PEMBUATAN MAGNET PERMANENT Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe 2 O 3 ) DENGAN METODE KOOPRESIPITASI DAN KARAKTERISASINYA SKRIPSI

(1)

PEMBUATAN MAGNET PERMANENT Ba-Hexa Ferrite

(BaO.6Fe2O3) 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

(2)

PERSETUJUAN

Judul : PEMBUATAN MAGNET PERMANENT Ba-Hexa

Ferrite (BaO.6Fe2O3) 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 Pembimbing

Ketua

Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Herli Ginting, M.S

(3)

PERNYATAAN

PEMBUATAN MAGNET PERMANENT Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe2O3)

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

(4)

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.6Fe2O3) 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

(5)

PEMBUATAN MAGNET PERMANEN Ba-Hexa Ferrite

(BaO.6Fe2O3) DENGAN METODE KOOPRESIPITASI DAN

KARAKTERISASINYA

ABSTRAK

Magnet permanen dibuat dari bahan keramik berbasis oksida besi seperti hexagonal

ferrite BaO.6Fe2O3. 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.6Fe2O3 melalui metode koopresipitasi dengan

menggunakan bahan baku BaCl2 ,dan FeCl3 . Serbuk tersebut dikalsinasi pada suhu

900o_{C selama 2 jam, kemudian ditambahkan bahan perekat Poly Vinyl Alcohol (PVA)}

dan dicetak kering dengan tekanan 70 kg/cm2 . Hasil cetakan berupa pellet dengan diameter 2,39 cm x 0,49 cm. Selanjutnya dilakukan proses sintering dengan menggunakan tungku listrik pada suhu 1000oC - 1100oC dengan interval 50oC. 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 1100oC, dengan nilai densitas = 3,82 g/cm3, porositas = 28,21%, fasa yang terbentuk seluruhnya adalah BaO.6Fe2O3,

memiliki Br = 1802,76 G dan Hc = 892 Oe.

(6)

FABRICATION OF Ba-Hexa Ferrite (BaO.6Fe2O3) PERMANENT MAGNETS

BY COOPRESIPITATION METHOD AND ITS CHARACTERISTIC

ABSTRACT

Permanent magnets made by iron oxide-based ceramic material as hexagonal ferrite BaO.6Fe2O3. 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.

(7)

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 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

Bab II 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.6Fe2O3) ... 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

(8)

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 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.6Fe2O3 ... 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

Bab IV 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

(9)

LAMPIRAN D Gambar Alat Penelitian

(10)

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

(11)

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.6Fe2O3 ... 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.6Fe2O3 ...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 900o_{C ... 51}

Gambar 4.3 Pola XRD Untuk Sampel yang Disintering Pada Suhu 950oC ... 52

Gambar 4.4 Pola XRD Untuk Sampel yang Disintering Pada Suhu 1000o_{C ... 52}

Gambar 4.7 Pengaruh suhu Sintering Terhadap Pembentukan Fasa ... 54

Gambar 4.8 Kurva Histeris Pada Suhu Sintering 900oC ... 55