PENGARUH TEMPERATUR SINTER
TERHADAP SIFAT FISIS DAN SIFAT MAGNET PADA MAGNET PERMANEN STRONSIUM HEKSAFERIT
Diajukan
Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah Jakarta Untuk Memenuhi Persyaratan
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
PENGARUH TEMPERATUR SINTER
TERHADAP SIFAT FISIS DAN SIFAT MAGNET PADA MAGNET PERMANEN STRONSIUM HEKSAFERIT
Skripsi
Diajukan Kepada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah Jakarta
Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains ( S.Si )
Disusun oleh:
IKA MAYASARI NIM : 108097000008
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
2012
PENGARUH TEMPERATUR SINTER
TERHADAP SIFAT FISIS DAN SIFAT MAGNET PADA MAGNET PERMANEN STRONSIUM HEKSAFERIT
Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah Jakarta
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
PENGARUH TEMPERATUR SINTER TERHADAP SIFAT FISIS DAN SIFAT MAGNET PADA MAGNET PERMANEN STRONSIUM HEKSAFERIT
Skripsi
Diajukan Kepada Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah Jakarta
Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains ( S.Si )
Disusun Oleh:
IKA MAYASARI NIM : 108097000008
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2012
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH TEMPERATUR SINTER TERHADAP SIFAT FISIS DAN SIFAT MAGNET PADA MAGNET PERMANEN STRONSIUM
HEKSAFERIT
Skripsi
Diajukan Kepada Fakultas Sains Dan Teknologi Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh
Gelar Sarjana Sains ( S.Si )
Disusun Oleh:
IKA MAYASARI NIM : 108097000008
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
( Prof. H. Perdamean S, M.Sc ) ( Arif Tjahjono, S.T, M.Si ) NIP : 19550105 198303 1 003 NIP : 19751107 200701 1 015
Mengetahui,
Kepala Prodi Fisika FST-UIN,
( Drs.Sutrisno, M.Si ) NIP : 19520202 198203 1 005
LEMBAR PENGESAHAN UJIAN
Skripsi berjudul “Pengaruh Temperatur Sinter Terhadap Sifat Fisis dan Sifat Magnet Pada Magnet Permanen Stronsium Heksaferit “ yang disusun oleh Ika Mayasari dengan NIM 108097000008 telah diuji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqosyah Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada tanggal 10 Juli 2012. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Fisika.
Jakarta, 10 Juli 2012 Menyetujui:
Penguji I Penguji II
( DR. Agus Budiono, M.T ) ( Drs. Sutrisno, M. Si ) NIP : 19620220 199003 1 002 NIP : 19520202 198203 1 005
Pembimbing I Pembimbing II
( Prof. H. Perdamean S, M.Sc ) ( Arif Tjahjono, S.T, M.Si ) NIP : 19550105 198303 1 003 NIP : 19751107 200701 1 015
Mengetahui:
Dekan FST-UIN Kepala Prodi Fisika, FST-UIN
(Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M. Sis) ( Drs.Sutrisno, M.Si ) NIP : 19680117 200112 1 001 NIP : 19520202 198203 1 005
LEMBAR PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH BENAR HASIL KARYA SAYA SENDIRI, BUKAN JIPLAKAN DARI KARYA ORANG LAIN, KECUALI BEBERAPA PENDAPAT ATAU KUTIPAN ORANG LAIN YANG SAYA SEBUTKAN MASING-MASING SUMBERNYA.
Jakarta, 3 Juli 2012
IKA MAYASARI
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh temperatur sinter terhadap sifat fisis dan sifat magnet pada magnet permanen Stronsium Heksaferit. Bahan dasar Stronsium Karbonat (SrCO3) dan Hematit (α –Fe2O3) dari PT. Sintertech dicampur (mixing) dan digiling basah dalam media aquades selama 24 jam dengan ballmill. Hasil mixing dikeringkan dalam oven dan dicampur lagi dalam media ethanol. Kalsinasi dilakukan pada temperatur 1000OC selama 2 jam. Hasil kalsinasi kemudian ditambah perekat Celuna WE-518 6% dan dicetak berbentuk ring dengan rata-rata diameter dalam 5 mm dan diameter luar 10,5 mm. Hasil cetakan disinter pada variasi temperatur dari 1000– 1200OC dengan interval 50OC dan waktu tahan 2 jam. Sifat fisis diukur dalam bentuk densitas dan porositas dengan metode Archimedes, sifat magnet dengan menggunakan alat Permagraph, sedangkan struktur kristal magnet hasil sintesis dikarakterisasi dengan XRD.
Hasil karakterisasi dengan XRD menunjukkan bahwa magnet permanen Stronsium Heksaferit memiliki struktur kristal dengan fasa tunggal sempurna pada sinter 1100-1150OC. Sementara itu dari hasil pengukuran dengan Permagraph diperoleh bahwa magnet Stronsium Heksaferit ini memiliki induksi remanen (Br) dan nilai energi produk maksimum (BH) yang semakin meningkat dengan penambahan temperatur sinter dari 1000-1150OC. Begitu pula dengan nilai densitas dan porositas yang semakin meningkat dengan penambahan temperatur sinter.
Kata Kunci: Stronsium Heksaferit, temperatur sinter, densitas, porositas Permagraph, XRD
ABSTRACT
Influence of sinter temperature of physical and magnetic properties of sintered Strontium Heksaferit permanent magnet have been made. Raw materials Strontium Carbonate (SrCO3) and Hematite (α-Fe2O3) from PT.Sintertech mixed (mixing) and wet milled in distilled water medium for 24 hours with ballmill. The results of mixing dried in an oven and dimixing again in ethanol media.
Calcination is performed at a temperature of 1000OC for 2 hours. Results calcination then added Celuna WE-518 6% adhesive and printed ring-shaped with an average diameter of 5 mm and an outer diameter of 10.5 mm. Print is sintered at a temperature variation from 1000 - 1200OC with intervals of 50 and holding time 2 hours. Physical properties measured in terms of density and porosity by Archimedes method, the magnetic properties by using a Permagraph, while the magnetic crystal structure synthesis method characterized by X-Ray Diffractometer (XRD).
The results of characterization by XRD shows that the permanent magnet Heksaferit Strontium has a crystal structure with a perfect single-phase sintered at 1100-1150OC. Meanwhile, from the measurement results obtained with the magnet Strontium Permagraph Heksaferit has a remanent induction (Br) and the maximum energy product (BH) which is increasing with the addition of sintering temperature of 1000-1150OC. Similarly, the value of density and porosity increased with the addition of sintering temperature.
Keywords: Strontium heksaferit, sintering temperature, density, porosity, Permagraph, XRD
KATA PENGANTAR
...Ya Tuhanku, berilah aku petunjuk agar aku dapat mensyukuri nikmat-Mu yang telah Engkau limpahkan kepadaku dan kepada kedua orang tuaku, dan agar aku dapat berbuat kebajikan yang Engkau ridhai...(Al-Ahqaf 46 : 15)
Alhamdulillahirrobbil’alamin, dengan mengucapkan puji syukur penulis ucapkan kepada Yaa Haadii, Allah Yang Maha Memberi Petunjuk, atas segala arahan tangan-Nya membimbing penulis untuk menyelesaikan penelitian ini.
Teristimewa shalawat akan selalu tercurah kepada nabi besar Muhammad SAW, yang mewariskan sifat fatanah kepada seluruh umatnya dalam belajar dan menuntut ilmu hingga akhir zaman nanti.
Penelitian ini dilakukan tentunya atas dorongan pribadi dan kerjasama yang penuh semangat dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Bapak, Ibu, dan adik-adikku tercinta, Virda dan Nunung, semoga kelak kita bersama bisa menikmati istana keindahan yang selama ini kita impikan.
2. Bapak Prof. H. Perdamean Sebayang, M.Sc dan Pak Arif Tjahjono, S.T, M.Si selaku dosen pembimbing yang selalu memberikan saran dan masukkan serta rela meluangkan waktu di tengah kesibukkan.
3. Bpk. Ir. Mulyadi, M. Si, mas Deni Shidqi, mas Anggit, mas Deni Mahadi, mas Lukman, mas Candra, mbak Ayu, pak Endang, pak Wahyu, pak Agus, pak satpam, dan semua staf P2F LIPI yang selalu ramah dan sabar dalam membantu penelitian penulis, juga untuk Hayati, Arsy, Syukur, Susi, Eva, dan semua teman-teman KP UNILA dan TA ISTN yang sempat direpotkan.
4. Bapak Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M. Sis, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
5. Bapak Drs. Sutrisno, M.Si, selaku Ketua Prodi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
6. Pak Pri, yang selalu setia membantu pengujian sampel dan sebagai tutorial utama dalam pengolahan data dan perkuliahan software-software XRD.
7. Teman-teman seangkatan di Fisika’08 : Agus, April, Bram, Elis, Emma, Fadhil, Fahmi, Fauzan, Hanisa, Hasan, Imam, Indra, Irmawan, Irna, Isna, Iwan, Mudin, Mut, Nailil, Niko, Putri, Ridwan, Wahyu, dan Waskito, atas kerjasama yang menyenangkan. I promised you’ll be here as long as I can.
8. Atu, Bunda Devi, Na, Nur, Ree, dan kak Tika, yang selalu mempersembahkan senyum termanisnya. You’re part of my spirit and my inspiration.
9. Semua pihak yang telah membantu dan tanpa mengurangi rasa hormat belum dapat penulis lampirkan secara langsung dalam laporan ini.
Penulis menyadari bahwa laporan ini merupakan buah karya yang penyusunannya didasari atas keterbatasan penulis dalam memahami segala hal yang pernah dilalui selama penelitian berlangsung. Sekiranya saran, aspirasi, dan juga kritikan selalu penulis harapkan untuk perbaikan dimasa depan.
Harapan penulis, semoga penelitian yang berjudul “Pengaruh Temperatur Sinter terhadap Sifat Fisis dan Sifat Magnet pada Magnet Permanen Stronsium Heksaferit” ini dapat bermanfaat, khususnya bagi penulis dan umumnya kepada seluruh pembaca. Terima kasih.
Jakarta, 3 Juli 2012 Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI ... i
LEMBAR PENGESAHAN UJIAN ... ii
LEMBAR PERNYATAAN ... iii
ABSTRAK ... iv
ABSTRACT ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1 Magnetisme dalam Bahan ... 5
2.1.1 Diamagnetik ... 5
2.1.2 Paramagnetik ... 6
2.1.3 Ferromagnetik ... 7
2.2 Kurva Histerisis Magnet ... 8
2.3 Magnet Permanen Stronsium Heksaferit ... 11
2.4 Metalurgi Serbuk ... 13
2.6 Proses Sintering ... 14
2.7 Difraksi Sinar-X (X-Ray Diffractometer) ... 19
BAB III METODE PENELITIAN ... 22
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 22
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian ... 22
3.2.1 Bahan ... 22
3.2.2 Peralatan Penelitian ... 23
3.3 Tahapan Penelitian ... 25
3.3.1 Pencampuran Bahan Baku ... 26
3.3.2 Proses Kalsinasi ... 26
3.3.3 Pembuatan Sampel Uji ... 27
3.3.4 Proses Sintering ... 28
3.4 Variabel Eksperimen ... 28
3.4.1 Variabel Penelitian ... 28
3.4.2 Variabel Percobaan yang Diuji ... 29
3.5 Karakterisasi ... 29
3.5.1 Densitas ... 29
3.5.2 Porositas ... 30
3.5.3 Sifat Magnet ... 32
3.5.4 Struktur Kristal ... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33
4.1 Sifat Fisik ... 33
4.2 Sifat Magnet ... 36
4.3 Struktur Kristal ... 40
BAB V PENUTUP ... 44
5.1 Kesimpulan ... 44
5.2 Saran ... 44
DAFTAR PUSTAKA ... 46 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Physical property of hard ferrite magnets ... 12
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Densitas ... 34
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Porositas ... 35
Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Sifat Magnet Menggunakan Permagraph ... 39
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kurva Histeresis Induksi Normal ... 8
Gambar 2.2 Kurva Histeresis B(H) ... 10
Gambar 2.3 Sketsa dari Kurva Temperatur terhadap Waktu ... 15
Gambar 2.4 Kurva Proses Sintering ... 17
Gambar 2.5 Proses Pengurangan Energi Bebas ... 18
Gambar 2.6 Proses Difusi untuk Densifikasi ... 19
Gambar 2.7 Skema Alat Uji XRD ... 20
Gambar 3.1 Tahapan Penelitian Pembuatan Sinter Magnet Permanen ... 26
Gambar 4.1 Pengaruh Temperatur Terhadap Densitas Stronsium Heksaferit ... 34
Gambar 4.2 Pengaruh Temperatur terhadap Porositas Stronsium Heksaferit ... 35
Gambar 4.3 Histeresis Sampel Strosium Heksaferit pada Temperatur Sinter ... 37
Gambar 4.4 Pengaruh Temperatur terhadap Magnet Stronsium Heksaferit ... 38
Gambar 4.5 Pengaruh Temperatur terhadap Difraksi Stronsium Heksaferit ... 40
Gambar 4.6 Grafik Hasil XRD Magnet Permanen Stronsium Heksaferit ... 41
Gambar 4.7 Perbandingan Hasil XRD Stronsium Heksaferit ... 42
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Hasil Perhitungan Densitas dan Porositas Berdasarkan Metode Archimedes
Lampiran 2. Magnet-Physik Dr. Steingroever GmbH Permagraph C (Hasil Pengujian Permagraph Magnet Permanen Stronsium Heksaferrit) Lampiran 3. Hasil Pengujian XRD Magnet Permanen Stronsium Heksaferrit
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan dibidang sains dan teknologi saat ini semakin pesat, terutama komponen-komponen pembentuk produk industri. Salah satu jenis komponen yang paling banyak dipergunakan adalah magnet. Magnet dapat diaplikasikan pada berbagai peralatan pemenuhan kebutuhan manusia, mulai dari peralatan-peralatan sederhana hingga peralatan-peralatan canggih.
Bahan magnet terbuat dari pasir besi yang banyak terdapat dihampir seluruh pulau di Indonesia. Endapan besi yang berasal dari jenis genesa dan bernilai ekonomis umumnya berupa limonit (Fe2O3.nH2O), siderit (FeCO3), dan hemmatit (Fe2O3). Hemmatit merupakan mineral yang banyak dipergunakan dalam industri logam yang dapat disintesis dengan Barium Karbonat (BaCO
3) atau Stronsium Karbonat (SrCO
3) menjadi Barium Heksaferit (BaO.6Fe
2O
3) atau Stronsium Heksaferit (SrO.6Fe
2O
3). Baik Barium Heksaferit (BaO.6Fe
2O
3) maupun Stronsium Heksaferit (SrO.6Fe
2O
3), keduanya merupakan magnet keramik yang termasuk pada jenis magnet permanen ferit.
Meskipun bahan baku pembuatan magnet tersedia melimpah, namun Indonesia masih banyak mempergunakan produk magnet dari luar (impor).
Tentunya dengan harga yang lebih mahal dibandingkan jika produk magnet disintesis sendiri dalam negeri. Selama ini pun penelitian hasil sintesis Barium Heksaferit telah banyak dilakukan mulai dari sifat fisis dan sifat magnet,
komposit, analisis thermal dan struktur mikro, proses sintering, dan masih banyak pengujian yang lainnya. Saat ini penelitian tentang Stronsium Heksaferit masih terbatas.
Oleh karenanya, menjadi sangat penting dilakukan penelitian tentang pengaruh temperatur sinter terhadap sifat fisis dan sifat magnet pada magnet permanen Stronsium Heksaferit untuk mengetahui pengaruh temperatur sinter terhadap karakterisasinya. Adapun karakterisasi yang dilakukan meliputi:
densitas, porositas, Permagraph, dan XRD (X-Ray Diffractometer).
1.2 Rumusan Masalah
Stronsium Heksaferit disini merupakan magnet permanen yang dibuat dengan metode metalurgi serbuk, maka perumusan masalahnya adalah sebagai berikut:
1. Bagaimanakah hasil karakterisasi sifat magnetik magnet permanen Stronsium Heksaferit?
2. Bagaimanakah sifat fisis densitas dan porositas dari magnet permanen Stronsium Heksaferit yang terbentuk?
3. Bagaimanakah fasa yang mungkin terbentuk dengan peningkatan temperatur sinter pada magnet permanen Stronsium Heksaferit?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui hasil karakterisasi sifat magnetik berdasarkan kurva histerisis B – H (BH-Curve) dari sinter magnet permanen Stronsium Heksaferit.
2. Menguji sifat fisik densitas dan porositas hasil sinter magnet permanen Stronsium Heksaferit.
3. Mengetahui fasa yang mungkin terbentuk dengan peningkatan temperatur sinter magnet permanen Stronsium Heksaferit.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Magnet permanen Stronsium Heksaferit dibuat dengan metode metalurgi serbuk dari bahan baku: hemmatit (Fe2O3) dan Stronsium Karbonat (SrCO
3) yang merupakan produk PT. Sintertech.
2. Variasi waktu milling Stronsium Heksaferit ditetapkan pada rentang 48 jam, 96 jam, 144 jam, dan tanpa milling sebagai kontrol.
3. Variasi mulai dari 1000OC, 1050OC, 1100OC, 1150OC, dan 1200OC dengan temperatur sinter waktu tahan 2 jam.
4. Pengujian sifat fisik pada magnet permanen tersebut hanya meliputi:
densitas, porositas, dan kekuatan magnet.
5. Analisa struktur kristal dengan menggunakan alat uji XRD (X-Ray Diffractometer).
6. Pengukuran sifat magnetik berdasarkan kurva histeresis B – H (B – H Curve) dengan menggunakan alat uji Permagraph.
1.5 Manfaat Penelitian
Dengan dilakukannya penelitian ini diharapkan dapat membuat magnet permanen Stronsium Heksaferit dengan daya magnet yang lebih kuat dan dengan biaya yang lebih murah. Sehingga bisa diaplikasikan untuk peralatan-
peralatan kebutuhan sehari-hari terutama pada produk elektronik yang memanfaatkan bahan magnet. Meteran air adalah salah satu aplikasi yang menggunakan komponen magnet permanen Stronsium Heksaferit berbentuk ring (cincin).
1.6 Sistematika Penelitian
Sistematika penulisan pada masing-masing bab dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
Bab II Dasar Teori
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data, dan pembahasan.
Bab III Metode Penelitian
Bab ini membahas tentang waktu dan tempat penelitian, peralatan dan bahan penelitian, tahapan penelitian, variabel eksperimen, dan karakterisasi sampel.
Bab IV Hasil dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian.
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.
BAB II DASAR TEORI 2.1 Magnetisme dalam Bahan
Magnet atau magnit adalah suatu bahan yang mempunyai medan magnet.
Kata magnet berasal dari bahasa Yunani, magnitis lithos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu dimana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu kutub utara (South/ S) dan kutub selatan (North/ N). Walaupun magnet itu dipotong-potong sampai sekecil apapun, potongan tersebut akan tetap memiliki dua kutub.
Bahan dengan kandungan medan magnet memiliki perlakuan khusus pada atom-atom pembentuknya. Hal yang paling mendasar dapat dilihat pada nilai permeabilitas (µ) dan suseptibilitas (χ) magnetnya. Pengelompokkan bahan magnet dilihat dari perilaku molekul didalam medan magnetik luar, terbagi menjadi tiga kategori besar yaitu bahan diamagnetik (tidak dapat ditarik oleh magnet), bahan paramagnetik (dapat ditarik oleh magnet), dan bahan ferromagnetik (ditarik kuat oleh magnet).
2.1.1 Diamagnetik
Diamagnetisme merupakan sifat universal dari atom karena terjadi gerakan elektron pada orbitnya mengelilingi nukleus (Smallman, 2000). Sifat diamagnetik ini didefinisikan sebagai suatu sifat yang akan menolak medan magnet, dan membuat gaya magnet didalam suatu bahan tetap bernilai nol.
Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam
atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan.
Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Sedangkan dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektronnya berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Penolakan terhadap fluks yang ditimbulkan dari garis gaya magnet ini terjadi karena permeabilitas bahan diamagnetik lebih kecil daripada permeabilitas vakum (nol). Permeabilitas bahan diamagnetik adalah µ < µ0 dan suseptibilitas magnetik (daya tembus medan magnet) χm < 0.
Contoh bahan diamagnetik yaitu bismut, perak, emas, tembaga, seng, dan sebagainya.
2.1.2 Paramagnetik
Bahan paramagnetik memiliki molekul dipol magnetik yang tidak berinteraksi kuat satu sama lain dan biasanya diorientasikan secara acak (Tipler, 2001). Atom- atomnya memiliki momen magnetik permanen yang berinteraksi satu sama lain secara sangat lemah, sehingga momen magnetiknya pun tidak teratur. Bahan ini bisa memiliki medan magnet ketika dimagnetisasi. Namun sifat magnetnya tidak dipertahankan sewaktu medan magnet eksternal tak lagi diterapkan, sehingga kemagnetannya hanya bersifat sementara.
Momen magnetik bahan paramagnetik akan berorientasi satu arah jika ada daya medan magnetik luar yang diberikan. Karakteristik dari bahan yang bersifat paramagnetik adalah memiliki momen magnetik permanen yang akan cenderung menyearahkan diri sejajar dengan arah medan magnet.
Permeabilitas bahan paramagnetik adalah µ > µ0, dan suseptibilitas magnetik bahannya χm> 0. Contoh bahan paramagnetik yaitu alumunium, magnesium, wolfram, kayu, dan sebagainya.
2.1.3 Ferromagnetik
Bahan ferromagnetik memiliki molekul dengan momen dipol magnetik permanen. Bahan yang bersifat ferromagnetik mengalami magnetisasi spontan dan memiliki kemampuan dapat dibuat menjadi magnet yang kuat dengan penyearahan magnetik yang spontan.
Dalam bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar dapat menyebabkan derajat penyearahan yang tinggi pada momen dipol magnetik atomnya. Dalam beberapa kasus, penyearahan ini dapat bertahan sekalipun medan pemagnetannnya telah hilang. Ini terjadi karena momen dipol magnetik atom dari bahan- bahan ferromagnetik ini mengarahkan gaya-gaya yang kuat pada atom tetangganya sehingga dalam daerah yang sempit momen ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang tempat momen dipol magnetik disearahkan ini disebut daerah magnetik. Dalam daerah ini, semua momen magnetik disearahkan, tetapi arah penyearahannya beragam dari daerah ke daerah sehingga momen magnetik total dari kepingan mikroskopik bahan ferromagnetik ini adalah nol dalam keadaan normal.
Permeabilitas bahan ferromagnetik adalah µ >>> µ0 atau dapat diartikan permeabilitasnya besar dan suseptibilitas bahannya χm >>> 0. Contoh bahan ferromagnetik yaitu: besi, baja, besi silikon, nikel, kobalt, dan lain-lain. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik biasanya hilang pada temperatur yang disebut temperatur Curie.
Bahan diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Perubahan medan magnet dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi kumparan toroida. Berbeda dengan bahan ferromagnetik yang memiliki kemampuan besar untuk membentuk dan menyimpan medan magnet sehingga lebih banyak dilakukan pengembangan dalam perekayasaan magnet permanen ini.
2.2 Kurva Histerisis Magnet
Kurva histeresis magnet (Hysteresis loop) dijelaskan pada bahan ferromagnetik dengan magnetisasi bahan yang tidak berbanding lurus dengan intensitas magnet (H). Hal ini tampak dari kenyataan bahwa harga suseptibilitas magnetik χm bergantung dari harga intensitas magnet (H).
Bentuk umum kurva medan magnet (B) sebagai fungsi intensitas magnet (H) terlihat pada Gambar 2.1 berikut ini.kurva B (H) seperti ini disebut kurva induksi normal.
Gambar 2.1 Kurva Histeresis Induksi Normal
Gambar 2.1 diatas memperlihatkan bahwa kurva tidak berbentuk garis lurus sehingga dapat dikatakan bahwa hubungan antara medan magnet (B) dan intensitas magnet (H) tidak linier. Pada saat kenaikan harga H, mula-mula B turut naik dengan lancar, tetapi mulai dari satu titik tertentu harga H hanya menghasilkan sedikit kenaikan B dan makin lama B hampir konstan. Keadaan ini disebut dengan keadaan saturasi, yaitu keadaan dimana terjadi kejenuhan, nilai medan magnet B akan selalu konstan dan tidak banyak berubah walaupun medan eksternal H dinaikkan terus. Harga medan magnet untuk keadaan saturasi disebut dengan Bs atau medan magnet saturasi.
Untuk bahan ferromagnetik, sesudah mencapai saturasi ketika intensitas magnet H diperkecil hingga mencapai H = 0, ternyata kurva B tidak melewati jalur kurva semula. Pada harga H = 0, medan magnet atau rapat fluks B mempunyai harga Br = 0. Jadi apabila arus pada toroida dimatikan (i = 0) maka dalam bahan masih tersimpan fluks induksi. Harga Br sebagai nilai magnet yang terkandung dalam bahan ini disebut dengan induksi remanen atau remanensi bahan.
Remanensi dalam bahan bergantung pada saturasi magnetisasi. Bahan yang mencapai saturasi untuk harga H rendah disebut magnet lunak seperti yang ditunjukkan kurva (a). Sedangkan bahan yang saturasinya terjadi pada harga H tinggi disebut magnet keras seperti yang ditunjukkan kurva (c). Untuk magnet keras (hard magnet) saturasi magnetisasi seharusnya lebih besar dari pada magnet lunak (soft magnet). Gambar 2.2 memperlihatkan kurva histerisis lengkap yang menerangkan lintasan tertutup dan berbentuk loop hysteresis pada proses magnetisasi pada sampel.
Gambar 2.2 Kurva Histeresis B (H)
Pada Gambar 2.2 tampak bahwa setelah mencapai titik saturasi (a) maka akan diteruskan hingga memotong sumbu B (b) dan setelah mencapai nol harga intensitas magnet H dibuat negatif (dengan membalik arus lilitan), kurva B(H) akan memotong sumbu pada harga Hc (c). Intensitas Hc inilah yang diperlukan untuk membuat rapat fluks B=0 atau menghilangkan fluks dalam bahan. Intensitas magnet Hc ini disebut koersivitas bahan. Bila selanjutnya harga diperbesar pada harga negatif sampai mencapai saturasi (d) dan dikembalikan melalui nol (e), berbalik arah dan terus diperbesar pada harga H positif (f) hingga saturasi kembali (a), maka kurva B(H) akan membentuk satu lintasan tertutup yang disebut kurva histeresis. Bahan yang mempunyai koersivitas tinggi, kemagnetannya tidak mudah hilang.
Bahan magnet yang sering digunakan untuk membuat magnet permanen adalah bahan ferit, yang merupakan oksida yang disusun oleh hematit (α-Fe2O3) sebagai komponen utama.
Pada umumnya ferit dibagi menjadi tiga kelas : a. Ferit Lunak, ferit ini mempunyai formula MFe
2O
4, dimana M = Cu, Zn, Ni, Co, Fe, Mn, Mg, dengan struktur kristal seperti mineral spinel. Sifat bahan ini mempunyai permeabilitas dan hambatan jenis yang tinggi, koersivitas yang rendah.
b. Ferit Keras, ferit jenis ini adalah turunan dari struktur magneto plumbit yang dapat ditulis sebagai MFe
12O
19, dimana M = Ba, Sr, Pb. Bahan ini mempunyai gaya koersivitas dan remanen yang tinggi dan mempunyai struktur kristal heksagonal.
c. Ferit Berstruktur Garnet, magnet ini mempunyai magnetisasi spontan yang bergantung pada suhu secara khas. Strukturnya sangat rumit, berbentuk kubik dengan sel satuan disusun tidak kurang dari 160 atom (Idayanti, 2002).
Magnet keramik yang merupakan magnet permanen mempunyai struktur Hexagonal close-pakced. Dalam hal ini bahan yang sering digunakan adalah Barium (Ba), dapat juga barium digantikan bahan yang menyerupai (segolongan) dengannya, yaitu seperti Strontium (Sr).
2.3 Magnet Permanen Stronsium Heksaferit
Stronsium adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Sr dan nomor atom 38. Unsur Stronsium adalah logam putih-perak yang dapat ditempa dan liat serta melebur pada temperatur 771oC.
Permukaannya dioksidasi oleh udara pada suhu kamar dan menjadi oksidanya (SrO) dan nitridanya (Sr3N2) pada suhu tinggi. Kandungan Stronsium dikerak bumi relatif tinggi. Ada empat isotop stronsium, Sr-88 (82,58%) adalah yang
paling melimpah. Sr-90 adalah isotop radioaktif suatu produk yang dominan dalam peledakan bom atom. Stronsium di alam bersenyawa dengan sulfat dan karbonat membentuk senyawa selestit (SrSO4) dan senyawa strontianit (SrCO3).
Magnet Stronsium Heksaferit (SrO.6Fe2O3) terbentuk dari sintesis antara Stronsium Carbonat (SrCO3) dengan Hematit (Fe2O3) memiliki sifat-sifat fisik yang termasuk kedalam sifat umum dari magnet ferit seperti pada Tabel 2.1 dibawah ini :
Tabel 2.1 : Physical property of hard ferrite magnets (Yuxiang Magnetic)
Parameters Mark Unit Value
Recoil Permeability Urce - 1,05 – 1,3
Curie temperature Tc oC 460
The temperature of Br α Br oC-1 -0,2%
The temperature of Hc α Hcj oC-1 0,2 – 0,5%
Density D g/cm3 4,5 – 5,1
Resistivity P Ω.cm ≥ 10-4
The coefficient of linear expansion
α R oC-1 7-15 x 10-
6
Hardness HV - 480-580
Sifat-sifat kemagnetan permanen magnet (hard ferrite) dipengaruhi oleh kemurnian bahan,ukuran bulir (grain size), kepadatan (density), dan orientasi kristal. Parameter kemagnetan dari suatu bahan juga dipengaruhi oleh
temperatur. Koersivitas dan remanensi akan berkurang apabila temperaturnya mendekati temperature curie (Tc) dan akan kehilangan sifat kemagnetannya.
Bahan ferit, khususnya Barium Ferit dan Stronsium Ferit mempunyai temperatur currie (Tc) sekitar 450oC (Taufik, 2006).
2.4 Metalurgi Serbuk
Teknik metalurgi serbuk merupakan proses pembentukan benda kerja komersial dari logam dimana logam dihancurkan berupa powder (bubuk) kemudian ditekan didalam cetakan (mold) dan dipanaskan dibawah temperatur leleh serbuk sehingga terbentuk benda kerja. Sehingga partikel-partikel logam memadu karena mekanisme transportasi massa akibat difusi atom antar permukaan partikel.
Pada dasarnya ada dua teknik dalam pembuatan magnet yaitu menggunakan teknologi pengecoran atau pelelehan dan dengan menggunakan teknologi metalurgi serbuk. Produksi magnet dengan teknologi pengecoran biasanya menghasilkan bahan magnet yang lebih baik, tetapi dalam beberapa prosesnya memerlukan energi panas yang sangat besar sehingga dipandang tidak efisien. Sedangkan produksi dengan teknologi metalurgi serbuk, meski sifat kemagnetan yang diperoleh bukan yang tertinggi,tetapi dalam pengerjaannya lebih mudah dan lebih efisien.
Dalam prakteknya, pembuatan magnet dengan cara kedua ini memerlukan bahan dasar berupa serbuk yang berukuran sangat kecil, yaitu dalam orde mikrometer (10-6). Ukuran serbuk sekecil ini diperlukan agar komponen- komponen pembentuk bahan magnet dapat saling berdeposisi (bereaksi) ketika bahan mengalami pemanasan (kalsinasi).
Sebagaimana yang dilakukan oleh beberapa peneliti, penyediaan serbuk bahan magnetik yang halus biasanya dilakukan dengan menggunakan berbagai macam mesin, salah satunya ball mill. Penelitian ini menggunakan vial yang diisi bola-bola dan juga silinder, kemudian diputar oleh dinamo sesuai dengan waktu yang dibutuhkan.
2.5 Proses Sintering
Teknik sintering digunakan untuk meningkatkan kerapatan keramik sesuai dengan mikrostruktur dan komposisi fasa yang diinginkan. Metode ini meliputi manipulasi rencana sintering (sintering schedules) dan dalam beberapa kasus digunakan tekanan. Kontrol dari atmosfir sintering (sintering dalam udara bebas) termasuk hal yang penting dan dalam banyak kasus dengan kontrol yang tepat dalam mengatur tekanan penggunaan oksigen dan nitrogen sebagai fungsi temperatur terkadang dapat memberikan keuntungan atau bahkan merupakan hal yang sangat penting. Insoluble gas yang terjebak didalam pori-pori yang tertutup dapat menghambat proses densifikasi akhir atau membawa pada pertambahan densifikasi dan dalam kasus ini menunjukkan adanya perubahan atmosfir sintering atau vakum sintering (sintering dalam keadaan non-oksida). Praktek sintering meliputi kontrol dari karakteristik partikel, struktur padatan muda, dan perkiraan struktur kimia yang terbentuk sebagai fungsi dari kondisi selama proses sintering berlangsung.
Berikut ini merupakan langkah-langkah dalam proses sintering (heating schedules) beserta hal yang terjadi selama proses sintering sebagai berikut:
1. Pada tahap ini terjadi pelepasan ikatan, penghilangan cairan yang terkandung dalam sampel seperti air dan konversi zat adiktif seperti organometallic atau polimer. Secara tipikal biasanya penahanan temperatur pertama ini dilakukan dalam temperatur yang masih rendah yaitu hanya sekitar beberapa ratus derajat. Peningkatan laju temperatur harus dikontrol secara hati-hati, selain itu jika dilakukan proses pemanasan dengan cepat maka akan mengakibatkan sampel mendidih dan penguapan dari bahan organik, menjadikan sampel tersebut menggembung atau bahkan dapat memusnahkan sampel tersebut.
2. Meningkatkan terjadinya proses homogenisasi kimia atau terjadinya reaksi.
3. Peningkatan temperatur untuk menuju keadaan isothermal sintering (proses sintering dalam temperatur yang sama).
4. Isothermal Sintering, proses ini terjadi densifikasi utama dan pengembangan mikrostruktur yang kemudian diikuti oleh pendinginan secara lambat.
5. Penahan temperatur untuk pendinginan akhir dari pendinginan selanjutnya.
6. Mengurangi internal stress atau memberikan kesempatan pada presipitasi (penyisispan) atau reaksi yang lainnya.
Kenaikan temperatur terhadap waktu dilihat pada Gambar 2.3 berikut:
Gambar 2.3 Sketsa dari kurva temperatur terhadap waktu
Dalam isothermal sintering, temperatur meningkat secara monoton sampai pada penahan temperatur sintering (secara tipikal 0.5 sampai 0.8 dari temperatur leleh untuk sintering pada zat padat, atau berapapun dibawah temperature eutectic untuk fasa liquid) dan kemudian didinginkan dibawah temperatur ruang.
Pada umumnya lama waktu penahanan sebanding dengan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur hingga temperatur penahanan.
Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur ini dibatasi oleh ukuran sampel dan karakteristik panas dari furnace yang digunakan.
Waktu penaikkan temperatur untuk ukuran sampel yang besar membutuhkan waktu yang lama, hal ini dilakukan untuk menghindari gradien temperatur yang dapat menyebabkan cracking (kerusakan/pecah) atau pembentukan lapisan luar yang memadat namun bagian ininya tidak memadat secara sempurna, hal ini merupakan hasil dari densifikasi yang berbeda.
Selama fasa penaikan suhu dalam isothermal sintering, proses densifikasi dan perubahan mikrostruktur tejadi secara signifikan. Isothermal sintering dipilih untuk memperoleh densitas akhir yang dibutuhkan dalam batas-batas waktu yang masuk akal. Temperatur sintering yang tinggi dapat mempercepat proses densifikasi, tetapi pertumbuhan butir juga meningkat. Jika temperatur sintering terlalu tinggi dapat menyebabkan pertumbuhan butir yang abnormal sehingga dapat membatasi densitas akhir.
Gambar 2.4 Kurva Proses sintering
Dalam bagian ini, material yang sudah dipadatkan kemudian dipanaskan untuk mendapatkan mendapatkan mikrostruktur yang diinginkan. Perubahan yang muncul selama proses ini sangat kompleks, tergantung kerumitan dari material awalnya. Dalam proses pemanasan ini terdapat dua tahapan yaitu firing dan sintering. Secara umum, firing biasa digunakan ketika proses yang muncul selama pemanasan sangat kompleks, seperti dalam proses pembuatan keramik tradisional dari material tanah liat. Namun istilah sintering juga sering digunakan.
Sintering dapat dianalisis secara teori dengan menggunakan model yang diidealkan. Analisis teori ini dikombinasikan dengan hasil eksperimen selama 50 tahun terakhir, sehingga dapat diketahui hal-hal yang mengenai sintering ini, sekaligus agar dapat dengan mudah dimengerti.
Contoh yang sederhana adalah material murni (satu fasa) seperti Al2O3 material ini dipanaskan dalam rentang suhu 0.5 sampai 0.75 dari temperatur lelehnya (untuk Al2O3 yang memiliki temperatur leleh 2073 oC maka temperatur sinteringnya adalah 1400 oC -1650 oC ). Serbuk tersebut tidak
meleleh, tetapi bergabung bersama dengan partikel lain dan porositasnya berkurang (proses densifikasi) karena adanya difusi dalam zat padat. Tipe solid state sintering ini biasanya disebut (sintering zat padat). Solid state sintering ini merupakan kasus sederhana dari sintering, proses yang muncul dan interaksi antar partikel bisa menjadi sangat kompleks.
Sedangkan driving force untuk sintering adalah pengurangan energi bebas permukaan dari massa partikel yang bergabung. Gambar 2.5 berikut memperlihatkan proses tersebut hingga membentuk sampel yang lebih padat.
Gambar 2.5 Proses pengurangan energi bebas
Pengurangan energi diakibatkan oleh proses difusi yang mengarahkan bagian lainnya dari material ini untuk memadat (oleh transfer materi dari bagian dalam butiran ke dalam pori-pori) atau mikrostruktur menjadi kasar (oleh penyusunan materi diantara bagian yang berbeda dari permukaan pori- pori tanpa adanya pengurangan volume pori-pori secara aktual). Proses difusi untuk densifikasi dan pembentukan material yang kasar dari dua partikel bulat
yang bersentuhan untuk keadaan yang ideal ditunjukan oleh Gambar 2.6 dibawah ini.
Gambar 2.6 Proses difusi untuk densifikasi
Masalah utama yang muncul untuk memperoleh densitas yang tinggi selama proses sintering adalah proses coarsening (material kasar) yang menyebabkan driving force untuk proses densifikasi menjadi berkurang.
Interaksi ini terkadang diekspresikan dengan pernyataan bahwa sintering merupakan proses yang didalamnya terdapat kompetisi antara densifiksi dan coarsening. Jika dominasi yang terjadi adalah proses densifikasi maka akan diperoleh material yang padat sedangkan jika dominasi yang terjadi adalah proses coarsening maka akan diperoleh material yang memiliki porositas yang tinggi .
2.7 Difraksi Sinar-X (X-Ray Diffractometer)
Struktur kristal dapat ditentukan salah satunya dengan menggunakan pengujian X-Ray Diffractometer (XRD). X-Ray Diffractometer adalah alat yang dapat memberikan data-data difraksi dan kuantitas intensitas difraksi pada sudut-sudut difraksi (2θ) dari suatu sampel. Tujuan dilakukanya
pengujian analisis struktur kristal adalah untuk mengetahui perubahan fasa struktur bahan dan mengetahui fasa-fasa apa saja yang terbentuk selama proses pembuatan sampel uji.
Tahap pertama yang dilakukan dalam analisa sinar-X adalah melakukan analisa pemeriksaan terhadap sampel x yang belum diketahui strukturnya.
Sampel ditempatkan pada titk fokus hamburan sinar-X yaitu tepat ditengah- tengah plat yang digunakan sebagai tempat yaitu sebuah plat tipis yang berlubang ditengah berukuran sesuai dengan sampel (diusahakan sampel berbentuk serbuk, sehingga bisa disesuaikan dengan preparat).
Gambar 2.7 Skema Alat Uji XRD
Secara umum prinsip kerja XRD berdasarkan Gambar 2.7 diatas adalah:
1. Generator tegangan tinggi (A) berfungsi sebagai catu daya untuk sumber sinar-X (B).
2. Sampel berbentuk serbuk di dalam kaca preparat (C) diletakkan diatas tatakan (D) yang dapat diatur letaknya.
3. Berkas sinar-X didifraksikan oleh sampel dan difokuskan melewati celah (E), kemudian masuk ke alat pencacah (F). Apabila sampel berputar sebesar 2θ maka alat pencacah berputar sebesar θ.
4. Intensitas difraksi sinar-X direkam dalam perangkat komputer dalam bentuk kurva terhadap jarak antara bidang d.
Untuk mengetahui fasa dan struktur material yang diamati dapat dilakukan dengan cara sederhana, yaitu dengan cara membandingkan nilai d yang terukur dengan nilai d pada data standar. Data standar dapat diperoleh salah satunya melalui Joint Committee of Powder Difraction Standart (JCPDS).
BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan selama empat bulan, dimulai dari tanggal 17 Januari 2012 sampai 17 Mei 2012 dibeberapa tempat yaitu:
1. Pusat Penelitian dan Pengembangan Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Puspiptek Serpong.
2. Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (P2ET) LIPI Bandung.
3. Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah Jakarta.
4. Laboratorium Rekayasa Material Fisika Lantai Dasar Gedung F Universitas Indonesia (UI) Depok.
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian 3.2.1 Bahan
a. Stronsium Carbonat (SrCO3), berfungsi sebagai bahan baku dalam pembuatan magnet sebanyak 34,286 gram.
b. Hematit (Fe2O3), berfungsi sebagai bahan baku dalam pembuatan magnet sebanyak 205,714 gram.
c. Polimer Celuna WE–518, berfungsi sebagai perekat atau matriks pengikat bahan magnet sebanyak 6%wt.
d. Ethanol (C2H5OH), berfungsi sebagai media saat penghalusan menggunakan ballmill.
e. Aquades, berfungsi sebagai media saat pencampuran bahan baku menggunakan ballmill.
3.2.2 Peralatan Penelitian
a. Spatula, sebagai alat untuk mengambil sampel yang berbentuk bubuk.
b. Neraca Digital 4 digit, fungsinya untuk menimbang bahan-bahan yang akan digunakan dalam pembuatan magnet.
c. Vial dan Ball Mill digunakan untuk menghaluskan/meratakan campuran bahan dan membentuk paduan dari unsur yang dimasukkan.
d. Gelas ukur (Pyrex 1000 ml) untuk mengukur aquades yang akan digunakan dan sebagai tempat air saat pengukuran densitas sampel.
e. Oven, berfungsi untuk mengeringkan sampel setelah mengalami pencampuran dan pencetakan.
f. Thermolyne Furnace High Temperature 46200, digunakan untuk mengkalsinasi dan memanaskan sampel dengan temperatur maksimal 1200
o
C.
g. Mortar, fungsinya sebagai tempat penghancuran bahan sehingga menjadi butiran kecil.
h. X-Ray Difraktometer (XRD) merk Shimadzu yang terdapat digunakan sebagai alat karakterisasi struktur sampel.
i. Cetakan sampel terbuat dari besi, berfungsi sebagai tempat untuk mencetak magnet berupa sampel uji berbentuk cincin/ring.
j. Hydraulic press (Hidraulic Jack) berfungsi untuk menekan pada proses cold compaction sampel yang telah dimasukkan kedalam cetakan dengan kekuatan tekanan tertentu dengan kapasitas maksimum tekanan 100 ton (700kg/cm2).
k. Cawan keramik, berfungsi sebagai tempat meletakkan sampel saat proses sintering.
l. Fixed Electromagnet, fungsinya untuk memberikan medan magnetik pada sampel (magnetisasi) dengan arus maksimum 220 volt.
m. Gaussmeter, sebagai alat untuk mengukur besarnya medan magnet sampel.
n. Magnet-Physic Dr. Steingroever GmbH Permagraph C yang digunakan sebagai alat karakterisasi intensitas magnetik dari sampel.
3.3 Tahapan Penelitian
Berikut ini tahapan penelitian yang dilakukan:
---
--- ---
---
Gambar 3.1 Tahapan Penelitian Pembuatan Sinter Magnet Permanen Stronsium Heksaferit (SrO.6Fe2O3)
Penghalusan sampel dalam ballmill dengan ethanol dengan variasi waktu kontrol/0, 48,
96, dan 144 jam)
Pengeringan di oven temperatur 900C selama 1 jam Serbuk SrCO3 dan
Fe2O3
Pengeringan di oven pada temperatur
100OC Pencampuran dalam
ballmill dengan aquades selama 24 jam
Kalsinasi 1000OC ditahan 2 jam
Pengeringan di oven temperatur 100OC
selama 24 jam Karakterisasi:
Densitas Porositas Sifat Magnet Struktur Kristal
Analisa Data
Pencetakan dengan penambahan 6%
Celuna WE-518 Sintering ditahan 2
jam dengan variasi temperatur 1000, 1050, 1100, 1150,
dan 1200OC
Pengujian XRD
Magnetisasi pada tegangan 220 volt
selama 1 menit Hasil/ Laporan
Penelitian yang dilakukan meliputi: preparasi serbuk, pencampuran dalam media aquades menggunakan ballmill, pengeringan, kalsinasi, penghalusan butiran dalam media ethanol menggunakan ballmill, pengeringan kembali, pencetakkan, proses sinter, magnetisasi, dan pengukuran karakterisasi bahan.
3.3.1 Pencampuran Bahan Baku
Tahapan preparasi serbuk Stronsium Heksaferit dilakukan menggunakan Stronsium Carbonat (SrCO
3)dan Hematit (Fe
2O
3) pada perbandingan rasio 1 : 6 (mole ratio). Sebagai bahan pereaksinya ditimbang dengan massa masing- masing Stronsium Carbonat (SrCO
3) seberat 34,286 gram dan massa Hematit (Fe2O
3) sebesar 205,714 gram. Dari pereaksi tersebut diharapkan akan terbentuk magnet permanen Stronsium Heksaferit (SrO.6Fe
2O
3) sebanyak 200 gram.
Kedua bahan baku direaksikan dengan cara dicampur melalui proses pencampuran menggunakan media ballmill. Proses pencampuran selama 24 jam dilakukan setelah kedua bahan baku Stronsium Carbonat dan Hematit dilarutkan dalam aquades 200 ml.
3.3.2 Proses Kalsinasi
Tahap selanjutnya adalah kalsinasi yang dilakukan pada temperatur 1000
o
C dengan kenaikan 3OC per menit ditahan selama 2 jam. Tujuan dari kalsinasi ini untuk memulai proses pembentukan ferit, dan mendapatkan serbuk keramik yang dengan ukuran yang maksimum serta menguraikan
senyawa-senyawa dalam bentuk garam atau dihidrat menjadi oksida, membentuk fasa kristalin.
Pemanasan saat kalsinasi membuat sampel Stronsium Heksaferit mengeras dan berubah menjadi gumpalan, oleh karena itu setelah kalsinasi dilakukan penghalusan menggunakan mortar dengan cara digerus. Untuk mengetahui fasa dari serbuk Stronsium Heksaferrit hasil kalsinasi, maka dilakukan analisa struktur kristal dengan menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD).
3.3.3 Pembuatan Sampel Uji
Pembuatan sampel uji dilakukan dengan cara wet pressing (cetak basah).
Proses pembentukan sampel dengan penekanan (wet pressing) ini dengan tambahan Celuna WE-518 sebagai bahan perekat yang dicampurkan sebanyak 6%. Sebelum sampel dimasukkan kedalam cetakan, dinding cetakan terlebih dahulu dilapisi (diolesi) dengan pelumas agar mempermudah proses kompaksi (penekanan).
Serbuk Stronsium Heksaferrit sebanyak 1,5 gram yang telah dicampur dengan Celuna WE-518 6% dimasukkan ke dalam cetakan dan dilakukan penekanan (kompaksi) dengan hydraulic press kapasitas 100 ton (700 kg/cm3). Proses kompaksi ini melalui orientasi partikel magnet di medan listrik menggunakan coil yang di desain sesuai dengan cetakan dan ditahan selama 1 menit untuk memperoleh sampel dengan kekuatan yang mencukupi agar mudah dikeluarkan dari cetakan dan tidak hancur pada saat pengeringan.
Hasil cetakan berupa ring dengan ukuran rata-rata diameter luar 11 mm, diameter dalam 5 mm, dan tebal 5 mm.
3.3.4 Proses Sintering
Sintering adalah pengikatan massa partikel pada sampel oleh interaksi antar molekul atau atom melalui perlakuan panas dengan temperatur sintering mendekati titik leburnya sehingga terjadi pemadatan. Tahap sintering merupakan tahap yang paling penting dalam pembuatan magnet permanen keramik ini.
Pada proses kalsinasi dan sintering magnet permanen Stronsium Heksaferit (SrO.6(Fe2O3) terjadi reaksi sebagai berikut :
I. SrCO3 > SrO. CO2(gas), terjadi pada 800o-1000oC
II. SrO+Fe2O3 > SrO. Fe2O3 , terjadi pada 1000o-1100oC
III. SrO. Fe2O3 + 5 Fe2O3 > SrO. 6Fe2O3 , terjadi pada 1100o-1300oC
Reaksi tahap I dan II terjadi pada proses kalsinasi sedangkan reaksi pembentukan ferrite tahap III terjadi pada proses sintering. Proses sintering pada magnet permanen Stronsium Heksaferrit dilakukan dengan cara pemanasan sampel yang telah dicetak dalam tungku listrik (furnace) dengan variasi temperatur pada 1000, 1050, 1100, 1150, dan 1050oC ditahan selama 2 jam. Sampel yang telah disintering ini kemudian dimagnetisasi dengan Fixed Electromagnet pada tegangan 220 volt selama 1 menit.
3.4 Variabel Eksperimen 3.4.1 Variabel Penelitian
a. Variasi waktu ballmill dimulai dengan empat variasi yaitu kontrol (tanpa dimilling), 48 jam, 96 jam, sampai dengan 144 jam.
