SINTESIS DAN KARAKTERISASI SERBUK BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF FeMo MELALUI METODE MECHANICAL ALLOYING SKRIPSI CUT HANI SAFIRA

SINTESIS DAN KARAKTERISASI SERBUK BaFe

12

O

19

DENGAN

ADITIF FeMo MELALUI METODE MECHANICAL ALLOYING

SKRIPSI

CUT HANI SAFIRA

120801072

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

SINTESIS DAN KARAKTERISASI SERBUK BaFe

12

O

19

DENGAN

ADITIF FeMo MELALUI METODE MECHANICAL ALLOYING

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat

mencapain gelar Sarjana Sains

CUT HANI SAFIRA

120801072

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

PERNYATAAN

SINTESIS DAN KARAKTERISASI SERBUK BaFe12O19 DENGAN ADITIF

FeMo MELALUI METODE MECHANICAL ALLOYING

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juni 2016

CUT HANI SAFIRA 120801072

PENGHARGAAN

Puji dan syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan karunia-Nya telah dapat diselesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Sintesis dan Karakterisasi Serbuk BaFe12O19 dengan Penambahan FeMo Melalui Metode

Mechanical Alloying.

Maka diucapkan terimakasih kepada :

1. Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku dekan FMIPA USU yang telah memberi bimbingan dan dukungan selama perkuliahan maupun dalam penyusunan skripsi ini.

2. Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika FMIPA USU, staff pengajar dan pegawai Departemen Fisika USU yang telah membimbing dan membantu selama perkuliahan dan penyelesaian skripsi ini.

3. Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU dan Dosen Pembimbing Akademik yang telah meluangkan waktu membimbing dan memberi dukungan selama perkuliahan dan penyusunan skripsi ini.

4. Awan Maghfirah, S.Si, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan banyak waktu untuk membimbing, mendukung, mendo’akan serta memberi saran untuk menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

5. Prof.Perdamean Sebayang,M.Sc selaku dosen pembimbing di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dalam penelitian dan penyusunan skripsi.

6. Bapak T.Syahrial Harny dan Ibu Sri Endah Kiswarini selaku orang tua yang sangat berjasa dalam memberikan ilmu, nasehat, material, do’a dan dukungan selama perkuliahan dan penyelesaian skripsi ini, serta Cut Siti Asyura selaku adik yang selalu memberikan semangat.

7. Dosen Pembimbing Lapangan dan Pegawai di Pusat Penelitian Fisika-LIPI (Bu Ayu, Pak Candra, Pak Arief, Pak Toto, Bang Anggi, Pak amat, Bang Mardi, Bu Yati) yang telah membimbing dan membantu selama menyelesaikan penelitian. 8. Eni Indriani Sinaga (Fisika 2012) selaku teman kos selama 3 tahun yang telah

9. Teman-teman seperjuangan “Cewek-cewek kos L-48” (Marta Nainggolan, Santa Simanjuntak, Sulistra Simamora, Riris Julita, Fitry Silaban, dan Mia Aulia) yang telah menemani dalam suka dan duka selama melakukan penelitian dan penyusunan skripsi ini.

10. Saudara – saudara dan sepupu – sepupu (Bang Pontam, Kak Cut Sartika, Kak Eva, Bang Andri, Kak Citra, Mak Tin, Bude Lintang, Om Kris, Tante Antin, Kak Putri, Bang Dedek, Wak Adek, Pakde Agus, Ibu Ati, Kak Raihan, Dek Tia, Dek Fifi) yang telah memberi dukungan dan do’a.

11. Physics On Fire atau Fisika USU 2012 selaku sahabat dan teman seperjuangan selama masa perkuliahan dan tugas akhir (Roby, Cyndi, Addin, Ivan, Fransisco, Roi, Tania, Melpa, Elisabeth, Mutia, Ari, Rudi, Ivo, Zefanya, Josapat, Jekson, dkk).

12. Darla’s Family KKN kelompok 7 (Andrianus, Yani, Halim, Rizka, Enda, Egar, Ayu, Anita, Sarah, Karyaman, Putri) yang selalu memberi semangat.

13. Keluarga Prof. Masno Ginting yang turut serta memberikan nasehat, dukungan, serta do’a untuk menyelesaikan penelitian dan skripsi ini.

14. Asisten Laboratorium Fisika Inti (Dewi, Niko, Lyana, Rahmat) juga selaku teman seperjuangan dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi.

15. Sahabat dan teman - teman penulis (Bang Nuril Akhyar, Alfira Sari, Dianlopa, Febrina, Uci, Bena, Andissi, Bang Irfan, Bang Sulthan, Angga, Vivi, Nufus, dan Bang Junel) yang turut serta memberi dukungan, semangat, dan do’a. 16. Teman – teman seperjuangan yang melakukan PKL maupun T.A di LIPI

(Giass, Devi, Mares, Andi, Indah, Hanifah, Taufik, Firman. Aris, Majid, Widya, Devin, Ulul, Muda, Raihan, Bang Bahtiar, Bang Ciswandi, Peter, Cicik, Putri, Arief Halim, Sahat).

17. Staff pengajar di PAUD Shafira (Buk Ida, Buk Dar, Buk Ira) yang turut serta memberikan do’a, semangat, dan dukungan.

18. Adek- adek Fisika USU st.2013 (Yara, Uci, Riza, dkk), st.2014 (Ifrah, Gabriel, Wiwid, Fiqhi, dkk), st.2015 (Dwika, Ira, Elo, Zabrina, dkk) yang telah memberi dukungan dan do’a.

19. Abang – abang dan kakak – kakak Fisika USU st.2011 (Kak Diana, Kak Putri, dkk), st.2010 (Bang Anthony, Bang Lamhot, dkk), serta senior dan alumni lainnya yang turut memberikan dukungan dan do’a.

20. Pihak – pihak lain yang telah berjasa dan selalu memberikan dukungan, dan do’a.

Disadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan agar skripsi ini dapat diperbaiki untuk lebih baik. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca.

Medan, Juni 2016

Sintesis dan Karakterisasi Serbuk BaFe

12

O

19

dengan Aditif FeMo

Melalui Metode Mechanical Alloying

ABSTRAK

Telah dilakukan sintesis serbuk BaFe12O19 dengan penambahan aditif FeMo (1, 3,

5, 7, dan 9%wt) melalui metode mechanical alloying dan variasi temperatur kalsinasi 1000, 1100, dan 1200 oC (2 jam). Karakterisasi yang dilakukan pada serbuk meliputi: true density, Optical Microscope (OM), Vibrating Sample Magnetometer (VSM), dan X-Ray Diffraction (XRD). Hasil karakterisasi true density sebelum kalsinasi menghasilkan nilai berkisar 3,22 - 4,61 x 10 -3 kg/ m3 dan hasil karakterisasi Optical Microscope (OM) menghasilkan nilai 106 – 92 nm. Hasil analisis VSM dengan penambahan 5%berat FeMo adalah σs = 50,49 (4π x

10-7) Wb.m/kg; σr = 23,83 (4π x 10-7) Wb.m/kg; jHc = 1106 (103/4π) A/m; dan

BHmax = 137 (10-1/4π) J/m3 dan merupakan nilai yang optimum. Serbuk

BaFe12O19 dengan penmbahan 5%wt FeMo yang dikalsinasi pada temperatur

1000oC (2 jam) menghasilkan σs = 31,56 (4π x 10-7) Wb.m/kg; σr = 17,17 (4π x

10-7) Wb.m/kg; jHc = 445,36 (103/4π) A/m dan BHmax = 8,66 (10-1/4π) J/m3 dan

merupakan nilai optimum. Dari hasil analisis XRD serbuk tersebut diperoleh 59,2% fasa barium heksaferit (BaFe12O19), 24,11% fasa hematit (Fe2O3), dan

16,67% fasa barium oxide (BaO) dengan struktur kristal heksagonal,trigonal, dan tertagonal. Bahan serbuk ini termasuk semihard magnetic dan memungkinkan untuk digunakan sebagai bahan sensor magnetik.

Kata Kunci: BaFe12O19, FeMo, Mechanical Alloying, Kalsinasi, Vibrating Sample

Synthesis and Characterization of BaFe

12

O

19

powder with FeMo

Additive by Mechanical Alloying Method

ABSTRACT

BaFe12O19 powder with FeMo (1, 3, 5, 7, dan 9%wt) additive has been synthesis by mechanical alloying method and variation of calcination at temperature: 1000, 1100, and 1200 oC (2 h). The characterization of powder include: true density, Optical Microscope (OM), Vibrating Sample Magnetometer (VSM), and X-Ray Diffraction (XRD). The characterization result of true density before calcination are 3,22 - 4,61 x 10-3 kg/m3, and the result of Optical Microscope are 106 – 92 nm. VSM analysis results with 5wt% FeMo additive are σs = 50,49 (4π x 10-7) Wb.m/kg; σr = 23,83 (4π x 10-7) Wb.m/kg; jHc = 1106 (103/4π) A/m ; and BHmax = 137 (10-1/4π) J/m3 is the optimum value. After calcination at 1000oC (2 h) temperature, the results are σs = 31.56 (4π x 10-7) Wb.m/kg; σr = 17.17 (4π x 10-7) Wb.m/kg; jHc = 445.36 (103/4π) A/m; and BHmax = 8.66 (10-1/4π) J/m3 which is the optimum value. XRD analysis showed that the powder BaFe12O19 with 5wt% FeMo addition has 59.2% barium hexaferrite (BaFe12O19), 24.11% hematite (Fe2O3), and 16. 67% barium oxide (BaO) phase with hexagonal, trigonal, and tetragonal crystal structure respectively. This material can be categorized semi-hard magnetic and possibility use for magnetic sensor material.

Keywords: BaFe12O19, FeMo, Mechanical Alloying, Calcination, Vibrating Sample Magnetometer.

DAFTAR ISI Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak vi Abstract vii Daftar Isi ix Daftar Tabel x Daftar Gambar xi

Daftar Lampiran xii

Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 3 1.3 Batasan Masalah 3 1.4 Tujuan Penelitian 3 1.5 Manfaat Penelitian 4 1.6 Sistematika Penulisan 4

Bab 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Kemagnetan Bahan 5 2.1.1 Diamagnetik 5 2.1.2 Paramagnetik 6 2.1.3 Feromagnetik 6 2.1.4 Anti-feromagnetik 7 2.2 Magnet Keramik 7 2.3 Sampel Penelitian 8 2.3.1 Barium Haksaferit 8 2.3.2 Besi (Fe) 9 2.3.3 Molibdenum (Mo) 10

2.4 Sifat – Sifat Magnet Permanen 11

2.4.1 Koersivitas 11

2.4.2 Remanen atau Keterhambatan 12

2.4.3 Saturasi Magnetisasi 12

2.4.4 Medan Anisotropi 13

2.5 Kurva Histerisis 13

2.6 Metode Metalurgi Serbuk 14

2.7 Mechanical Alloying 15

2.8 Kalsinasi 16

2.9 Karakterisasi Sifat Fisis 17

2.9.2 DTA/TG 18

2.10 Karakteristik Mikrostruktur 20

2.10.1 Optical Microscope (OM) 20

2.10.2 X-Ray Diffraction 20

2.11 Karakterisasi Sifat Magnet dengan Vibrating Sample

Magnetometer (VSM) 21

Bab 3 Metode Penelitian

3.1. Tempat Pemelitian 22

3.2. Waktu penelitian 22

3.3. Alat dan Bahan 22

3.4. Diagram Alir 24

3.5. Preparasi Sampel 25

3.5.1 Milling BaFe12O19 25

3.5.2 Wet Milling FeMo 25

3.6. Mixing 26

3.7. Uji Sifat Fisis 26

3.7.1 True Density 27 3.7.2 DTA/TG 28 3.8. Kalsinasi 28 3.9. Uji Mikrostruktur 30 3.9.1 Optical Microscope 30 3.9.2 X-Ray Diffraction 30

3.10. Uji Sifat Magnet 31

Bab 4 Hasil dan Pembahasan

4.1. Pengujian Serbuk 33

4.1.1. X-Ray Diffraction 33

4.1.2. True Density 34

4.1.3. Optical Microscope (OM) 36

4.1.4. Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 38

4.1.5 DTA/TG 40 40

4.2. Karakterisasi Sampel 41

4.2.1 Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 41

4.2.2 X-Ray Diffraction 44

Bab 5 Kesimpulan dan Saran

5.1. Kesimpulan 45

5.2. Saran 46

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Nilai kerapatan dari beberapa jenis Ferrite 12

Tabel 3.1. Matriks komposisi sampel BaFe12O19: FeMo 26

Tabel 4.1. Hasil pengukuran true density dengan variasi komposisi aditif

FeMo terhadap serbuk BaFe12O19 34

Tabel 4.2. Hasil analisis ukuran partikel serbuk BaFe12O19 dan FeMo serta

campuran ke-dua material tersebut 36

Tabel 4.3. Hasil analisis Vibrating Sample Magnetometer (VSM) pada

serbuk BaFe12O19 dan penambahan 1, 5, dan 9%wt FeMo 38

Tabel 4.4. Hasil analisis Vibrating Sample Magnetometer (VSM) pada penambahan 5%wt FeMo terhadap serbuk BaFe12O19 yang

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Susunan momen dipol material diamagnetic,

(a). Tanpa medan magnet dan (b). Dengan medan magnet 5 Gambar 2.2. Susunan momen dipol material paramagnetic,

(a). Tanpa magnet dan (b). Dengan medan magnet 6

Gambar 2.3. Susunan momen dipol untuk material feromagnetik

tanpa ataupun dengan adanya medan magnet dari luar 6

Gambar 2.4. Kurva Histerisis 14

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian 24

Gambar 3.2. Planetary Ball Mill (PBM) 25

Gambar 3.3. High Energy Milling (HEM) 26

Gambar 3.4. Piknometer 27

Gambar 3.5. Thermolyne 28

Gambar 3.6. Proses kalsinasi, (a). T = 1000oC, (b). T = 1100oC, dan

(c). T = 1200oC (2 jam) 29

Gambar 3.7. Optical Microscope (OM) 30

Gambar 3.8. X-Ray Diffraction 31

Gambar 3.9. Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 32

Gambar 4.1. Hasil analisa XRD dari serbuk BaFe12O19 33

Gambar 4.2. Hasil analisa XRD dari serbuk FeMo 34

Gambar 4.3. Nilai true density eksperimen dan teori dari campuran

serbuk BaFe12O19 dan FeMo 35

Gambar 4.4. Foto serbuk 99 %wt BaFe12O19 : 1 %wt FeMo (a). hasil OM,

(b). hasil analisis software ImageJ 36

Gambar 4.5. Hubungan antara jumlah partikel dan kumulatif distribusi terhadap diameter partikel dari serbuk 99%wt BaFe12O19 :

1%wt FeMo 37

Gambar 4.6. Kurva histeresis dari hasil analisis sifat magnet pada

penambahan 1, 5, dan 9 %wt FeMo terhadap BaFe12O19 38

Gambar 4.7. Kurva demagnetisasi pada kuadran ke-dua dari serbuk

BaFe12O19 dengan penambahan 5%wt FeMo 40

Gambar 4.8. Kurva DTA/TGA dari serbuk BaFe12O19 dengan

penambahn 1%wt FeMo 40

Gambar 4.9. Kurva histeresis hasil analisis sifat magnet pada penambahan 5%wt FeMo terhadap serbuk BaFe12O19 yang dikalsinasi

Gambar 4.10.Kurva demagnetisasi pada kuadran ke-dua dari serbuk BaFe12O19 dengan penambahan 5%wt FeMo yang dikalsinasi

pada temperatur 1000oC selama 2 jam 44

Gambar 4.11.Hasil analisis XRD (a). serbuk BaFe12O19, (b) serbuk BaFe12O19

dengan penambahan 5%wt FeMo yang dikalsinasi pada temperatur 1000, (b) serbuk BaFe12O19 dengan penambahan

5%wt FeMo yang dikalsinasi pada temperatur 1200oC selama

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Peralatan Penelitian 49

Lampiran 2. Perhitungan True Density 53

Lampiran 3. Hasil Optical Microscope (OM) 56