Status Litbang Bahan Magnet di BATAN (Ridwan)

STATUS LITBANG BAHAN MAGNET DI BATAN.s ~Jo

RidwanPusat Penelitian clan Pengembangan Ilmu Pengetahuan clan Teknologi Bahan, Badan Tenaga Nuklir Nasional

Kawasan PUSPIPTEK, Serpong -Tangerang 15314

ABSTRAK

STATUS LITBANG BAHAN MAGNET DI BATAN. Kegiatan penelitian dengan luaran yang dapat berdampak positipke industri sudah merupakan tuntutan nyata daTi pemerintah. Hasillitbang yang bukan hanya memberikan keunggulan kompetitifpada salah satu jenis produk tertentu, melainkan dapat digunakan secara umum di industri yang akan mendapat prioritas tinggiuntuk dilaksanakan. Karena, produk teknologi seperti ini akan dapat memberikan dampak yang luas clan dapat menopang lajupertumbuhan ekonomi nasional sehingga dapat mempercepat proses pemulihan daTi kondisi krisis sekarang ini. Bahan magnetdalam hal ini dapat dikatagorikan sebagai suatu produk teknologi generik. Aplikasi bahan ini sebagai komponen utama daTiperalatan motor, tranducer, media penyimpan/pembaca data merupakan beberapa contoh yang menunjukkan luasnya spektrumpenggunaan bahan ini di industri. Dalam makalah ini pencapaian terakhir mengenai kegiatan penelitian bahan magnet di BadanTenaga Nuklir Nasional (BATAN) serta potensi-potensi pendukung lainnya dalam kegiatan ini akan dibahas clan di diskusi~andalam pertemuan ilmiah ini.

Kata Kunci ..Kegiatan bahan magnet, di teknologi genetic

ABSTRACT

CURRENT STATUS OF RESEARCH AND DEVELOPMENT ON MAGNETIC MATERIALS IN BATAN. Theresearch activities which giving positive impact on industry have become highly demanded by the government. The researchactivity out puts which are not giving an advantage for a certain product, but can be adapted to general industrial product will puton the high priority to be carry out. Because, such technology products have wider impact and give strong support to the nationaleconomic growth so that the recovery process of our economic problem will be accelerated. Material magnetic can be catagorizedas generic product of the technology. Magnetic material!t applications as main component of motors, tranducers and as datastorage device are example show wide spectrum of utilization in industry. In thi!t paper the recent status of research activities onmaterials magnet in National Nuclear Energy Agency (NNEA) including the other potentials support of this activities will bediscussed in this scientific seminar.

Key Word: Magnetic materials, at genetic product

PENDABULUAN

ada.lah litbang bahan magnet. Kegiatan ini adalahmerupakan penjabaran dari salah satu tugas pokok danfungsi Puslibang Iptek Bahan (P3 IB). Dalampelaksanaannya kegiatan litbang bahan magnet inidilakukan oleh salah satu kelompok keahlian diLaboratorium Bidang Zat Mampat.

Dalam makalah ini perkembangan dan statuslitbang bahan magnet dua tahun terakhir, beserta topik-topik penelitian yang dilakukan serta tinjauan tentangpotensi-potensi unit kerja lain di BATAN yang dapatmenjadi penopang berkembangnya litbang bahan magnetdi BAT AN akan coba di bahas.

LITBANG BAHAN MAGNET PERMA-NEN

Pacta kondisi kehidupan perekonomian saat ini,tuntutan akan dampak nyata dari setiap kegiatan yangdirencanakan adalahsuatu hal yang tidak dapat ditawar-tawar lagi. Demikian pula hal nya kegiatan di bidangIPTEK. Dalam Program Pembangunan Nasional sektorIptek (pROPENAS-IPTEK) 2001- 2005 [1], secarajelasdinyatakan bahwa kegiatan penelitian di lembaga-lembaga litabg publik hamslah searah dengan kebutuhandunia usaha dart masyarakat. Selain itu ditekankan pulabahwa lembaga litabg haruslah mampu memberikanpelayanan teknologi untuk mendukung meningkatkandaya saing dunia usaha di dalam negeri. Ini berarti setiappenyusun proposal kerja haruslah telahmempertimbangkan terlebih dahulu kebutuhan rill sektorusaha (industri) di bagian hilir.

Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) dalamhal ini melalui unit-unit kerja di bawahnya telah mencobamengantisipasi tuntutan di atas. Salah satu program yangtelah dilaksanakan dalam beberapa tahun berselang

Potensi suatu bahan untuk dapat digunakan padasuatu tujuan tertentu sangat bergantung pada sifat -sifatfisika maupun faktor-faktor ekonomis lainnya. Bahan

13

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet ISerpong, 1 Oktober 2000 ISSN 1411 -7630

waktu mendatang akan banyak memberikan membantuda.1am menstandardisasi basil riset yang dilakukan.Namun demikian uji coba beberapa bahan bonded mag-net yang acta sebagai kelengkapan daTi motor sederhanatelah menunjukkan peningkatan yang berarti hiladibandingkan dengan motor yang terdapat dipasaran [4].

Bila dikaji mengenai prospek pasar daTi bahanbonded magnet ini, nampak bahwa permintaan bahan inidipasaran dunia terns meningkat. Khususnya untukbahan bonded Neodymium Magnet; sampai dengantahun 2005 mendatang nilai pasarnya diperkirakanmencapai$ 1390 million dollar, lihat Ganlbar(2) [5].

WORLDWIDE BONDEDNEODYMIUM MARKET

1~ 1~ 1- ~1 3Q3 ~

Gambar 2. Prospek pasar bahan magnet dunia

Pemakaian terbesar daTi bahan bonded magnetill adalall sebagai komponen spindle motor (CD-ROM),stepper motor (VCR, Printer), dan jenis brush motor (Au-tomotive, small appliance). Dari gambarandiatas terlihatbahwa peluang industri bahan bonded magnet masihcukup potensial di Indonesia. lni terutama hila dilihatketersedia SD A yang mendukung untuk industri ill belummanfaatkan secara maksimal.

LITBANG BAHAN MAGNETO STRJKTIF

magnet pemlanen yang berpotensi untuk tujuan aplikasidiharapkan :a. Mempunyai tingkat saturasi magnet yang tinggi pacta

temperatur ruang dan apabila mungkin jauh di alas

temperatur mang.b. Mempunyai coersivity yang cukup besar dalam

selang temperatur yang sarna.c. Pacta selang temperatur tersebut struktur kristal dan

komposisi kimia bahan tidak berubah.d. Harga bahan baku dan ongkos produksi bahan

magnet tidak terlalu tinggi sesuai spesifikasi bahanyang dibutuhkan.

Berdasarkan ke-empat kriteria di alas dandidukung dengan kemampuan teknis yang diperoleh daTikegiatan penelitian dasar sebelumnya [2], sejak dua tahunterakhir kegiatan di bidang bahan magnet permanendiarahkan pacta litbang bahan bonded magnet.

Keunggulan bahan bonded magnet terutamadikaitkan dengan potensi nasional adalah :1. Bahan magnet yang digunakan dapat bervariasi. Pacta

saat ini telah di coba bahan magnet berbasis NdFeBdan Ferrite. Bila diperhatikan, nampak bahwabeberapa elemen paduan bahan magnet tersebuttersedia cukup banyak di Indonesia.

2. Bahan pengikat (binder) tersedia dalam jells yangsangat bervariasi, diantaranya bahan pengikat yangdibuat daTi produk petrokimia tersedia dalam jumlahyang cukup besar.

3. Sifat mekanik maupun bentuk dari bahan polimerbonded magnet sang at mudah menyesuaikandengan kebutuhan pemakai.

4. Proses pembuatan bahan bonded magnet tidakterlalu sulit, terutama untuk pembuatan bahan

magnet isotrop.Kegiatan di bidang ini direncanakan berjalan

selama tiga tabun, dengan sasaran akhir diharapakandapat dibuat suatu model proses manufaktur pembuatanbahan bonded magnet dalam skala laboratorium.

Pacta tahap awal daTi penelitian uji suat magnetyang telah dilakukan untuk beberapa cuplikan terlihatkekuatan magnet (strengh field) di permukaan bahandiperoleh sekitar 2000 G [3]. Hasil ill dirasakan masihbelurn optimal. Ini mengingat dalam proses magnetisasiyang dilakukan medan magnet luar yang digunakan masihterlalu rendah, yakni sekitar 1,2 Tesla, Gambar (1). Olehsebab itu adanya sarana magnetisasi standar dalam

Bahan magnetostriktif adalah bahan-bahan yangmenunjukkan gejala magnetostriksi yang ditandai olehadanya perubahan dimensi di bawah pengaruh medanmagnet luar. Penelitian bahan tipe ini telah dilakukan diP3IB melalui kerjasama riset dengan ITB, UI yangtergabung dalam Riset Unggulan Terpadu (RUT) V,dengan topik menyangkut proses pembuatan bahanUllggul rnagnetostriktif (Tb,Dy)Fe atau yang lebih dikenaldengan bahan Terfenol-D [6].

Ciri uta1ila dari bahan Terfenol-D ini adalah sifatelastisnya yang baik di dalam pengaruh medan magnetluar. Untuk kondisi tertentu konversi energi magnetik/listrik ke energi mekanik bahan Terfenol-D lebih ungguldibandingkan dengan bahan piezoelektIik. Karena sifat-sifat yang unggui mi, bahan Terfenol-D sangat potensialuntuk dikembangkan sebagai komponen devais-devaisseperti aktuator, sensor getaran, !randucer magnetoakustik frekuensi rendah clan mikro motor lamnya.Aplikasi devais-devais tersebut membuka peluang yangsangat luas dalam menunjang industri komponen

14

Status Litbang Bahan Magnet di BATAN (Ridwan)

peralatan kedokter.m, akustik, geologi, kelautan n1aupunindustri-industri sensor lainnya.

Pacta tahap awal proses pembuatan paduanintermetalik Terfenol-D dirasakan cukup mahal. Hal inidikarenakan unsur tanah jarang yang digunakan dcllampaduan berupa elemen-elemen mumi.. Namun denganproses Kimia Reduksi-Difusi (R-D) yang telahdikembangkan di P31B, membuka peluang untukpembuatan bahan paduan Terfenol-D dengan harga yanglebih murah. lni mengingat dengan cara R -D ini elemen-elemen tanah jarang yang digunakan dapat berupaoksida, yang harga dipasarannya jauh lebih murahdibandingkan dengan harga elemen murninya.

Analisis yang dilakukan terhadap beberapacuplikan hasil sintesis, magnetostriksi daTi bahanTerfenol-D diperoleh A, ~ 600. 10-6 untuk komposit 80%dalammedan polarisasi < 12kOedanA,~700. 10-6 dalammedan polarisasi > 15 kOe [6}, lihat Gambar 3. Survey

literatur secara lengkap terhadap bahan-bahanmagnetostriktif juga akan dibahas dalam pertemuanilmiahini [7].

Perkembangan pesat di bidang ini temtama dalanlbahan-bahan lapisan tipis, belum dapat sepenuhnyad~lpat secara gamblang dijelaskan seC~lra teoritis.Walaupun begitu pemanfaatan bahan-bahan yangmenunjukkan gejala GMR di dalam industri telahberkembang dengan pesat. Ditemukannya bahan-bahandengan kapasiats penyimpanan data dalanl kerap~uanyang tinggi, maka mendorong untuk dimanfaatkannyabah~m ini sebagai devais pembaca data atau yang lebihdikenal dengan 'reading head'.

Seperti halnya kegiatan litbng bahannmgnetostriktif, bahan GMR ini dikembangkan di P3IB-Batan diawali daTi kerjasama dengan UI melalui RisetUnggulan Terpadu (RUT) VI serta bantuan daTi Univer-sitasTohoku Jepang pacta tahap awal. Topik penelitianyang telah dilaks~makan mengambil judul Litbang BahanUnggul GMR paduan (Sm,R) ~ Ge2 dengan R = Y, Gd,

Tb daD Dy [8].Berdasarkan komposisi kimia bahan yang

disintesis nampak unsur-unsur kimia yang digunakansangatlah rentan terhadap pengamh oksigen. Unsur-unsur seperti Mn, Sill, Tb, Dy akan sangat mudahmembentuk oksida logam dengan oksigen. Oleh sebabitu dalam proses sintesis bahan ini, kontrol terhadapkondisi atmosphere disekitar bahan selama reaksiberlangsung hams dipertahankan dalam konsentrasiyang sangat rendah. Salah sam cara yang telah ditempuhdalam penelitian ini adalah menempatkan logam Ti sebgaimedia untuk menyerap oksigen. Sebelum prosespeleburan bahan dengan komposisi nominal yangdiharapkan, logam Ti terlebih dahulu dilelehkan. Prosessintesis bahan dilakukan dengan menggunakan Tri-arc

Gambar 3. Kurva Magnetostriksi bahan Terfenol-D

LITBANG BAHAN GIANT MAGNETORE-SISTANCE

Berbeda dengan bahan magnetostriktif yang telahdibahas di alas, bahan magnetoresistance (MR.) adalahbahan yang menunjukkan perubahan sifat listrik akibatpengaruh medan magnet luar. Bahan paduan logamsecam umum menunjukkan gejala ini. Namun untuk bahanpaduan logam yang mengandung atom-atom bersifatmagnet dapat mempunyai MR yang sangat tinggi akibatadanya proses hamburan elektron-elektron sehinggapada akhimya menimbulkan tahanan listrik dibawahpengaruh medan magnet luar [7]. Jadi pada bahan iniperan utama daTi medan magnet luar adalah untukmengubah konfigurasi magnetik internal bahan.Penjelasan di alas mengandung penegertian bahwa kala'giant' lebih terkait dengan mekanime awal yangmendorong munculnya sifat MR di dalam bahan, dantidak selalu dapat dihubungkan dengan besamya efek

perubahan yang ditimbulkannya.

9030 602 Theta (degree)

Gambar 4. Data Difraksi sinar-X BahanSmMn2Ge2 dengan Ti absorber

30 9060

2 Theta (degree)

Gambar 5. Data Ditraksi sinar-X BahanSmMn.Gez tanpa Ti absorber

15

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet ISerp(}ng, 1 Okt(}ber 2000 ISSN 1411 -7630

furnace yang tersedia di P3ffi. Hasil awal daTi prosescuplikan baik yang menggunakan Ti-absober maupunyang tidak, dapat dilihat pacta ganlbar 4 daD 5. Pacta saatini kegiatan penelitian bahan GMR masih berlangsungdiP3IB.

DAFTARPUSTAKA

POTENSI LITBANG PENDUKUNG DIBATAN

Dari gambaran yang telah diberikan di alas,nampak peranan unsur tanah-jarang di dalam bahanmagnet sangat penting. Kombinasi unsur-unsur tanah-jarang dengan logam transisi telah menunjukkan sifat-sifat magnet yang unggul. Oleh sebab itu kemampuanteknis serta informasi tentang potensi sumber daya alamtanah-jarang akan memegang peranan penting dalammenunjang pertumbuhan industri magnet di dalam Degen.Peta tentang keberadaan cadangan mineral yangmengandung tanah-jarang sudah tentu merupakaninforrnasi yang berharga dan menjadi asset nasional [9].

Cadangan yang telah terbukti, belurnlah dapatmempunyai nilai ekonomi yang tinggi bila kemampuanteknologi ekstraksi unsur-unsur tanah-jarang daTi min-eral ikutannya dapat dipisahkan. Kemampuan teknologiekstraksi yang telah dikuasai oleh para peneliti Batan[10], tentu akan sangat potensial untuk dikembangkanlebih lanjut dalam skala industri, yang pacta akhir dapatmenambah pemasukkan negera seutuhnya.

Kemampuan lain yang sangat dibutuhkan dalammewujudkan industri komponen berbasisbahan polimerbonded magnet adalah teknologi pengolahan polimer.Pacta bidang ini para peneliti di P3TIR-Batan mempunyaipengalaman yang luas. Kemampuan ini tentunya akansangat mendorong untuk pengembangan bahan-bahanpolimer bonded magnet dengan tingkat kualitas yang

tinggi.

[1]. PROPENAS Iptek 2001-2005 by Biro Iptek

Bappenas.[2]. RIDWAN, Laporan Akhir R1Jf III, Pene1itian dan

Pengembangan Tekno1ogi Pembuatan SellaKarakterisasi Bahan Magnet Permanen R-Fe-X

[3]. RIDWAN dkk, LapordD AkhirUSPEN TA 1999-2000, Studi manufaktur Bahan Komposit Magnet[4]. GUNAWAN dkk., Uji Fungsi Magnet Permanen

E1astis P3 IB Pada Motor Listrik Arus Searah,Disampaikan pada Senrinar Magnet Nasional I, 11Oktober 2000, Serpong

[5]. JOHN J. CROAT, Bonded Neodymium Magnets:A Decade of Growth, Tent International NdFeB

Conference, Apri114-16, Chicago, Illinois.[6]. M. I. MAYA FEBRI, Laporan Akhir RUT V,

Pene1itian daD Pengembangan Tekno1ogi ProsesPembuatan Bahan Unggu1 Magnetostriktif

(Tb,Dy) Fe2[7]. PETERM. LEVY, Theory of Giant Magnetoresis-

lance of Magnetic Multilayers, Summer School ofModern Magnetism, Beijing

[8]. SETYO PURWANTO, Laporan Tahun II-R1Jf VI,Penelitian daD Pengembangan Bahan UnggulGiant Magnetoresistance Paduan (Sm,R)Mn2Ge2dengan R = Y, Gd, Tb daD Dy

[9]. SUPRAPTO dkk., Inventarisasi Somber DayaMonasit Sebagai Pendukung Litbang/IndustriBahan Magnet di Indonesia, Disampaikan padaSeminar Magnet Nasional I, 11 Oktober 2000,

Serpong[10]. KRIS TRI BASUKI dkk., Pro...iding Kongres IImu

Pengetahuan Nasional VI, 590 (1995)

KESIMPULAN

Aktivitas penelitian bahan magnet di Batansampai saat ini terlihat cukup intensif. Hal ini terlihat darikegiatan penelitian yang dilakukan dalam lima tahunterakhir tiga topik diantaranya adalah mengenai bahanmagnet. Untuk mempercepat pencapaian sasaran adanyaindustri bahan magnet di Indonesia, kerjasama yangsinergis antara unit-unit kerja di Batan sangatlah penting,mengingat unsur -Ullsur utama yang bersifat teknis, daTimulai penyediaan informasi tentang keberadaancadangan SDA, teknik ekstraksi , pemrosesan bahanmagnet dalam skala terbatas telah tersedia. Walaupungambaran mengellai kemajuan penelitian bahan magnetdi Batan dapat dikatakan masih pada tahapan awal,namun usaha yang terns menerns dalam meningkatkankualitas riset serta langkah terobosan yang lebih efektifdaIam pencapaian target diharapakan dapat memberikansumbangan yang berarti dalam pembangunan suatuindustri bahan magnet nasional.