PENGARUH PENAMBAHAN Fe TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNETIK DARI BARIUM HEKSAFERIT (BaFe 12 O 19 ) TESIS. Oleh YOLA ALLAN SEMBIRING /FIS

PENGARUH PENAMBAHAN Fe TERHADAP SIFAT

FISIS DAN MAGNETIK DARI BARIUM

HEKSAFERIT (BaFe

12

O

19

)

TESIS

Oleh

YOLA ALLAN SEMBIRING

127026002/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2014

PENGARUH PENAMBAHAN Fe TERHADAP SIFAT FISIS DAN

MAGNETIK DARI BARIUM

HEKSAFERIT (BaFe

12

O

19

)

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh

gelar Magister Sains dalam Program Studi

Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Oleh

YOLA ALLAN SEMBIRING

127026002/ FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2014

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : PENGARUH PENAMBAHAN Fe TERHADAP

SIFAT FISIS DAN MAGNETIK DARI BARIUM HEKSAFERIT (BaFe₁₂O₁₉).

Nama Mahasiswa : YOLA ALLAN SEMBIRING

Nomor Induk Mahasiswa : 127026002

Program Studi : Magister Ilmu Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

Dr.Kerista Sebayang, MS Prof. Perdamean Sebayang, M.Sc

Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

Dr. Nasruddin M.N, M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENGARUH PENAMBAHAN Fe TERHADAP SIFAT

FISIS DAN MAGNETIK DARI BARIUM

HEKSAFERIT (BaFe12O19)

TESIS

Dengan ini saya nyatakan bahwa mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satuannya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 24 Juli 2014

Yola Allan Sembiring

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Yola Allan Sembiring

Nim : 127026002

Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Ekslusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul:

PENGARUH PENAMBAHAN Fe TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNETIK DARI BARIUM

HEKSAFERIT (BaFe12O19)

Dengan hak Bebas Royalti Non-Ekslusifini, Universitas Sumatera Utara berhak, menyimpan, mengalih media, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 24 Juli 2014

Yola Allan Sembiring

Telah diuji pada Tanggal : 24 Juli 2014

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Dr. Kerista Sebayang, MS

Anggota : 1. Prof. Drs Perdamean Sebayang M.Sc

2. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc 3. Prof. Dr. Eddy Marlianto, MSc 4. Prof. Drs.M. Syukur, MS

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama : Yola Allan Sembiring Tempat /Tanggal Lahir : Solok, 12 September 1989

Alamat : Dusun Ban Rejo Desa Kwala Mencirem Kecamatan Sei Bingai, Langkat

Telepon : 082167494598

E-mail : syolaallan@yahoo.com

DATA PENDIDIKAN

SD : SDN 056642 Kp. Baru TAMAT: 2001

SMP : SMP Methodist Binjai TAMAT: 2004

SMA : SMAN 2 Binjai TAMAT: 2007

Strata – 1 : FMIPA UNIMED TAMAT: 2012

i

KATA PENGANTAR

Penulis mengucapkan puji dan syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas rahmat dan berkat-Nya yang memberikan pertolongan serta hikmat kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini.

Tesis berjudul “ Pengaruh Penambahan Fe terhadap Sifat Fisis dan

Sifat Magnetik dari Barium Heksaferit ( BaFe12O19)” disusun untuk

memperoleh gelar Master Sains pada Program Studi Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Selama melakukan penelitian dan penulisan tesis ini, Penulis banyak memperoleh bantuan moril dan materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus kepada: 1. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM & H, MSc (CTM), Sp.

A(K),selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara atas kesempatan yang diberikan untuk menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc, selaku Ketua Program Studi Magister Fisika Universitas Sumatera Utara sekaligus sebagai pembanding.

4. Bapak Dr. Kerista Sebayang M.S, selaku ketua komisi pembimbing yang telah penuh perhatian memberikan dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran hingga selesainya tesis ini.

5. Prof. Perdamean Sebayang,M.Sc, selaku anggota komisi pembimbing sekaligus sebagai pembimbing lapangan selama penelitian di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah mengenalkan dunia riset, membimbing penulis dalam penulisan tesis dan menjadi rekan diskusi selama penulis berada di P2F Fisika LIPI Serpong.

6. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc dan Prof. Drs. M. Syukur, MS, selaku Komisi Pembanding atas saran dan kritik yang diberikan.

7. Ayahanda terkasih A. Sembiring dan Ibunda terkasih P. Gurusinga, S.Pd yang selalu mendukung, memotivasi serta mendoakan dengan penuh keikhlasan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini.

8. Adik-adik tersayang, BRIPDA Yoki Pranata Sembiring dan Tri Nanda Sari Sembiring yang turut mendoakan dan medukung penulis dalam mengerjakan tesis ini.

9. Pdt. Em.Swarintha Sinulingga,S.Th yang tak henti-hentinya mendoakan serta memberikan semangat kepada penulis layaknya sebagai sahabat, saudara, dan juga kekasih.

10. Pendamping pembimbing lapangan, Bapak Agus Sukarto, Bapak Toto Sudiro, dan Bapak Mulyono yang dengan sabar membimbing penulis dalam proses penelitian sampai selesai.

11. Mbak Ayu, Mas Candra, Mas Lukman, Pak Boy dan Pak Amat beserta seluruh staf dan pegawai P2F LIPI Serpong yang selalu sabar membantu penulis dalam penggunaan alat Laboratorium di P2F Fisika LIPI Serpong. 12. Teman-teman seperjuangan angkatan 2012 Pascasarjana USU atas

kebersamaan dan persahabatan yang terjalin selama ini, terutama Delovita Ginting sebagai rekan sepenelitian dan seperjuangan selama berada di P2F LIPI Serpong.

13. Adik-adik Strata-1 Fisika USU, Dahniar, Ussi, Citra, Eka, Tere, Tari, Lya, Lasmini, dan Ataran yang telah saling menyemangati selama melakukan penelitian di P2F LIPI Serpong.

14. Sahabat-sahabat tersayang, Oka, Ika, Desy, Hera, Yanthy, Melda, Rika, Novi, Lisa, Elsa, Jesaya, Lina, dan Bang Dedy atas semua doa dan dukungannya.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan tesis ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk kesempurnaan tesis ini. Kiranya tesis ini bermanfaat bagi pembaca dan juga dapat menambah khasanah dunia penelitian terutama bagi pengembangan ilmu pengetahuan di Indonesia. Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa memberkati kita.

Amin.

Medan,24 Juli 2014

iii

PENGARUH PENAMBAHAN Fe TERHADAP SIFAT FISIS DAN MAGNETIK DARI BARIUM

HEKSAFERIT (BaFe12O19)

ABSTRAK

Telah dilakukan sintesis magnet permanen barium heksaferit (BaFe12O19) dengan penambahan imbuhan Fe melalui teknik pemaduan mekanik (mechanical

alloying) menggunakan shacker mill yang berlangsung selama 20 jam miling.Variabel penelitian adalah konsentrasi imbuhan Fe dengan x = 0, 1, 5, 10,

20% berat serta suhu sintering dengan variasi suhu 1100,1150,dan 12000C yang masing-masing ditahan selama 1 jam. Besaran-besaran yang diamati meliputi rata-rata diameter partikel dengan PSA, analisa suhu terbaik dengan dilatometer, densitas, porositas, fluks densitas, kurva histerisis dan analisa mikrostruktur dengan XRD dan SEM. Dari hasil pengamatan dilatometer menunjukkan bahwa suhu sintering terbaik adalah pada 1150oC. Peningkatan suhu sinter sampai 1200ºC dengan penambahan Fe menunjukkan peningkatan ukuran grain serta diikuti dengan penurunan sifat kemagnetannya. Identifikasi puncak pola difraksi bahan sebelum sintering menunjukkan adanya fasa baru selain fasa BaFe12O19 yaitu fasa hematit (Fe2O3) dan magnetit (Fe3O4) tetapi setelah proses sintering berlangsung hanya ada fasa tunggal BaFe12O19. Dari analisa SEM-EDX diperoleh persen atomik bahan meningkat hingga 34,64 % atomik dan morfologinya berbentuk heksagonal dengan diameter berkisar ≤ 2 μm. Analisa PSA menunjukkan rata-rata distribusi diameter partikel berkisar 0,2-15 μm serta relatif padat dengan porositas < 15 %. Bulk density berkisar 4,46 –4,89 g/cm3 dan fluks densitas magnetik berkisar 505,4 – 883,3 Gauss. Nilai koersivitas bahan berkisar 1,296-3,479 kOe. Penambahan logam Fe pada proporsi yang optimum dengan waktu sintering optimum pada magnet barium heksaferit berhasil meningkatkan nilai kemagnetan barium heksaferit. Komposisi terbaik adalah pada penambahan imbuhan Fe 1% wt yang menghasilkan koersivitas 3,479 kOe dan fluks densitas 883,3 Gauss.

INFLUENCE OF Fe ADDITION ON THE PHYSIC PROPERTIES AND MAGNETIC PROPERTIES OF BARIUM

HEXAFERRITE (BaFe12O19)

ABSTRACT

Has been syntesis permanent magnet barium hexaferrite (BaFe12-O19)) by the addition of Fe particle through the integration of mechanical alloying using shacker mill with 20 hour milling time. Variables research is dopping concentration of Fe in barium hexaferrite (BaFe12O19) materials which obtained by x = 0, 1, 5, 10, and 20% weight, and sintering temperature are 1100,1150, and 1200, with holding time for 1 hour. Quantities observed were an average particle diameter size of the PSA, density, porosity, flux density, hysteresis curves, microstructure analysis by XRD and SEM. From the observation of dilatometer shows that the best sintering temperature is at 1150oC with holding time for 1 hours. Increasing the sintering temperature to 1200ºC with the addition of Fe showed an increase in grain size and followed by decrease in magnetic properties. Identification peak diffraction pattern material showed the formation of the material before sintering not only single phase of BaFe12O19 but there are also some new phase such as hematite (Fe2O3) and magnetite ( Fe3O4) then after sintering process showed only one singgle phase is BaFe12O19. SEM-EDX analysis of the obtained materials atomic percent increase to 34.64 and morfologi

of barium heksaferit is hexagonal shaped with diameters ranging ≤ 2 μm. PSA analysis shows the average distribution of particle diameters ranging from 0.2 to 15 m and relatively dense with a porosity of <15% μm.BaFe12O19 magnetic materials is relatively dense with a porosity of < 15 %, bulk density ranges from 4.46 – 4.89 g/cm3, flux density magnetic value is around 505,4 – 883,3 gauss and coercivity range from 1,296-3,479 kOe. The addition of Fe in optimum proportions with optimum sintering time on the magnetic barium hexaferrite can increase the value of magnetic barium hexaferrite The best composition is the addition of 1 wt % Fe that produces 3.479 kOe coercivity and flux density 883.3 Gauss

v DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ... i ABSTRAK ... iii ABSTRACT ... iv DAFTAR ISI ... v DAFTAR TABEL...viii DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR LAMPIRAN... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 3 1.3 Batasan Masalah ... 4 1.4 Tujuan Penelitian ... 4 1.5 Manfaat Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Pengertian Magnet ... 7

2.2 Sifat Kemagnetan Bahan ... 7

2.2.1 Magnet Tetap ... 7

2.2.2 Magnet Tidak Tetap ... 10

2.2.3 Magnet Buatan ... 10

2.3 Bahan Magnetik ... 11

2.3.1 Bahan Diamagnetik ... 11

2.3.2 Bahan Paramagnetik ... 12

2.3.3 Bahan Ferromagnetik ... 13

2.3.4 Bahan Anti Ferromagnetik ... 14

2.3.5 Bahan Ferrimagnetik ... 15

2.4 Magnet Keramik ... 15

2.5 Sifat- Sifat Magnet Permanen ... 16

2.6 Barium Heksaferit (BaFe12O19) ... 20

2.8 Teknik Pembuatan Magnet Permanen ... 22

2.9 High Energy Milling (HEM) ... 25

2.10 Karakterisasi dan Evaluasi Magnet Permanen ... 26

2.10.1 Particle Size Analizer (PSA) ... 26

2.10.2 Densitas ... 28

2.10.3 Porositas ... 29

2.10.4 Dilatometer ... 29

2.10.5 X-Ray Difraction (XRD) ... 30

2.10.6 Scanning Electron Microscope (SEM) ... 32

2.10.7 Permagraph ... 33

2.10.8 Fluks Density ... 33

2.10.9 X-Ray Fluorosence (XRF)... 34

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 35

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 35

3.2 Alat dan Bahan ... 35

3.2.1 Alat ... 35

3.2.2 Bahan ... 36

3.3 Diagram Alir Penelitian ... 37

3.4 Preparasi Sampel ... 38

3.4.1 Preparasi Serbuk Barium Heksaferit K dan Fe ... 39

3.4.2 Pencetakan Sampel Uji ... 40

3.4.3 Proses Sintering ... 41

3.5 Karakterisasi Sampel Uji ... 41

3.5.1 Particle Size Analizer (PSA) ... 42

3.5.2 Densitas ... 43

3.5.3 Porositas ... 45

3.5.4 Dilatometer ... 45

3.5.5 X-Ray Difraction (XRD) ... 46

3.5.6 Scanning Electron Microscope (SEM) ... 46

vii

3.5.9 X-Ray Fluorosence (XRF)...49

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 50

4.1 Analisis Rata-rata Diameter Partikel ... 50

4.1.1 Pengaruh Waktu Milling ... 50

4.1.2 Pengaruh Penambahan Imbuhan Fe ... 51

4.2 Analisis True Density ... 53

4.2.1 Pengaruh Waktu Milling ... 53

4.2.2 Pengaruh Penambahan Imbuhan Fe ... 54

4.3 Analisis Temperatur Sintering Barium Heksaferit ... 54

4.4 Bulk Density ... 55

4.5 Porositas ... 57

4.6 Fluks Density ... 58

4.7 Kurva Histerisis ... 59

4.8 X-Ray Difractometer (XRD) ... 62

4.8.1 Analisis Struktur Fasa Serbuk Bahan Baku ... 62

4.8.2 Analisis Struktur Fasa Serbuk BaFe12O19 dengan XRD ... 64

4.8.3 Analisis Struktur Fasa Pelet BaFe12O19 dengan XRD ... 65

4.9 Analisis Morfologi dengan SEM-EDX ... 65

4.9.1 Morfologi Serbuk BaFe12O19 dengan SEM-EDX ... 65

4.9.2 Morfologi Bahan BaFe12O19 dengan SEM-EDX ... 69

4.10 Analisis Micro X-Ray Fluorescene (µXRF) ... 75

BAB V KESIMPULAN ... 76

5.1 Kesimpulan ... 76

5.2 Saran ... 77

DAFTAR TABEL

Nomer Tabel

Judul Halaman

2.1 Nilai Kerapatan dari Beberapa Jenis Ferrite 18 3.1

4.1

4.2

Bahan baku BaFe12O19 : Fedalam fraksi massa (% wt).

Sifat magnet BaFe12O19 (0, 1, 5, 10, 20 % wt) dengan suhu sintering

Analisa Micro X-Ray Fluorescene (µXRF) barium heksaferit (BaFe12O19)

39

61 75

xi BaFe12O19 + 1% wt Fe

4.13 Bentuk permukaan serbuk barium heksaferit dengan perbesaran 2000 x pada (a) Barium Heksaferit tanpa milling, (b)Barium heksaferit milling 20 jam (c) barium heksaferit + Fe 1% milling 20 jam

66

4.14 Hasil SEM-EDX pada (a) Barium heksaferit tanpa

milling, (b) Barium Heksaferit milling 20 jam (c)

Barium heksaferit + Fe 1% milling 20 jam

68

4.15 Morfologi (a) Bahan barium heksaferit (BaFe12O19) tanpa milling (b) pelet BaFe12O19 milling 20 jam dan (c) pelet BaFe12O19 + 1% wt Fe

70

4.16 Hasil SEM-EDX pada (a) Barium heksaferit tanpa

milling, (b) Barium heksaferit milling 20 jam (c)

Barium heksaferit + Fe 1% milling 20 jam.

DAFTAR LAMPIRAN

Nomer Lampiran

Judul Halaman

Lampiran 1 Nilai PSA dari Barium Heksaferit (BaFe12O19) L1 Lampiran 2 Nilai True Density dari Serbuk Barium Heksaferit

(BaFe12O19)

L2

Lampiran 3 Lampiran 4

Hasil Dilatometer Barium Heksaferit (BaFe12O19) Nilai Bulk Density dan Porosity dari Bahan Magnet Barium Heksaferit (BaFe12O19)

L3 L4

Lampiran 5 Nilai Fluks Density Barium Heksaferit (BaFe12O19) L5 Lampiran 6

Lampiran 7 Lampiran 8

B-H Curve dari Bahan Magnet Barium Heksaferit Hasil SEM-EDX Barium Heksaferit (BaFe12O19) Bahan dan Peralatan

L6 L7 L8