BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian magnet Magnet atau

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian magnet
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Asal
kata magnet diduga dari kata magnesia yaitu nama suatu daerah di Asia kecil. Menurut
cerita di daerah itu sekitar 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan sejenis batu yang
memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam lainnya. Benda yang
dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet.
Di dalam kehidupan sehari-hari kata “magnet”sudah sering kita dengar, namun
sering juga berpikir bahwa jika mendengar kata magnet selalu berkonotasi menarik
benda. Untuk bisa mengambil suatu barang dari logam (contoh obeng besi) hanya
dengan sebuah magnet, misalkan pada peralatan perbengkelan biasanya dilengkapi
dengan sifat magnet sehingga memudahkan untuk mengambil benda yang jatuh di
tempat yang sulit dijangkau oleh tangan secara langsung.
Bahkan banyak peralatan yang sering digunakan, antara lain bel listrik,
telepon, dinamo, alat-alat ukur listrik, kompas yang semuanya menggunakan bahan
magnet. Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah
banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya.
Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama
(tersusun teratur), magnetmagnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam yang
bukan magnet, magnet elementernya mempunyai arah sembarangan (tidak teratur)
sehingga efeknya saling meniadakan, yang mengakibatkan tidak adanya kutub-kutub
magnet pada ujung logam.
Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu: utara dan selatan. Kutub magnet
adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang
paling besar berada pada kutub-kutubnya. Magnet dapat menarik benda lain, beberapa
benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak
semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah
Universitas Sumatera Utara
dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan
oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh
magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI)
adalah Tesladan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber(1 weber/m2= 1 tesla)
yang mempengaruhi luasan satu meter persegi.
2.2. Medan Magnet
Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih merasakan adanya gaya
magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan
dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetik.
Arah medan magnetik di suatu titik didefenisikan sebagai arah yang ditunjukkan oleh
kutub utara jarum kompas ketika ditempatkan pada titik tersebut.
2.3. Macam-macam magnet
Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:
a. Magnet permanen.
Magnet permanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan medan magnet
yang besarnya tetap tanpa adanya pengaruh dari luar atau disebut magnet alam karena
memiliki sifat kemagnetan yang tetap. Magnet permanen dibuat orang dalam berbagai
bentuk dan dapat dibedakan menurut bentuknya menjadi :
1 Magnet batang
2 Magnet ladam (sepatu kuda)
3 Magnet jarum
4 Magnet silinder
5 Magnet lingkaran
b. Magnet remanen
Magnet remanen adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan medan magnet
yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan dengan cara mengalirkan
arus listrik atau digosok-gosokkan dengan magnet alam. Bila suatu bahan pengantar
dialiri arus listrik, besarnya medan magnet yang dihasilkan tergantung pada besar arus
listrik yang dialirkan. Medan magnet remanen yang digunakan dalam praktek
Universitas Sumatera Utara
kebanyakan dihasilkan oleh arus dalam kumparan yang berinti besi. Agar medan
magnet yang dihasilkan cukup kuat, kumparan diisi dengan besi atau bahan sejenis
besi dan sistem ini dinamakan electromagnet.
Keuntungan electromagnet adalah bahwa kemagnetannya dapat dibuat sangat
kuat, tergantung dengan arus yang dialirkan. Dan kemagnetannya dapat dihilangkan
dengan memutuskan arus listriknya.
2.4 Bahan Magnetik
Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam komponen
pembentuknya. Berdasarkan perilaku molekulnya di dalam Medan magnetik luar,
bahan magnetik terdiri atas tiga kategori, yaitu paramagnetik, feromagnetik dan
diamagnetik.
2.4.1 Bahan Diamagnetik
Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing masing
atom/molekulya adalah nol, tetapi medan magnet akibat orbit dan spin elektronnya
tidak nol (Halliday & Resnick, 1978). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen
dipol magnet permanen.
Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron
dalam atom akan mengubah gerakannya sedemikian rupa sehingga menghasilkan
resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan dengan medan magnet luar
tersebut. Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron.
Karena atom mempunyai elektron orbital, maka semua bahan bersifat
diamagnetik. Suatu bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan
tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik
hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis
gaya.
Permeabilitas bahan ini: µ<
dengan suseptibilitas magnetik bahan:
.
Nilai bahan diamagnetik mempunyai orde -10-5m3/kg. Contoh bahan diamagnetik
yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan seng.
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Bahan Paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing masing
atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom/
molekul dalam bahan nol, hal ini disebabkan karena gerakan atom/ molekul acak,
sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan
(Halliday & Resnick, 1978).
Di bawah pengaruh medan eksternal, mereka mensejajarkan diri karena torsi
yang dihasilkan. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang
menjadi terarah oleh medan magnet luar.
Gambar 2.1 Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik (a) sebelum diberi
medan magnet luar (b) setelah diberi medan magnet luar (Masno G,dkk, 2006)
Bahan ini jika diberi medan magnet luar, elektron-elektronnya akan berusaha
sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan
magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi
terarah oleh medan magnet luar. Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang
tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya. Dalam bahan
paramagnetik, medan B yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya
dalam hampa udara. Suseptibilitas magnet dari bahan paramagnetik adalah positif dan
berada dalam rentang 10-5 sampai 10-3 m3/kg, sedangkan permeabilitasnya adalah µ>
µ0. Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium dan wolfram.
2.4.3. Bahan Ferromagnetik
Bahan ferromagnetik mempunyai resultan medan magnet atomis besar, hal ini
disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ini banyak spin elektron
yang tidak berpasangan, masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan
Universitas Sumatera Utara
menimbulkan medan magnetik, sehingga medan magnet total yang dihasilkan oleh
satu atom menjadi lebih besar (Halliday & Resnick, 1978). Medan magnet dari
masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi
diantara atom-atom tetangganya menyebabkan
sebagian besar atom akan
mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok, kelompok inilah yang dikenal
dengan domain.
Domain-domain dalam bahan ferromagnetik, dalam ketiadaan medan eksternal,
momen magnet dalam tiap domain akan paralel, tetapi domain-domain diorientasikan
secara acak, dan yang lain akan terdistorsi karena pengaruh medan eksternal. Domain
dengan momen magnet paralel terhadap medan eksternal akan mengembang,
sementara yang lain mengerut.
Semua domain akan menyebariskan diri dengan medan eksternal pada titik
saturasi, artinya bahwa setelah seluruh domain sudah terarahkan, penambahan medan
magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang perlu
disearahkan, keadaan ini disebut dengan penjenuhan (saturasi).
Bahan ini juga mempunyai sifat remanensi, artinya bahwa setelah medan
magnet luar dihilangkan, akan tetap memiliki medan magnet, karena itu bahan ini
sangat baik sebagai sumber magnet permanen. Permeabilitas bahan : µ
suseptibilitas bahan:
dengan
. Contoh bahan ferromagnetik : besi, baja. Sifat
kemagnetan bahan ferromagnetik akan hilang pada temperatur Currie. Temperatur
Currie untuk besi lemah adalah 770oC dan untuk baja adalah 1043oC.
Sifat bahan ferromagnetik biasanya terdapat dalam bahan ferit. Ferit
merupakan bahan dasar magnet permanen yang banyak digunakan dalam industriindustri elektronika, seperti dalam loudspeaker, motor-motor listrik, dinamo dan
KWH- meter (Afza, erini.2011).
2.5 Material Magnet Lunak (Soft Magnetic) dan Magnet Keras (Hard Magnetic)
Material magnetik diklasifikasikan menjadi dua yaitu material magnetik lemah atau
soft magnetic materials maupun material magnetik kuat atau hard magnetic materials.
Penggolongan ini berdasarkan kekuatan medan koersifnya dimana soft magnetic atau
Universitas Sumatera Utara
material magnetik lemah memiliki medan koersif yang lemah sedangkan material
magnetik kuat atau hard magnetic materials memiliki medan koersif yang kuat. Hal
ini lebih jelas digambarkan dengan diagram histerisis atau hysteresis loop sebagai
loop.
Gambar 2.2 histeris material magnet (a) Material lunak (soft magnetic), (b)
Material keras (hard magnetic)
Bahan magnetik lunak (soft magnetic) dapat dengan mudah termagnetisasi dan
mengalami demagnetisasi. Magnet lunak
mempertahankan sifat magnet pada
medan magnet. Magnet lunak (soft magnetic) menunjukkan histeresis loop yang
sempit,
sehingga
magnetisasi
mengikuti variasi medan listrik hampir tanpa
hysteresis loss. Magnet lunak (soft magnetic) digunakan untuk meningkatkan fluks,
yang dihasilkan oleh arus listrik di dalamnya. Faktor kualitas dari bahan
magnetik lunak adalah untuk mengukur permeabilitas yang sehubungan dengan
medan magnet yang diterapkan. Parameter utama lainnya adalah koersivitas,
magnetisasi saturasi dan konduktivitas listrik.
Bahan magnetik lunak ideal akan memiliki koersivitas rendah (Hc), saturasi
yang
sangat
besar
(Ms),
remanen
permeabilitas
yang
sangat besar.
(Br)
Kurva
nol,
histerisi
hysteresis
bahan
loss
nol
magnetik
dan
lunak
ditunjukkan pada Gambar 2-2. Beberapa bahan penting magnetik lunak diantaranya
Fe, paduan Fe-Si, ferit lunak (MnZnFe2O4), besi silikon dan lain-lain (Poja Chauhan,
2010).
Universitas Sumatera Utara
Bahan magnetik keras memiliki loop histeresis lebar karena magnetisasi
yang kuat yang ditunjukkan pada gambar 2-2. Bahan Magnet keras (hard magnetic)
juga disebut sebagai magnet permanen yang digunakan untuk menghasilkan medan
yang kuat tanpa menerapkan arus ke koil. Magnet permanen memerlukan
koersivitas tinggi, sehingga magnet harus mempunyai medan magnet yang kuat
dan stabil terhadap bidang eksternal, yang membutuhkan koersivitas tinggi. Dalam
bahan magnet keras (hard magnetic) anisotropi diperlukan magnetik uniaksial dan
sifat magnetik berikut :
1.
Koersivitas tinggi (high coercivity): koersivitas, juga disebut medan koersif,
dari bahan feromagnetik adalah intensitas medan magnet yang diterapkan
atau diperlukan untuk mengurangi magnetisasi bahan ke nol setelah
magnetisasi sampel telah mencapai saturasi. Koersivitas biasanya diukur
dalam satuan Oersted atau ampere / meter dan dilambangkan Hc. Bahan
dengan
koersivitas
tinggi
disebut
bahan
ferromagnetik
keras, dan
digunakan untuk membuat magnet permanen.
2.
Magnetisasi besar (large magnetization): Proses pembuatan subtansi
sementara atau magnet permanen, dengan memasukkan bahan dalam medan
magnet Rectangular hysteresis loop: Sebuah loop hysteresis menunjukkan
hubungan antara diinduksi kerapatan fluks magnet (B) dan gaya magnet
(H). bahan magnetik keras memiliki histeresis loop yang persegi panjang
(Poja Chauhan, 2010).
2.6 Barium Heksaferit
Barium heksaferit adalah salah satu bahan magnetik yang sudah dipakai dalam waktu
yang lama. Bahkan barium heksaferit sudah mulai difabrikasi pada tahun 1950. Jadi
barium heksaferit adalah „barang lama‟ dalam dunia kemagnetan dan sains.
Barium heksaferit memiliki struktur heksagonal. Struktur heksagonal memiliki
nilai a dan b yang sama sedang c berbeda. Nilai sudut alfa dan beta 900 sedang nilai
gamma adalah 1200. Setiap satu kristal barium heksaferit terdapat dua molekul barium
heksaferit. Jadi setiap satu kristal barium heksaferit terdapat 2 atom Ba, 24 atom Fe
dan 38 atom O.
Universitas Sumatera Utara
Barium heksaferit terdiri dari beberapa lapisan dengan arah momen magnet
berbeda, sehingga barium heksaferit adalah bahan ferrimagnetik. Setiap atom Fe pada
barium heksaferit memiliki momen dipole magnet 5.9 magneton Bohr (Q Pameela,
2011).
Gambar 2.3. Struktur kristal Barium Heksaferit (Moulson A.J, et all., 1985)
2.7 Alumina
Alumina merupakan persenyawaan kimia antara logam aluminium dengan oksigen
(Al2O3). Alumina di alam ditemukan dalam bentuk bauksit. Alumina merupakan
bahan baku utama dalam proses elektrolisa aluminium. Alumina mempunyai
morfologi sebagai bubuk berwarna putih dengan berat molekul 102, titik leleh pada
2050oC, dan spesifikasi gravity 3,5 - 4,0.
Dalam industri peleburan alumina memegang 3 fungsi penting yaitu:
1. Sebagai bahan baku utama dalam memproduksi aluminium.
2. Sebagai insulasi ternal untuk mengurangi kehilangan panas dari atas tungku
reduksi, dan untuk mempertahankan temperatu operasi.
3. Melindungi anoda dari oksidasi udara (Cyntia Ayu, 2011).
Satu-satunya oksida aluminium adalah alumina (Al2O3). Meskipun demikian,
kesederhanaan ini diimbangi dengan adanya bahan-bahan polimorf dan terhidrat yang
sifatnya bergantung kepada kondisi pembuatannya. Terdapat dua bentuk anhidrat
Al2O3 yaitu α-Al2O3 dan -Al2O3. Logam-logam trivalensi lainnya (misalnya Ga, Fe)
Universitas Sumatera Utara
membentuk oksida-oksida yang mengkristal dalam kedua struktur yang sama.
Keduanya mempunyai tatanan terkemas rapat ion-ion oksida tetapi berbeda dalam
tatanan kation-kationnya. α-Al2O3 stabil pada suhu tinggi dan juga metastabil tidak
terhingga pada suhu rendah. Ia terdapat di alam sebagai mineral korundum dan dapat
dibuat dengan pemanasan -Al2O3 atau oksida anhidrat apa pun di atas 1000oC. Al2O3 diperoleh dengan dehidrasi oksida terhidrat pada suhu rendah (~450o). α-Al2O3
keras dan tahan terhadap hidrasi dan penyerapan asam. -Al2O3 mudah menyerap air
dan larut dalam asam; alumina yang digunakan untuk kromatografi dan diatur
kondisinya untuk berbagai kereaktifan adalah
-Al2O3 (Max Well, 1968).
Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisis Alumina Al2O3
Jenis-jenis Alumina
No
1
Sifat Fisis
Al2O3
Satuan
%
Sandy
Floury
-Al2O3
α-Al2O3
5
90
3
3,5
3,9
2
Berat Jenis
gr/cm
3
Sudut Letak
Derajat
30
40
4
Permukaan Letak
M2
42
2
5
Densitas Bebas
gr/cm3
1,1
0,8
6
Densitas Terikat
gr/cm3
1,3
1,0
%
1,8
0,2
7
Kehilangan dalam
Pemijaran
Catatan
Sinar-X
1100o
(Burkin A.R, 1987)
2.7.1 Struktur Keramik Alumina (Al2O3)
Senyawa alumina (Al2O3) bersifat polimorfi yaitu dintaranya memiliki struktur alpha
(α)-Al2O3 dan ( )-Al2O3. Bentuk struktur yang lain misalnya beta (β)- Al2O3 adalah
alumina tidak murni yang merupakan paduan antara Al2O3-Na2O dengan formula
Na2O.11 Al2O3 (Walter 1970). Alpha (α)-Al2O3 merupakan bentuk struktur yang
paling stabil sampai suhu tinggi dan memiliki nama lain yaitu korundum. Struktur
dasar korondum adalah tumpukan padat heksagonal (Hexagonal Closed Packed, HCP)
(Walter 1970; Worral 1986). Kationnya (Al3+) menempati 2/3 bagian dari sisipan
Universitas Sumatera Utara
oktohedral, sedangkan anionnya (O2-) menempati posisi HCP. Bilangan koordinasi
dari struktur korundum adalah 6, maka tiap ion Al3+ dikelilingi oleh 6 ion O2-, dan tiap
ion O2- dikelilingi oleh 4 ion Al3+ untuk mencapai muatan yang netral. Struktur
gamma ( )-Al2O3 merupakan senyawa alumina yang stabil dibawa 1000oC dan
umumnya lebih reaktif dibandingkan dengan struktur alpha (α)-Al2O3 (Walter 1970).
2.7.2 Sifat-Sifat Alumina
Aluminium oksida adalah insulator (penghambat) panas dan listrik yang baik.
Umumnya Al2O3 terdapat dalam bentuk kristalin yang disebut dengan corondum atau
α-aluminium oksida (Andry Adhe, 2010). Umumnya keramik alumina disamping
tahan suhu tinggi juga memiliki sifat tahan kimia dan tahan korosi pada suhu tinggi.
Keramik korundum murni dibuat melalui suhu tinggi (1800-1900oC) (Reynen, 1986).
Aluminium oksida dipakai sebagai bahan abrasive, sebagai komponen dalam alat
pemotong, peralatan listrik atau elektronik, refraktori, komponen mekanik, dan sebagai
bio-inert material (Ichinose, 1983). Sedangkan
-Al2O3 yang sifatnya reaktif dan
stabil dibawah suhu 1000oC, aplikasinya banyak digunakan sebagai reagen kimia dan
bahan katalis (Worral, 1986). Aluminium oksida berperan penting dalam ketahanan
logam aluminium terhadap pengkaratan dengan udara. Logam aluminium sebenarnya
amat mudah bereaksi dengan oksigen di udara. Aluminium bereaksi dengan oksigen
membentuk aluminium oksida, yang terbentuk sebagai lapisan tipis yang dengan cepat
menutupi permukaan aluminium. Lapisan ini melindungi logam aluminium dari oksida
lebih lanjut.
Alumina yang dihasilkan melalui anodiasi bersifat amorf, namun beberapa
proses oksidasi seperti plasma electrolytic oxydation menghasilkan sebagian besar
alumina dalam bentuk kristalin, yang meningkatkan kekerasan. Menjelaskan sifat-sifat
aluminium oksida dapat menimbulkan kebingungan karena dapat berada pada
beberapa bentuk yang berbeda. Salah satu bentuknya sangat tidak reaktif. Ini diketahui
secara kimia sebagai α-Al2O3 dan dihasilkan pada temperatur yang tinggi. Aluminium
oksida merupakan senyawa amfoter, artinya dapat bereaksi baik sebagai basa maupun
asam (Andry Adhe, 2010).
Universitas Sumatera Utara
Table 2.2 Sifat-Sifat Keramik Alumina Al2O3
Parameter
Al2O3
Densitas, gr/cm3
3,96
Koefisien termal ekspansi, oC-1
(8-9) x 10-6
Kekuatan Patah, Mpa
350
Sifat daya hantar panas
Konduktor
Kekerasan (Hv), kgf/mm2
1500-1800
Titik lebur, oC
2050
Ketangguhan, Mpa m1/2
4,9
(Awan Maghfirah, 2007)
2.8
Substitusi Al2O3 pada Barium Heksaferit
Barium heksaferit memiliki struktur yang berlapis-lapis. Substitusi pada atom barium
heksaferit bertujuan untuk meningkatkan sifat magnetik dari barium heksaferit.
Penggantian atau substitusi pada atom Ba lebih kepada untuk mengubah parameter
kisi. Sedang penggantian pada atom Fe adalah untuk mengganti atom Fe dengan atom
magnetik lain yang momen magnetnya lebih besar atau lebih kecil.
Sebagian besar hasil pengukuran sifat magnetik setelah substitusi menurun
dibandingkan sebelum substitusi. Pengurangan ini diakibatkan oleh medan magnet
yang lebih kecil dari atom Al yang disubstitusi (Guerro, 2011).
2.9 Pembuatan Magnet
Pembuatan magnet permanen didasarkan atas cara-cara pembuatan keramik secara
umum. Dimana pada proses pembuatannya meliputi beberapa tahap antara lain:
pencampuran bahan baku, pembentukan dan pembakaran (sintering). Parameterparameter proses pembuatan keramik sangat tergantung pada jenis keramik yang akan
dibuat, aplikasinya dan sifat-sifat fisis yang diharapkan (Erini Afza, 2011). Proses
pembuatan keramik tradisional memiliki parameter yang berbeda dibandingkan
dengan proses pembuatan keramik teknik. Pada proses pembuatan keramik tradisional
hanya diperlukan bahan baku alam dengan tingkat kemurnian yang tidak tinggi,
sedangkan pada proses pembuatan keramik teknik diperlukan bahan baku dengan
tingkat kemurnian tinggi serta terkontrol agar diperoleh sifat-sifat bahan yang sesuai
Universitas Sumatera Utara
dengan pengaplikasiannya (Gernot, 1988). Adapun tujuan dari pembuatan magnet ini
adalah untuk menghasilkan magnet keramik permanen dengan kekuatan fisis yang
baik serta menghasilkan kekuatan magnet yang baik pula.
2.9.1 Kompaksi
Ada beberapa cara proses pembentukan keramik tergantung bentuk yang ukuran yang
dikehendaki (Read, 1988), yaitu : cetak tekan (die pressing), ekstrusi dan cetak cor
(slip casting).
a. Proses pembentukan dengan tekan (die pressing)
Cara ini cocok digunakan untuk membuat bentuk yang tebal dan sederhana.
Dalam proses ini ditambahkan bahan pembantu seperti misalnya bahan perekat
(cellulose, polyvinyl alcohol) dan bahan pelumas (asam stearat). proses cetak
tekan ada dua macam yaitu : dengan tekanan biasa yang arah tekanannya satu
arah dan dengan cara isostatik pres yang arah tekannya ke segala arah
(Franklin, 1976).
b. Proses pembentukan dengan ekstrusi
Cara ini dilakukan untuk bahan yang memiliki plastisitas tinggi , biasanya
untuk membuat produk dalam bentuk pipa, bata berlubang dan filter
honeycomb. Untuk bahan yang tidak plastis perlu ditambahkan bahan
tambahan yaitu plastisizing agent.
c. Proses pembentukan dengan cara cor
Cara ini digunakan untuk membentuk produk-produk keramik yang memiliki
bentuk yang rumit. Pencetakan dengan cara ini harus disediakan massa tuang
dalam bentuk suspensi dengan kekentalan dan kandungan padatan yang
tertentu, agar dapat dengan mudah dituangkan pada cetakan yang terbuat dari
gips (plaster of Paris). Sifat rheologi massa tuang sangat menentukan hasil
cetakannya.
Dalam penelitian ini, teknik pencetakan yang digunakan adalah cetak tekan
(die pressing) dengan bahan perekat polyvinyl alcohol (Reed, 1988).
Untuk pencetakan dilakukan kompaksi dengan alat Hydraulic Press (Hydraulic
Jack) yang memiliki kekuatan tekanan hingga 100 ton ( 100kgf/cm2). Untuk cetakan
Universitas Sumatera Utara
yang digunakan adalah cetakan yang terbuat dari baja berupa SS316 karena sifatnya
yang tahan korosi dan kekuatan mekaniknya keras.
Kompaksi atau penekanan
digunakan untuk merapatkan material. Semakin besar tekanan semakin rapat butiranbutiran yang ditekan. Penekanan ini biasa dibuat secara isotropi dan anisotropi.
Penekanan isotropi berarti dengan kompaksi dalam ruang bebas tanpa medan magnet.
Sedang anisotropi berarti kompaksi dilakukan dalam ruang yang diberi medan magnet.
Medan magnet berasal dari koil yang dialiri arus.
Cetak anisotropi akan memberikan hasil berbeda dengan cetak isotropi.
Material cetak anisotropi akan lebih mudah disearahkan domain-domain magnetnya
ketika dimagnetisasi. Karena sifat domainnya sendiri sudah anisotropi. Ini terjadi
karena pada hakikatnya magnetisasi adalah pergeseran domain.
Ada juga cetak isotropi. Cetak isotropi adalah cetak dalam kondisi biasa tanpa
medan magnet. Setelah dicetak dan disintering kemudian sampel dimagnetisasi.
Sehingga sampel akan tetap terorientasi.
Dalam penelitian ini penekanan yang dipakai adalah cetak anisotropi yang
dilakukan dalam ruang yang diberi medan magnet yang berasal dari koil yang dialiri
arus (Syukur Daulay, 2012).
2.9.1.1 PVA (Polyvinyl Alcohol)
Dalam proses pembuatan keramik biasanya digunakan aditif untuk mempermudah
proses pencetakan dan untuk membantu mengontrol microstructure dari material yang
dihasilkan. Pada proses pencetakan, aditif memiliki berbagai fungsi antara lain sebagai
binder , sebagai plasticer dispersants dan lubricans. Fungsi penting dari binder adalah
untuk meningkatkan kekuatan dari keramik hasil pencetakan. PVA sangat mudah
untuk menyusut dan sebagai pelarut yang cepat.
PVA memiliki titik leleh pada suhu 2300C dan pada suhu 180-1900C akan
terhidrolisis sepenuhnya dengan perubahan hidrolisis secara parsial. Material ini akan
terdekomposisi pada suhu diatas 2000C sehingga PVA mampu digunakan dalam
proses pirolisis pada temperature tinggi (Karina Okky, 2014).
Universitas Sumatera Utara
PVA dalam penelitian ini digunakan sebagai bahan perekat untuk
pencampuran bahan agar lebih menyatu dan mudah dicetak dan menghasilkan bentuk
pellet yang baik.
2.10 Karakterisasi Material Keramik
Untuk mengetahui sifat-sifat dan kemampuan suatu material maka perlu dilakukan
pengujian dan analisis. Beberapa jenis pengujian dan analisis yang dibahas untuk
keperluan penelitian ini antara lain: pengujian sifat fisis (densitas, porositas, kekuatan
magnet), analisa struktur dengan menggunakan alat uji OM (Optical Microscope), dan
untuk menganalisa struktur kristal dengan menggunakan alat uji XRD(X-Ray
Diffraction) (Ahmad Faisal, 2007).
2.10.1 Sifat Fisis
Untuk mengetahui sifat-sifat fisis suatu material maka perlu dilakukan pengujian yaitu
densitas, porositas dan susut bakar.
2.10.1.1 Densitas
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau sering didefinisikan
sebagai perbandingan antara massa (m) dengan volume (v) dalam hubungannya dapat
dituliskan sebagai berikut (M M. Ristic, 1979):
(2.1)
Dimana:
ρ= Densitas (gram/cm3)
m = Massa sampel (gram)
v = Volume sampel (cm3)
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material. Ada dua macam
densitas yaitu : bulk density dan densitas teoritis (true density). Bulk density adalah
densitas dari suatu sampel yang berdasarkan volume bulk atau volume sampel
termasuk dengan pori atau rongga yang ada pada sampel tersebut. Pengukuran bulk
density untuk bentuk yang tidak beraturan dapat ditentukan dengan metode
Archimedes, yaitu dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Chester, 1990).
Universitas Sumatera Utara
(2.2)
Dimana :
ρ
= Densitas sampel (g/cm3)
ρair = Densitas air (g/cm3)
= Massa sampel setelah dikeringkan di oven (g)
= Massa sampel setelah direndam selama 10 menit (g)
2.10.1.2 Porositas
Porositas dapat didefenisikan sebagai perbandingan antara jumlah volume lubanglubang kosong yang dimiliki oleh zat padat (volume kosong) dengan jumlah dari
volume zat padat yang ditempati oleh zat padat. Porositas pada suatu material
dinyatakan dalam persen (%) rongga fraksi volume dari suatu rongga yang ada di
dalam material tersebut.
Besarnya porositas pada suatu material bervariasi mulai dari 0 % sampai
dengan 90 % tergantung dari jenis dan aplikasi material keramik tersebut. Ada dua
macam porositas yaitu : porositas terbuka dan porositas tertutup. Porositas yang
tertutup pada umumnya sulit untuk ditentukan dan pori tersebut merupakan suatu
rongga yang terjebak dalam padatan serta tidak ada akses ke permukaan luar.
Sedangkan pori terbuka masih ada akses ke permukaan luar, walaupun ronga tersebut
berada ditengah-tengah padatan.
Porositas suatu bahan umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka atau
apparent porosity. Porositas terbuka adalah ratio antara volume pori terbuka didalam
material terhadap volume material. Persamaan untuk menghitung porositas terbuka
adalah (Chester, 1990) :
P=
(2.3)
Universitas Sumatera Utara
Dimana :
P
= Porositas (%)
= Massa sampel setelah dikeringkan di oven (g)
= Massa sampel setelah direndam selama 10 menit (g)
2.10.2 Sifat Magnet
Untuk karakterisasi sifat magnet menggunakan alat permagraph yaitu alat yang
dapat menganalisis sampel dengan output berupa kurva histerisis yang dilengkapi
dengan nilai induksi remanensi (Br) dan gaya koersif (Hc). Pada saat pengukuran
berlangsung terjadi proses magnetisasi pada sampel, sehingga sampel akan
memiliki sifat magnet setelah pengujian dilakukan.
Dalam penelitian ini, alat yang digunakan untuk mengetahui sifat magnetnya
adalah Gaussmeter dan Permagraph.
2.10.2.1 Permagraph
Permagraph merupakan salah satu alat ukur sifat magnet dari berbagai kelompok
seperti Alnico, Ferrite atau dari logam tanah jarang. Sifat magnet yang akan diukur
oleh permagraph diantaranya adalah koersifitas Hc, nilai produk maksimum (BH)max
dan remanensi Br.
Untuk permagraph C memiliki perlengkapan dalam pengukuran kurva histerisis
bahan permanen magnet seperti : electronik EF 4-1F, elektromagnet EP 2/E (kuat
medan magnet sampai dengan 1800 kA/m = 2.2 Tesla), komputer dan printer.
Hasil yang dapat diperoleh dari permagraph C : otomatis mengukur kurva
histerisis magnet permanen (B-H curve), dapat menentukan kuantitas magnet seperti
koersifitas, remanensi, nilai produk maksimum, pengukuran dengan surrounding coils
untuk menentukan nilai rata-rata magnetik dan pengukuran distribusi kuat medan
magnet permanen dengan pole coils.
Universitas Sumatera Utara
2.10.3 Analisa Sruktur Kristal
2.10.3.1 XRD (X-Ray Diffraction)
Fenomena interaksi dan difraksi sudah dikenal pada ilmu optik. Standar pengujian di
laboratorium fisika adalah untuk menentukan jarak antara dua gelombang dengan
mengetahui panjang gelombang sinar, dengan mengukur sudut berkas sinar yang
terdifraksi. Pengujian ini merupakan aplikasi langsung dari pemakaian sinar X untuk
menentukan jarak antara kristal dan jarak antara atom dalam kristal (Smallman,
1991).
Struktur kristal dapat ditentukan salah satunya dengan menggunakan
pengujian X-Ray Diffraction (XRD). X-Ray Diffraction adalah alat yang dapat
memberikan data-data difraksi dan kuantitas intensitas difraksi pada sudut-sudut
difraksi (2ϴ) dari suatu sampel. Tujuan dilakukannya pengujian analisis struktur
kristal adalah untuk mengetahui perubahan fasa struktur bahan dan mengetahui
fasa-fasa apa saja yang terbentuk selama proses pembuatan sampel uji (Theresya S,
2014).
Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang
0,5 sampai 2,5 Angstrom yang mendekati jarak antar atom kristal (Cahn, 1992).
Sinar-X dapat digunakan untuk mengetahui struktur kristal dan fasa suatu material.
Bila sinar-x dengan panjang gelombang λ diarahkan ke suatu permukaan kristal
dengan sudut dating sebesar , maka sebagian sinar akan dihamburkan oleh bidang
atom dalam kristal. Berkas sinar-x yang dihamburkan dalam arah-arah tertentu akan
menghasilkan puncak-puncak difraksi yang dapat diamati dengan peralatan X-Ray
Diffraction (Cullity, 1978). Menurut syarat terjadinya difraksi, beda lintasan
merupakan kelipatan bilangan bulat dari panjang, sehingga hal tersebut dirumuskan
W.L.Brag (Kaston S, 2007).
nλ=2dsin
(2.4)
Dengan :
n = orde difraksi (n = bilangan bulat 1,2,3…)
λ = panjang gelombang sinar-X
d = jarak antar bidang
Universitas Sumatera Utara
2.10.3.2 Analisis Mikrostuktur dengan Optical Microscope
Optical Microscope mempunyai fungsi yang hampir sama dengan SEM (Scanning
Electron Microscope) yaitu untuk mengetahui bentuk dan ukuran dari butir-butir serta
mengetahui interaksi satu butir dengan butir lainnya. Melalui observasi dengan OM
dapat diamati seberapa jauh ikatan butiran yang satu dengan yang lainnya dan apakah
terbentuk lapisan diantara butiran atau disebut grain boundary. Analisis mikrostruktur
dengan menggunakan OM bertujuan untuk mengetahui susunan partikel-partikel
setelah proses sintering,dan juga dapat diketahui perubahannya akibat variasi suhu
sintering. Dari foto OM yang dihasilkan dapat diketahui apakah terjadi perbesaran
butiran atau grain growth, sejauh mana pori-pori sisa yang terbentuk didalam badan
keramik. Adapun perbedaan antara SEM dan OM adalah terletak pada perbesaran
obyek (resolusi) yang lebih tinggi daripada mikroskop optik. Sebenarnya, dalam
fungsi perbesaran obyek, SEM juga menggunakan lensa, namun bukan berasal dari
jenis gelas sebagaimana pada mikroskop optik, tetapi dari jenis magnet. Sifat medan
magnet ini bias mengontrol dan mempengaruhi electron yang melaluinya, sehingga
bisa berfungsi menggantikan sifat lensa pada mikroskop optik.
http://www.scribd.com/doc/81178806/Makalah-SEM-kel9-Nia#scribd
Universitas Sumatera Utara