SIFAT-SIFAT MAGNET BAHAN KOMPOSIT KARETALAM DENGAN BaO.6Fe2O3 DAN SrO.6Fe2O3

Transkripsi

1 Serpong, 11 Oktober 2000 ISSN SIFAT-SIFAT MAGNET BAHAN KOMPOSIT KARETALAM DENGAN BaO.6Fe2O3 DAN SrO.6Fe2O3 Ridwaw, Sudirmaw, Mujamilah1, Waluyo r Ip3IB -Batan, Kawasan PUSPIPTEK Serpong 2Jurusan Metalurgi, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok S3h ABSTRAK SIFAT-SIFAT MEGNET BAHAN KOMPOSIT KARET ALAM DENGAN BaO.6Fe203 dad SrO.6Fe203' Bahan komposit magnet wet alarn dengan bahan magnet BaO.6Fe20) () clan SrO.6Fe20) () dengan fraksi volume masingmasing %, %, 50% clan %, %, 50%, 60% Berta % telah berhasil dibuat. Hasil analisis data pengukuran dengan vibrating sample magnetometer (VSM) pacta kurva demagnetisasi menunjukkan bahwa baik remanence B, maupun koersivitas H, komposit bergantung pacta tingkat muat serbuk magnetnya. Perhitungan terhadap B, clan H, dari bahan komposit sesuai kandungan serbuk magnetnya Berta dengan menganggap bahan bersifat isotrop, menunjukkan hasil yang sedikit berbeda dengan hasil pengarnatan. Perbedaan ini mungkin disebabkan oleh tingkat kompaksi maupun mutu bahan magnet yang masih relatif rendah. Narnun secara umum bahan komposit hasil sintesis telah menunjukkan sifat-sifat magnet sepertiyang diharapkan, walaupun demikian perbaikan mutu bahan masih harus dilakukan. Kata Kunci : Komposit magnet, fraksi volume, kurva demagnetisasi, remanence, koersivitas, tingkat muat ABSTRACT MAGNETIC PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS NATURAL RUBBER WITH BaO.6Fe 0 and SrO.6Fe203.Materials composite of natural rubber and BaO.6Fe203 () as well as SrO.6Fe203 () with volume2 frction of %, %, 50% and %,%, 50%, 60% and % have successfully been made. Analysis of magnetization data shows that both remanence B, and coercivty Hc of composite materials depend on the fraction of magnetic element in the composite. The calculation of B, and Hc versus fraction of magnetic element in the sample done by assuming composites were isotropic shows slight difference with the observation results. The differences might be caused by the degree of compaction as well as the quality of the magnet elements itself. In general the properties of the synthesized composite materials are as expected, however enhancement of the quality of the composite is still needed. Key Word: Materials composite, volume fraction, magnetization, remanence, coercivity PENDAHULUAN Bahan paduan dengan komposisi kimia BaO.6Fe2 :- dad SrO.6Fe2 :- yang sering disingkat dengan dad atau yang dikenal juga dengan 'hexaferrite' sesuai dengan sistem kristalnya yang hexagonal, dapat digolongkan pada bahan yang bersifat magnet keras (hard magnet). Bahan yang digolongkan sebagai magnet 'keras' ditandai dengan koersivitas magnet, Hc di atas 200 Oe. Hc menyatakan besar medan magnet batik yang dibutuhkan guna menghilangkan kemagnetan suatu bahan. Sedangkan untuk kekuatan magnet (magnetic field ditentukan oleh besarnya Br dati bahan, yakni nilai remanensi magnet yang tersisa di dalam bahan setelah pengaruh medan magnet ditiadakan. Kedua besaran ini secara langsung dapat dilihat dari kurva hysterisis bahan basil pengukuran misalnya menggunakan vibrating sample magnetometer (VSM), yakni pada daerah kuadran kedua dati kurva histerisis (daerah demagnetisasi). Bahan komposit bonded magnet atau disebut dengan bonded magnet (BM) dapat disintesis melalui pencampuran antara bahan pengikat (binder) dengan serbuk magnet dengan komposisi tertentu. Binder dapat berupa metal maupun polimer. Pada penelitian ini bahan pengikat yang digunakan adalah karet alam (KA). Bila dilihat dati komponen-komponen utama dati bahan bonded magnet ill karet alam misalnya, ketersediaan bahan ini diperkirakan masih cukup melimpah di Indonesia. Sedangkan unsur dasar paduan maupun yakni oksida besi (F e2 0 J juga tersedia dalam jumiah yang besar. Oleh sebab itu pengembangan bahan BM hexaferrite dengan bahan pengikat KA dan maupun akan sangat potensial di Indonesia. Beberapa data tentang pangsa pasar global bahan magnet juga menunjukkan adanya peningkatan akan kebutuhan bahan-bahan BM llexaferrite pada tahuntahunmendatang [1]. Penelitian tahap awal mengenai komposit bonded magnet hasil pencampuran karet alam (sebagai binder) dan serbuk magnet maupun telah dilakukan di Laboratorium Bidang Zat Mampat, Pusat Penelitian dan 72

2 8ifat-Sifat Magnet Bahan Komposit Karet A/am dengan BaO.6FezO 3 dan 8rO. 6FezO 3 (Ridwan) Pengembangan IImu Pengetahuan dan Teknologi Bahan (p31b) -Batan. Bahan seibuk magnet dan yang digunakan diperoleh dati PT. Sumimagne Utama. Pengaruh ukuran butiran, kandungan fraksi volume bahan magnet dan distribusi seibuk magnet dalam kompositnya terhadap sifat magnet bahan menjadi titik berat bahasan dalam makalah ini. lihat Gambar I. Berdasarkan foto basil pengarnatan SEM, sebaran ukuran partikel untuk masing-masing serbuk dan TATA KERJA Pada tahap awal identifikasi rasa bahap serbuk magnet yang diperoleh dari PT. Sumimagne Utama telah ditentukan dengan menggunakan teknik difraksi sinar-x. Ukuran butiran serbuk magnet ditentukan berdasarkan toto basil pengamatan dengan menggunakan SEM. Mengingat skala pembesaran dalam pengambilan toto SEM tersebut diketahui, dengan menggunakan prinsip geometri sederhana maka distribusi ukuran butiran dari serbuk pada pendekatan tmgkat pei1an1a dapat ditentukan. Komposisi komposit yang akan dismtesis terlebih dahulu ditentukan berdasarkan fraksi volume masingmasing elemen komposit. Dengan menentukan volume akhir dari bahan komposit yang akan disintesis, maka massa masing-masmg elemen komposit dapat ditentukan sebelum pencampuran dilakukan, sesuai persamaan (1) di bawah ini : Me= Pe ve VI"""""""""""""""""""""""""" (1) Disini Me' Pe' ve' menyatakan massa (gr), rapat jenis (gr/cm3) dan fraksi volume (%) dari masing-masing elemen komposit, clan V t (cm3) menyatakan volume total komposit. Berdasarkan persamaan di atas telah disintesis komposit dengan kandungan bahan magnet,, 50 % untuk dan,,50,60, % untuk. Pencampuran dilakukan dalam Labo Plastomil di P3TIR- Batan, pada suhu 100 C dengan waktu penggilingan untuk memperoleh campuran yang homogen dipilih selama 7 menit. Bahan campuran basil penggilingan ini kemudian dicetak menggunakan ' dies' yang telah dipersiapkan sebelumnya dengan tekanan 150 kgicm2 pada suhu 100 C. Proses pencetakan dilakukan tanpa pengaruh medan magnet luar atau dengan kata lain bahan komposit magnet yang dibuat lebih bersifat isotrop. Peralatan karakterisasi yang digunakan dalam penelitian ini seperti, difraktometer sinar-x, peralatan SEM, maupun VSM semuanya tersedia di Puslitbang Iptek Bahan-Batan. HASn., DAN PEMBAHASAN Basil analisa data difraksi sinar -X menggunakan program komputer RlETAN'97 [2] untuk seibuk magnet maupun menunjukkan bahwa bahan berfasa tunggal dengan sistemkristal hexagonal, a= 5,89369 A; c= 23,10112 AsertagrupruangP63/mmc(vol. A, 194). Disini ditampilkan pola difrnksi sinar -X untuk bahan, dapat dilihat pada Gambar 2a, b dan Gambar 3a, b. Dari sini tampak bahwa sebaran ukuran butiran yang digunakan untuk serbuk ternyata lebih kecil Gambar 2a, b. Foto distribusi butiran bahan SrO.6 FeZO) dan BaO.6FeZO) dengan SEM (halus) dibandingkan dengan ukuran butiran. Perbedaan dalam ukuran butiran ini ternyata sangat mempengaruhi mekanisme kompaksi selama proses pelindihan. Terbukti untuk serbuk pencampuran dalam fraksi volume yang lebih besar dari 50 % tidak dimungkinkan, hat ini terlihat bahwa pada fraksi yang lebih tinggi sebagian serbuk tidak dapat diikat oleh karet alam dengan baik dan tertinggal di dalam wadah labo plastomil. Karakterisasi sifat magnet bahan dengan beibagai komposisi telah dilakukan menggunakan fasilitas vibrat- 73 Beraa besaremanensi-aan-koer"slvlta

3 Serpong, 11 Oktober 2000 ISSN "'1.'" 'Oo) Oc,s 1; ;0 2;5 3P 3.;5 4,0 UI.'JEu\ b1#]t' (110) Gambar 4a, b, c. Kurva B dan Bi vs H basil pengukuran dengan VSM pada kuadran kedua dari kurva histeresis untuk bahan komposit Gambar 3a, 3b Distribusi ukuran butiran serbuk BaO.6FezO, dan SrO.6FezO, 8t ing sample magnetometer (VSM). Hubungan antara induksi magnet B, intensitas magnetisasi I, magnetisasi intrinsik Bi dan medan magnet Iuar H (disini medan demagnetisasi diabaikan) dalam sistem cas dinyatakan dengan: B=4nI:tHatau B=Bj:tH (2) Dengan kata lain, B = B -H untuk kuadran kedua dari kurva BH. Hasil penran dengan VSM masih merupakan data Bi vs. H, sehingga apabila Bj = 0 maka H = Hci dimana Hci menyatakan medan magnet koersif intrinsik. Namun untuk H = 0, B = B = B dimana B '1, menyatakan remanence magnet bahan. Dernikian pula halnya untuk B = 0 maka akan dapat diperoleh H= H yang tidak lain menyatakan medan koersifbahan Sehingga dari sini dapat dibuktikan bahwa H tidak mungkin lebih besar dari B. Nilai maksimu basil perkalian an tara H dad B yang'digambarkan sebagai luas area persegi panjang maksimum yang dapat dibuat di bawah kurva BH, ini tidak lain menyatakan energy product maksimum suatu bahan magnet, ( BH )mab' Untuk tujuan pemakaian statis, ukuran volume magnet yang digunakan akan berbanding terbalik dengan besar energy product dari bahan. Kurvakuadran kedua hasil pengukuran sifat magnetik yang telah dilakukan terhadap bahan komposit yang dibuat, secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 4a, b, c untuk, dan Gambar 5a, b, c, d, e untuk. Dari basil yang diperoleh terlihat bahwa remanance dari bahan komposit yang telah disintesis '",0 -!i :: Q,4 Gambar 5a, b, c, d. Kurva B dad Bi vs H basil pengukuran dengan VSM pada kuadran kedua dati kurva histeris untuk bahan komposit karet alam

4 I Sifat-Sifat Magnet Bahan Komposit Karet Alam dengan BaO.6FeZOj dan SrO.6FeZOj (Ridwan) meningkat dengan bertambahnya kandungan serbuk magnet di dalam komposit baik untuk maupun, lihat Gambar 6. Hal ini dapatdimengerti, karena tinggi rendahnya remanance sangat bergantung pacta kontribusi magnetik..'-b8m e :. ;;:':'4? a ' c, mt /....- pengtan seperti terlihat pada Gambar 7. Hal ini sangat mungkin disebabkan oleh ketidaksempurnaan orientasi kristal-kristal magnet di dalam kompositnya, selainitu juga sangat bergantung pada kualitas magnet yang digunakan. Berdasarkan besar remanensi dan koersivitas (B"H) basil pengamatan terhadap bahan komposit yang Fr'k..1 vol""" mogn.t ( K ) Gambar 6. Harga remanensi Br fungsi fraksi volume magnet komposit (5), (n) dan Hasil perhitungan (") ; garis berfungsi hanya sebagai penghubung dari setiap elemen-elemen magnet yang dikandung di da1am bahan kompositnya. Besjasikowa dkk. di dalam pus taka [3], mendapatkan hubungan antara sifat komposit. magnet dengan fraksi kandungan elemen magnet Ve' dalam bahan elastic bonded magnet bersifat isotropik sebagai berikut : B = 290v 1,4(mT) ' H = I 7v (koe), r.' c '. ' (BH)tnab= 1,3v. 2,4 (MGOe)...,,,(3) Pada Gambar 6, terlihatbahwa data-data B r (, ) pada komposisi di bawah % basil perhitungan relatif sarna dengan Br basil pengukuran. Hal ini sangat mungkin berkaitan dengan PTt (kerapatan komposit) teotitis yang hanya sedikit berbeda dari PTo basil sintesis. Namun untuk fraksi magnet yang lebih tinggi terlihat P1\ lebihtinggi dati PTo basil sintesis dan terlihat bahwa Br basil perhitungan cenderung lebih tinggi dati basil sintesis, lihat Tabell. Berbedadengan Br besar medan koersifhc untuk bahan bonded ferrite tidak bergantung pada kerapatan Tabel 1. Rapat Jenis baban komposit dan El Frabi Kerapatan emen I J. b. M t vo wne ems servasl I agile J (%) pt. (g/cm) total dari bahan komposit, H. Stablein [3]. Harga H. teoritis yang diperoleh dari perhitungan menggunakan persamaan (3) di alas, cenderung lebih tinggi dari basil Gambar 7. Harga koersivitas magnet Hc fungsi fraksi volume magnet komposit (5), (n) dan Hasil perhitungan (") ; garis berfungsi hanya sebagai pengbubung dilakukan, mala besar energy product (BH)mab sesuai dengan {raksi volume magnet di dalam komposit dapat dihitung. Hasil selengkapnya dati perhitungan (BH)makJ dapat dilihat pada Gambar 8. Sesuai basil pengiikuran terhadap B, clan Hc di atas, jelas harga (BH)mab basil perhitungan alan lebih besar hila dibandingkan dengan basil pengamatan. Secara lengkap maka basil penelitian awal sifat magnet komposit clan dengan bahan pengikat Gambar 8. Harga energy product maximum (BH)- fungsi fraksi volume magnet komposit (5), (n) dan Hasil perhitungan ("); garis berfungsi hanya sebagai penghubung. berupa karet alam dapat disarikan dalam Tabel 2. KESIMPULAN Tabel 2 Hasil lengkap bahan komposit magnet HaM dan basil penejitian Magnet v.(%) (gr/cm) Dr (kg) H.(kOe) SO SO 60 2,01 2,41 2,79 2,12 2,44 2,84 3,22 3,44 0,71 0,74 0,77 0,68 0,59 1,10 1,20 1, 0, 0,48 0,75 0,81 0,83 CMGOe) (BH) 0,17 0,07 0,21 0,25 0,29 75

5 Serpong, 11 Oktober 2000 ISSN Bahan komposit magnet basil pencampuran karet alam sebagai bahan pengikat dengan serbuk magnet BaO.6Fe2OJ ataupun SrO.Fe2Oy telah berhasil dibuat. Bahan komposit dengan serbuk magnet maupun dalam fraksi rendah mempunyai sifat magnet yang hampir sarna. Namun demikian karena ketetbatasan bahan maka sifat komposit -komposit tersebut sulit dibandingkan untuk fraksi yang lebih tinggi dati 50%. Untuk ukuran butiran yang relatif kecil dari, tingkat muat setbuk ke dalam rnatrik karet alam relatif cukup tinggiyakni 0/0. Sehingga dari penelitian awal ini terlihat bahwa suatsuat magnet bahan masih perlu ditingkatkan. Untuk itu, penambahan zat pelarut lain yang cocok untuk dapat menurunkan viskositas bahan pengikat sehingga tingkat fraksi serbuk magnet di dalam kompositnya dapat lebih tinggi masih perlu diteliti lebih lanjut. Mengingat sernakin tinggi tingkat muat setbuk magnet maka remanence dati kompositjuga semakin tinggi. Selain itu penyempuruaan proses pencetakan, sekaligus diikuti dengan penyearahan butiran serbuk magnet, masih perlu dilakukan. Sehingga selain kerapatan komposit menjadi lebih tinggi juga sifat anisotropi bahan dapat terbentuk yang pacta akhirnya akan diperoleh suatu magnet komposit ferit yang berkualitas tinggi. DAFTAR PUSTAKA [I]. Permanent Magnets1995 Update, Wheeler Associate, Elizabethtown, KY 421. [2]. F. IZUMI, The Rietveld Method, ed. R.A. Young, Oxford University Press, Oxford, (1993) vol. C, p.391 [3]. H. ST ABLEIN, Hard Ferrites and Plastoferrites, Ferromagnetic Materials, Vol.3, ed. E.P. Whohlfarth, North-Holland Publishing Company, (1982)p.586 TANYAJAWAB pengaruh suhu sangat bergantung pada sifat karakteristik bahan. Namun pada prinsipnya sifat magnet bahan hilang akibat keteraturan spin momen magnet hilang akibat agitasi termal (vibrasi atom). 2. Bahan-bahan (unsur-unsur) kimia yang dapat digunakan sebagai bahan magnet yakni apabila di dalam sistem bahan tersebut memungkinkan terdapat elektron-elektron bebas dari atom, sifat magnet muncul dari kontribusi spin momen elektron yang tidak berpasangan. Penanya : Munawir Pertanyaan 1. Apakah pengaruh yang ditimbulkan dengan penambahan Nd terhadap sifat magnet. 2. Mengapa seminar ini bukan merupakan seminar lanjutan dati Seminar Iptek Bahan IV 3. Apakah penelitian Saudara tidak menyimpang dari Tupoksi Batan Jawaban 1. Nd adalah unsur dati tanah jarang yang tidak bersifat magnet, oleh sebab itu penambahan Nd dalam NdFeB akan menurunkan sifat amgnet bahan, lagi pula Nd sangat mudah teroksidasi maka kelebihan Nd akan menyebabkan bahan rentan terhadap korosi yang pada akhirnya merusak sifat magnetnya. 2. Seminar Iptek Bahan tetap akan diadakan namun pelaksanaannya direncanakan setiap 2-3 tahun sekali. Dalam selang waktu tersebut pertemuan ilmiah akan mengambil topik-topik spesifik. 3. Bila dibicarakan soal Tupoksi Batan akan sangat meluas. Namun untuk P3IB Tupoksinya berkait dengan diversifikasi dati teknik nuklir. Jadi secara umum penelitian yang dilakukan tidak bertentangan dengan Tupoksi P3IB (Batan). Penanya : Setiadi (Fakultas Teknik 01) Pertanyaan : 1. Sampai suhu berapa sifat magnetik akan hilang 2 Bagaimana pemilihan bahan-bahan magnet dilakukan Jawaban : 1. Hilangnya sifat magnet suatu bahan terhadap 76