Sintesis Dan Karakterisasi Magnet Berbasis Barium Heksaferit- Alumina

SINTESIS DAN KARAKTERISASI MAGNET BERBASIS

BARIUM HEKSAFERIT - ALUMINA

TESIS

Oleh

TAUFIK HIDAYAT HIA

137026001/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SINTESIS DAN KARAKTERISASI MAGNET BERBASIS

BARIUM HEKSAFERIT - ALUMINA

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi

Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

Oleh

TAUFIK HIDAYAT HIA

137026001/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : SINTESIS DAN KARAKTERISASI MAGNET BERBASIS BARIUM HEKSAFERIT-

ALUMINA

Nama Mahasiswa : TAUFIK HIDAYAT HIA Nomor Induk Mahasiswa : 137026001

Program Studi : Magister Ilmu Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

Ketua

Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc

Anggota

Prof. Drs. Perdamean Sebayang, M.Sc

Ketua Program Studi,

NIP 19550706 198102 1 002 Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc

Dekan,

PERNYATAAN ORISINALITAS

SINTESIS DAN KARAKTERISASI MAGNET BERBASIS

BARIUM HEKSAFERIT – ALUMINA

T E S I S

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

Medan, 27 Juli 2015

TAUFIK HIDAYAT HIA

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

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

Nama : TAUFIK HIDAYAT HIA

N I M : 137026001

Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

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

Sintesis dan Karakterisasi Magnet Berbasis Barium Heksaferit – Alumina

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalty Non- Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, 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 pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 27 Juli 2015

Telah diuji pada

Tanggal : 27 Juli 2015

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc

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

2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc

3. Prof. Drs. M. Syukur, M.S

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama lengkap berikut gelar : Taufik Hidayat Hia, S.Pd

Tempat dan Tanggal Lahir : Lolohia, 15 September 1980

Alamat Rumah : Desa Lolohia, Kec. Mandrehe Barat, Kab.

Nias Barat, Prov. Sumatera Utara

Telepon/Faks/HP : 0813 7036 9849

E-mail :

Instansi Tempat Bekerja : SMK Negeri 2 Mandrehe Barat

Alamat Kantor : Desa Lolohia, Kec. Mandrehe Barat, Kab.

Nias Barat, Prov. Sumatera Utara

Telepon/Faks/HP : -

DATA PENDIDIKAN

SD : SDN 076716 Lolohia Tamat : 1993

SMP : SLTP Negeri 3 Mandrehe Tamat : 1996

SMA : SMA Negeri 1 Mandrehe Tamat : 1999

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkatNya, sehingga dapat menyelesaikan penulisan tesis ini dengan judul : “Sintesis dan

Karakterisasi Magnet Berbasis Barium Heksaferit-Alumina”. _{Penulisan tesis}

ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Master Fisika pada Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara - Medan.

Dalam penyusunan tesis ini banyak masukan, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

- Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), Sp. A(K)., selaku Rektor Universitas Sumatera Utara – Medan.

- Dr. Sutarman, M.Sc., selaku Dekan Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara - Medan.

- Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc., selaku Ketua Program Studi Magister Fisika Universitas Sumatera Utara – Medan dan sekaligus sebagai pembimbing satu yang selalu memberikan masukan.

- Prof. Drs. Perdamean Sebayang, M.Sc., selaku pembimbing dua dan pembimbing lapangan yang selalu bersedia meluangkan waktunya dalam mengarahkan dan membimbing, sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.

- Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc (pembanding I), Prof. Drs. M. Syukur, MS (pembanding II) dan Dr. Kerista Sebayang, M.S (Pembanding II) yang selalu memberikan masukan.

- Prof. Dr. Masno Ginting, M.Sc., selaku pembimbing lapangan yang bersedia meluangkan waktunya dalam mengarahkan dan membimbing, sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik serta pendamping pembimbing lapangan Mas Boy, Mbak Ayu Yuswitasari, Mas Ibrahim dan Mas Lukman yang selalu sabar membantu dalam penggunaan alat-alat laboratorium.

- Isteri tercinta Enasuciwati Gulo, Ayahanda tercinta Daliaro Hia, Ibunda tercinta Rusifina Wau dan seluruh keluarga yang selalu mendukung dan memotivasi serta mendoakan dengan penuh keikhlasan, sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.

- Teman-teman seperjuangan angkatan 2013 yang tidak dapat disebutkan satu persatu dan adik-adik Fisika S1 Universitas Sumatera Utara – Medan (tugas akhir di LIPI tahun 2015) yang selalu bersedia membantu dalam proses penelitian.

Dalam penulisan tesis ini disadari bahwa masih terdapat kelemahan dan kekurangan. Oleh karena itu, saran dan masukan dari pembaca demi kesempurnaan tesis ini sangat diharapkan. Akhir kata, kiranya Tuhan Yang Maha Kuasa yang membalas kebaikan dari semua pihak dan semoga tesis ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan di Indonesia, Amin.

Medan, 27 Juli 2015

SINTESIS DAN KARAKTERISASI MAGNET BERBASIS

BARIUM HEKSAFERIT – ALUMINA

ABSTRAK

Telah berhasil dibuat magnet permanen berbasis BaFe12O19-Al2O3 melalui metode metalurgi serbuk. Variabel penelitian yang dilakukan adalah bahan barium heksaferit (BaFe12O19) ditambahkan Al2O3 dengan variasi komposisi 100:0, 60:40, 50:50 dan 40:60 (% berat), serta suhu sintering 900, 950, 1000, 1050 dan 1100 0C yang masing-masing ditahan selama 2 jam. Besaran-besaran yang diamati meliputi densitas, porositas, fluks densitas, kurva histerisis, analisa mikrostruktur dengan XRD dan SEM. Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa penambahan Al2O3 menghasilkan true density berkisar 3570-4450 kg/m3, green body density berkisar 2600-3270 kg/m3, bulk density berkisar 4030-5170 kg/m3, porositas berkisar 19,28-24,79%, shrinkage berkisar 2,37-10,92%, flux density magnetik berkisar 13,00-65,45 Gauss, remanensi Br berkisar 0,03-0,20 kGauss, koersivitas HCJ berkisar 0,082-0,096 kOe dan BHmax berkisar 0,046-0,290 MGOe. Kedua bahan sebagian besar bereaksi, struktur fasa yang dihasilkan FeAl2O3, BaFeO3, Fe2O3, Ba3Al2O6 dan Fe3O4. Sedangkan morfologinya relatif homogen dengan bentuk partikel menyerupai batang dan ukuran partikel < 1 μm. Komposisi dan suhu optimum adalah 40% wt Al2O3 pada suhu 1050 0C dengan menghasilkan bulk density 4340 kg/m3, porositas 22,98%, shrinkage 6,27% dan flux density 63,00 Gauss. Magnet permanen yang dihasilkan bersifat soft magnetik yang diharapkan dapat digunakan sebagai media recording atau material absorben microwave.

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION BASED MAGNET

BARIUM HEXAFERRITE - ALUMINA

ABSTRACT

Permanent magnet based on BaFe12O19 - Al2O3 by powder metallurgy method has been made. Variables of the research is barium hexaferrite (BaFe12O19) materials added Al2O3 with variations in the composition of 100:0, 60:40, 50:50 and 40:60 (% weight) and the sintering temperature of 900, 950, 1000, 1050 and 1100 0C with holding time of 2 hours. Quantities observed were include density, porosity, flux density, hysteresis curve, microstructure analysis by XRD and SEM. From the observation indicate that the addition of Al2O3 to produce true density ranges from 3570 to 4450 kg/m3, green body density ranges from 2600 to 3270 kg/m3, bulk density ranges from 4030 to 5170 kg/m3, porosity ranges from 19.28 to 24.79%, shrinkage ranges from 2.37 to 10.92%, magnetic flux density ranges from 13.00 to 65.45 Gauss, remanence Br ranges from 0.03 to 0.20 kGauss, coercivity HCJ ranges from 0.082 to 0.096 kOe and BHmax ranges from 0.046 to 0.290 MGOe. Both materials are generally reacted, the resulting phase structure FeAl2O3, BaFeO3, Fe2O3, Ba3Al2O6 and Fe3O4. The morphology is relatively

homogeneous with the particle shape resembles a rod with a particle size < 1 μm.

The best composition and temperature is 40 %wt Al2O3 at a temperature of 1050 0

C with a bulk density of 4340 kg/m3, porosity of 22.98%, shrinkage of 6.27% and flux density 63.00 Gauss. The resulting permanent magnet are soft magnetic expected to be used as recording media or microwave absorbent material.

Keywords : BaFe12O19, Al2O3, Sintering, Bulk Density, Magnetic flux density, SEM,

2.7.3 Efek Sintering Terhadap Sifat Sampel ... 27

2.8 Karakterisasi dan Evaluasi Magnet Permanen ... 27

Nomor

Tabel Judul Halaman

2.1 Sifat-sifat Keramik Alumina 8

2.2 Nilai Kerapatan dari Beberapa Jenis Ferrite 15 4.1 Data Hasil Distribusi Diameter Partikel Barium

Heksa Ferit dan Alumina

40

4.2 Data Densitas Serbuk (True Density) BaFe12O19 dengan Penambahan Al2O3 (% wt) sesudah dimilling 48 jam

42

4.3 Data Green Body Density dari Bahan Magnet BaFe12O19 dengan Penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt) yang Dikompaksi pada Tekanan 35 kgf/cm2 dan ditahan selama

1 menit

44

4.4 Data Bulk Density dari Bahan Magnet BaFe12O19 dengan Penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt) yang Disinter pada Suhu : 900, 950, 1000, 1050 dan 1100 0C dan Masing-masing Ditahan Selama 2 jam

45

4.5 Data Porositas dari Bahan Magnet BaFe12O19 dengan Penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt) yang Disinter pada Suhu : 900, 950, 1000, 1050 dan 1100 0C dan Masing-masing Ditahan Selama 2 jam

46

4.6 Data Shrinkage dari Bahan Magnet BaFe12O19 dengan Penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt) yang Disinter pada Suhu : 900, 950, 1000, 1050 dan 1100 0C dan Ditahan Selama 2 jam

48

4.7 Hubungan Flux Density Magnetik Terhadap Suhu Sintering dari BaFe12O19 dengan Penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt)

52

4.8 Hubungan Sifat Magnet Terhadap Suhu Sintering dari BaFe12O19 dengan Penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt)

DAFTAR GAMBAR

No. Gambar Judul Halaman

2.1 Struktur Barium Heksaferit 5

2.2 Struktur Kristal Mineral Korondum Alumina 6

2.3 Grafik Transformasi Fasa Alumina 8

2.4 Struktur Ikatan Kimia PVA 9

2.5 Arah Momen Magnetik Bahan Nonmagnetik 12

2.6 Arah Momen Magnetik Bahan Magnetik 12

2.7 Arah Domain-domain dalam Bahan Paramagnetik Sebelum Diberi Medan Magnet Luar

18

2.8 Arah Domain dalam Bahan Paramagnetik Setelah Diberi Medan Magnet Luar

19

2.9 Histeresis Material Magnet (a) Material Lunak (b) Material Keras

20

2.10 Arah Partikel pada Magnet Isotropi dan Anisotropi (a) Arah Partikel Acak (Isotrop) (b) Arah Partikel Searah (Anisotropi)

22

2.11 Proses Sinter Padat (a) Sebelum Sinter Partikel Mempunyai Permukaan Masing-masing (b) Setelah Sinter Hanya Mempunyai Satu Permukaan

26

2.12 Pengaruh Suhu Sintering pada (1) Porositas, (2) Densitas, (3) Tahanan Listrik, (4) Kekuatan, dan (5) Ukuran Butir

27

2.13 Geometri Sebuah Difraktometer Sinar-X 28

3.1 Diagram Alir dari Pembuatan Magnet Berbasis Barium Heksaferit – Alumina dengan Perekat PVA

35

3.2 Alat Pengukur Massa (Neraca) 37

4.1 Histogram distribusi ukuran partikel (a) BaFe12O19 kalsinasi 1000 0C, (b) Al2O3 kalsinasi 1000 0C, (c) BaFe12O19+Al2O3 digiling selama 48 jam

41

4.2 Grafik hubungan true density terhadap penambahan alumina (% wt) sesudah digiling selama 48 jam

43

4.3 Grafik hubungan green body density terhadap penambahan alumina (% wt) yang dikompaksi pada tekanan 35 kgf/cm2 dan ditahan selama 1 menit

44

4.4 Hubungan bulk density terhadap suhu sintering dari bahan Magnet BaFe12O19 dengan penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt)

45

4.5 Grafik hubungan porositas terhadap temperatur bahan Magnet BaFe12O19 dengan penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt)

47

4.6 Hubungan nilai shrinkage terhadap suhu sintering dari BaFe12O19 dengan penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt)

48

4.7 Pola XRD dari BaFe12O19 dan Al2O3 setelah

dikalsinasi pada suhu 1000 0C (2 jam) serta disinter pada suhu 900, 950, 1000, 1050 dan 1100 0C (2 jam)

4.9 Hubungan flux density terhadap suhu sintering dari BaFe12O19 dengan penambahan Al2O3 (0, 40, 50 dan 60% wt)

52

4.10 Hubungan Sifat magnet terhadap suhu sintering dari BaFe12O19 dengan penambahan 40% Al2O3 (wt)

53

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lampiran Judul Halaman

A Hasil Pengukuran True Density BaFe12O19 yang ditambahkan dengan Al2O3 (Milling 48 jam)

61

B Hasil Pengukuran Green Body Density BaFe12O19 yang ditambahkan dengan Al2O3 (Milling 48 jam)

62

C Hasil Pengukuran Bulk Density dan Porositas BaFe12O19 yang ditambahkan dengan Al2O3 dan Disintering pada Suhu 900, 950, 1000, 1050 dan 1100 0C (2 jam)

64

D Dokumentasi 67

F Density of Water (g/mL) vs. Temperature (0C) 68 G Standard Test Method for Water Absorption, Bulk

Density, Apparent Porosity, and Apparent Spesific Gravity of Fired Whiteware Product

69

H Mesh vs. Micron Comparison Chart 71