PEMBUATAN MAGNET PERMANENT Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe 2 O 3 ) DENGAN METODE KOOPRESIPITASI DAN KARAKTERISASINYA SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains ERINI AFZA NIM : 060801023 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PERSETUJUAN Judul : PEMBUATAN MAGNET PERMANENT Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe 2 O 3 ) DENGAN METODE KOOPRESIPITASI DAN KARAKTERISASINYA. Kategori : SKRIPSI Nama : ERINI AFZA Nomor Induk Mahasiawa : 060801023 Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) USU Diluluskan di Medan, 10 Mei 2011 Diketahui Departemen Fisika FMIPA USU Ketua Pembimbing Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Herli Ginting, M.S NIP: 195510301980131003 NIP: 195505191986011001
PERNYATAAN PEMBUATAN MAGNET PERMANENT Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe 2 O 3 ) DENGAN METODE KOOPRESIPITASI DAN KARAKTERISASINYA SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya Medan, 10 Mei 2011 ERINI AFZA 060801023
PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tulisan yang berjudul Pembuatan Magnet Permanent Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe 2 O 3 ) Dengan Metode Koopresipitasi dan Karakterisasinya. Yang dilaksanakan di Laboratorium Keramik dan Gelas P2F LIPI Serpong Tangerang sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Drs. Herli Ginting M.Si selaku Dosen Pembimbing penulis serta, Prof.Drs. Pardamean Sebayang, M.Si., Ir. Muljadi. M.S, Lukman Faris, Amd, Deni mahadi selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada kepala Laboratorkditium Pusat Penelitian Fisika PPF-LIPI Serpong Dr. Bambang Widyatmoko,M.Eng kepada Drs. Takdir Tamba, M.Eng selaku Dosen Wali penulis selama mengikuti perkuliahan, kepada Ketua dan Sekretaris Jurusan Departemen Fisika DR. Marhaposan Situmorang dan Dra. Justinon. M.Si, Dekan FMIPA USU Drs. Krista Sebayang. M.Si serta semua Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. Tidak lupa pula penulis ucapkan terima kasih kepada seluruh mahasiswa Fisika S-1 khususnya stambuk 2006. Dan Kepada rekan-rekan asisten dan Staf Laboratorium Fisika Dasar. Kepada Sahabat-sahabatku Kiki, Osma, Elisda, Yanti, Elfrida, kak nelly, bi diana, bi yuli, dan tika, serta Rizky Hardiansyah yang selalu memberikan semangat, dukungan dan membantu saya dalam penyelesaian skripsi ini. Akhirnya tidak terlupakan ucapan terima kasih kepada yang paling kucintai dan kusayangi Ayahanda Jadid dan Ibunda Wilda Hafni, dan ineku Hidayati yang telah memberikan dukungan baik materil maupun moril selama mengikuti perkuliahan, kepada adik-adikku tersayang Hamida Afza, Auliadin, Rifqi Jagadhita, dan Adli Alphan. Serta ucapan Terima Kasih yang tak terhingga kepada Nenekku tersayang Hj. Bariah. Paman ku Khaerudin dan keluarga, Paman ku Syahrial dan keluarga, ibu ku Juniar dan keluarga, serta seluruh keluarga besar yang tidak dapat disebutkan satu persatu, penulis ucapkan banyak terima kasih. Penulis
PEMBUATAN MAGNET PERMANEN Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe 2 O 3 ) DENGAN METODE KOOPRESIPITASI DAN KARAKTERISASINYA ABSTRAK Magnet permanen dibuat dari bahan keramik berbasis oksida besi seperti hexagonal ferrite BaO.6Fe 2 O 3. Bahan magnet ini memiliki kemampuan remanensi sebesar 2000 G dan koersivitas sebesar 1457 Oe. Pembuatan magnet permanen Barium hexa ferrite diawali dengan pembuatan serbuk BaO.6Fe 2 O 3 melalui metode koopresipitasi dengan menggunakan bahan baku BaCl 2,dan FeCl 3. Serbuk tersebut dikalsinasi pada suhu 900 o C selama 2 jam, kemudian ditambahkan bahan perekat Poly Vinyl Alcohol (PVA) dan dicetak kering dengan tekanan 70 kg/cm 2. Hasil cetakan berupa pellet dengan diameter 2,39 cm x 0,49 cm. Selanjutnya dilakukan proses sintering dengan menggunakan tungku listrik pada suhu 1000 o C - 1100 o C dengan interval 50 o C. Pada setiap suhu sintering ditahan selama 2 jam. Sampel yang telah disintering kemudian dikarakterisasi sifat fisik (densitas dan porositas), dianalisis struktur kristalnya dengan XRD, dimagnetisasi dan diukur kurva histerisisnya. Dari hasil karakterisasi diperoleh hasil yang terbaik yaitu pada kondisi suhu sintering 1100 o C, dengan nilai densitas = 3,82 g/cm 3, porositas = 28,21%, fasa yang terbentuk seluruhnya adalah BaO.6Fe 2 O 3, memiliki Br = 1802,76 G dan Hc = 892 Oe. Kata kunci : Barium-hexa ferrite, sintering, densitas, porositas, kurva histerisis
FABRICATION OF Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe 2 O 3 ) PERMANENT MAGNETS BY COOPRESIPITATION METHOD AND ITS CHARACTERISTIC ABSTRACT Permanent magnets made by iron oxide-based ceramic material as hexagonal ferrite BaO.6Fe 2 O 3. This magnetic material has the ability remanence of 2000 G and the coercivity of 1457 Oe. Fabrication of barium hexa ferrite permanent magnets begins with the manufacture of powder BaO.6Fe2O3 through coopresipitation method using raw materials BaCl2, and FeCl3. The powder is calcined at a temperature of 900oC for 2 hours, then added adhesive Poly Vinyl Alcohol (PVA) and dry pressing with pressure 70 kg/cm2 The mpld form of pellets with a diameter of 2.39 cm x 0.49 cm. Furthermore, the sintering process is carried out by using electric furnace at temperatures 1000oC - 1100oC with 50oC intervals. At each sintering temperature held for 2 hours. Sintering samples were then characterized the physical properties (density and porosity), its crystal structure analyzed by XRD, magnetized and measured curves histerisisnya From the characterization results obtained best results on condition 1100oC sintering temperature, with the density = 3.82 g/cm3, porosity = 28.21%, phase is formed all BaO.6Fe2O3, have Br = 1804 G and Hc = 933 Oe. Keywords: Barium hexa-ferrite, sintering, density, porosity, hysteresis curve.
DAFTAR ISI Halaman Pengesahan... i Persetujuan... ii Pernyataan... iii Penghargaan... iv Abstrak... v Abstract... vi Daftar Isi... vii Daftar Tabel... ix Daftar Gambar... x Bab I Bab II Pendahuluan 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah... 4 1.4 Tujuan Penelitian... 4 1.5 Manfaat Penelitian... 4 1.6 Tempat Penelitian... 5 1.7 Sistematika Penulisan... 5 Tinjauan Pustaka 2.1 Pengertian Magnet... 7 2.2 Medan Magnet... 8 2.2.1 Momen Magnetik... 8 2.2.2 Induksi Magnetik... 9 2.2.3 Kuat Medan Magnetik... 9 2.2.4 Intensitas Kemagnetan... 9 2.3 Macam Macam Magnet... 10 2.4 Bahan Magnetik... 11 2.4.1 Bahan Diamagnetik... 11 2.4.2 Bahan Paramagnetik... 11 2.4.3 Bahan Ferromagnetik... 12 2.5 Material Magnet Lunak dan Magnet Keras... 13 2.6 Magnet Keramik... 15 2.7 Sifat-sifat Magnet Keramik... 17 2.8 Jenis Magnet Permanen... 21 2.9 Barium Hexa Ferrite (BaO.6Fe 2 O 3 )... 21 2.10 Aplikasi Dari Komponen Magnet... 22 2.10.1 Bidang Elektrik... 22 2.10.2 Bidang Instrumentasi Elektronika... 23 2.10.3 Bidang Telekomunikasi... 23 2.10.4 Bidang Mekanik... 24
2.11 Proses Pembuatan Keramik... 25 2.11.1 Pencampuran Bahan Baku... 25 2.11.2 Proses Kalsinasi... 26 2.11.3 Proses Pembentukan... 26 2.11.4 Proses Sintering... 28 2.11.4.1 Tahapan Sintering... 29 2.11.4.2 Klasifikasi Sintering... 31 2.11.4.3 Efek Sintering Terhadap Sifat Sampel... 31 2.12 Karakterisasi... 32 2.12.1 Sifat Fisis... 32 2.12.1.1 Densitas... 32 2.12.1.2 Porositas... 33 2.12.1.3 Kekuatan Magnet... 34 2.12.2 Analisa Struktur Kristal... 35 2.12.2.1 XRD (X-Ray Diffraction)... 35 Bab III Bab IV Metodologi Penelitian 3.1 Alat dan Bahan... 38 3.1.1 Alat... 38 3.1.2 Bahan... 39 3.2 Diagram Alir Penelitian... 40 3.2.1 Diagram Alir Pembuatan Magnet Permanen BaO.6Fe 2 O 3... 40 3.3 Variabel Eksperimen... 41 3.3.1 Variabel Penelitian... 41 3.3.2 Variabel Percobaan yang Diuji... 41 3.4 Prosedur Penelitian... 41 3.4.1 Pencampuran Bahan Baku... 41 3.4.2 Proses Kalsinasi... 42 3.4.3 Pembuatan Sampel Uji... 42 3.4.4 Proses Sintering... 43 3.5 Pengujian... 43 3.5.1 Sifat Fisis... 43 3.5.2 Sifat Magnet... 44 3.5.4 Difraksi Sinar-X (X-Ray Diffraction)... 46 Hasil dan Pembahasan 4.1 Sifat Fisis... 48 4.1.1 Densitas dan Porositas... 48 4.2 Analisa Struktur Kristal... 51 4.2.1 XRD (X-Ray Diffraction)... 51 4.3 Sifat Magnet... 55 Bab V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan... 61 5.2 Saran... 62 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A Reaksi Dan Perhitungan LAMPIRAN B Data-Data Hasil Pengukuran LAMPIRAN C Gambar Bahan Penelitian
LAMPIRAN D LAMPIRAN E Gambar Alat Penelitian JSPDS International Centre for Diffraction Data.
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Sifat-sifat magnet permanen dari beberapa bahan magnet... 3 Tabel 2.1 Sifat berbagai magnet keras... 19 Tabel 2.2 Sifat berbagai magnet lunak... 19 Tabel 2.3 Kerapatan dari beberapa bahan ferit... 20 Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Densitas dan Porositas... 49 Tabel 4.2 Hasil Perhitungan % Kristalisasi... 54 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sifat Magnet... 59
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Arah Momen Magnetik Bahan Non Magnetik... 8 Gambar 2.2 Arah Momen Magnetik Bahan Magnetik... 8 Gambar 2.3 Arah Domain-domain Dalam Bahan Paramagnetik Sebelum Diberi Medan Magnet Luar... 12 Gambar 2.4 Arah Domain Dalam Paramagnetik Setelah Diberi Medan Magnet Luar... 12 Gambar 2.5 Histeris Material Magnet (a) Material Lunak, (b) Material Keras... 14 Gambar 2.6 Prototipe Magnet Motor DC Mini... 16 Gambar 2.7 A. Magnet Loudspeaker Keramik, B dan C. Motor Listrik Kecil, D. Taconie Iron Core... 16 Gambar 2.8 Kurva Saat Proses Magnetisasi... 17 Gambar 2.9 Kurva Histerisis Material Magnetik... 18 Gambar 2.10 Kurva Yang Menunjukkan Perbandingan Sifat Magnet Dari Beberapa Jenis Magnet Permanen... 20 Gambar 2.11 Arah Partikel Pada Magnet Isotropi dan Anisotropi (a) Arah Partikel Acak (Isotropi), (b) Arah Partikel Searah (Anisotropi)... 21 Gambar 2.12 Struktur Kristal BaO.6Fe 2 O 3... 22 Gambar 2.13 Proses Sinter Padat (a) Sebelum Sinter partikel mempunyai Permukaan masing-masing. (b) Setelah Sinter hanya mempunyai Satu Permukaan... 31 Gambar 2.14 Pengaruh Suhu Sintering Pada (1) Porositas, (2) Densitas, (3) Tahanan Listrik, (4) Kekuatan, dan (5) Ukuran Butir... 32 Gambar 2.15 Alat Vibrating Sample Magnetometer (VSM) tipe OXFORD VSM1.2H (BATAN)... 35 Gambar 2.16 Difraksi Bidang Atom... 36 Gambar 3.1 Skema Diagram Alir Pembuatan Magnet Permanen BaO.6Fe 2 O 3... 40 Gambar 3.2 Kurva Histerisis... 44 Gambar 3.3 Skema Alat Uji XRD... 47 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Densitas dan Porositas Terhadap Perubahan Suhu Sintering... 49 Gambar 4.2 Pola XRD Untuk Sampel yang Disintering Pada Suhu 900 o C... 51 Gambar 4.3 Pola XRD Untuk Sampel yang Disintering Pada Suhu 950 o C... 52 Gambar 4.4 Pola XRD Untuk Sampel yang Disintering Pada Suhu 1000 o C... 52 Gambar 4.5 Pola XRD Untuk Sampel yang Disintering Pada Suhu 1050 o C... 52 Gambar 4.6 Pola XRD Untuk Sampel yang Disintering Pada Suhu 1100 o C... 53 Gambar 4.7 Pengaruh suhu Sintering Terhadap Pembentukan Fasa... 54 Gambar 4.8 Kurva Histeris Pada Suhu Sintering 900 o C... 55 Gambar 4.9 Kurva Histeris Pada Suhu Sintering 950 o C... 56 Gambar 4.10 Kurva Histeris Pada Suhu Sintering 1000 o C... 56 Gambar 4.11 Kurva Histeris Pada Suhu Sintering 1050 o C... 57 Gambar 4.12 Kurva Histeris Pada Suhu Sintering 1100 o C... 58 Gambar 4.13 Kurva Histeris Untuk Produk Pasaran... 59