran 2 Data-data hasil pengukuran linier shrinkage 50 Lampiran 3 Data-data hasil pengukuran kuat medan magnet. 51 Lampiran 4Data-data hasil pengujian Permagh. 52

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan ii

Lembar Pengesahan iii

Pernyataan iv

Penghargaan v

Abstrak vii

Abstract viii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Lampiran xiv

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang 1

1.2Rumusan Masalah 4

1.3Tujuan Penelitian 4

1.4Batasan Masalah 4

1.5Manfaat Penelitian 5

1.6Sistematika Penulisan 6

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1Pengertian Magnet 7

2.2 Medan Magnet 7

2.2.1 Medan Magnet Induksi 8

2.2.2 Momen Magnetik 8

2.2.3 Induksi Magnetik 9

2.2.4 Kuat Medan Magnetik 9

2.2.5 Intensitas kemagnetan 9

2.3 Material Magnetik 10

2.3.2 Magnet Remanen 10

2.3.3 Magnet Buatan 10

2.4 Sifat Kemagnetan Bahan 11

2.4.1 Bahan Diamagnetik 11

2.4.2 Bahan Paramagnetik 11

2.4.3 Bahan Ferromagnetik 12

2.5 Sifat Bahan Magnet 12

2.5.1 Barium Hexaferrite 12

2.5.2 Silika 14

2.6 Sintering 16

2.6.1 Tahapan Sintering 17

2.6.2 Klasifikasi Sintering 19

2.7 Karakterisasi Material Magnet Permanen Barium Heksaferit 19

2.7.1 Sifat Fisis 19

2.7.2 Sifat Magnet 21

2.7.3 Analisa Sruktur Kristal

2.7.3.1XRD (X-Ray Diffraction) 22 2.7.3.2OM (Optical Microscope) 23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1Tempat dan Waktu Penelitian 24

3.2Peralatan dan Bahan 24

3.2.1 Peralatan 24

3.2.2 BahanPenelitian 25

3.3Diagram Alir Penelitian 26

3.4Proses Sintering 27

3.5Magnetisasi 28

3.6Karakterisasi Hasil 28

3.6.1 UjiDensitas

3.6.1.1Bulk Density 28

3.6.1.3Susut Bakar 30

3.6.2 Sifat Magnet 31

3.6.2.1Permagraph 31

3.6.3 Analisa Mikrostruktur 31

3.6.3.1XRD (X-ray Diffraction) 31 3.6.3.2OM (Optical Microscope) 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1Karakterisasi Sifat Fisis 34

4.2Analisis XRD (X-Ray Difraction) 40

4.3Mikrostruktur 41

4.4Sifat Magnet 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan 48

5.2Saran 48

DAFTAR PUSTAKA 50

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1 Karakteristik Silika (SiO2) 14

Tabel 2 Bentuk kristal utama Silika (SiO2) 15 Tabel 3 Data Hasil Pengujian Bulk Density 34

Tabel 4 Data Hasil Pengujian Porositas 36

Tabel 5 Data Hasil Pengujian Linier Shrinkage 37 Tabel 6 Data Hasil Pengujian Volume Shrinkage 39

Tabel 7 Data pengujian sifat magnetik 42

Tabel 8 Data Pengujian kuat medan magnet 44 Tabel 9 Data Pengujian kuat medan magnet 45

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1 Struktur kristal BaFe12O19 13

Gambar 2Struktur silika tetrahedral 15

Gambar 3 Diagram Alir 26

Gambar 4 Hubungan antara penambahan aditif SiO2 terhadap nilai bulk density 35 Gambar 5 Hubungan antara penambahan aditif SiO2 terhadap porositas 36 Gambar 6 Hubungan antara penambahan aditif SiO2 terhadap linier shrinkage 38 Gambar 7 Hubungan antara penambahan aditif SiO2 terhadap volume shrinkage 39

Gambar 8 Grafik Hasil Pengujian XRD 40

Gambar 9 Hasil OM dari sampel BaFe12O19 dengan aditif SiO2 suhu 800 oC 41 Gambar 10 Hasil OM dari sampel BaFe12O19 dengan aditif SiO2 suhu 900 oC 41 Gambar 11 Hasil OM dari sampel BaFe12O19 dengan aditif SiO2 suhu 1000 oC 41 Gambar 12 Hasil OM dari sampel BaFe12O19 dengan aditif SiO2 suhu 1100 oC 41

Gambar 13 Kurva Histerisis 43

Gambar 14 Hubungan antara penambahan SiO2 terhadap nilai fluks magnetik 45 Gambar 15 Hubungan antara penambahan SiO2 terhadap nilai fluks magnetik 47

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1 Data-data hasil pengukuran densitas dan porositas. 49 Lampiran 2 Data-data hasil pengukuran linier shrinkage 50 Lampiran 3 Data-data hasil pengukuran kuat medan magnet. 51 Lampiran 4Data-data hasil pengujian Permagh. 52