PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF Al 2 O 3 SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF Al 2 O 3 SKRIPSI TABITARIA M SIANIPAR DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF Al 2 O 3 SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains TABITARIA M SIANIPAR DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

3 PERSETUJUAN Judul : Pengaruh Temperatur Sintering Terhadap Sifat Fisis, Magnet dan Mikrostruktur dari BaFe 12 O 19 dengan Aditif Al 2 O 3 Kategori : Skripsi Nama : Tabitaria M. Sianipar NIM : Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen Fakultas : Fisika : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (Mipa) Disetujui di Medan, Juni 2015 Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Pembimbing, (Dr. Marhaposan Situmorang) (Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS) NIP : NIP :

4 PERNYATAAN PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF Al 2 O 3 SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Juni 2015 TABITARIA M. SIANIPAR

5 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan bimbingan-nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Pengaruh Temperatur Sintering Terhadap Sifat Fisis, Magnet dan Mikrostruktur dari BaFe 12 O 19 dengan Aditif Al 2 O 3 dalam waktu yang telah ditentukan. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS, sebagai Dosen Pembimbing, yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan memberikan dorongan, semangat serta saran-saran untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Prof. Perdamean Sebayang M.Sc dan Prof. Dr. Masno Ginting, M.Sc, sebagai Dosen Pembimbing di LIPI, yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan memberikan dorongan, semangat serta saran-saran untuk membimbing penulis dalam penelitian tugas akhir dan menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, sebagai Ketua Jurusan Fisika FMIPA USU. 4. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, MSc, sebagai Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA USU. 5. Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 6. Semua Dosen Departemen Fisika FMIPA USU yang pernah menjadi dosen pengajar selama penulis kuliah di Fisika USU. 7. Kak Tini, Kak Yuspa, dan bang Jo, sebagai pegawai di jurusan Fisika FMIPA USU. 8. Kedua orangtua penulis, Alm. J. Sianipar dan M. Pardosi, terima kasih atas dukungan dan doa yang begitu besar dan sangat berarti kepada penulis. 9. Kakak dan Abang penulis Paska Uly Sianipar dan Dedi Hutabarat serta Adik - adik penulis Triwinner T. Sianipar dan Nopa Sianipar, yang telah banyak memberi dukungan, doa dan semangat kepada penulis selama kuliah dan menyelesaikan skripsi ini, dan sanak saudara lainnya yang banyak membantu dan memberikan motivasi kepada penulis. 10. Teman teman Fisika Stambuk 2011 sebagai teman bertukar pikiran selama perkuliahan dan teman berdiskusi dalam penyelesaian skripsi ini (Inten Natanael Simamora, Nensi M. Panjaitan, Juliana S Situmeang, Ancela Simbolon, Dosni Sipahutar, Stefen Sitorus, Widya Susanti, Lilis Sagita, Trisno F Manurung, Parasian Simbolon, Hendra Damos, Rusti Irawaty Simbolon dan semua teman yang tak dapat penulis sebutkan satu per satu).

6 11. Teman dekat penulis David M. Hutajulu yang juga memberi dukungan dan motivasi kepada penulis. 12. Abang, Kakak senior dan adik-adik junior Fisika FMIPA USU. 13. Teman teman satu kos (Juliana S Situmeang, Ancela Simbolon, Nensi M. Panjaitan, dan Reka Simbolon). Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan kekurangan baik dari segi isi, struktur kata, maupun tata bahasanya karena pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis terbatas, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi yang membutuhkannya. Penulis Tabitaria M. Sianipar

7 PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF Al 2 O 3 ABSTRAK Telah diakukan pembuatan magnet permanen BaFe 12 O 19 yang ditambahkan aditif Al 2 O 3 dengan variasi komposisi 1 dan 3 (%wt) mengggunakan metode mechanical alloying dengan milling time 48 jam. Serbuk tersebut kemudian ditambahkan bahan perekat Poly Vinyl Alcohol (PVA) dan dicetak kering dengan tekanan 30 kg/cm 2 (8 kg). Hasil cetakan berupa pelet dengan diameter rata-rata 20 mm x 3 mm. Selanjutnya dilakukan proses sintering dengan menggunakan vacuum furnace pada suhu C, C, C, dan 1100 o C yang ditahan selama 2 jam. Sampel yang telah disintering kemudian dikarakterisasi sifat fisis (bulk density, porositas, Linear Shrinkage), dianalisis struktur kristalnya dengan XRD dan Optical Microscope (OM), dimagnetisasi dan diukur kurva histerisisnya. Karakterisasi yang dilakukan meliputi sifat fisis yaitu densitas, porositas, dan Linear Shrinkage dengan metode Archimedes, dan analisa mikro struktur dengan menggunakan XRD dan OM. Sedangkan untuk analisis sifat magnet dengan menggunakan hasil pengukuran permagraph yang telah dimagnetisasi dengan Gaussmeter. Dari hasil pengukuran densitas dan porositas magnet BaFe 12 O 19 dengan aditif Al 2 O 3 menunjukkan bahwa nilai densitas cenderung meningkat, porositas menurun sebanding dengan jumlah aditif Al 2 O 3, dan Linear Shrinkage meningkat. Dari hasil karakterisasi fisis diperoleh hasil yang terbaik yaitu pada milling time 48 jam dengan suhu C pada komposisi 3 %wt, dengan nilai bulk density = 4,90 gr/cm 3, porositas = 20,55%, dan Linear Shrinkage = 10,51%. Dari salah satu hasil analisa XRD menunjukkan bahwa telah terbentuk struktur kristal BaFe 12 O 19 dan BaAlFe 11 O 19, grainsize 15,7, memiliki Br = 3,22 kg dan Hc = koe. Kata Kunci: Magnet permanen, BaFe 12 O 19, Aditif Al 2 O 3, Sintering

8 EFFECT ON SINTERING TEMPERATURE PHYSICAL PROPERTIES, MAGNET AND MICROSTRUCTURE OF Al 2 O 3 BaFe 12 O 19 WITH ADDITIVES ABSTRACT Has waged manufacture permanent magnets BaFe 12 O 19 with Al 2 O 3 additive is added to the composition variation 1 and 3 (wt%) use traditional methods of mechanical alloying by milling time of 48 hours. The powder is then added to the adhesive Poly Vinyl Alcohol (PVA) and dry printed with a pressure of 30 kg / cm 2 (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 C, C, C, and C were held for 2 hours. Samples were then characterized sintering physical properties (bulk density, porosity, Linear Shrinkage), analyzed the crystal structure 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 a micro-structure analysis using 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 BaFe 12 O 19 with Al 2 O 3 additive shows that the density values tend to increase, the porosity decreases in proportion to the amount of additive Al 2 O 3, and Linear shrinkage increases. From the results of the physical characterization is obtained the best results in milling time of 48 hours at a temperature of C at 3% wt composition, with a bulk density = 4.90 g / cm 3, porosity = 20.55%, and 10.51% Linear Shrinkage, From one of the results of XRD analysis showed that the crystal structure has been formed BaFe 12 O 19 and BaAlFe 11 O 19, grainsize 15.7, has Br = 3.22 kg and Hc = Koe. Keywords: Permanent Magnet, BaFe 12 O 19, Additive Al 2 O 3, Sintering

9 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstrac Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Halaman i ii iii v vi vii ix x xi Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan 5 Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Magnet Pengertian Medan Magnet Momen Magnetik Induksi Magnetik Kuat Medan Magnetik Macam-Macam Magnet Magnet Permanen Magnet Remanen Magnet Keramik Klasifikasi Material Magnetik Diamagnetik Paramagnetik Ferromagnetik Material Magnet Lunak dan Magnet Keras Jenis Magnet Permanen Magnet Permanen Ferrit Barium Heksaferit Alumina Keramik Alumina Kegunaan Keramik Alumina Sifat-Sifat Alumina Sintering 19

10 Tahapan Sintering Karakterisasi Material Magnet Permanen Barium Heksaferit Sifat Fisis Densitas Porositas Susut Bakar Sifat Magnet Permagraph Analisa Struktur Kristal XRD OM 26 Bab 3 Bab 4 Bab 5 Metodologi Penelitian 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Peralatan dan Bahan Peralatan Bahan Peneltian Diagram Alir Percobaan Proses Sintering Magnetisasi Karakterisasi Hasil Uji Densitas Bulk Density Porositas Susut Bakar Sifat Magnet Permagraph Analisa Mikrostruktur XRD OM 34 Hasil dan Pembahasan 4.1. Karakterisasi Sifat Fisis Hasil Karakterisasi Bulk Density, Porositas, dan Linear Shrinkage Karakterisasi Mikrostruktur Analisis XRD Analisis OM Karakterisasi Sifat Magnet 43 Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan Saran 48 Daftar Pustaka 49

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Sifat-Sifat Fisis Alumina 17 Tabel 2.2. Sifat-Sifat Keramik Alumina 18 Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Densitas 35 Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Porositas 37 Tabel 4.3. Data Hasil Pengujian Linear Shrinkage 39 Tabel 4.4. Data Hasil Pengujian Permagraph 44 Tabel 4.5. Data Pengujian kuat medan magnet paduan Barium Heksaferrite (BaFe 12 O 19 ) Pada Komposisi 1% wt Al 2 O 3 dan milling time 48 jam pada suhu 800 o C o C 44 Tabel 4.6. Data Pengujian kuat medan magnet paduan Barium Heksaferrite (BaFe 12 O 19 ) Pada Komposisi 3% wt Al 2 O 3 dan milling time 48 jam pada suhu 800 o C o C 46

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Orientasi momen magnetik bahan paramagnetic 11 Gambar 2.2. Histeresis Material Magnet 12 Gambar 2.3. Arah partikel pada magnet isotropi dan anisotropi 13 Gambar 2.4. Struktur kristal BaO.6Fe2O3 15 Gambar 3.1. Tahapan Penelitian Pembuatan Magnet Permanen Barium Heksaferit dengan Substitusi Al 2 O 3 29 Gambar 4.1. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al 2 O 3 terhadap nilai bulk density BaFe 12 O 19 yang disinter pada suhu 800 C, 900 C, 1000 C, 1100 C 36 Gambar 4.2. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al 2 O 3 terhadap porositas dari BaFe 12 O 19 yang disinter pada suhu 800 o C, 900 o C,1000 C, dan 1100 C 38 Gambar 4.3. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al 2 O 3 terhadap linier shrinkage dari BaFe 12 O 19 yang disinter pada suhu 800 o C, 900 o C,1000 C, dan 1100 C 40 Gambar 4.4. Grafik Hasil Pengujian XRD BaFe 12 O 19 dengan suhu sintering 800 o C,900 o C,100 o C,1100 o C 41 Gambar 4.5. Hasil Mikroskop Optik Magnet Sinter Barium Heksaferit dengan Temperatur a. 800 C, b. 900 C, c C, d C dan perbesaran 40x 42 Gambar 4.6. Kurva Histerisis bahan Barium hexaferrite pada suhu sintering 1000 C dengan aditif Al 2 O 3 43 Gambar 4.7. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al 2 O 3 terhadap nilai fluks magnetik dari paduan Al 2 O 3 + BaFe 12 O 19 yang disinter pada suhu 800 C C dengan milling time 48 jam 45 Gambar 4.8. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al 2 O 3 terhadap nilai fluks magnetik dari paduan Al 2 O 3 + BaFe 12 O 19 yang disinter pada suhu 800 C C dengan milling time 48 jam 46

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Gambar Peralatan dan Bahan 52