PENGARUH ANNEALING DAN KOMPOSISI ADITIF FERRO BORON (FeB) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNET DARI BARIUM HEKSAFERIT (BaFe 12 O 19 ) SKRIPSI TANIA CHRISTIYANTI 120801068 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
PENGARUH ANNEALING DAN KOMPOSISI ADITIF FERRO BORON (FeB) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNET DARI BARIUM HEKSAFERIT (BaFe 12 O 19 ) 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
PERNYATAAN PENGARUH ANNEALING DAN KOMPOSISI ADITIF FERRO BORON (FeB) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNET DARI BARIUM HEKSAFERIT (BaFe 12 O 19 ) 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
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 (BaFe 12 O 19 ) 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,. 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 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.
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 Habibi(Tata), Sabran Abbas(Ninja), Rudi Aja(Komting Genap Cupu), 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
PENGARUH ANNEALING DAN KOMPOSISI ADITIF FERRO BORON (FeB) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNET DARI BARIUM HEKSAFERIT (BaFe 12 O 19 ) 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 o C selama 17 jam. Dan dicampur dengan menggunakan HEM selama 15 menit. Sampel kemudian dianneal menggunakan tungku listrik Thermolyne dengan variasi temperature annealing 1000 o C;1100 o C ;dan 1200 o C 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 o C dengan penambahan FeB (3 %wt) menghasilkan true density 5,54 g/cm 3 dan ukuran partikel 116 nm. Hasil XRD membentukfasafe 2 O 3 dengan 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 BH max =17.04 kgoe Kata Kunci : Barium Heksaferit, Ferro Boron, Sifat Fisis, dan Sifat Magnet.
EFFECT OF ANNEALING AND ADDITIVE COMPOSITION OF FERRO BORON (FeB) ON PHYSICAL PROPERTIES AND MAGNET OF BARIUM HEXAFERITTE (BaFe 12 O 19 ) 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/cm 3 and particle size 116 nm. The results of XRDanalysis showed that the crystal structure has been formed Fe 2 O 3 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 BH max =17.04 kgoe Key words: Barium Hexaferitte, Ferro Boron, Physical Properties, and Magnetic Properties.
DAFTAR ISI Halaman Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran i ii iii v vi vii xi xii xiii Bab 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 3 1.3 Batasan Masalah 4 1.4 Tujuan Penelitian 4 1.5 Manfaat penelitian 4 1.6 Sistematika Penulisan 4 Bab 2. Landasan Teori 2.1. Pengertian Magnet 6 2.2. Magnet Permanen 7 2.3. Sifat-Sifat Magnet Permanen 8 2.4. Sifat Intrinsik Kemagnetan Fasa Magnetik 8 2.4.1. Loop Histeresis 8 2.4.2. Polarisasi Total Fasa Magnetik 11 2.4.3. Medan Anisotropi (Anisotropy Field) Fasa Magnetik 11 2.4.4. Produk Energi Maksimum 12 2.4.5. Temperatur Curie Fasa Magnetik 14 2.5 Magnet Keramik 14 2.6 Barium Heksaferit (BaFe 12 O 19 ) 15
2.7 Unsur Pemadu Pada FeB 17 2.6.1. Besi (Fe) 17 2.6.2. Boron (B) 18 2.8 Metalurgi Serbuk 19 2.8.1. Mixing dan Milling 19 2.8.2. Annealing 20 2.9 Karakterisasi Hasil 21 2.9.1. Pengujian Densitas 21 2.9.2. Pengujian Optical Microscope (OM) 21 2.9.3 Pengujian X-Ray Diffraction (XRD) 21 2.9.4. Pengujian Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 23 Bab 3. Metodologi Penelitian 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 25 3.1.1. Tempat Penelitian 25 3.1.2. Lamanya Waktu Penelitian 25 3.2. Alat dan Bahan 25 3.2.1. Alat 25 3.2.2. Bahan 27 3.3. Variabel Eksperimen 3.3.1. Variabel Penelitian 27 3.3.2. Pengujian Sampel Percobaan 27 3.4 Diagram Alir Penelitian 29 3.5 Prosedur Penelitian 30 3.5.1. Proses Pemecahan Bongkahan dan penggerusan sampel 30 3.5.2. Proses Milling Serbuk BaFe 12 O 19 30 3.5.3. Proses Milling Serbuk FeB 30 3.5.4. Pengeringan Sampel 31 3.5.5. Proses Mixing 31 3.5.6. Proses Annealing 31 3.6 Karakterisasi Hasil 32 3.6.1 Pengukuran Densitas Serbuk (True Density) 32 3.6.2. X-Ray Diffraction (XRD) 33 3.6.3. Optical Microscope (OM) 33 3.6.4. Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 34 Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Karakterisasi Sifat Fisis 36 4.1.1 True Density BaFe 12 O 19 36 4.1.2. True Density BaFe 12 O 19 FeB 38 4.1.3. True Density dari BaFe 12 O 19 - FeB terhadap Temperatur Annealing 39 4.1.4. Optical Microscope (OM) 42 4.1.5. X-Ray Diffraction (XRD) 44
4.2.Karakterisasi Sifat Magnet 48 4.2.1 Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 48 Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 52 5.2. Saran 53 Daftar Pustaka
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 BaFe 12 O 19 36 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran True Density dari Serbuk BaFe 12 O 19 dengan penambahan aditif 3, 6 dan 9 %wt FeB 38 Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran True Density BaFe 12 O 19 dengan penambahan aditif FeB terhadap temperatur annealing. 40 Tabel 4.4 Data Hasil Karakterisasi Optical Microscope serbuk BaFe 12 O 19 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 BaFe 12 O 19 : FeB (%wt) 49
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 BaFe 12 O 19 37 Gambar 4.2. Hubungan antara penambahan aditif FeB terhadap nilai true density dari serbuk BaFe 12 O 19 39 Gambar 4.3 Hubungan antara penambahan aditif 3, 6 dan 9 %wt FeB terhadap nilai true density dari Serbuk BaFe 12 O 19 tanpa dan dengan annealing pada suhu 1000, 1100 dan 1200 C yang masing-masing ditahan selama 2 jam 41 Gambar 4.4 Serbuk BaFe 12 O 19 milling 24 Jam dengan menggunakan PBM 43 Gambar 4.5 Serbuk FeB milling 1 jam dengan menggunakan HEM 43 Gambar 4.6 Serbuk BaFe 12 O 19 dengan aditif FeB 3 %wt pada temperatur 1200 C 43 Gambar 4.7 Serbuk BaFe 12 O 19 dengan aditif FeB 9 %wt pada temperatur 1200 C 43 Gambar 4.8 Grafik Hasil Pengujian XRD BaFe 12 O 19 45 Gambar 4.9 Grafik Hasil Pengujian XRD BaFe 12 O 19 pada temperatur annealing 1200 o C dengan penambahan komposisi 3 %wt FeB 46
Gambar 4.10 Grafik Hasil Pengujian XRD BaFe 12 O 19 pada temperatur annealing 1200 o C dengan penambahan komposisi 9 %wt FeB 46 Gambar 4.11 Kurva Histerisis BaFe 12 O 19 dengan penambahan FeB 3 dan 9 (%wt) pada temperatur annealing 1200 o C 47
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