SIDANG TUGAS AKHIR JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

Transkripsi

1 JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014 SENIN, 14 MARET 2014 MT 204 SIDANG TUGAS AKHIR

2 TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FTI-ITS PENGARUH UNSUR PADUAN Co-Zn DENGAN VARIASI FRAKSI MOL DAN VARIASI TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT MAGNETIK DAN STRUKTUR MIKRO BARIUM HEKSAFERRIT DENGAN METODE SOL-GEL AUTO COMBUSTION Putu Ary Kresna Mudra Dosen Pembimbing : Dr. Widyastuti, S.Si, M.Si

3 Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian

4

5 Desain RAM (Radar Absorbent MATERIAl) RAS (Radar Absorbent Structure)

6 LATAR BELAKANG Pengembangan Material absorber Meningkat RAM RCS target terbaca minimal oleh radar

7 RAM BaFe 12 O Ms Tinggi Hc Rendah BaFe 12-2x Co x Zn x O 19 Dopan Co-Zn

8 Metode Sintesa Barium Heksaferit Hidrothermal Sol Gel Coprecipitation Citrate Precursor Mechanical Alloying

9 VARIABEL Waktu Stirring Komposisi Material doping Temperatur sintering ph larutan

10 RUMUSAN MASALAH Bagaimanakah pengaruh penambahan unsur Co,Zn terhadap sifat magnetik dan struktur mikro dari Barium Heksaferit? Bagaimana pengaruh variasi temperatur sintering terhadap sifat magnetik dan struktur mikro Barium Heksaferit?

11 BATASAN MASALAH tidak ada pengotor pada serbuk Tidak ada pengotor saat proses penyaringan Kecepatan Stirring hotplate dianggap konstan Temperatur Holding dianggap konstan

12 TUJUAN Mempelajari pengaruh penambahan unsur Co- Zn terhadap sifat magnetik barium heksaferit Mempelajari pengaruh variasi fraksi mol dan temperatur sintering terhadap sifat magnetik dari barium heksaferit

13 Manfaat Penelitian Diperoleh data tentang unsur pemaduan terbaik untuk Radar Absorbent Material dari pengaruh variasi temperatur sintering yang tepat untuk memperoleh fasa barium heksaferit yang optimum dengan metode sol gel auto combustion.

14 Radar absorber material Radar absorber material adalah suatu material yang dikembangkan untuk teknologi stealth (siluman) dimana aplikasinya bertujuan untuk membuat suatu struktur agar tidak terdeteksi oleh radar. Material RAM dapat bermacam macam dan sifat dari material pembentuknya yang akan menentukan besarnya penyerapan tersebut (Ahmad Anas Yusof, 2004)

15

16 BARIUM HEKSAFERIT Termasuk jenis Hard magnetic yang memiliki struktur heksagonal. Memiliki saturasi magnetic dan koersivitas yang tinggi

17 Barium Heksaferit Material Properties Melting poin Curie Temperatur Bentuk Specific Gravity Kelarutan dalam air (H 2 O) Titik leleh Warna Aroma Koersifitas Saturasi Barium Heksaferit C C Serbuk 5.3 g/cc pada 20 0 C Sukar larut ± C Cokelat kehitamhitaman Tidak beraroma 6700 oe 70 emu/g

18 Sifat Kemagnetan Barium Heksaferit Barium M-Heksaferrit digunakan sebagai salah satu bahan pembuatan material anti radar, karena mempunyai sifat kemagnetan yang bisa dirubah Kurva hysterisis dari arium heksaferit hasil sintesis dengan metode micro emulsion yang diuji pada temperatur 4,2 K dan 300 K (Koutzarova, 2005).

19 Subtitusi Atom Proses subtitusi terjadi perpindahan atom yang ukurannya relatif sama atau lebih kecil 15% dari atom induknya Ion Jari-jari (nm) Ukuran atom yang mensubtitusi Energi Vibrasi Ba 2+ Fe 2+ Co 2+ Zn 2+ O 2-0,135 0,078 0,075 0,074 0,140

20 Pengaruh Doping Co dan Zn mendoping ion Zn pada Fe berpotensi menurunkan magnetisasi saturasi yang berakibat pada menurunnya medan koersivitas magnetokristalnya (Ozgury dkk, 2009). Menurut G. B. The, S. Nagalingam dkk (2007) mengatakan bahwa dengan mensubstitusi Co (cobalt) pada barium heksaferrit dapat mengurangi nilai koersivitas dari 1082 G mg -1 ke 275,8 G mg -1.

21 Pengaruh Sintering Menurut Costa dkk,(2007) Meningkatkan ukuran butir sehingga memiliki banyak domain pada setiap butir. Menghilangkan fasa fasa kedua yang menurunkan kemurnian dari barium heksa ferrit

22 Dengan kenaikan temperatur akan terjadi peningkatan ukuran partikel. Pada penelitian (Wang,2000) Peningkatan temperatur sintering menyebabkan peningkatan ukuran partikel yang mempengaruhi terhadap penurunan nilai koersivitas.

23 Pengaruh temperatur sintering terhadap sifat kemagnetan (Wang,2000)

24 Peningkatan temperatur sintering meningkatkan sifat kemagnetan barium heksaferit (Hessein, 2011)

25 Metode sol gel Metode Sol Gel Auto Combution merupakan salah satu metode untuk pembuatan barium heksaferrit dengan hasil serbuk yang berukuran nano. Teknik ini melibatkan gel dan pembakaran untuk menghasilkan serbuk. Metode ini memiliki beberapa kelebihan yaitu reagen dibtuhkan lebih singkat, serbuk yang homogen dan tidak memerlukan peralatan khusus.

26 Metode Sol Gel Pengukuran Stokiometri Chemical treatment Heat Treatment Penimbangan bahan Pencampuran Bahan Sintering

27 Kajian Penelitian Sebelumnya

28 Barium Heksaferit ditambahkan Ni dan Zn memilki Ms yang tinggi dan Hc yang rendah (A.Gonzales- Angeles dkk.2005)

29 Penambahan unsur Co dan pada barium heksaferit berpengaruh besar dalam mengurangi nilai koersivitas dan meningkatkan nilai saturasi magnetik, seperti terlihat pada ferrite B (MnCuNi) dan D (MnCoNi) (A.Gurbuz 2012) Materials Magnetic Saturation (emu/g) Coercivity (ka/m) Purchased nanopowder (Aldrich) Ferrite A powder Ferrite B powder Ferrite C powder Ferrite D powder Ferrite E powder

30 Barium Heksaferit tanpa unsur pemadu (Endah,2012) Barium Heksaferit tanpa unsur pemadu (Felly,2010) Semakin bertambahnya unsur paduan Co-Zn menurunkan Ms dan Hc dari Barium Heksaferit (Ying Liu, 2009)

31 Putu Ary K, 2014 Fe(NO 3 ) 3.9H 2 0, Ba(NO 3 ) 2, asam sitrid, Co(NO 3 ) 2.6H 2 O, Zn(NO 3 ) 2.4H 2 O Fe/Ba=11, x =0.2,0.4,0.6, ph= 7, CA:M = 3:1 sintering 750, 850, 950 0

32 Diagram Alir Penelitian

33 Bahan Barium Nitrat Besi (III) nitrat nonahidrat Zn(NO 3 ) 2.4H2O Co(NO 3 ) 2.6H2O Asam Sitrit amoniak aquades

34 Alat Timbangan digital Hot plate dan magnetic strirrer Cawan Crusible Gelas beaker Pipet ph meter Gelas ukur Spatula Furnace

35 Alat Pengujian XRD VSM SEM

36 RANCANGAN PENELITIAN Material Pengujian Base Unsur Pemadu (wt%) Temperatur Sintering ( o C) SEM XRD VSM 0, BaM Co Zn 0, ,

37 - ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN-

38 Pengaruh fraksi mol penambahan unsur Co-Zn pada Barium Heksaferrit Terhadap Sifat Magnetik dan Struktur Mikro HASIL PENGUJIAN : - VSM - SEM - XRD

39 Hasil uji VSM tanpa penambahan unsur paduan (Endah P. Kharismawati, 2012) Hasil VSM saat 750 o C pada variasi x = 0,2; 0,4; dan 0,6 Hasil VSM saat 850 o C pada variasi x = 0,2; 0,4; dan 0,6 Hasil VSM saat 950 o C pada variasi x = 0,2; 0,4; dan 0,6

40 Nilai Sifat Magnetik Subtitusi Co-Zn pada Barium Heksaferrit x = 0,2; 0,4; dan 0,6 pada temperatur 750, 850, dan 950 o C Temperatur Sintering( 0 C) 750 Fraksi mol (x) 0,2 0,4 0,6 Hc (T) 0,2711 0,1892 0,1788 Sifat Magnetik Ms (emu/g) 55,81 49,09 42,67 Mr (emu/g) 32,62 25,45 20,83 Grafik hubungan antara fraksi mol penambahan Co-Zn dengan besar nilai koersivitas 850 0,2 0,4 0,6 0,2786 0,2133 0, ,19 72,12 64,05 44,23 40,05 36, ,2 0,4 0,6 0,2815 0,2567 0, ,49 72,83 70,55 49,42 40,72 39,13 Grafik hubungan antara fraksi mol penambahan Co-Zn dengan besar nilai saturasi magnetik

41 Bentuk permukaan partikel barium heksaferrit dengan temperatur sinter 950 o C pada masing masing penambahan unsur Co-Zn a) x = 0,2 b) 0,4 c) dan 0,6 pada perbesaran 1000x, 2000x dan 5000x POLIGONAL DAN POROS

42 Hasil XRD pada 950 o C pada variasi x = 0,2; 0,4; dan 0,6

43 Pengaruh temperatur sintering terhadap Sifat Magnetik dan Struktur Mikro BaFe 12-2x Co x Zn x O 19 HASIL PENGUJIAN : - VSM - SEM - XRD

44 Hasil VSM untuk x = 0,2 pada variasi temperatur 750, 850 dan 950 o C Hasil VSM untuk x = 0,4 pada variasi temperatur 750, 850 dan 950 o C Hasil VSM untuk x = 0,6 pada variasi temperatur 750, 850 dan 950 o C Hasil uji VSM tanpa penambahan unsur paduan (Endah P. Kharismawati, 2012)

45 a b c Bentuk permukaan partikel barium heksaferrit dengan penambahan unsur Co-Zn x = 0,6 dengan variasi temperatur sinter a) 750 b) 850 dan c) 950 o C POLIGONAL DAN POROS

46 Hasil XRD penambahan Co-Zn x = 0,6 pada temperatur 750,850 dan 950 o C

47 Nilai Sifat Magnetik Subtitusi Co-Zn pada Barium Heksaferrit x = 0,2; 0,4; dan 0,6 pada temperatur 750, 850, dan 950 o C Temperatur Sintering( 0 C) 750 Fraksi mol (x) 0,2 0,4 0,6 Hc (T) 0,2711 0,1892 0,1788 Sifat Magnetik Ms (emu/g) 55,81 49,09 42,67 Mr (emu/g) 32,62 25,45 20,83 Grafik hubungan antara peningkatan temperatur sinter Co-Zn dengan besar nilai koersivitas 850 0,2 0,4 0,6 0,2786 0,2133 0, ,19 72,12 64,05 44,23 40,05 36, ,2 0,4 0,6 0,2815 0,2567 0, ,49 72,83 70,55 49,42 40,72 39,13 Grafik hubungan antara peningkatan temperatur penambahan Co-Zn dengan besar nilai saturasi magnetik

48 Tabel Efek temperatur sintering terhadap ukuran Kristal pada penambahan Co-Zn Sampel Fasa Peak Hasil 2θ (degree) FWHM D (nm) x=0, C BaFe 12 O 19 BaFe 2 O C BaFe 12 O 19 BaFe 2 O C BaFe 12 O x=0, C BaFe 12 O 19 BaFe 2 O C BaFe 12 O 19 BaFe 2 O C BaFe 12 O x=0, C BaFe 12 O 19 BaFe 2 O C BaFe 12 O 19 BaFe 2 O C BaFe 12 O

49 - KESIMPULAN -

50 Kesimpulan Semakin banyak penambahan unsur paduan Co-Zn semakin menurunkan nilai koersivitas dan saturasi magnet dari barium heksaferrit Penurunan signifikan nilai koersivitas terjadi pada x = 0,6 pada 750 C dengan nilai koersivitas 0,1788 Tesla Semakin tinggi temperatur sintering larutan maka semakin menaikkan nilai koersivitas dan saturasi magnet dari barium heksaferrit dengan doping Co dan Zn Peningkatan nilai koersivitas dan saturasi magnetik terjadi pada temperatur sintering 950 C pada x= 0,2 dengan nilai koersivitas sebesar 0,2815 T dan saturasi magnetic 88,49 emu/g Sehingga pada penambahan Co-Zn x= 0,2 saat temperatur 950 C merupakan komposisi yang paling baik digunakan sebagai material absorber karena memiliki saturasi magnet yang lebih tinggi dari teoritical nilai barium heksaferit sebesar 88,49 emu/g dan nilai koersivitas yang lebih rendah dari teortitical barium heksaferit sebesar 0,2815 T

51

52 BAHAN PENELITIAN (X=0,2) (X=0,4) (X=0,6) Raw materials BaFe 11,6 Co 0,2 Zn 0,2 O 19 BaFe 11,2 Co 0,4 Zn 0,4 O 19 BaFe 10,8 Co 0,6 Zn 0,6 O 19 gr ml gr ml gr ml Fe(NO 3 ) 9. H 2 O 10 24, , ,752 Ba(NO 3 ) 2 0, ,1 0, ,134 0, ,2 Co(NO 3 ) 2 0, ,41 0,0156 0,853 0, ,3 Zn(NO 3 ) 2 0, ,41 0,0161 0,853 0,0246 1,3 C 6 H 8 O 7 1,76 8, ,67 8,5779 1,8599 8,865

53 Fungsi Sintering Sebagai hasil dari itu, xerogel itu diberi perlakuan panas di 80 C selama 15 jam untuk menghilangkan air dan kemudian diolah untuk menghasilkan gel kering pada suhu 180 C selama 15 jam dalam oven. Selanjutnya, serbuk yang disinter pada 550 C selama 6 jam dan pada 1000 C selama 5 jam untuk mengubah bentuk oksida dan kemudian bentuk ferit, masing-masing. Dilaporkan bahwa tingginya nilai koersivitas dan saturasi magnetik terkait dengan suhu pendinginan. Anil pada suhu yang lebih tinggi menyebabkan peningkatan ukuran kristal dan mengakibatkan penurunan koersivitas

54 Permitivitas (ɛ) adalah suatu kuantitas fisik yang menggambarkan bagaimana suatu medan listrik mempengaruhi dan dipengaruhi oleh suatu medium dielektrik dan nilainya ditentukan oleh kemampuan bahan dari medium untuk terpolarisasi sebagai respon dari medan tersebut yang pada akhirnya juga mengurangi medan listrik dalam bahan sedangkan permeabilitas (µ) adalah kemampuan suatu bahan untuk membentuk medan magnet dengan sendirinya dengan kata lain juga bisa disebut derajat magnetisasi suatu bahan sebagai respon pemberian medan magnet luar (Bayu, 2011).

55 RAS mekanisme penyerapan radar pada struktur multi-layer yang mengandung bahan penyerap gelombang elektromagnetik. Bagian dari gelombang radar datang dipantulkan ke permukaan depan sedangkan sisa dari gelombang tersebut menembus ke bagian dalam bahan. Gelombang radar yang melewati permukaan mengalami pantulan dan gangguan pada setiap lapisan kemudian diserap oleh multi-reflection dan bahan penyerap radar, dan akhirnya gelombang tersebut dilemahkan. (Jung, dkk., 2006).

56 Diagram fasa R. Nowosielski, 2007