Pembuatan Magnet Barium Heksaferit (BaFe12O19) dengan Metode Metalurgi Serbuk dan Karakterisasinya

(1)

PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BaFe12O19) DENGAN METODE METALURGI SERBUK DAN KARAKTERISASINYA

SKRIPSI

DEVI HANDAYANI SAFITRI 120801008

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BaFe12O19) DENGAN METODE METALURGI SERBUK DAN KARAKTERISASINYA

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

DEVI HANDAYANI SAFITRI 120801008

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

LEMBAR PENGESAHAN

PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEXAFERIT (BaFe12O19) DENGAN METODE METALURGI SERBUK DAN KARAKTERISASINYA

OLEH:

Devi Handayani Safitri NIM: 120801008

Disetujui Oleh: Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Zuriah Sitorus, M.S Ir. Muljadi, M.Sc.

NIP: 195607261984032001 NIP: 195711161983121002

Diketahui Oleh:

Departemen Fisika FMIPA USU Pusat Penelitian Fisika-LIPI Ketua, Kepala,

(4)

PERSETUJUAN

Judul : Pembuatan Magnet Barium Heksaferit (BaFe12O19)

Dengan Metode Metalurgi Serbuk Dan Karakterisasinya

Kategori : Skripsi

Nama : Devi Handayani Safitri Nomor Induk Mahasiswa : 120801008

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di: Medan, 11 Juli 2016

Diketahui/Disetujui Oleh: Departemen Fisika FMIPA USU

Ketua, Pembimbing,

(5)

PERNYATAAN

PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEXAFERIT (BaFe

12

O

19

)

DENGAN METODE METALURGI SERBUK DAN

KARAKTERISASINYA

SKRIPSI

Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalamnya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 11 Juli 2016

(6)

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, puji dan syukur kehadirat Allah SWT tuhan semesta alam yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Salawat beriring salam teruntuk baginda nabi besar Muhammad SAW, nabi sejuta umat yang menjadi panutan dan teladan untuk kita semua

Laporan Tugas Akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Adapun judul dari tugas akhir ini : “Pembuatan Magnet Barium Heksaferit (BaFe12O19) Dengan Metode Metalurgi Serbuk Dan Karakterisasinya”. Penelitian ini dilakukan di Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lambaga Ilmu Penelitian Indonesia (LIPI) Serpong, Tangerang Selatan.

Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan orang-orang di sekeliling penulis. Maka dari itu penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS sebagai dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.

2. Ibu Prof. Dr. Zuriah Sitorus, MS selaku pembimbing di USU yang telah meluangkan waktunya selama penyusunan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Muljadi, M.Si selaku Dosen Pembimbing selama di PPF LIPI yang telah memberikan panduan dan penuh kepercayaan serta banyak meluangkan waktu untuk membimbing serta menyempurnakan tugas akhir ini.

(7)

penelitian di PPF LIPI.

5. Kedua orang tua tercinta Ayahanda Syafrizal Syam dan Ibunda Rismalinar yang telah bersusah payah, dan senantiasa memberikan nasehat, doa, dukungan, dan perhatian yang tiada hentinya. Beserta Adik kandung dan keluarga besar yang telah memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

6. Sahabat-sahabat satu Angkatan Fisika FMIPA usu terkhusus “Street Fighter” (Andi, Balyan, Dina, Eva, Fatimah, Gias, Indah, Iqbal dan Mona) yang saling berjuang dan membantu serta saling memberikan semangat dalam penyelesaian skripsi ini.

7. Teman-teman satu ruang Firman, Hanifah, Karyaman, Mareanus, dan Taufik dalam melakukan penelitian di PPF LIPI

8. Teruntuk teman berbagi Deni Suryanda yang selalu menyemangati, memotivasi, mengingatkan, mendukung dan mendoakan dalam penyelesaian skripsi ini.

(8)

PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BAFE

12

O

19

)

DENGAN METODE METALURGI SERBUK DAN

KARAKTERISASINYA

ABSTRAK

Pembuatan magnet permanen Barium Hexaferite dengan bahan baku BaCO3

(murni) dan Fe2O3 (murni dan mill scale) dilakukan dengan metode metalurgi

serbuk dengan memvariasi suhu sintering: 1150oC, 1200oC, 1250oC dan 1300oC dengan waktu penahanan selama 1 jam. Karakterisasi meliputi: sifat fisis (densitas, susut bakar dan porositas), sifat magnet (fluks density dan VSM) serta analisa XRD. Dari analisa XRD fasa yang terbentuk untuk kedua jenis sampel adalah BaFe12O19 sebagai fasa dominan. Dari kurva histerisis dengan bahan baku Fe2O3 murni dan Fe2O3 mill scale pada pengujian VSM dapat diketahui nilai induksi remanen (σr) 17.80-20.78 emu/g, koersivitas (Hc) 118.4-158.6 kOe dan magnet saturasi (σs) 38.45-45.16 emu/g. Dari karakterisasi sifat magnet, nilai fluks magnetic terbesar yaitu 381.1 G pada suhu 1150oC pada pencetakan isotropi dengan bahan murni. Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai densitas cenderung naik dan nilai porositas cenderung turun. Kondisi optimum dicapai pada cetak isotropi dengan bahan murni pada suhu sintering 1300oC. Pengaruh variasi suhu sintering cenderung menaikkan nilai densitas dan menurunkan porositas dan sifat magnetnya.

(9)

FABRICATION OF Ba-Hexa Ferrite (BaFe

12

O

19

) MAGNETS BY

POWDER METALLURGY AND THE CHARACTERISTIC

ABSTRACT

Manufacture of permanent magnet materials Barium Hexaferrite with raw materials BaCO3 (pure) and Fe2O3 (pure and mill scale) via metelurgi method

powder reaction by varying of the sintering temperature: 1150oC, 1200oC, 1250oC and 1300oC with holding time for 1 hour and print isotropy and anisotropy. The characterization include: physical properties (density, fuel and shrinkage porosity), magnetism (flux density and VSM) and XRD analysis. XRD analysis of the phase that is formed for both types of samples is BaFe12O19 as dominant phase. From the

hysteresis curve with the raw material of pure Fe2O3 and Fe2O3 mill scale on testing the VSM can know the value of remanent induction (σr) 17.80-20.78 emu/g, coercivity (Hc) 118.4-158.6 kOe and magnetic saturation (σs) 38.45-45.16 emu/g , Characterization of the nature magnetic, the biggest value of the magnetic flux is 381.1 G at a temperature of 1150oC in printing isotropy with pure ingredients. From the measurement results has showed that the density tends to rise and porosity values tend to fall. The optimum condition is achieved on pure ingredients with isotropy print on sintering temperature 1300oC. The variations effect of the sintering temperature tend to increased the density and decreased the porosity and magnetic properties.

(10)

DAFTAR ISI

Daftar Lampiran xiii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang 1

1.2Rumusan Masalah 3

1.3Batasan Masalah 3

1.4Tujuan Penelitian 4

1.5Manfaat Penelitian 4

1.6Tempat penelitian 4

1.7Sistematika Penulisan 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1Pengertian Magnet 6

2.2Macam-Macam Magnet 7

2.3Sifat-sifat Magnet Permanen 8

2.3.1 Koersivitas 8

2.3.2 Remanen 8

2.3.3 Temperature Curie 8

2.3.4 Medan Anisotropi (HA) 9 2.4Sifat Kemagnetan Bahan 9

2.4.1 Ferromagnetik 9

2.4.2 Ferrimagnetik 10

2.4.3 Paramagnetik 10

2.4.4 Diamagnetik 10

2.5Kurva Histerisis 11

2.6Barium Hexaferit 13

2.7Karakterisasi Magnet Permanen 15 2.7.1 Densitas dan Porositas 15 2.7.2 Uji Difraksi Sinar X 16 2.7.3 Vibrating Sampel Magnetometer 17

(11)

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1Tempat dan Waktu Penelitian 20

3.1.1 Tempat Penelitian 20

3.1.2 Waktu Penelitian 20

3.2Alat dan Bahan 20

3.2.1 Bahan 20

3.2.2 Alat 20

3.3Variabel Eksperimen 22

3.3.1 Variabel Penelitian 22 3.3.2 Variabel Percobaan yang akan diuji 22 3.4Diagram Alir Penelitian 23

3.5Prosedur Penelitian 24

3.5.1 Pencampuran Bahan Baku 24

3.5.2 Proses Pengeringan 25

3.5.3 Proses Kalsinasi 25

3.5.4 Milling dengan Menggunakan High Energy Milling (HEM) 25 3.5.5 Pembuatan Sampel Uji 26

3.5.6 Sintering 26

3.6Pengujian 27

3.6.1 Sifat Fisis 27

3.6.1.1 Densitas, Susut Bakar dan Porositas 27

3.6.2 Sifat Magnet 28

3.6.3 Difraksi Sinar X (X-Ray Diffraction) 29

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Karakterisasi Struktur Kristal Dengan Menggunakan XRD 31 (X-Ray Diffraction)

4.1.1 Sampel BaFe12O19 dari Fe2O3 murni 31

4.1.2 Sampel BaFe12O19 dari Fe2O3 mill sacle 33

4.2 Hasil Analisa Magnetik Dengan Menggunakan VSM (Vibrating 35

Sampel Magnetometer)

4.3 Karakterisasi Sifat Fisis 37

4.3.1 True Density 37

4.3.2 Bulk Density 38

4.3.3 Susut Bakar 41

4.3.4 Porositas 43

4.4 Karakterisasi Sifat Magnet 45

4.4.1 Fluks Magnetik 45

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan 49

(12)

DAFTAR PUSTAKA 50

(13)

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel Judul Halaman

3.1 Komposisi bahan baku magnet Barium Ferrite 24 4.1 Puncak-puncak difraksi sampel BaFe12O19 dari Fe2O3

murni

secara Isotropi dengan variasi suhu sintering

36

38

4.5 Nilai densitas dari Sampel BaFe12O19 yang dicetak

secara Ansotropi dengan variasi suhu sintering

39

4.6 Nilai Susut Bakar sampel BaFe12O19 yang dicetak

41

4.7 Nilai Susut Bakar sampel BaFe12O19 yang dicetak

secara Anisotropi dengan variasi suhu sintering

42

4.8 Nilai Porositas sampel BaFe12O19 yang dicetak secara

Isotropis dengan variasi suhu sintering

43

4.9 Nilai Porositas sampel BaFe12O19 yang dicetak secara

Anisotropis dengan variasi suhu sintering

44

4.10

4.11

Nilai Fluks magnetik sampel BaFe12O19 yang dicetak

45

(14)

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Tabel Judul Halaman

2.1 Momen Magnetik Dari Sifat Ferromagnetik 9 2.2 Momen Magnetik Dari Sifat Ferrimagnetik 10 2.3 Momen Magnetik Dari Sifat Paramagnetik 10

2.4 Kurva Induksi Normal 11

2.5 Kurva Histerisis 11

2.6 Histeris material magnet 12 2.7 Struktur kristal BaO.6Fe2O3 14

2.8 Geometri sebuah Difraktometer sinar –X 16 2.9 Komponen Vibrating Sampel Magnetometer (VSM) 18

2.10 Garis gaya magnet 19

3.1 Prinsip Kerja HEM (High Energy Milling) 25

3.2 Prinsip Kerja XRD 30

Mill Scale yang dihasilkan

34

36

4.6 Kurva densitas sampel BaFe12O19 yang dicetak secara

Isotropi dengan variasi suhu sintering

39

4.7 Kurva densitas sampel BaFe12O19 yang dicetak secara

Anisotropi dengan variasi suhu sintering

40

4.8 Kurva susut bakar sampel BaFe12O19 yang dicetak

(15)

Nomor

Tabel Judul Halaman

4.9 Kurva susut bakar sampel BaFe12O19 yang dicetak

secara Ansotropi dengan variasi suhu sintering

42

4.10 Kurva Porositas sampel BaFe12O19 yang dicetak

43

4.11 Kurva Porositas sampel BaFe12O19 yang dicetak

44

4.12

4.13

Kurva Fluks magnetik sampel BaFe12O19 yang dicetak

46

(16)

DAFTAR LAMPIRAN