Proposal Mn Ferite
Transcript of Proposal Mn Ferite
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN FISIKA
Sekaran Gunungpati Semarang Gedung D7 Telp (024) 475650
PROPOSAL SKRIPSI
NAMA : DHAFID ETANA PUTRA
NIM : 4250407018
PROGRAM STUDI : FISIKA
JURUSAN / FAKULTAS : FISIKA / MIPA
1. JUDUL
SINTESIS SERBUK Mn FERITE DENGAN LOW CALSINASI
2. LATAR BELAKANG
Pasir besi yang keberadaannya terdistribusi secara luas serta jumlahnya yang
melimpah di Indonesia menjadi daya tarik untuk dikembangkan menjadi produk–
produk yang lebih bernilai dan berdaya guna lebih. Berdasarkan potensi tersebut
beberapa peneliti terdahulu telah mulai mengkaji dan memanfaatkan pasir besi
secara intensif menjadi magnet ferit (Yulianto, dkk. , 2006).
1
Ferit ialah merupakan salah satu bagian dari komponen yang sangat penting
dalam pembuatan magnet. Bahan tersebut dapat dicampur dengan bahan
nonmagnetik atau semikonduktor guna meningkatkan sifat magnet bahan
(menambah permeabilitas), menghilangkan regangan transformasi, dan
meningkatkan pengendalian orientasi, misalnya ditambah dengan Co, Li, Ni, Zn,
Mn, Sr dan Ba menjadi magnet lunak atau magnet keras. Ferit dapat disintesis
dengan menggunakan bahan dasar besi oksida. Sebenarnya Indonesia memiliki
sumber ferit yang sangat melimpah, salah satu contohnya adalah pasir besi.
Dalam pasir besi terkandung beberapa anggota besi oksida, misalnya magnetit
(Fe3O4), maghemit (-Fe2O3) dan hematit (-Fe2O3) (Yulianto, 2002), akan tetapi
pasir besi di Indonesia belum diolah secara optimal dan dieksport dalam bentuk
mentah sehingga hal ini yang menyebabkan pasir besi memiliki harga yang
sangat murah. Diluar negeri pasir besi tersebut diolah dan dimanfaatkan menjadi
berbagai magnet yang dapat diapplikasikan dalam komponen listrik dan
elektronik.
Guna menekan angka ketergantungan dengan pihak asing, di laboratorium
kemagnetan bahan Universitas Negeri Semarang telah mengembangkan
penelitian yang difokuskan pada pasir besi, di tempat tersebut sudah berhasil
mengolah pasir besi menjadi magnet keramik, di antaranya adalah magnet keras
berupa Barium Ferit (Prihatin, 2004), Stronsium Ferit (Billah, 2006), Film Tipis
Barium ferit ( Santoso, 2007), Film tipis ferit Mn (Alvian, 2007) dan kajian sifat
magnetik dengan metode presitipasi (Aji, 2008). Seiring Perkembangan
kemajuan teknologi pengolahan material, pasir besi tidak hanya dibuat dalam
2
bentuk magnet keramik, tetapi dapat dikembangkan lebih lanjut dalam bentuk
serbuk MnFe2O4 dengan metode metalurgi serbuk. Metode metalurgi serbuk ini
merupakan teknologi yang banyak dikembangkan pada saat ini.
Berdasarkan pertimbangan hal tersebut di atas, maka dalam penelitian ini
penulis akan melakukan kajian yang berorientasi pada fabrikasi dan karakterisasi
ferit Mn. Serbuk ferit Mn diperoleh dengan mencampurkan MnO dengan Fe2O4
yang berasal dari pasir besi, selanjutnya dipanaskan pada temperatur di atas
1000C. Proses pemanasan tersebut bertujuan untuk menghilangkan larutan
alkohol agar diperoleh serbuk magnet Mn ferit. Dipilih magnet lunak ferit Mn
karena pengolahan bahan tersebut sederhana dan memiliki karakterisasi magnet
yang bagus (Osmokrovic, 2006) dan selain itu ferit jenis ini juga memiliki sifat
magnetik yang baik serta bahan-bahannya mudah terjangkau di daerah lokasi
penelitian tepatnya di wilayah Semarang dan sekitarnya.
3. PERMASALAHAN
Permasalahan yang menjadi fokus kajian penelitian ini antara lain adalah :
1. Bagaimana pembuatan serbuk magnet ferit Mn dengan calsinasi rendah.
2. Bagaimana karakterisasi struktur kristal dan sifat magnetik yang dihasilkan.
4. PEMBATASAN MASALAH
Pada penelitian ini perlu dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut:
1. Bahan magnet yang akan digunakan adalah hasil pengolahan pasir besi yang
telah diekstraksi dari Laboratorium Kemagnetan Bahan Jurusan Fisika
Univeritas Negeri Semarang.
3
2. Mangan diokside ( MnO2) yang digunakan adalah produk dengan mutu
Proanalys yang diproduksi oleh merck Darmastadt dengan ketelitian 90%
3. Karakterisasi ferit Mn yang akan dilakukan meliputi :
a. Karakterisasi struktur kristal dengan menggunakan XRD, digunakan
untuk memeriksa apakah magnet ferit Mn yang telah dibuat menyamai
produk komersial yang sudah ada.
b. Karakterisasi pengukuran kurva histerisis magnetik ferit Mn dengan
permagraph untuk memperoleh permeabilitas, besaran ini digunakan
untuk melihat bahan magnetik tersebut magnet keras atau lunak.
5. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Membuat serbuk ferit Mn dengan mencampurkan bahan MnO2 dan Fe3O4
yang merupakan hasil dari ektraksi pasir besi.
2. Mengetahui karakteristik dari serbuk ferit Mn yang telah dibuat.
6. MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang diperoleh dalam penelitian ini antara lain adalah :
1. Hasil penelitian berupa serbuk ferit Mn dapat digunakan sebagai bahan dasar
magnet lunak dan industri lain seiring dengan kemajuan zaman, ilmu dan
teknologi.
2. Diperoleh informasi tentang pengolahan serbuk ferit Mn yang berasal dari
pasir besi yang dapat digunakan dalam pembuatan transformator, memori
komputer, induktor, recording heads, microwave, sensor dan lain-lain. .
4
7. LANDASAN TEORI
A. Mineral-Mineral Oksida Besi
Keberadaan oksida besi memiliki beragam komposisi kimia dan sifat respon
magnetik yang berbeda, seperti Tabel 1.
Tabel 1. Jenis oksihidroksida besi dan oksida besi (Haris, 2002)
Mineral Formula Respon Magnetik
Goethite α-FeOOH Antiferomagnetik
Akaganeite ß-FeOOH Antiferomagnetik
Lepidocrocite γ-FeOOH Antiferomagnetik
Feroxyhyte δ’-FeOOH Ferimagnetik
Ferrihyrite Fe5HO8.4H2O Antiferomagnetik Conted
Hematite α -Fe2O4 Antiferomagnetik
Maghemite γ -Fe2O3 Ferimagnetik
Magnetite Fe3O4 Ferimagnetik
Bahan-bahan feromanetik memiliki energi pertukaran minimum karena
seluruh spin-spinya terjajar secara paralel (Gambar 1.a). Bila energi pertukaran
minimum dicapai dengan penjajaran spin secara antiparalel sempurna (Gambar
1.b). Sehingga momen magnetik netonya sama dengan nol, maka bahan tersebut
digolongkan sebagai antiferomagnetik. Pada bahan-bahan tertentu spin-spin
antiferomagnetik terjajar secara sempurna, tetapi sedikit miring dan
menghasilkan sedikit momen magnetik neto (Gambar 1.c). Momen magnetik neto
juga mungkin terdapat pada bahan antiferomagnetik jika spin-spinya tidak
5
berpasangan secara sempurna karena terdapat sedikit cacat (defect) pada struktur
kristal (Gambar 1.d). Susunan bahan ferimagnetik spin-spinnya juga terjajar
secara antiparalel, tetapi besarnya momen magnet untuk masing-masing arah
tidak sama sehingga menghasilkan momen magnetik neto (Gambar 1.e). Sifat
magnetik bahan-bahan tersebut sangat dipengaruhi oleh ukuran bulir. Bulir yang
dipandang hanya memiliki dipol magnetik tunggal yang terisolasi disebut domain
tunggal atau single domain (SD). Kutub-kutub bebas pada permukaan bulir
menghasilkan suatu energi magnetik yang bertambah dengan volume bulir. Pada
ukuran tertentu, energi tersebut menjadi cukup besar dan memecah magnetisasi
menjadi beberapa daerah dengan magnetisasi seragam yang disebut domain
magnetik.
Gambar 1. Tipe penjajaran spin bahan feromagnetik: (a). feromagnetik (b). antiferomagnetik (c). canted antiferomagnetik (d). defect antiferomagnetik (e). ferimagnetik(Tauxe,1998).
6
B. Mineral Oksidasi Besi Magnetit
Mineral magnetit tersusun oleh ion ferrit (Fe3+) dan ion ferrous (Fe2+)
dengan perbandingan 2 : 1 dengan komposisi kimianya dapat dinyatakan Fe3O4
(FeO.Fe2O3). Magnetit memiliki kisi kristal spinel invers (AB2O4) yang terdiri
sebagian ion Fe2+ membentuk sisi tetrahedral dan sebagian ion Fe3+ serta
seluruh ion Fe2+ membentuk sisi oktahedral, seperti terlihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Kisi magnetite (Fe3O4 / FeO. Fe2O3) [ Moskowitz]
Ion-ion besi bervalensi dua berada pada sisi kisi oktahedral dan tetrahedral,
sedangkan ion–ion besi yang bervalensi tiga terpisah merata antara sisi kisi
oktohedral dan tetrahedral. Momen magnetik ion-ion dalam setiap kisi akan
saling berpasangan dimana A dan B berpasangan secara antipararel. Setiap
subkisi B yang memiliki satu ion Fe2+ dan Fe3+ berpasangan dengan subkisi A
yang ditempati satu ion Fe3+, karenanya ada sepasang momen magnetik yang
dihasilkan oleh ion Fe2+. Pasangan antipararel yang tidak seimbang tersebut yang
menyebabkan magnetit bersifat ferimagnetik.
C. Sifat-sifat Kemagnetan Bahan
Sifat magnet dari suatu bahan dipengaruhi oleh bilangan kuantum keempat
yang dikenal sebagai bilangan kuantum spin (ms). Bilangan ini menunjukkan
7
arah dari gerakan electron mengelilingi inti atom. Spin electron mempunyai nilai
+1/2 jika electron bergerak searah jarum jam, dan bernilai -1/2 jika electron
bergerak berlawanan arah dengan jarum jam. Kontribusi gerakan electron dalam
atom yang saling berlawanan ini akan menimbulkan suatu gaya yang disebut
momen magnetic, dimana resultannya akan sama dengan nol jika momen yang
dihasilkan oleh gerakan electron yang searah jarum jam diimbangi dengan
gerakan electron yang berlawanan dengan jarum jam.
Secara mikroskopis atau skala atom, didalam bahan magnet terjadi arus-
arus kecil karena elektron beredar mengelilingi inti dan elektron berputar
terhadap sumbunya. Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi
menjadi tiga yaitu:
1. Diamagnetik
Bahan diamagnetik ialah bahan yang memiliki resultan momentum
sudut orbital atom ∑ =0, maka suatu atom tidak akan memiliki momen
dipol magnet permanen, sesuai dengan rumus :
Didalam bahan diamagnetik tersebut, magnetisasi terjadi bila ada medan
yang bekerja dari luar, berarti bila (medan magnet luar) berhenti maka
(magnetisasi) akan hilang. Bahan diamagnetik memiliki suseptibilitas negatif
atau <0. Bahan-bahan diamagnetik juga bahan yang sulit menyalurkan
garis gaya magnet. Hal tersebut disebabkan karena hampir semua spin
elektron berpasangan, padahal suatu bahan bersifat magnet apabila susunan
8
…………………....(1)
atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan.
Permeabilitas bahan ini sedikit lebih kecil dari 1. Contoh bahan diamagnetik
adalah Bi, Cu, Au, Al203 dan NiSO4.
2. Paramagnetik
Bahan paramagnetik merupakan bahan yang memiliki resultan
momentum sudut atom atau molekul bahan ∑ tidaklah nol, sehingga di
dalam bahan ini terdapat momen dipol magnet yang permanen, akan tetapi
secara keseluruhan arahnya acak. Jika diberi medan magnet luar, arah dipol
magnet akan cenderung berbaris searah tetapi setelah medan magnet dari luar
dihentikan maka orientasi arah momen dipol magnet atomnya akan kembali
acak. Bahan paramagnetik memiliki suseptibilitas magnetik positif atau
>0. Contoh bahan paramagnetik adalah Al, Pb, Fe2SO4, FeCl, Mo, W, Pt dan
Ag.
3. Ferromagnetik
Bahan ferromagnetik pada dasarnya memiliki sifat seperti bahan
paramagnetik, yaitu berasal dari spin elektron. Tetapi pada material
ferromagnetik dihasilkan magnet permanen dan ini dapat menunjukkan
bahwa ada kecenderungan dari spin elektron untuk tidak berubah arah
meskipun medan ditiadakan. Kemudian bila medan luar diperkuat lagi, maka
pembarisan arah pada setiap domain menjadi bertambah besar dan efek ini
berlanjut hingga mencapai keadaan jenuh. Kejenuhan ini akan tercapai bila
sejumlah fraksi tertentu dari spin elektron konduksi sudah berbaris kesuatu
arah. Keadaan dimana semua spin elektron terarahkan sepenuhnya hanya
9
mungkin terjadi pada temperatur rendah. Apabila temperatur dinaikkan
magnetisasi jenuh berkurang, mula-mula turun perlahan-lahan kemudian
bertambah dengan cepat hingga mencapai temperatur kritis, yang disebut
temperatur Curie (Tc). Diatas temperatur Curie ini, bahan tidak bersifat
ferromagnetik tetapi berubah menjadi paramagnetik. Bahan ferromagnetik
adalah bahan yang mudah menyalurkan garis gaya magnet, permeabilitasnya
jauh lebih besar dari 1. Contoh bahan ini adalah Fe, Co, Ni dan Gd.
C. Kurva Histeresis
Kita dapat mengukur medan B dalam toroida dengan cara mengubah
arusnya dengan menggunakan kurva histeresis. Bahan dalam toroida merupakan
bahan ferromagnetik. Medan H dalam toroid dapat dirumuskan sebagai berikut
Asumsikan bahwa pada awalnya toroid ferromagnetik tersebut tidak
memiliki medan magnet yang spontan. Pada saat I meningkat, H akan meningkat
berdasarkan rumus diatas. Medan B mulai beranjak naik dari nol. Jika B dan H
diplot, maka kurva hasilnya akan sama dengan kurva OA1, yang ditunjukkan
dalam Gambar 3.
Gambar 3. Sebuah kurva histeresis yang lazim untuk besi. B1 adalah remanen besi dan H1 adalah gaya koersif.
10
………………………..(2)
Setelah magnetisasi permukaan terhadap titik A, medan H akan turun
dengan mengurangi arus dalam koil. Medan B juga akan turun, tetapi kurva B-H
ternyata tidak mengikuti kurva mgnetisasi aslinya, sebagai gantinya akan
menjejaki kurva yang sama dengan A1B1 yang ditunjukan pada Gambar 3. Ingat
bahwa pada titik B1, arus dalam suatu koil toroid sama dengan nol, demikian pula
halnya H. Fluks magnet residu ini diakibatkan oleh adanya fakta bahwa momen
magnet domain dalam ferromagnetik masih menyebar dalam arah yang sama.
Magnetudo dari B residu ini disebut remanen.
Selanjutnya membalik arus untuk membalik H, kurva B-H akan
membentuk kurva B1H1 seperti Gambar 3. Ingat bahwa dibutuhkan sejumlah nilai
negatif dari H untuk menolkan medan B. Nilai H dalam arah negatif magnetisasi
awal yang diperlukan untuk menolkan medan B disebut gaya paksaan (Coercive
Force). Jika arus balik dinaikkan melampaui titik tersebut, medan B mulai
berbalik dan kurva B-H akan mengikuti kurva H1A2 pada gambar 1. Jika
sekarang arus sudah berkurang, kurva B-H akan membentuk kurva baru A2A1.
Kurva tertutup A1B1H1A2A1 disebut loop histeresis (hysteresis loop). Jika arus
diubah kesiklus yang lebih kecil, loop histeresis terkaitnya akan lebih kecil. Jika
bahan mengalami saturasi pada kedua ujung kurva magnetisasi, remanen B
disebut retentivitas bahan (retentivity) ferromagnetik dan gaya paksaan H disebut
koersivitas bahan (coercivity).
Kurva histerisis bisa digunakan untuk membedakan antara magnet
permanen dan magnet lunak. Seperti pada Gambar 4 dibawah ini.
11
Gambar 4 (a) Kurva Histeresis (magnet lunak). (b) Kurva histeresis magnet keras. Baik induksi remanen (rapat fluks) dan medan koersif, B dan H, masing-masing besar untuk magnet keras. Hasil perkalian BH merupakan patokan untuk ukuran energi demagnetisasi. (Van Vlack, 1994).
D. Ferit
Ferit atau ferimagnet memiliki struktur spin yang teratur, yang paling
umum terdiri dari komponen spin besar maupun spin kecil tetapi dengan momen
magnet bersih tidak nol pada salah satu arah ini.
Bentuk Ferit paling sederhana yang memiliki kemagnetan adalah oksida
yang mempunyai rumus kimia MOFe2O3, dengan M adalah ion logam bervalensi
dua seperti Co, Ni, Mn, Cu, Mg, Zn, Cd atau besi bervalensi dua. Ferit ini
mengkristal dengan struktur kristal yang agak rumit yang dikenal dengan struktur
spinel. Contoh yang lazim dari ferit adalah mineral magnetit (Fe3O4) yang sudah
dikenal sejak jaman dulu. Pada umumnya ferit dibagi menjadi tiga kelas yaitu :
12
H
B
Br-HC
-HC H
B
Br
a b
Gambar 5. Struktur spin ferimagnetik
1.Ferit Lunak
Ferit jenis ini memiliki formula MFe2O4 dimana M= Cu, Zn, Ni, Co, Fe,
Mn, Mg dengan struktur kristal seperti mineral spinel. Sifat bahan ini
mempunyai permeabilitas dan hambatan jenis yang tinggi, koersivitas dan
hysteresis loss yang rendah. Contoh sederhana dari bahan ini adalah ferrous
ferrite atau yang biasa disebut dengan magnetit (FeO.Fe2O3 atau Fe3O4), ferit
Nikel (NiO.Fe2O3 atau NiFe2O4) dan Ferit Mangan (MnO.Fe2O3 atau
MnFe2O4) (Goldman, 1990).
2. Ferit Keras
Ferit keras jenis ini merupakan turunan dari struktur magneto plumbit
yang dapat ditulis sabagai MFe12O19 dimana M = Pb, Ba, Sr. Bahan tersebut
mempunyai gaya koersivitas dan remanen yang tinggi, dan mempunyai
struktur kristal hexagonal dengan momen-momen magnetik sejajar dengan
sumbu C. Magnet jenis ini lebih murah untuk diproduksi dan banyak
digunakan sabagai magnet permanen (Idayanti, 2002).
3. Ferit Berstruktur Garnet
Magnet ini memiliki magnetisasi spontan yang bergantung pada suhu
secara khas. Bentuk umum untuk garnet adalah Me3Fe5O12, dimana Me salah
satu dari ion logam tanah jarang, contohnya Y, La dan Gd. Struktur sangat
rumit, berbentuk kubik dengan sel satuan disusun tidak kurang dari 160 atom.
13
Contoh garnet yang bagus adalah Yttrium Iron Garnet (Y3Fe5O12) biasa
disingkat dengan YIG (Zhang, 2006).
Dari segi teknis ferit sangat penting karena disamping kemagnetan
jenuhnya yang cukup besar, ferit merupakan penghantar listrik yang jelek.
Dengan demikian ferit digunakan untuk penerapan pada frekuensi tinggi karena
dalam keadaan itu akan muncul arus eddy dalam bahan penghantar yang akan
merugikan. Hambat jenis ferit berkisar dari 1 sampai 104 Ω sebagai pembanding,
hambat jenis listrik untuk besi kurang lebih 10-7 Ω.
E. Ferit Mn
Ferit Mn merupakan salah satu contoh dari magnet lunak yang mempunyai
struktur kristal kubik, dengan rumus umum MO.Fe2O3 dimana M adalah Fe, Mn,
Ni dan Zn atau gabungan seperti Mn-Zn dan Ni-Zn jika dirumuskan dalam reaksi
kimia adalah sebagai berikut.
MnO + Fe2O3 MnFe2O4
Bahan magnet ini biasa digunakan dalam transformator, memori komputer,
induktor, recording heads, microwave, sensor dan lain-lain.
Seiring dengan berkembangnya teknologi, pengolahan ferit Mn menjadi
lebih variatif, sebelumnya ferit Mn hanya dibuat magnet keramik tetapi sekarang
sudah dikembangkan metode – metode yang lain yang relevan salah satunya
yaitu metode metalurgi serbuk. Metode ini dipilih karena keunggulannya yang
relatif sederhana dan mudah dipahami untuk kembangan metode-metode baru
yang tidak merubah sifat-sifat dan hasil yang diinginkan.
14
F. Magnet Keramik
Magnet keramik adalah salah satu bahan yang mempunyai sifat tertentu dan
penting bagi industri. Definisi yang terbaik dari keramik adalah bahan-bahan
yang tersusun dari senyawa anorganik bukan logam yang pengolahannya melalui
perlakuan dengan temperatur tinggi. Kegunaannya adalah untuk dibuat berbagai
keperluan desain teknis khususnya dibidang kelistrikan, elektronika, dan
mekanik.
Bahan keramik yang bersifat magnetik umumnya merupakan golongan
ferit, yang merupakan oksida yang disusun oleh Fe2O3 sebagai komponen utama.
Bahan ini menunjukkan induksi magnetik spontan meskipun medan magnet luar
dihilangkan. Material ferit juga dikenal sebagai magnet keramik yang
dikembangkan sejak tahun 1940-an. Bahan tersebut ternyata tidak lain adalah
oksida besi yang disebut ferit besi (ferrous ferrite) dengan rumus kimia
MO(Fe2O3) dimana M adalah Ba, Sr, Mn, Zn atau Pb. Selanjutnya semua bahan
yang mengandung besi sebagai penyusun utamanya dinamakan ferrit.
G. Permeabilitas Magnetik Bahan
Medan Magnet selalu disimbolkan dengan B. Dalam sejarahnya, B disebut
induksi magnetik. Sepadan dengan besaran H, yang disebut dengan medan
magnetik, dan istilah ini adalah selalu digunakan untuk membedakan keduanya
dalam masalah bahan magnetik. Medan total dalam selenoida dapat dituliskan
15
dengan mengganti konstanta μ0 menjadi konstanta lainya, μ, yang merupakan
karakteristik bahan.
B= μnI ..................................................................3
Permeabilitas adalah derajat magnetisasi material yang merespon medan magnet
linier dari luar. Symbol μ dinamakan permeabilitas bahan. Untuk bahan
feromagnet atau ferit, μ jauh lebih besar dari μ0. Untuk semua bahan lainnya,
nilainya sangat dekat dengan μ0. Nilai permeabilitas tidak konstan untuk bahan
feromagnet, hal ini bergantung pada nilai medan eksternal.
H. Metode Metalurgi Serbuk
Secara prinsip pada umumnya terdapat dua metode utama yang digunakan
dalam membuat magnet. Pertama menggunakan teknologi pengecoran atau
pelelehan, dan yang kedua adalah dengan menggunakan teknologi metalurgi
serbuk (Goldman, 1991). Reproduksi magnet dengan pengecoran biasanya
menghasilkan bahan magnet yang lebih baik, tetapi dalam beberapa prosesnya
memerlukan energi yang sangat panas sehingga dipandang tidak efisien.
Pada produksi dengan teknologi metalurgi serbuk, meski sifat kemagnetan
yang diperoleh bukan yang tertinggi, tetapi dalam pengerjaannya lebih mudah
dan lebih efisien. Dalam prakteknya pembuatan magnet dengan cara kedua ini
memerlukan bahan dasar berupa serbuk yang berukuran sangat kecil, yaitu dalam
orde micrometer (10-6m). Ukuran serbuk sekecil ini diperlukan agar komponen-
komponen pembentuk bahan magnet dapat saling berdeposisi (bereaksi) ketika
bahan mengalami pemanasan (kalsinasi). Sebagaimana yang dilakukan oleh
beberapa peneliti, penyediaan serbuk bahan magnetik yang halus biasanya
16
dilakukan dengan menggunakan mesin ball milling. Misalnya yang dilakukan
oleh Arie (2003) Ridwan (2003), Sudirman (2002), dan lain-lain.
Teknologi metalurgi serbuk adalah teknik pembuatan logam dengan bahan
dasar berupa serbuk halus yang kemudian dipress dalam satu cetakan dan
kemudian disinter dibawah titik cairnya. Diantara kelebihan metode metalurgi
serbuk adalah dapat menangani bahan yang tidak dapat atau sukar diproses
dengan jalan mencairkannya. Selain itu metode ini merupakan metode
pemrosesan yang lebih murah dengan kualitas yang lebih baik.
I. Difraksi Sinar-X
Panjang gelombang sinar-X untuk difraksi berada pada rentang 0,05 hingga
0,25 nm. Sinar-X untuk tujuan difraksi diproduksi dengan tegangan antara katoda
dan anoda sebesar 35 kV dalam kondisi vakum. Pemanfaatan metode difraksi
memegang peran sangat penting untuk analisis padatan kristalin. Selain untuk
meneliti ciri utama strukur, seperti parameter kisi dan tipe struktur, juga
dimanfaatkan untuk mengetahui rincian lain seperti susunan berbagai jenis atom
dalam kristal, adanya cacat, orientasi, ukuran subbutir, dan butir, ukuran dan
kerapatan.
Sinar-X adalah suatu radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang (λ
0,1 nm) yang lebih pendek dibanding gelombang cahaya. Sinar-X yang
dihasilkan dari lucutan elektron tersebut ditembakkan kearah sampel. Elektron
akan mengalami difraksi, karena bertumbukan dengan atom-atom bahan. Tiga
peristiwa yang terjadi setelah tumbukan yaitu hamburan, interferensi dan
difraksi. Hamburan yaitu penyerapan radiasi penumbuk dan dipancarkan kembali
17
dengan arah yang berbeda. Interferensi adalah superposisi dari dua atau lebih
gelombang yang terhambur. Difraksi akan saling menguatkan jika terpenuhi
persamaan Bragg.
..............................................4
Persamaan ini dikenal sebagai hukum Bragg. Pada kondisi eksperiment,
Dengan n adalah bilangan bulat, λ adalah panjang gelombang sinar-X, d adalah
jarak antar atom bahan dan θ merupakan sudut difraksi. Karakterisasi diperoleh
dengan membandingkan hasil grafik dengan hasil dari penelitian terdahulu.
8. METODOLOGI PENELITIAN
8.1. Tempat dan Alur Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen.
Eksperimen dilakukan di tempat yang berbeda-beda, yaitu :
1. Laboratorium Kemagnetan bahan Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang.
2. Laboratorium Fisika Universitas Sebelas Maret Solo.
3. Pusat Penelitian Telekomunikasi dan Elektronika (PPET) LIPI
Bandung.
8.2. Alat dan Bahan
1. Alat
a. Timbangan.
b. Ball milling, digunakan untuk menghaluskan sampel.
c. Penyaring pasir dengan tipe T200.
d. Oven, digunakan untuk mengeringkan sampel yang basah.
18
e. Hydraulic press.
f. Furnice, digunakan untuk mengkalsinasi serbuk ferit Mn.
g. X-Ray Difraktometer yang terdapat di laboratorium Fisika FMIPA UNS,
digunakan untuk karakterisasi struktur kristal.
h. Permagraph yang digunakan sebagai alat karaterisasi sifat magnet di
Pusat Penelitian Telekomunikasi dan Elektronika (PPET) LIPI Bandung.
2. Bahan
a. Pasir besi
b. Alkohol
c. Aquades
d. MnO2
e. SiO2
f. CaO
g. PVA
8.3. Prosedur Penelitian
1. Pemurnian Pasir Besi
Pasir besi diperoleh dari pantai Bayuran Jepara. Langkah-langkah yang
dilakukan dalam proses pemurnian pasir besi guna membuat magnetit adalah
sebagai berikut,
a. Pasir besi dicuci.
b. Ekstraksi manual pasir besi.
c. Penggilingan pasir besi menggunakan ball milling selama 12 jam.
19
Pengayakan atau penyaringan hasil gilingan menggunakan ayakan T200. Proses
ekstraksi tersebut dilakukan berulang kali untuk meminimalisasi adanya pengotor
yang bersifat nonmagnetik.
Gambar 6. Metode pemisahan magnetik pasir besi secara manual (Yulianto, 2003).
Langkah-langkah tersebut merupakan langkah-langkah yang telah dilakukan
para peneliti terdahulu dan menghasilkan Fe3O4 dengan kemurnian 99%.
2. Pembuatan Serbuk Ferit Mn
Pembuatan serbuk dimulai dari penghalusan serbuk pasir besi dengan
cara digiling menggunakan ball miling. Setelah pasir digiling selama 12 jam,
pasir disaring menggunakan penyaring bertipe T200. Kemudian dibuat serbuk
ferit Mn, dengan cara mencampur serbuk MnO2 yang berkualitas teknis
dengan serbuk Fe3O4. Penggunaan serbuk yang berkualitas ProAnalis dan
teknis bertujuan agar kita dapat mengurangi ketergantungan dengan bahan-
bahan dari luar negeri serta bahan tersebut lebih murah dan mudah didapatkan
dibandingkan serbuk MnO. Penggunaan serbuk Fe3O4 bukan serbuk Fe2O3
20
karena langkah tersebut dapat mempersingkat proses. Langkah-langkah
tersebut telah dilakukan oleh peneliti terdahulu dan tidak mengurangi sifat
magnetik dari bahan yang dihasilkan. Berdasarkan reaksi kimia proses
pembuatan ferit Mn adalah sebagai berikut:
MnO + Fe2O3 MnFe2O4
Dari reaksi kimia diatas dapat diketahui perbandingan mol yang
digunakan adalah satu, sehingga dapat digunakan massa relatif (MR) sebagai
perbandingan massa pada pembuatan serbuk ferit Mn. Dalam penelitian ini
tidak menggunakan serbuk MnO tetapi serbuk MnO2, jadi massa relatif yang
digunakan adalah massa relatif MnO2 yaitu sebesar 86,938. Serbuk MnO2
berkualitas proanalis dan teknis memiliki kemurnian 90%, sehingga perlu
dihitung banyaknya massa yang akan digunakan agar dapat mencapai 100%.
Serbuk Fe3O4 juga perlu dilakukan perhitungan karena dalam reaksi kimia
pembentukan ferit Mn menggunakan serbuk Fe2O3.
Homogenitas suatu serbuk dapat juga ditentukan dari proses penggilingan
(Goldman, 1990). Serbuk ferit Mn hasil penggilingan dikalsinasi dengan
temperatur 1450 ºC, karena pada temperatur tersebut diperkirakan sudah benar-
benar terbentuk serbuk ferit Mn (Zhang, 2006). Kalsinasi juga bertujuan
mengurangi penyusutan bahan atau hasil cetak pada proses sintering. Pada proses
ini berlangsung penyebaran oksigen sehingga terjadi proses kimia dan terbentuk
struktur krisralografi yang seragam. Setelah dikalsinasi bahan dihaluskan lagi
dengan cara digiling selama 20 jam, kemudian disaring dengan penyaring bertipe
T200. Setelah kita mengetahui serbuk ferit Mn benar-benar terbentuk, serbuk
21
tersebut ditimbang dengan massa 12 gram kemudian dipres menggunakan
hydroulic press yang ada di laboratorium kemagnetan bahan, sehingga diperoleh
target yang berbentuk lingkaran berdiameter 3,5 cm dan memiliki ketebalan 0,4
cm.
Proses kalsinasi, bahan ditempatkan pada cawan khusus yang kemudian
dimasukkan ke high temperature furnace. Kalsinasi dilakukan pada temperature
12000C selama 3 jam, sebelum mencapai temperatut 12000C, lebih dahulu
ditahan pada temperatur 8000C selama 30 menit. Hasil kalsinasi digerus dengan
mortal.
Adapun proses skema kalsinasi adalah sabagai berikut :
Gambar 7. Skema proses kalsinasi bahan ferit (Billah, 2006).
Hasil kalsinasi digerus kasar dengan mortar dengan ditambahkan zat aditif
CaO dan SiO2. Bahan aditif tersebut berfungsi untuk menghambat tumbuhnya
domain-domain yang membesar. Penggilingan basah, proses selanjutnya bahan
digiling dalam keadaan basah dengan ballmilling selama 16 jam dan hasilnya
disaring lolos 400 mess. Hasil saringan lolos 400 mess ditambahkan PVA 0,60/0
22
400C/menit
400C/ menit
280C
3 jam
8000C 0.5 jam
12000C
4750C
400C/ menit
dari jumlah keseluruhan sebagai perekat. Kemudian sampel dicetak dengan
hydraulic pres. Pencetakan yang dihasilkan akan disintering dengan suhu 12500C
lihat pada Gambar 7. Sebagai tahap finishing, sampel disintering yang kemudian
dipoles dengan cara diamplas dengan amplas 800 cc dan 1000 cc.
Gambar 8 . Skema proses sintering bahan ferit (Billah, 2006).
B. Karakterisasi Hasil.
1. Karakterisasi Struktur Kristal dengan XRD
Serbuk ferit Mn tersebut di karakterisasi menggunakan XRD untuk
mengetahui komposisinya. Dari XRD kita dapat mengetahui kristal dari
serbuk ferit Mn sudah benar-benar terbentuk atau belum. Hasil penelitian ferit
Mn dikarakterisasi struktur kristalnya menggunakan XRD. Analisis XRD
dilakukan dilaboratorium Fisika UNS.
Sinar-X yang dihasilkan dari lucutan elektron ditembakkan kearah
sampel bahan ferit Mn. Elektron akan mengalami difraksi, karena
bertumbukan dengan atom-atom bahan. Tiga peristiwa yang terjadi setelah
tumbukan yaitu hamburan, interferensi, dan difraksi. Hamburan yaitu
penyerapan radiasi penumbuk dan dipancarkan kembali dengan arah yang
23
100C/menit
12500C 1 jam
5000C 0.5 jam100C/menit
berbeda. Interferensi adalah superposisi dari dua atau lebih gelombang yang
terhambur. Difraksi adalah interferensi konstruktif dari gelombang yang
terhambur. Difraksi akan saling menguatkan jika terpenuhi persamaan Bragg
(Persamaan 3).
Data hasil karakterisasi dengan XRD yaitu intensitas dan sudut hambur.
Analisis data dilakukan dengan bantuan grafik antara intensitas dengan sudut
hambur. Hasil grafik memunculkan puncak-puncak intensitas pada sudut
tertentu yang menunjukkan bidang kristal tertentu.
Sifat magnetik sampel dapat diketahui dengan dikarakterisasinya hasil
penelitian, karakterisasi dilakukan dengan magnetisasi hasil penelitian
menggunakan alat permagraph yang ada di Pusat Penelitian Elektronika dan
Telekomunikasi (P2ET) LIPI Bandung. Dari alat permagraph didapatkan
hasil berupa kurva histerisis dengan nilai-nilai besaran tertentu yaitu
menunjukkan besarnya nilai permeabilitas.
24
Gambar 9. Skema pembuatan magnet Mn ferit
25
Mulai
Oksida besi daripasir besi (Fe3O4)
Proses penggilingan campuran
MnO2
Kalsinasi campuran
Pencetakan
Pengeringan campuran
Karakterisasi magnetlunak.
PermeabilitymeterNilai permeabilitas
XRDOrientasi kristal
Penulisan laporan
Sintering
Selesai
DAFTAR PUSTAKAYulianto. A., S. Bijaksana, W. Loeksmanto dan D. Kurnia. 2003. Produksi Hematit (-Fe2O3) dari Pasir Besi Pemanfaatan Potensi Alam
Sebagai Bahan Industri Berbasis Sifat Kemagnetan, Jurnal Sains Materi Indinesia. Jakarta: BATAN.Yulianto. A., S. Bijaksana, dan W. Loeksmanto. 2002.
Karakterisasi Magnetik dari Pasir Besi Cilacap, Jurnal Fisika HFI Vol. A5 No.0527. Tangerang: Himpunan Fisika Indonesia.Mufit. F, Fadhillah, Amir. H dan S.
Bijaksana. 2006. Kajian Tentang Sifat Magnetit Pasir Besi dari pantai Sunur, Pariaman, Sumatra Barat, Jurnal Geofisika. Bandung : Institut Teknologi
Bandung.Moskowits, B.M., Hitchher' Guide to Magnetism, Http://www.geo.umn.edu/orgs/irm/hg2m/hg2m.pdf, diakses 9 september
2009.Osmokrovic. P, et al. 2006. Synthesis of MnFe2O4 Nanoparticles by Mechano-Chemichal Reacktion. Serbia: The Ministry of Science and Environmental
photention.Idayanti Novrita dan Dedi. 2002. Pembuatan Magnet Permanen Ferit untuk Flow Meter, Jurnal Fisika HFI Vol A5 No.0528. Tangerang: Himpunan Fisika Indonesia.Bianfang. Z, Guide. T, Zonglin. Y, Zhenbiao. W, Qingfen. Y dan Jianpo.
C. 2007. Synthesis of Magnetic Manganese Ferrite. China : National Science Foundation of China. Dedi, Idayanti Novrita dan Djaja Sukarna. 2002. Pembuatan Magnet Barium Stronsium Ferit untuk Motor DC Mini, Jurnal Fisika HFI Vol A5
No.0526. Tangerang: Himpunan Fisika Indonesia.Parvatheeswara Rao. B dan Caltun. O.F. 2006. Synthesis and Characterization of Some Ferrite Nanoparticles. India :
Department of Physics.
26