Pembuatan Dan Karakterisasi Magnet Permanen Barium Heksaferit Untuk Aplikasi Sensor Meteran Air

(1)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MAGNET PERMANEN

BARIUM HEKSAFERIT UNTUK APLIKASI SENSOR

METERAN AIR

SKRIPSI

KHARISMAYANTI

090801056

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MAGNET PERMANEN BARIUM HEKSAFERIT UNTUK APLIKASI SENSOR METERAN AIR

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

KHARISMAYANTI 090801056

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2013

KHARISMAYANTI

(4)

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, Puji syukur kepada Allah SWT yang Maha Pengasih dan Penyayang yang telah memberikan keimanan, kehidupan, kenikmatan dan kesempatan kepada saya, dengan keridhaan-Nya-lah sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi penelitian ini.

Terkhusus kepada Ibunda tercinta Siti Ratnah Munthe dan Ayahanda tersayang Abdul Yaman Ritonga, ananda mohon maaf atas kealfaan sebagai anak

yang soleha dan berbakti, terima kasih atas segala do’a, keringat, dan air mata

yang telah tercurah kepada ananda yang takkan pernah sanggup untuk membalasnya dengan seimbang.

Teruntuk Kakak Abang tercinta dan tersayang, Zuriani Ritonga, S.E, M.M. Siti Kholijah, S.E. Radius Al Rasyid, Amd. Irvan Arya, S.H. Putri Rahmadhani. Rahmi Nazmi, S.E. Fitri Anggun Sari, S.P. Terima kasih atas segala do’a, semangat dan dukungannya, juga pelajaran yang dapat diambil dari pengalaman hidup Kakak dan Abang, sebagai referensi hidup.

Berkat usaha dan do’a selama ini skripsi penelitian telah terselesaikan dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi Magnet Permanen Barium Heksaferit

Untuk Sensor Meteran Air”.

Saya mengucapkan maaf dan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu dan mendukung selama proses penelitian yang sangat berharga dalam menyelesaikan skripsi ini semoga Allah Yang Maha Esa akan membalasnya, yaitu :

1. Bapak Prof. Perdamaian Sebayang selaku dosen pembimbing lapangan di

PPF LIPI yang telah bersedia membantu membimbing, memberi semangat,

inspirasi dan menjadi Orang Tua selama penelitian berlangsung.

2. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah

bersedia meluangkan waktu dan pikirannya untuk membimbing dan

membantu saya.

3. Bapak Ing. Priyo Sardjono selaku dosen pembimbing dua di PPF LIPI.

4. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua departeman Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengatahuan Alam Universitas Sumatra

(5)

5. Seluruh staf dosen departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh staf peneliti dan pembantu peneliti Rekayasa Material PPF LIPI

Serpong, Pak Muljadi, Mas Anggito, Mba’ Ayu, Mas Candra, Mas Lukman,

Mas Deni, Pak Faqih, Pak Boy, Pak Amat.

7. Sahabat-sahabatku seperjuangan yang terkasih dan tersayang Fika Khairani,

Amd, Cindy Al Kindi, Sally Irvina Ritonga, Fitri Hidayati Sinaga, Seri

Dermayu Siregar, Desy Hervina Sari, Hilda Ayu Marlina, Titin Hartini,

Tian Havwini, yang selalu mendo’akan dikala jauh maupun dekat, yang

selalu membantu memberikan semangat dan motivasi, yang terikat oleh

ukhuwah yang indah ini.

8. Teman – teman sesama peneliti Hayati, Arsih, Teddy, Bang Nana, Bu Yuni,

yang sangat banyak membantu dan memberi motivasi kepada saya.

9. Ibu Neneng sebagai ibu kos, kak Lina, Bang Hikmah dan kak Putik yang

sangat banyak berkontribusi selama di perantauan.

10.Seluruh keluarga besar UKMI Al- FALAK FMIPA USU.

11.Seluruh keluarga besar Laboratorium Ilmu Dasar (LIDA) Fisika Universitas

Sumatera Utara (USU).

(6)

ABSTRAK

Telah dilakukan pembuatan magnet permanen Barium Heksaferit dari bahan baku BaCO3 dan Fe2O3 teknis dengan memvariasikan komposisi bahan baku BaCO3 dan Fe2O3 secara Stoikiometri (1:6) dan Non-Stoikiometri (1:6,5). Proses preparasi dengan mencampur secara basah bahan baku menggunakan Plenatery Ball Milling (PBM) lalu dilakukan pengujian Differential Temperature Analyze

(DTA) untuk mengetahui temperatur kalsinasinya. Kemudian serbuk dikalsinasi pada suhu 10000C dan ditahan selama 2 jam. Selanjutnya dianalisa dengan menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) dan hasilnya menunjukkan telah terbentuk struktur BaO.6Fe2O3. Serbuk BaO.6Fe2O3 digiling menggunakan mortar lalu diayak hingga lolos 400 mesh (38µm). Pada pencetakan ditambahkan seluna sebanyak 3% (%wt) sebagai perekat dan aditif Boric Acid (H3BO3) sebanyak 0%, 0,5%, 1% (%wt). Pencetakan dilakukan secara anisotropi dengan menggunakan magnetic field press dan diberi tekanan sebesar 5 ton. Kemudian disintering dengan variasi temperatur 11200C, 11500C dan 11700C, dan ditahan selama 2 jam. Karakterisasi meliputi : analisa XRD, pengukuran fluks density

dengan gaussmeter, pengukuran densitas, porositas, susut bakar, morfologi

BaO.6Fe2O3 dengan SEM-EDX dan pengukuran BH curve dengan permagraf. Dari hasil penelitian bahwa magnet Barium Heksaferit yang memiliki kuat medan magnet tertinggi adalah magnet yang dibuat dengan perbandingan non stoikiometri tanpa penambahan aditif Boric Acid pada temperatur 11700C, yaitu sebesar 544,2 Gauss dengan nilai Densitas = 4,0 g/cm3, Porositas = 4,06%, Susut Bakar = 21,37%, Remanensi (Br) = 1,72 kG, Koersivitas (HcJ) = 2,41 kOe, Energi produk (BH max) = 0,63 MGOe.

(7)

MANUFACTURING AND CHARACTERISATION HARD MAGNET OF BARIUM HEKSAFERIT FOR FLOW METER

ABSTRACT

We have made hard magnetic Barium Heksaferit from BaCO3 and Fe2O3 technical with varying composition of BaCO3 and Fe2O3 in Stoichiometric ratio (1:6) and Non Stoichiometric ratio (1:6,5). Preparation process by wet mixing and grinding by using Plenatery Ball Milling (PBM) and dried, The testing of Analyze Temperature Differential (DTA) to determine the calcination temperature. The powder then calcined at 10000C and held for 2 hours. Subsequently analyzed using X-Ray Diffractometer (XRD) and the results indicate that the structure has been formed BaO.6Fe2O3. Then do BaO.6Fe2O3 milling powder using a mortar

and sieved to pass 400 mesh (38μm). On printing Seluna added 3% (wt%) as

adhesives and additives Boric Acid (H3BO3) of 0%, 0.5%, 1% (wt%). Printing is done using a magnetic anisotropy field press and pressurized at 5 tons. Then sintered with temperature variation 11200C, 11500C and 11700C, and held for 2 hours. Characterization includes: XRD analysis, flux density measurements with a gaussmeter, measure the density, porosity, shrinkage, BaO.6Fe2O3 morphology with SEM-EDX and measurement BH curve with permagraf. From the research that has a magnetic Barium Heksaferit the highest magnetic field strength magnets are made with Non-Stoichiometric ratio without Boric Acid additives and sintered at 11700C, is 544.2 Gauss, density = 4.0 g/cm3, porosity = 4 , 06%, shrinkage = 21.37%, Remanensi (Br) = 1.72 kG, Coercivity (HcJ) = 2.41 kOe, Energy product (BH max) = 0.63 MGOe.

(8)

DAFTAR ISI

2.3 Perkembangan Magnet Permanen 7

2.4 Kurva Histerisis . 8

2.5 Barium Heksaferit 10

2.6 Metode Metalurgi Serbuk 13

2.7 Sintering 14

2.8 Analisa dan Karakterisasi 16

2.8.1 Densitas 16

2.8.2 Porositas 17

2.8.3 Pengujian DTA 18

2.8.4 Pengujian XRD 18

Bab 3 Metode Penelitian

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 20

3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian 20

(9)

3.3.5 Proses Sintering 25

3.5.6Scanning Electron Microscope (SEM) ₂₉

Bab 4 Hasil dan Pembahasan

4.1 Uji DTA 30

4.2 Karakterisasi Struktur ₃₁

4.3 Sifat Fisis 32

4.3.1 Densitas, Porositas dan Susut Bakar ₃₂

4.3.2 Analisa Mikrostruktur dengan SEM 37

(10)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul

Halaman Tabel

4.1 Nilai Densitas, Porositas dan Susut Bakar 33

4.2 Nilai Fluks Density 40

(11)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul

Halaman Gambar

2.1 Meteran Air dengan tipe Multi jet 5

2.2 Magnet untuk meteran air 7

2.3 Kurva Histerisis Untuk Ferromagnetik dan Ferrimagnetik 8

2.4 Kurva Histerisis Material Magnetik 10

2.5 Kurva Histerisis material magnet lunak dan keras 11

2.6 Sel Satuan Barium Heksaferit 12

2.7 Sekamtis prose sintering 15

2.8 Tahapan yang terjadi dalam proses sintering 16

2.9 Geometri sebuah XRD 18

3.1 Diagran alir penelitian 23

4.1 Kurva DTA (a) stoikiometri (b) non stoikiometri 30 4.2 Grafik pola difraksi Barium Heksaferit 31 4.3 Grafik hubungan suhu sintering dengan susut bakar 34 4.4 Grafik hubungan suhu sintering dengan densitas 35 4.5 Grafik hubungan suhu sintering dengan porositas 36 4.6 Hasil SEM Barium Heksaferit dengan suhu sintering 11700C untuk

Stoikiometri 37

4.7 Hasil SEM Barium Heksaferit dengan suhu sintering 11700C untuk

Non stoikiometri 38

4.8 Hasil SEM EDX Barium Heksaferit dengan suhu sintering 11700C untuk

stoikiometri dan non stoikiometri 39

4.9 Hubungan antara kuat magnet dengan suhu sintering 41 4.10 Kurva Histerisis Barium Heksaferit dengan aditif Boric Acid 0,5% 42 4.11 Kurva Histerisis Barium Heksaferit (a) stoikiometri (b) non stoikiometri