SIFAT-SIFAT MAGNET BAHAN KOMPOSIT KARETALAM DENGAN BaO.6Fe2O3 DAN SrO.6Fe2O3

(1)

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet I

Serpong, 11 Oktober 2000 _{ISSN 1411 -7630}

SIFAT-SIFAT MAGNET BAHAN KOMPOSIT KARETALAM

DENGAN BaO.6Fe2O3 DAN SrO.6Fe2O3

S3h

Ridwaw, Sudirmaw,

Mujamilah1,

Waluyo

r

ABSTRAK

SIFAT-SIFAT MEGNET BAHAN KOMPOSIT KARET ALAM DENGAN BaO.6Fe203 daD SrO.6Fe203' Bahan komposit magnet wet alarn dengan bahan magnet BaO.6Fe20) (BaM) clan SrO.6Fe20) (SrM) dengan fraksi volume masing-masing 30%, 40%, 50% BaM clan 30%, 40%, 50%, 60% Berta 70% SrM telah berhasil dibuat. Hasil analisis data pengukuran dengan vibrating sample magnetometer (VSM) pacta kurva demagnetisasi menunjukkan bahwa baik remanence B, maupun koersivitas H, komposit bergantung pacta tingkat muat serbuk magnetnya. Perhitungan terhadap B, clan H, dari bahan komposit sesuai kandungan serbuk magnetnya Berta dengan menganggap bahan bersifat isotrop, menunjukkan hasil yang sedikit berbeda dengan hasil pengarnatan. Perbedaan ini mungkin disebabkan oleh tingkat kompaksi maupun mutu bahan magnet yang masih relatif rendah. Narnun secara umum bahan komposit hasil sintesis telah menunjukkan sifat-sifat magnet sepertiyang diharapkan, walaupun demikian perbaikan mutu bahan masih harus dilakukan.

Kata Kunci : Komposit magnet, fraksi volume, kurva demagnetisasi, remanence, koersivitas, tingkat muat

ABSTRACT

MAGNETIC PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS NATURAL RUBBER WITH BaO.6Fe 0 and SrO.6Fe203 .Materials composite of natural rubber and BaO.6Fe203 (BaM) as well as SrO.6Fe203 (SrM) with volume2 fr~ction of 30%, 40%, 50% BaM and 30%,40%, 50%, 60% and 70% SrM have successfully been made. Analysis of magnetization data shows that both remanence B, and coercivty Hc of composite materials depend on the fraction of magnetic element in the composite. The calculation of B, and Hc versus fraction of magnetic element in the sample done by assuming composites were isotropic shows slight difference with the observation results. The differences might be caused by the degree of compaction as well as the quality of the magnet elements itself. In general the properties of the synthesized composite materials are as expected, however enhancement of the quality of the composite is still needed.

Key Word: Materials composite, volume fraction, magnetization, remanence, coercivity

PENDAHULUAN

pencampuran antara bahan pengikat (binder) dengan serbuk magnet dengan komposisi tertentu. Binder dapat berupa metal maupun polimer. Pada penelitian ini bahan pengikat yang digunakan adalah karet alam (KA). Bila dilihat daTi komponen-komponen utama daTi bahan bonded magnet ill karet alam misalnya, ketersediaan bahan ini diperkirakan masih cukup melimpah di Indonesia. Sedangkan unsur dasar paduan BaM maupun SrM yakni oksida besi (F e2 0 J juga tersedia dalam jumIah yang besar. Oleh sebab itu pengembangan bahan BM hexaferrite dengan bahan pengikat KA dan BaM maupun SrM akan sangat potensial di Indonesia. Beberapa data tentang pangsa pasar global bahan

magnet juga menunjukkan adanya peningkatan akan kebutuhan bahan-bahan BM llexaferrite pada

tahun-tahunmendatang [1].

Penelitian tahap awal mengenai komposit bonded magnet hasil pencampuran karet alam (sebagai binder) dan serbuk magnet BaM maupun ~SrM telah dilakukan di Laboratorium Bidang Zat Mampat, Pusat Penelitian dan Bahan paduan dengan komposisi kimia

BaO.6Fe2°:- daD SrO.6Fe2°:- yang sering disingkat dengan BaM daD SrM atau yang dikenal juga dengan 'hexaferrite' sesuai dengan sistem kristalnya yang

hexagonal, dapat digolongkan pada bahan yang bersifat magnet keras (hard magnet). Bahan yang digolongkan sebagai magnet 'keras' ditandai dengan koersivitas magnet, Hc di atas 200 Oe. Hc menyatakan besar medan magnet batik yang dibutuhkan guna menghilangkan kemagnetan suatu bahan. Sedangkan untuk kekuatan magnet (magnetic field ditentukan oleh besarnya Br daTi bahan, yakni nilai remanensi magnet yang tersisa di dalam bahan setelah pengaruh medan magnet ditiadakan. Kedua besaran ini secara langsung dapat dilihat dari kurva hysterisis bahan basil pengukuran misalnya menggunakan vibrating sample magnetometer (VSM), yakni pada daerah kuadran kedua daTi kurva histerisis (daerah demagnetisasi).

Bahan komposit bonded magnet atau disebut dengan bonded magnet (BM) dapat disintesis melalui

72

Ip3IB -Batan, Kawasan PUSPIPTEK Serpong

(2)

Pengembangan IImu Pengetahuan dan Teknologi Bahan (p31B) -Batan. Bahan seIbuk magnet BaM dan SrM yang digunakan diperoleh daTi PT. Sumimagne Utama. Pengaruh ukuran butiran, kandungan fraksi volume bahan magnet dan distribusi seIbuk magnet dalam kompositnya terhadap sifat magnet bahan menjadi titik berat bahasan dalam makalah ini.

lihat Gambar I.

Berdasarkan foto basil pengarnatan SEM, sebaran ukuran partikel untuk masing-masing serbuk BaM dan

SrM dapat dilihat pada Gambar 2a, b dan Gambar 3a, b. Dari sini tampak bahwa sebaran ukuran butiran yang digunakan untuk serbuk SrM ternyata lebih kecil

Gambar 2a, b. Foto distribusi butiran bahan SrO.6 FeZO) dan BaO.6FeZO) dengan SEM

TATA KERJA

Pada tahap awal identifikasi rasa bahap serbuk magnet yang diperoleh dari PT. Sumimagne Utama telah ditentukan dengan menggunakan teknik difraksi sinar-X. Ukuran butiran serbuk magnet ditentukan

berdasarkan toto basil pengamatan dengan

menggunakan SEM. Mengingat skala pembesaran dalam pengambilan toto SEM tersebut diketahui, dengan menggunakan prinsip geometri sederhana maka distribusi ukuran butiran dari serbuk pada pendekatan tmgkat pei1an1a dapat ditentukan.

Komposisi komposit yang akan dismtesis terlebih dahulu ditentukan berdasarkan fraksi volume masing-masing elemen komposit. Dengan menentukan volume akhir dari bahan komposit yang akan disintesis, maka massa masing-masmg elemen komposit dapat ditentukan sebelum pencampuran dilakukan, sesuai persamaan (1) di bawah ini :

Me= Pe ve VI"""""""""""""""""""""""""" (1) Disini Me' Pe' ve' menyatakan massa (gr), rapat jenis (gr/cm3) dan fraksi volume (%) dari masing-masing elemen komposit, clan V t (cm3) menyatakan volume total komposit. Berdasarkan persamaan di atas telah disintesis komposit dengan kandungan bahan magnet 30 , 40, 50 % untuk BaM dan 30,40,50,60,70 % untuk SrM.

Pencampuran dilakukan dalam Labo Plastomil di P3TIR- Batan, pada suhu 100°C dengan waktu penggilingan untuk memperoleh campuran yang homogen dipilih selama 7 menit. Bahan campuran basil penggilingan ini kemudian dicetak menggunakan ' dies' yang telah dipersiapkan sebelumnya dengan tekanan 150 kgicm2 pada suhu 100°C. Proses pencetakan dilakukan tanpa pengaruh medan magnet luar atau dengan kata lain bahan komposit magnet yang dibuat lebih bersifat isotrop.

Peralatan karakterisasi yang digunakan dalam penelitian ini seperti, difraktometer sinar-X, peralatan SEM, maupun VSM semuanya tersedia di Puslitbang Iptek Bahan-Batan.

HASn., DAN PEMBAHASAN

Basil analisa data difraksi sinar -X menggunakan program komputer RlETAN'97 [2] untuk seIbuk magnet BaM maupun SrM menunjukkan bahwa bahan berfasa tunggal dengan sistemkristal hexagonal, a= 5,89369 A; c= 23,10112 AsertagrupruangP63/mmc(vol. A, 194). Disini ditampilkan pola difrnksi sinar -X untuk bahan BaM,

(halus) dibandingkan dengan ukuran butiran BaM. Perbedaan dalam ukuran butiran ini ternyata sangat

mempengaruhi mekanisme kompaksi selama proses pelindihan. Terbukti untuk serbuk BaM pencampuran dalam fraksi volume yang lebih besar dari 50 % tidak dimungkinkan, hat ini terlihat bahwa pada fraksi yang lebih tinggi sebagian serbuk BaM tidak dapat diikat oleh karet alam dengan baik dan tertinggal di dalam wadah labo plastomil.

Karakterisasi sifat magnet bahan dengan beIbagai komposisi telah dilakukan menggunakan fasilitas

(3)

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet I

Serpong, 11 Oktober 2000 _{ISSN 1411- 7630}

~

"'1£ .'" ~ '~Oo) Oc,s 1;0 1.5 2;0 2;5 UI.'JEu\ b1#]t' (110) 3P 3.;5 4,0

Gambar 4a, b , c. Kurva B dan Bi vs H basil pengukuran dengan VSM pada kuadran kedua dari kurva histeresis untuk bahan komposit BaM

Gambar 3a, 3b Distribusi ukuran butiran serbuk BaO.6FezO,

dan SrO.6FezO, 8t

ing sample magnetometer (VSM). Hubungan antara induksi magnet B, intensitas magnetisasi I, magnetisasi intrinsik Bi dan medan magnet Iuar H (disini medan demagnetisasi diabaikan) dalam sistem cas dinyatakan dengan: '"

,0

¥-!i ¥:: ~ Q,4 ~2 ¥

Gambar 5a, b, c, d. Kurva B daD Bi vs H basil pengukuran dengan VSM pada kuadran kedua daTi kurva histeris untuk bahan komposit karet alam -SrM

B=4nI:tHatau B=Bj:tH (2)

Dengan kata lain, B = B -H untuk kuadran kedua dari kurva BH. Hasil pen~ran dengan VSM masih

merupakan data Bi vs. H, sehingga apabila Bj = 0 maka H = Hci dimana Hci menyatakan medan magnet koersif intrinsik. Namun untuk H = 0, B = B = B dimana B

'1 ,

menyatakan remanence magnet bahan. Dernikian pula

halnya untuk B = 0 maka akan dapat diperoleh H= H yang tidak lain menyatakan medan koersifbahan~ Sehingga dari sini dapat dibuktikan bahwa H tidak mungkin lebih besar dari B. Nilai maksimu~ basil perkalian an tara H daD B yang'digambarkan sebagai luas area persegi panjang maksimum yang dapat dibuat di bawah kurva BH, ini tidak lain menyatakan energy product maksimum suatu bahan magnet, ( BH )mab' Untuk tujuan pemakaian statis, ukuran volume magnet yang digunakan akan berbanding terbalik dengan besar energy product dari bahan. Kurvakuadran kedua hasil pengukuran sifat magnetik yang telah dilakukan terhadap bahan komposit yang dibuat, secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 4a, b, c untuk BaM, dan Gambar 5a, b, c, d, e untuk SrM.

Dari basil yang diperoleh terlihat bahwa remanance dari bahan komposit yang telah disintesis

(4)

meningkat dengan bertambahnya kandungan serbuk magnet di dalam komposit baik untukBaM maupun SrM, lihat Gambar 6.

Hal ini dapatdimengerti, karena tinggi rendahnya remanance sangat bergantung pacta kontribusi magnetik

peng~tan seperti

terlihat pada

Gambar

7. Hal ini sangat

mungkin disebabkan

oleh ketidaksempurnaan

orientasi

kristal-kristal magnet di dalam kompositnya, selainitu

juga sangat bergantung pada kualitas magnet yang

digunakan.

Berdasarkan besar remanensi dan koersivitas

(B"H) basil pengamatan

terhadap

bahan komposit

yang

..-..'-B8M ...SrM c, -+- a..-290..' mT / ~

~

_..

~

e

~

~ :~.

;;:':'4

?-30 40 50 60 Fr'k..1 vol""" mogn.t ( K ) 70

Gambar 6. Harga remanensi Br fungsi fraksi volume magnet komposit BaM (5), SrM (n) dan Hasil perhitungan (") ;

garis berfungsi hanya sebagai penghubung

Gambar 7. Harga koersivitas magnet Hc fungsi fraksi vol-ume magnet komposit BaM (5), SrM (n) dan Hasil perhitungan (") ; garis berfungsi hanya sebagai pengbubung

dari setiap elemen-elemen magnet yang dikandung di da1am bahan kompositnya.

Besjasikowa dkk. di dalam pus taka [3], mendapatkan hubungan antara sifat komposit. magnet dengan fraksi kandungan elemen magnet Ve' dalam bahan elastic bonded magnet bersifat isotropik sebagai berikut :

B = 290v 1,4

(

mT) ' H = I 7v

(k

Oe

)

,

r .' c '. '

(BH)tnab= 1,3v. 2,4 (MGOe) ..., ,,(3) Pada Gambar 6, terlihatbahwa data-data B (BaM,_r SrM) pada komposisi di bawah 40 % basil perhitungan relatif sarna dengan Br basil pengukuran. Hal ini sangat mungkin berkaitan dengan PTt (kerapatan komposit) teoTitis yang hanya sedikit berbeda dari PTo basil sintesis. Namun untuk fraksi magnet yang lebih tinggi terlihat P1\ lebihtinggi daTi PTo basil sintesis dan terlihat bahwa Br basil perhitungan cenderung lebih tinggi daTi basil sintesis, lihat Tabell.

Berbedadengan Br besar medan koersifHc untuk bahan bonded ferrite tidak bergantung pada kerapatan

dilakukan, mala besar energy product (BH)mab sesuai dengan {raksi volume magnet di dalam komposit dapat dihitung. Hasil selengkapnya daTi perhitungan (BH)makJ dapat dilihat pada Gambar 8. Sesuai basil pengiIkuran terhadap B, clan Hc di atas, jelas harga (BH)mab basil perhitungan alan lebih besar hila dibandingkan dengan

basil pengamatan.

Secara lengkap maka basil penelitian awal sifat magnet komposit BaM clan SrM dengan bahan pengikat

Gambar 8. Harga energy product maximum (BH)- fungsi fraksi volume magnet komposit BaM (5), SrM (n) dan Hasil perhitungan ("); garis berfungsi hanya sebagai penghubung. Tabel 1. Rapat Jenis baban komposit BaM dan SrM

El Frabi Kerapatan

emen I J . b .

M t vo wne ems servasl

I agIle J

(%) pT. (g/cm)

berupa karet alam dapat disarikan dalam Tabel 2.

KESIMPULAN

Tabel 2 Hasil lengkap bahan komposit magnet HaM dan SrM basil peneJitian BaM BaM BaM SrM SrM SrM SrM SrM 30 40 50 30 40 50 60 70 (BH) CMGOe) 0,10 0,10 0,17 0,10 0,07 0,21 0,25 0,29 (gr/cm)

v.(%)

Dr (kG) _H.(kOe) Magnet BaM BaM BaM SrM SrM SrM SrM SrM 30 40 SO 30 40 SO 60 70 2,01 2,41 2,79 2,12 2,44 2,84 3,22 3,44 0,71 0,74 0,77 0,68 0,59 1,10 1,20 1,30 0,57 0,57 0,70 0,57 0,48 0,75 0,81 0,83

total dari bahan komposit, H. Stablein [3]. Harga H.

teoritis yang diperoleh dari perhitungan menggunakan

persamaan

(3) di alas, cenderung

lebih tinggi dari basil

(5)

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet I Serpong, 11 Oktober 2000

ISSN 1411 -7630

Bahan komposit magnet basil pencampuran karet alam sebagai bahan pengikat dengan serbuk magnet BaO.6Fe2OJ ataupun SrO.Fe2Oy telah berhasil dibuat. Bahan komposit dengan serbuk magnet BaM maupun SrM dalam fraksi rendah mempunyai sifat magnet yang hampir sarna. Namun demikian karena ketetbatasan bahan maka sifat komposit -komposit tersebut sulit dibandingkan untuk fraksi yang lebih tinggi daTi 50%. Untuk ukuran butiran yang relatif kecil dari BaM, tingkat muat setbuk SrM ke dalam rnatrik karet alam relatif cukup tinggiyakni 700/0. Sehingga dari penelitian awal ini terlihat bahwa suat-suat magnet bahan masih perlu ditingkatkan. Untuk itu, penambahan zat pelarut lain yang cocok untuk dapat menurunkan viskositas bahan pengikat sehingga tingkat fraksi serbuk magnet di dalam kompositnya dapat lebih tinggi masih perlu diteliti lebih lanjut. Mengingat sernakin tinggi tingkat muat setbuk magnet maka remanence daTi kompositjuga semakin tinggi. Selain itu penyempuruaan proses pencetakan, sekaligus diikuti dengan penyearahan butiran serbuk magnet, masih perlu dilakukan. Sehingga selain kerapatan komposit menjadi lebih tinggi juga sifat anisotropi bahan dapat terbentuk yang pacta akhirnya akan diperoleh suatu magnet komposit ferit yang berkualitas tinggi.

pengaruh suhu sangat bergantung pada sifat

karakteristik bahan. Namun pada prinsipnya sifat

magnet bahan hilang akibat keteraturan spin

momen magnet hilang akibat agitasi termal (vibrasi

atom).

2. Bahan-bahan (unsur-unsur) kimia yang dapat

digunakan sebagai

bahan magnet yakni apabila di

dalam sistem bahan tersebut memungkinkan

terdapat elektron-elektron bebas dari atom, sifat

magnet muncul dari kontribusi spin momen

elektron yang tidak berpasangan.

Penanya

: Munawir

Pertanyaan

1. Apakah pengaruh yang ditimbulkan dengan

penambahan

Nd terhadap sifat magnet.

2. Mengapa seminar ini bukan merupakan seminar

lanjutan daTi Seminar Iptek Bahan IV

3. Apakah penelitian Saudara

tidak menyimpang

dari

Tupoksi Batan

DAFTAR PUSTAKA

[I]. Permanent Magnets~1995 Update, Wheeler

Associate,

Elizabethtown,

KY 42701.

[2]. F. IZUMI, The Rietveld Method, ed. R.A. Young,

Oxford University Press, Oxford, (1993) vol. C,

p.391

[3]. H. ST ABLEIN, Hard Ferrites and Plastoferrites,

Ferromagnetic Materials, Vol.3, ed. E.P.

Whohlfarth, North-Holland Publishing Company,

(1982)p.586

Jawaban

1. Nd adalah unsur daTi tanah jarang yang tidak bersifat magnet, oleh sebab itu penambahan Nd dalam NdFeB akan menurunkan sifat amgnet bahan, lagi pula Nd sangat mudah teroksidasi maka kelebihan Nd akan menyebabkan bahan rentan terhadap korosi yang pada akhirnya merusak sifat magnetnya.

2. Seminar Iptek Bahan tetap akan diadakan namun pelaksanaannya direncanakan setiap 2-3 tahun sekali. Dalam selang waktu tersebut pertemuan ilmiah akan mengambil topik-topik spesifik. 3. Bila dibicarakan soal Tupoksi Batan akan sangat

meluas. Namun untuk P3IB Tupoksinya berkait dengan diversifikasi daTi teknik nuklir. Jadi secara umum penelitian yang dilakukan tidak bertentangan dengan Tupoksi P3IB (Batan).