Pengaruh Annealing dan Komposisi Aditif Ferro Boron (FeB) Terhadap Sifat Fisis dan Magnet Dari Barium Heksaferit (BaFe12O19)

PENGARUH ANNEALING DAN KOMPOSISI ADITIF FERRO
BORON (FeB) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNET DARI
BARIUM HEKSAFERIT (BaFe12O19)

SKRIPSI

TANIA CHRISTIYANTI
120801068

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH ANNEALING DAN KOMPOSISI ADITIF FERRO
BORON (FeB) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNET DARI
BARIUM HEKSAFERIT (BaFe12O19)

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat
Mencapai gelar Sarjana Sains

TANIA CHRISTIYANTI
120801068

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

PENGARUH ANNEALING DAN KOMPOSISI ADITIF FERRO
BORON (FeB) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNET DARI

BARIUM HEKSAFERIT (BaFe12O19)

SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing- masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2016

(Tania Christiyanti)
120801068

Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN
Segala puji dan syukurku hanya bagi Tuhan Yesus karena atas kasih dan
anugerah-Nya yang senantiasa melimpah kepada penulis sehingga mampu
melaksanakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Pengaruh Annealing
Dan Komposisi Aditif Ferro Boron (FeB) Terhadap Sifat Fisis Dan Magnet
Dari Barium Heksaferit (BaFe12O19)” sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan jenjang pendidikan Sarjana (S1) jurusan Fisika FMIPA Universitas

Sumatera Utara.
Penulis menyampaikan terimakasih kepada semua pihak yang terlibat dalam
memberikan bimbingan, nasehat, dan doa kepada penulis. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada:
1. Dr. Kerista Sebayang, M.Sc, sebagai Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.
2. Dr. Marhaposan Situmorang sebagai Ketua Departemen Fisika, Drs. Syahrul

Humaidi, M.Sc sebagai Sekretaris Departemen Fisika, dan seluruh Bapak/Ibu
Staf Pengajar serta Pegawai Administrasi di Departemen Fisika Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan pendidikan dan fasilitas kepada
penulis selama perkuliahan.
3. Drs. Herli Ginting, MS sebagai Dosen Pembimbing dan Prof. Dr. Timbangen

Sembiring, M.Sc, Drs. Aditia Warman, M.Si, serta Drs. Fauzi ,M.Si sebagai
Dosen Penguji di Universitas Sumatera Utara yang telah membimbingdan
mengarahkan penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
4. Prof. Dr. Masno Ginting, M.Sc dan Prof. Drs. Perdamean Sebayang, M.Si

sebagai Dosen Pembimbing di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah
memberikan ilmu pengetahuan dan semangat serta sabar membimbing penulis
untuk menyelesaikan skripsi ini, pembimbing lapangan dan staf pegawai team
magnet Ibu Ayu, Bapak Candra, Bapak Arif Eko, Bapak Toto,Bapak Lukman,
Bapak Mulyadi, Bapak Amat dan Bang Anggi yang sangat banyak
mengorbankan tenaga dan waktuserta memberi nasehat dan saran dalam
proses penelitian di P2F LIPI.

Universitas Sumatera Utara

5. Orangatuaku terkasih BapakArman Lumbantobing dan Ibu Tiur Melina br

Hutahaean,

Abangku

yang

terkeren

Abang

Obeth

Ardy Gunawan

Lumbantobing, Kakakku yang paling cantik Kakak Maria Deasy Christiyanti
Lumbantobing, Alm. Op. Doli M. Lumbantobing, Op. Boru S. Aritonang,
Tante Rida Hutahaean dan Bou Lenna L.Tobing, Keluarga di Siantar,
Tarutung, Bali, Bogor dan Kalimantan, serta seluruh keluarga besar yang
senantiasa setia memberikan perhatian, bantuan, dan doa kepada penulis.
6. Sahabat berbagi cerita , Yusuf Nathanael Silaban, Roni Chandra Siagian, Ayu

Novita Ningsih L.Tobing, Landri L.Tobing, Monika Simamora (Uhat) dan
semua saudara/i yang tak hentinya memberikan doa dan semangat kepada
penulis.
7. Sahabat-sahabat terbaik Fisika stambuk 2012 Melpa Simamora(Melpot),

Sulistra Simamora(Bi’sul), Riris Tambunan(Gayus), Marta Nainggolan(Dk
kuu),

Santa

Simanjuntak(Sansan),

Betaria

Siahaan(Kak’Be),

Dewi

Lubis(Dewdew), Cut Hani Safira(Bundo), Cyndi Pangaribuan(Boru), Mia
Aulia Dhika(Mimi), Fitri Silaban(Pitrok), Ivo Sembiring(Vovo), Jekson
Siahaan(Jejek), Ivan Sitohang(Vanvan), Franky Sitinjak(Frengkot), Mareanus
Mendrofa(Mares),

Miftah

Aja(Komting Genap Cupu),

Habibi(Tata),

Sabran

Abbas(Ninja),

Rudi

teman satu kos di Serpong dan, teman-teman

penilitian di LIPI serta teman-teman KKN Yustina, Yenni, Yeyen, Samuel,
Jefry

yang

menjadi

penyemangat

selama

perkuliahan

dan

selama

menyelesaikan skripsi ini.
8. Sahabat dalam Doa Yoel Oranda Sitanggang(Among)
9. Keluarga besar Ikatan Mahasiswa Fisika (IMF) FMIPA USU.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena
itu,

penulis

mengharapkan

kritik

dan

saran

yang membangun

untuk

penyempurnaan skripsi ini. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi
orang yang membacanya
Medan, Juli 2016
Penulis

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH ANNEALING DAN KOMPOSISI ADITIF FERRO
BORON (FeB) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNET DARI
BARIUM HEKSAFERIT (BaFe12O19)

ABSTRAK

Telah dilakukan pembuatan magnet permanen Barium Heksaferit yang
ditambahkan dengan Ferro Boron (FeB) dengan variasi komposisi (3; 6 ;dan 9
%wt). Proses proses preparasi bahan baku mulai dari penggilingan serbuk Barium
Heksaferit dengan cara dry milling selama 24 jam dan Ferro Boron (FeB) dengan
cara wet milling dalam media aquades selama 1 jam. Bahan kemudian dikeringkan
Pada temperatur 100 oC selama 17 jam. Dan dicampur dengan menggunakan
HEM selama 15 menit. Sampel kemudian dianneal menggunakan tungku listrik
Thermolyne dengan variasi temperature annealing 1000 oC;1100 oC ;dan 1200 oC
masing-masing pada temperatur tersebut ditahan selama 2 jam. Karakterisasi yang
diuji meliputi sifat fisis (True Density, Optical Microscope), analisis struktur
Kristal dengan XRD dan sifat magnet dengan menggunakan VSM. Dari hasil
pengukuran True Density dan Optical Microscope magnet Barium Heksaferit
menunjukkan bahwa nilai True Density cenderung meningkat dan ukuran
partikelnya menurun sebanding dengan jumlah penambahan FeB. Kondisi
optimum dicapai pada temperatur annealing 1200 oC dengan penambahan FeB (3
%wt) menghasilkan true density 5,54 g/cm3 dan ukuran partikel 116 nm. Hasil
XRD membentukfasaFe2O3dengan parameter kisi a = b = 5.0380 Å, c = 13.7720
Å . Dan kurva histerisis menunjukkan nilai saturasi (s) sebesar 43.52 emu/gram,
remanensi (r) 21.94 emu/g, koersivitas (Hc) = 1,29 KOe dan BHmax =17.04
kGOe

Kata Kunci : Barium Heksaferit, Ferro Boron, Sifat Fisis, dan Sifat Magnet.

Universitas Sumatera Utara

EFFECT OF ANNEALING AND ADDITIVE COMPOSITION
OF FERRO BORON (FeB) ON PHYSICAL PROPERTIES AND
MAGNET OF BARIUM HEXAFERITTE (BaFe12O19)

ABSTRACT
Barium Hexaferitte permanent magnet added by Ferro Boron (FeB) have been
made with the variation composition (3 ; 6 ;and 9 %wt). The preparation raw
material process powder Barium Heksaferrit were done by dry milling for 24
hours and Ferro Boron (FeB) using distilled water for 1 hour. Then it is dried at a
temperature of 100°C for 17 hours. And mixed with HEM for 15 minutes. Then
the samples annealed using aThermolyne electric furnace and the variation of
temperature annealing are 1000°C ; 1100°C ;and 1200°C hold for 2 hours.The
characterizations was conducted on the physical properties, such as True Density
and Optical Microscope , analyzed structure crystal using XRD, and magnetic
properties with VSM. Based on the True Density and Optical Microscope
measurement, it can be concluded that Barium Heksaferitte magnet have a density
values that tend to increase and the particle sizes values decrease as the decreasing
of composition FeB. The optimum condition is achieved at 1200°C with a value
of 3 %wt, where the density value 5.54 g/cm3 and particle size 116 nm. The
results of XRDanalysis showed that the crystal structure has been formed Fe2O3
with the latiice parameters a = b = 5.0380 Å, c = 13.7720 Å .The hysteresis curves
show that values of the saturation (s) sebesar 43.52 emu/gram, remanent (r)
21.94 emu/g, coercivity (Hc) = 1,29 KOe and BHmax =17.04 kGOe
Key words: Barium Hexaferitte, Ferro Boron, Physical Properties, and Magnetic
Properties.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan

i

Pernyataan

ii

Penghargaan

iii

Abstrak

v

Abstract

vi

Daftar Isi

vii

Daftar Tabel

xi

Daftar Gambar

xii

Daftar Lampiran

xiii

Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat penelitian
1.6 Sistematika Penulisan

1
3
4
4
4
4

Bab 2. Landasan Teori
2.1. Pengertian Magnet
2.2. Magnet Permanen
2.3. Sifat-Sifat Magnet Permanen
2.4. Sifat Intrinsik Kemagnetan Fasa Magnetik
2.4.1. Loop Histeresis
2.4.2. Polarisasi Total Fasa Magnetik
2.4.3. Medan Anisotropi (Anisotropy Field) Fasa Magnetik
2.4.4. Produk Energi Maksimum
2.4.5. Temperatur Curie Fasa Magnetik

6
7
8
8
8
11
11
12
14

2.5 Magnet Keramik
2.6 Barium Heksaferit (BaFe12O19)

14
15

Universitas Sumatera Utara

2.7 Unsur Pemadu Pada FeB
2.6.1. Besi (Fe)
2.6.2. Boron (B)
2.8 Metalurgi Serbuk
2.8.1. Mixing dan Milling
2.8.2. Annealing
2.9 Karakterisasi Hasil
2.9.1. Pengujian Densitas
2.9.2. Pengujian Optical Microscope (OM)
2.9.3 Pengujian X-Ray Diffraction (XRD)
2.9.4. Pengujian Vibrating Sample Magnetometer (VSM)

17
17
18
19
19
20
21
21
21
21
23

Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1. Tempat Penelitian
3.1.2. Lamanya Waktu Penelitian
25
3.2. Alat dan Bahan
3.2.1. Alat
3.2.2. Bahan
3.3. Variabel Eksperimen
3.3.1. Variabel Penelitian
3.3.2. Pengujian Sampel Percobaan
3.4 Diagram Alir Penelitian
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1. Proses Pemecahan Bongkahan dan penggerusan sampel
3.5.2. Proses Milling Serbuk BaFe12O19
3.5.3. Proses Milling Serbuk FeB
3.5.4. Pengeringan Sampel
3.5.5. Proses Mixing
3.5.6. Proses Annealing
3.6 Karakterisasi Hasil
3.6.1 Pengukuran Densitas Serbuk (True Density)
3.6.2. X-Ray Diffraction (XRD)
3.6.3. Optical Microscope (OM)
3.6.4. Vibrating Sample Magnetometer (VSM)

25
25

25
25
27
27
27
29
30
30
30
30
31
31
31
32
32
33
33
34

Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Karakterisasi Sifat Fisis
4 .1.1 True Density BaFe12O19
4.1.2. True Density BaFe12O19 – FeB
4.1.3. True Density dari BaFe12O19 - FeB terhadap Temperatur
Annealing
4.1.4. Optical Microscope (OM)
4.1.5. X-Ray Diffraction (XRD)

36
36
38
39
42
44

Universitas Sumatera Utara

4.2.Karakterisasi Sifat Magnet
4.2.1 Vibrating Sample Magnetometer (VSM)

48
48

Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran

52
53

Daftar Pustaka

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Sifat Beberapa Magnet Keras

10

Tabel 2.2 Informasi Dasar Unsur Besi

17

Tabel 2.3 Informasi Dasar Unsur Boron

17

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran True Density dari Serbuk BaFe12O19

36

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran True Density dari Serbuk BaFe12O19 dengan
penambahan aditif 3 , 6 dan 9 %wt FeB

38

Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran True Density BaFe12O19 dengan
penambahan aditif FeB terhadap temperatur annealing.

40

Tabel 4.4 Data Hasil Karakterisasi Optical Microscope serbuk BaFe12O19
murni dan FeB murni dan dengan penambahan aditif FeB 3 dan 9
(%wt) dengan temperatur annealing 1200 C

44

Tabel 4.5. Besaran Remanensi, Medan Koersivitas dan Energi Produk
dengan Komposisi BaFe12O19 : FeB (%wt)

49

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Arah Partikel Pada Magnet

7

Gambar 2.2. Kurva Histerisis

9

Gambar 2.3. Penentuan Nilai (BH)max dari Kuadran ke-II Loop Histerisis

12

Gambar 2.4 Struktur kristal Barium Heksaferit

16

Gambar 2.5 Struktur Atom Unsur Besi

18

Gambar 2.6 Struktur Atom Unsur Boron

18

Gambar 2.7 Skema Alat uji XRD

22

Gambar 2.8. Komponen vibrating sampel magnetometer (VSM)

23

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

29

Gambar 4.1. Hubungan antara waktu milling terhadap nilai true density
dari serbuk Barium Heksaferit BaFe12O19

37

Gambar 4.2. Hubungan antara penambahan aditif FeB terhadap nilai
true density dari serbuk BaFe12O19

39

Gambar 4.3 Hubungan antara penambahan aditif 3, 6 dan 9 %wt FeB
terhadap nilai true density dari Serbuk BaFe12O19 tanpa
dan dengan annealing pada suhu 1000, 1100 dan 1200C
yang masing-masing ditahan selama 2 jam

41

Gambar 4.4 Serbuk BaFe12O19 milling 24 Jam dengan menggunakan
PBM

43

Gambar 4.5 Serbuk FeB milling 1 jam dengan menggunakan HEM

43

Gambar 4.6 Serbuk BaFe12O19 dengan aditif FeB 3 %wt pada temperatur
1200 C

43

Gambar 4.7 Serbuk BaFe12O19 dengan aditif FeB 9 %wt pada temperatur
1200 C

43

Gambar 4.8 Grafik Hasil Pengujian XRD BaFe12O19

45

Gambar 4.9 Grafik Hasil Pengujian XRD BaFe12O19 pada temperatur
annealing 1200 oC dengan penambahan komposisi 3 %wt FeB

46

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.10 Grafik Hasil Pengujian XRD BaFe12O19 pada temperatur
annealing 1200 oC dengan penambahan komposisi 9 %wt
FeB

46

Gambar 4.11 Kurva Histerisis BaFe12O19 dengan penambahan FeB
3 dan 9 (%wt) pada temperatur annealing 1200 oC

47

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar Alat Dan Bahan
Lampiran 2 Pengukuran True Density
Lampiran 3 Hasil X-ray Diffraction
Lampiran 4 Skema Annealing
Lampiran 5 Parameter Kisi
Lampiran 6 Kurva BH Max
Lampiran 7 Grafik VSM

Universitas Sumatera Utara