PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF Al 2 O 3 SKRIPSI

PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT

FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe

12

O

19

DENGAN ADITIF Al

2

O

3

SKRIPSI

TABITARIA M SIANIPAR

110801007

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT

FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe

12

O

19

DENGAN ADITIF Al

2

O

3

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

TABITARIA M SIANIPAR

110801007

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

PERSETUJUAN

Judul : Pengaruh Temperatur Sintering Terhadap Sifat Fisis,

Magnet dan Mikrostruktur dari BaFe12O19 dengan

Aditif Al2O3

Kategori : Skripsi

Nama : Tabitaria M. Sianipar

NIM : 110801007

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (Mipa)

Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Juni 2015

Disetujui oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing,

Ketua,

(Dr. Marhaposan Situmorang) (Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS)

PERNYATAAN

PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe12O19 DENGAN ADITIF Al2O3

SKRIPSI

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

Medan, Juni 2015

TABITARIA M. SIANIPAR 110801007

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan bimbingan-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Pengaruh Temperatur Sintering Terhadap Sifat Fisis, Magnet dan Mikrostruktur dari

BaFe12O19 dengan Aditif Al2O3 dalam waktu yang telah ditentukan.

Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS, sebagai Dosen Pembimbing, yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan memberikan dorongan, semangat serta saran-saran untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Prof. Perdamean Sebayang M.Sc dan Prof. Dr. Masno Ginting, M.Sc, sebagai Dosen Pembimbing di LIPI, yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan memberikan dorongan, semangat serta saran-saran untuk membimbing penulis dalam penelitian tugas akhir dan menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, sebagai Ketua Jurusan Fisika FMIPA USU.

4. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, MSc, sebagai Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA USU.

5. Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

6. Semua Dosen Departemen Fisika FMIPA USU yang pernah menjadi dosen pengajar selama penulis kuliah di Fisika USU.

7. Kak Tini, Kak Yuspa, dan bang Jo, sebagai pegawai di jurusan Fisika FMIPA USU.

8. Kedua orangtua penulis, Alm. J. Sianipar dan M. Pardosi, terima kasih atas dukungan dan doa yang begitu besar dan sangat berarti kepada penulis.

9. Kakak dan Abang penulis Paska Uly Sianipar dan Dedi Hutabarat serta Adik - adik penulis Triwinner T. Sianipar dan Nopa Sianipar, yang telah banyak memberi dukungan, doa dan semangat kepada penulis selama kuliah dan menyelesaikan skripsi ini, dan sanak saudara lainnya yang banyak membantu dan memberikan motivasi kepada penulis.

10. Teman – teman Fisika Stambuk 2011 sebagai teman bertukar pikiran selama perkuliahan dan teman berdiskusi dalam penyelesaian skripsi ini (Inten Natanael Simamora, Nensi M. Panjaitan, Juliana S Situmeang, Ancela Simbolon, Dosni Sipahutar, Stefen Sitorus, Widya Susanti, Lilis Sagita, Trisno F Manurung, Parasian Simbolon, Hendra Damos, Rusti Irawaty Simbolon dan semua teman yang tak dapat penulis sebutkan satu per satu).

11. Teman dekat penulis David M. Hutajulu yang juga memberi dukungan dan motivasi kepada penulis.

12. Abang, Kakak senior dan adik-adik junior Fisika FMIPA USU.

13. Teman – teman satu kos (Juliana S Situmeang, Ancela Simbolon, Nensi M. Panjaitan, dan Reka Simbolon).

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan – kekurangan baik dari segi isi, struktur kata, maupun tata bahasanya karena pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis terbatas, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi yang membutuhkannya.

Penulis

Tabitaria M. Sianipar 110801007

PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT FISIS, MAGNET DAN MIKROSTRUKTUR DARI BaFe12O19 DENGAN ADITIF Al2O3

ABSTRAK

Telah diakukan pembuatan magnet permanen BaFe12O19 yang ditambahkan aditif Al2O3 dengan variasi komposisi 1 dan 3 (%wt) mengggunakan metode mechanical

alloying dengan milling time 48 jam. Serbuk tersebut kemudian ditambahkan bahan

perekat Poly Vinyl Alcohol (PVA) dan dicetak kering dengan tekanan 30 kg/cm2 (8

kG). Hasil cetakan berupa pelet dengan diameter rata-rata 20 mm x 3 mm. Selanjutnya

dilakukan proses sintering dengan menggunakan vacuum furnace pada suhu 8000C,

9000C, 10000C, dan 1100oC yang ditahan selama 2 jam. Sampel yang telah disintering

kemudian dikarakterisasi sifat fisis (bulk density, porositas, Linear Shrinkage), dianalisis struktur kristalnya dengan XRD dan Optical Microscope (OM), dimagnetisasi dan diukur kurva histerisisnya. Karakterisasi yang dilakukan meliputi sifat fisis yaitu densitas , porositas, dan Linear Shrinkage dengan metode Archimedes, dan analisa mikro struktur dengan menggunakan XRD dan OM. Sedangkan untuk analisis sifat magnet dengan menggunakan hasil pengukuran permagraph yang telah dimagnetisasi dengan Gaussmeter. Dari hasil pengukuran densitas dan porositas magnet BaFe12O19 dengan aditif Al2O3 menunjukkan bahwa nilai densitas cenderung

meningkat, porositas menurun sebanding dengan jumlah aditif Al2O3, dan Linear

Shrinkage meningkat. Dari hasil karakterisasi fisis diperoleh hasil yang terbaik yaitu

pada milling time 48 jam dengan suhu 11000C pada komposisi 3 %wt, dengan nilai

bulk density = 4,90 gr/cm3, porositas = 20,55%, dan Linear Shrinkage = 10,51%. Dari salah satu hasil analisa XRD menunjukkan bahwa telah terbentuk struktur kristal BaFe12O19 dan BaAlFe11O19, grainsize 15,7, memiliki Br = 3,22 kG dan Hc = 4.013 kOe.

EFFECT ON SINTERING TEMPERATURE PHYSICAL PROPERTIES, MAGNET AND MICROSTRUCTURE OF Al2O3 BaFe12O19 WITH ADDITIVES

ABSTRACT

Has waged manufacture permanent magnets BaFe12O19 with Al2O3 additive is added to the composition variation 1 and 3 (wt%) use traditional methods of mechanical alloying by milling time of 48 hours. The powder is then added to the adhesive Poly

Vinyl Alcohol (PVA) and dry printed with a pressure of 30 kg / cm2 (8 kG). The

printed form of pellets with an average diameter of 20 mm x 3 mm. Sintering process

is then performed using a vacuum furnace at a temperature of 8000C, 9000C, 10000C,

and 11000C were held for 2 hours. Samples were then characterized sintering physical

properties (bulk density, porosity, Linear Shrinkage), analyzed the crystal structure by XRD and Optical Microscope (OM), magnetized and measured curves histerisisnya. Characterization was conducted on the physical properties, namely density, porosity, and Linear Shrinkage by Archimedes method, and a micro-structure analysis using XRD and OM. As for the analysis of magnetic properties using permagraph measurement results that have been magnetized by the Gaussmeter. From the results of measurements of density and porosity magnet BaFe12O19 with Al2O3 additive shows that the density values tend to increase, the porosity decreases in proportion to the

amount of additive Al2O3, and Linear shrinkage increases. From the results of the

physical characterization is obtained the best results in milling time of 48 hours at a

temperature of 11000C at 3% wt composition, with a bulk density = 4.90 g / cm3,

porosity = 20.55%, and 10.51% Linear Shrinkage, From one of the results of XRD analysis showed that the crystal structure has been formed BaFe12O19 and BaAlFe11O19, grainsize 15.7, has Br = 3.22 kG and Hc = 4.013 Koe.

DAFTAR ISI Halaman Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak v Abstrac vi

Daftar Isi vii

Daftar Tabel ix Daftar Gambar x Daftar Lampiran xi Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 4 1.3. Batasan Masalah 4 1.4. Tujuan Penelitian 4 1.5. Manfaat Penelitian 5 1.6. Sistematika Penulisan 5

Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Magnet 6

2.2. Pengertian Medan Magnet 6

2.2.1. Momen Magnetik 7

2.2.2. Induksi Magnetik 7

2.2.3. Kuat Medan Magnetik 8

2.3. Macam-Macam Magnet 8

2.3.1. Magnet Permanen 8

2.3.2. Magnet Remanen 9

2.4. Magnet Keramik 9

2.5. Klasifikasi Material Magnetik 10

2.5.1. Diamagnetik 10

2.5.2. Paramagnetik 11

2.5.3. Ferromagnetik 11

2.6. Material Magnet Lunak dan Magnet Keras 12

2.7. Jenis Magnet Permanen 13

2.8. Magnet Permanen Ferrit 14

2.8.1. Barium Heksaferit 14

2.9. Alumina 16

2.9.1. Keramik Alumina 17

2.9.2. Kegunaan Keramik Alumina 18

2.9.3. Sifat-Sifat Alumina 18

2.10.1. Tahapan Sintering 20

2.11. Karakterisasi Material Magnet Permanen Barium Heksaferit 22

2.11.1. Sifat Fisis 22 2.11.1.1. Densitas 22 2.11.1.2. Porositas 23 2.11.1.3. Susut Bakar 24 2.11.2. Sifat Magnet 24 2.11.2.1. Permagraph 25

2.11.3. Analisa Struktur Kristal 25

2.11.3.1. XRD 25

2.11.3.2. OM 26

Bab 3 Metodologi Penelitian 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 27

3.2. Peralatan dan Bahan 27

3.2.1. Peralatan 27

3.2.2. Bahan Peneltian 28

3.3. Diagram Alir Percobaan 29

3.4. Proses Sintering 30 3.5. Magnetisasi 30 3.6. Karakterisasi Hasil 30 3.6.1. Uji Densitas 30 3.6.1.1. Bulk Density 30 3.6.2. Porositas 31 3.6.3. Susut Bakar 32 3.7. Sifat Magnet 33 3.7.1. Permagraph 33 3.8. Analisa Mikrostruktur 33 3.8.1. XRD 33 3.8.2. OM 34

Bab 4 Hasil dan Pembahasan 4.1. Karakterisasi Sifat Fisis 35

4.1.1. Hasil Karakterisasi Bulk Density, Porositas, dan Linear Shrinkage 35

4.2. Karakterisasi Mikrostruktur 40

4.2.1. Analisis XRD 41

4.2.2. Analisis OM 42

4.3. Karakterisasi Sifat Magnet 43

Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 47

5.2. Saran 48

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Sifat-Sifat Fisis Alumina 17

Tabel 2.2. Sifat-Sifat Keramik Alumina 18

Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Densitas 35

Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Porositas 37

Tabel 4.3. Data Hasil Pengujian Linear Shrinkage 39

Tabel 4.4. Data Hasil Pengujian Permagraph 44

Tabel 4.5. Data Pengujian kuat medan magnet paduan Barium Heksaferrite (BaFe12O19) Pada Komposisi 1% wt Al2O3 dan milling time 48 jam pada suhu 800 oC - 1100oC 44

Tabel 4.6. Data Pengujian kuat medan magnet paduan Barium Heksaferrite (BaFe12O19) Pada Komposisi 3% wt Al2O3 dan milling time 48 jam pada suhu 800 oC - 1100oC 46

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Orientasi momen magnetik bahan paramagnetic 11

Gambar 2.2. Histeresis Material Magnet 12

Gambar 2.3. Arah partikel pada magnet isotropi dan anisotropi 13

Gambar 2.4. Struktur kristal BaO.6Fe2O3 15

Gambar 3.1. Tahapan Penelitian Pembuatan Magnet Permanen Barium Heksaferit dengan Substitusi Al2O3 29

Gambar 4.1. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al2O3 terhadap nilai bulk density BaFe12O19 yang disinter pada suhu 800°C, 900°C, 1000 °C, 1100°C 36

Gambar 4.2. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al2O3 terhadap porositas dari BaFe12O19 yang disinter pada suhu 800oC, 900oC,1000 °C, dan 1100 °C 38

Gambar 4.3. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al2O3 terhadap linier shrinkage dari BaFe12O19 yang disinter pada suhu 800oC, 900oC,1000 °C, dan 1100 °C 40

Gambar 4.4. Grafik Hasil Pengujian XRD BaFe12O19 dengan suhu sintering 800oC,900oC,100oC,1100oC 41

Gambar 4.5. Hasil Mikroskop Optik Magnet Sinter Barium Heksaferit dengan Temperatur a. 800°C, b. 900°C, c. 10000C, d. 11000C dan perbesaran 40x 42

Gambar 4.6. Kurva Histerisis bahan Barium hexaferrite pada suhu sintering 1000 °C dengan aditif Al2O3 43

Gambar 4.7. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al2O3 terhadap nilai fluks magnetik dari paduan Al2O3 + BaFe12O19 yang disinter pada suhu 800°C - 1100 °C dengan milling time 48 jam 45

Gambar 4.8. Grafik Hubungan antara penambahan aditif Al2O3 terhadap nilai fluks magnetik dari paduan Al2O3 + BaFe12O19 yang disinter pada suhu 800°C - 1100 °C dengan milling time 48 jam 46

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman