bab 2 tinjauan pustaka - Universitas Sumatera Utara

5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet secara umum
Magnet adalah suatu benda yang mempunyai medan magnet dan mempunyai gaya
tolak menolak dan tarik menarik terhadap benda-benda tertentu. Efek tarik
menarik dan tolak menolak pada magnet disebut dengan magnetisme. Kata
magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu Magnitis Lithos yang berarti batu
Magnesian. Magnesian adalah nama sebuah wilayah Yunani pada masa lalu,
dimana terdapat batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah
tersebut. Setiap magnet mempunyai dua kutub yang terletak dibagian ujungujungnya yaitu kutub selatan dan kutub utara. Material magnet adalah salah satu
komponen yang banyak digunakan pada peralatan elektronika, telekomunikasi dan
otomotif, dan sampai saat ini komponen tersebut sebagian besar masih diimpor.
Material magnet dibagi menjadi dua jenis yaitu material magnet lunak dan
material magnet keras. Material magnet lunak dapat diaplikasikan pada sirkulator
dan pada transformator. Sedangkan, material magnet keras dapat diaplikasikan
pada motor DC, kWh meter, meteran air dan lain-lainnya (Zailani, 2014).
Benda
dapat
dibedakan
menjadi
dua
macam
berdasarkan
sifat
kemagnetannya yaitu benda magnetik dan benda non-magnetik. Benda magnetik
adalah benda yang dapat ditarik oleh magnet, sedangkan benda non-magnetik
adalah benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet (Suryatin, 2008). Contoh benda
magnetik adalah logam seperti besi dan baja, namun tidak semua logam dapat
ditarik oleh magnet, sedangkan contoh benda non-magnetik adalah oksigen cair.
Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah
Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber (1 weber/m2 = 1 tesla)
yang mempengaruhi luasan satu meter persegi (Afza, 2011).
Magnet terbaik umumnya mengandung besi metalik. Namun, ternyata
bahwa unsur lain pun menampilkan sifat magnetik; selain itu, material bukan
logam pun dapat memiliki sifat magnet. Dalam teknologi modern kini banyak
digunakan magnet logam maupun magnet keramik. Selain itu dimanfaatkan pula
Universitas Sumatera Utara
6
unsur lain untuk meningkatkan kemampuan magnetik sehingga memenuhi
persyaratan (Van Vlack, 1984).
2.2 Macam-Macam Magnet
Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibagi menjadi 2 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.
b. Magnet Remanen
Magnet remanen adalah suatu bahan yang dapat menghasilkan magnet
yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan dengan cara
mengalirkan arus listrik atau digosok-gosokkan dengan magnet alam. Bila
suatu bahan penghantar dialiri arus listrik yang dialirkan, besarnya medan
magnet yang dihasilkan tergantung pada besarnya arus listrik yang
dialirkan. Medan magnet remanen yang digunakan dalam praktek
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 kemgnetannya dapat dibuat
sangat kuat, tergantung dengan arus yang dialirkan. Dan kemagnetannya
dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listriknya
2.3 Sifat Kemagnetan Bahan
Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam
komponen
pembentuknya.
Menurut
sifatnya
terhadap
adanya
pengaruh
kemagnetan, bahan magnet ini dapat digolongkan menjadi 5 yaitu bahan
diamagnetic, bahan ferromagnetik, bahan anti ferromagnetik, bahan ferrimagnetik,
dan bahan paramagnetik (Jiles, D. C, 1998).
Universitas Sumatera Utara
7
2.3.1 Bahan Ferromagnetik
Ferromagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas magnetik
positif yang sangat tinggi. Dalam bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar
dapat menyebabkan derajat penyearahan yang tinggi pada momen dipol magnetik
atomnya. Dalam beberapa kasus, penyearahan ini dapat bertahan sekalipun medan
kemagnetannya telah dihilang. Hal ini terjadi karena momen dipol magnetik atom
dari bahan-bahan ferromagnetik ini mengarahkan gaya-gaya yang kuat pada atom
disebelahnya. Sehingga dalam daerah ruang yang sempit, momen ini disearahkan
satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang tempat
momen dipol magnetik disearahkan, tetapi arah penyearahnya beragam dari
daerah sehingga momen magnetik total dari kepingan mikrokopi bahan
ferromagnetik ini adalah nol dalam keadaaan normal (Tipler, 2001).
Gambar 2.1 Momen Magnetik Dari Sifat Ferromagnetik
2.3.2 Bahan Anti Ferromagnetik
Bahan anti ferromagnetik adalah suatu bahan yang memiliki susebtibilitas positif
yang kecil pada segala temperatur, tetapi perubahan suscepbilitas karena
tempratur adalah keadaan yang sangat khusus.Susunan dwikutubnya adalah
sejajar tetapi berlawanan arah, diperlihatkan pada Gambar 2.2
(a)
(b)
Gambar 2.2 Arah domain dan kurva bahan Anti Ferromagnetik, (a) Sebelum
diberi medan luar, (b) Setelah diberi medan luar.
Universitas Sumatera Utara
8
2.3.3 Bahan Ferrimagnetik
Pada bahan yang bersifat dipol yang berdekatan memiliki arah yang berlawanan
tetapi momen magnetiknya tidak sama besar. Bahan ferrimagnetik memiliki nilai
susepbilitas tinggi tetapi lebih rendah dari bahan ferromagnetik, beberapa contoh
dari bahan ferrimagnetik adalah ferrite dan magnetite (Mujiman, 2004).
Gambar 2.3 Momen Magnet Dari Sifat Ferimagnetik
2.3.4 Bahan Paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan –bahan yang memiliki suseptibilitas magnetik
Xm yang positif dan sangat kecil. Paramanetik muncul dalam bahan atom –
atomnya memiliki momen magnetik hermanen yang berinteraksi satu sama lain
secara sangat lemah. Apabila tidak terdapat medan magnetik luar, momen magnetik
ini akan berorientasi acak. Dengan adanya medan magnetik luar, momen magnetik
ini arahnya cenderung sejajar dengan medannya, tetapi ini dilawan oleh
kecenderungan momen untuk berorientasi acak akibat gerak termalnya.
Perbandingan momen yang menyearahkan dengan medan ini bergantung pada
kekuatan medan pada temperatur yang sangat rendah, hampir seluruh momen akan
disearahkan dengan medannya( Tipler, 2001).
Gambar 2.4 Momen Magnetik Dari Sifat Paramagnetik
2.3.5 Bahan Diamagnetik
Bahan diamagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas negatif
dan sangat kecil. Sifat diamagnetik ditemukan oleh faraday pada tahun 1846
Universitas Sumatera Utara
9
ketika sekeping bismuth ditolak oleh kedua kutub magnet, hal ini memperlihatkan
bahwa medan induksi dari magnet tersebut menginduksi momen magnetik pada
bismuth pada arah berlawanan dengan medan induksi pada magnet (Tipler, 2001).
2.4 Jenis Magnet Permanen
Produk magnet permanen ada dua macam berdasarkan teknik pembuatannya yaitu
magnet permanen isotropi dan magnet permanen anisotropi.
(a)
(b)
Gambar 2.5 Arah partikel pada magnet isotropi dan anisotropi
(a) Arah partikel acak (Isotrop)
(b) Arah partikel searah (Anisotrop) (Masno G, dkk, 2006).
Magnet permanen isotropi magnet dimana pada proses pembentukkan arah
domain magnet partikel-partikelnya masih acak, sedangkan yang anisotropi pada
pembentukkan dilakukan di dalam medan magnet sehingga arah domain magnet
partikel-partikelnya mengarah pada satu arah tertentu seperti ditunjukkan pada
gambar 2.5 untuk membedakan isotropi dan anisotropi. Magnet permanen isotropi
memiliki sifat magnet atau remanensi magnet yang jauh lebih rendah
dibandingkan dengan magnet permanen anisotropi.
2.5 Kurva Histerisis
Sifat-sifat magnet suatu bahan dapat diperlihatkan dalam kurva histerisis yaitu
kurva hubungan intensitas magnet (H) terhadap medan magnet (B). Pada dasarnya
kurva tersebut mempresentasikan suatu proses magnetisasi dan demagnetisasi
oleh suatu medan magnet luar yang digunakan untuk memagnetisasi ditingkatkan
dari nol, maka magnetisasi atau polarisasi dari magnet bertambah besar dan
mencapai tingkat saturasi pada suatu medan magnet luar tertentu. Dengan
melakukan sederetan proses magnetisasi yaitu pada penurunan medan magnet luar
Universitas Sumatera Utara
10
menjadi nol dan meneruskannya pada arah yang bertentangan serta meningkatkan
besar medan magnet luar pada arah tersebut dan menurunkannya kembali ke nol
kemudian membalikkan arah seperti semula. Maka magnetisasi atau polarisasi
dari magnet permanen membentuk suatu loop. (Spaldin, 2003)
Bahan yang mencapai saturasi untuk harga H rendah disebut dengan magnet
lunak, sedangkan bahan yang saturasinya terjadi pada harga H tinggi disebut
magnet keras. Sesudah mencapai saturasi ketika intensitas magnet H diperkecil
hingga mencapai H = 0, ternyata kurva B tidak melewati jalur kurva semula. Pada
harga H = 0, medan magnet atau rapat fluks B mempunyai harga Br ≠ 0 seperti yang ditunjukkan
pada kurva histerisis pada gambar 2.6. Harga Br ini disebut
dengan induksi remanen atau remanensi bahan.
Gambar. 2.6 Kurva Histerisis Material Magnetik
Remanen atau ketertambatan adalah sisa medan magnet B dalam proses
magnetisasi pada saat medan magnet H dihilangkan, atau remanensi terjadi pada
saat intensitas medan magnetik H berharga nol dan medan magnet B menunjukkan
harga tertentu. Pada gambar 2.6 tampak bahwa setelah harga intensitas magnet H
= 0 atau dibuat negatif (dengan membalik arus lilitan), kurva B(H) akan
memotong sumbu pada harga Hc. Intensitas Hc inilah yang diperlukan untuk
membuat rapat fluks B = 0 atau menghilangkan fluks dalam bahan. Intensitas
magnet Hc ini disebut koersivitas bahan. Koersivitas digunakan untuk
membedakan hard magnet atau soft magnet. Semakin besar gaya koersivitasnya
maka semakin keras sifat magnetnya. Bahan dengan koersivitas tinggi berarti
tidak mudah hilang kemagnetannya.
Untuk menghilangkan kemagnetannya diperlukan intensitas magnet H yang
besar. Bila selanjutnya harga diperbesar pada harga negatif sampai mencapai
saturasi dan dikembalikan melalui nol, berbalik arah dan terus diperbesar pada
Universitas Sumatera Utara
11
harga H positif hingga saturasi kembali, maka kurva B(H) akan membentuk satu
lintasan tertutup yang disebut kurva histeresis. Bahan yang mempunyai
koersivitas tinggi kemagnetannya tidak mudah hilang. Bahan seperti itu baik
untuk membuat magnet permanen.
2.6 Magnet Keramik
Magnet keramik memiliki peran yang sangat penting dalam berbagai aplikasi,
khususnya dalam rangkaian-rangkaian frekuensi tinggi dimana rugi-rugi arus
eddy dalam logam sangat tinggi. Keramik sendiri 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,
serta memanfaatkan material keramik tersebut sebagai bahan magnet permanen.
Material ini dapat menghasilkan medan magnet tanpa harus diberi arus listrik
yang mengalir dalam sebuah kumparan atau solenoida untuk mempertahankan
medan magnet yang dimilikinya. Disamping itu, magnet permanen jenis ini juga
dapat memberikan medan yang konstan tanpa mengeluarkan daya yang terus
menerus.
Bahan keramik yang bersifat magnetik umumnya merupakan golongan ferit, merupakan
oksida yang-Fe2O3 )disusunsebagaikomponenolehutama. hemat
Bahan ini menunjukkan induksi magnetik spontan meskipun medan magnet luar
yang diberikan dihilangkan. Material ferit dikenal sebagai magnet keramik, bahan
itu tidak lain adalah oksida besi yang disebut ferit besi (ferrous ferrite) dengan
rumus kimia MO(Fe2O3)6, dimana M adalah Ba, Sr atau Pb.
6Fe2O3 + BaCO3
BaO.6Fe2O3+ CO2
Pada umumnya ferit dibagi menjadi tiga kelas:
1. Ferit lunak, ferit ini mempunyai formula MFe 2O4, dimana M = Cu, Zn,
Ni,Co, Fe, Mn, dan Mg dengan struktur kristal seperti mineral spinel.
Sifat bahan ini mempunyai permeabilitas, hambatan jenis yang tinggi,
dan koersivitas yang rendah.
2. Ferit keras, ferit jenis ini adalah turunan dari struktur magneto plumbit
yang dapat ditulis sebagai MFe12O19, dimana M = Ba, Sr, Pb. Bahan ini
Universitas Sumatera Utara
12
mempunyai gaya koersivitas dan remanen yang tinggi dan mempunyai
struktur kristal heksagonal dengan momen-momen magnetik yang sejajar
dengan sumbu c.
3. Ferit berstruktur Garnet, magnet ini mempunyai magnetisasi spontan
yang bergantung pada temperatur secara khas. Strukturnya sangat rumit,
berbentuk kubik dengan sel satuan disusun tidak kurang dari 160 atom.
Magnet keramik yang merupakan magnet permanen mempunyai struktur
hexagonal close-pakced (HCP). Dalam hal ini bahan yang sering digunakan
adalah Barrium Ferrite (BaO.6Fe2O3), dapat juga barium digantikan bahan yang
menyerupai (segolongan) dengannya, yaitu seperti Strontium. Material magnetic
ferit yang memiliki sifat-sifat campuran beberapa oksida logam valensi II, dimana
oksida besi valensi III (Fe2O3) merupakan komponen yang utama.
Ferit lunak mempunyai struktur kristal kubik dengan rumus umum
MO.Fe2O3 dimana M adalah Fe, Mn, Ni, dan Zn atau gabungannya seperti MnZn dan Ni-Zn. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, memori
komputer, induktor, recording heads, microwave dan lain-lain. Ferit keras banyak
digunakan dalam komponen elektronik, diantaranya motor-motor DC kecil,
pengeras suara (loud speaker), meteran air, KWH-meter, telephone receiver,
circulator dan rice cooker (Angelo, 2008).
2.7 Barium heksaferit (BaFe12O19)
Berdasarkan rumus kimia dan struktur kristalnya, heksaferit dikelompokkan
menjadi 5 tipe, yaitu : tipe-M (BaFe12O19 ), tipe-W (BaMe2 Fe16O27 ), tipe-X
(Ba2 Me2 Fe28O46 ), tipe-Y (Ba2 Me2 Fe12O22 ), tipe-Z (Ba3Me2 Fe24O41 ) dan
tipe-U (Ba4 Me2 Fe36O60 ) (Özgüri dkk,2009). Barium heksaferite memiliki
rumus kimia BaO.6Fe2O3 (BaFe12O19). Sel komplek Barium heksaferit tersusun
atas 2 sistem kristal yaitu struktur kubus-pusat-sisi (face-centered-cubic) dan
heksagonal mampat (hexagonal-close-packed) seperti terlihat pada Gambar 2.7.
Universitas Sumatera Utara
13
Gambar 2.7 Struktur kristal BaFe12O19
Sruktur BaFe12O19 memanjang ke arah sumbu z dengan c = 23,2 Å dan a = 5,88
Å. Ion-ion Ba2+ dan O2- memiliki ukuran yang besar, hampir sama dan bersifat
non magnetik. Keduanya tersusun dalam model close packed (tertutup). Ion Fe3+
menempati posisi interstisi. Ion yang bersifat magnet dalam BaFe 12O19 hanyalah
ion Fe3+, tiap-tiap ion dengan nilai momen magnetik 5µB. Gambar 2.8
menunjukkan skema struktur kristal BaFe12O19
Gambar 2.8 Skema struktur kristal BaFe12O19
Tanda panah pada ion Fe menunjukkan arah polarisasi spin. 2a, 12k, dan 4f 2
adalah struktur oktahedral, 4f1 adalah struktur tetrahedral, dan 2b adalah struktur
heksahedral (trigonal bipiramida). Satu unit sel berisi 38 ion O2-, 2 ion Ba2+, dan
24 ion Fe3+. Ion Fe3+ dalam 12k, 2a dan 2b (16 atom tiap satu unit sel) memiliki
spin up, sedangkan ion Fe3+ dalam 4f1 dan 4f2 (8 atom tiap satu unit sel)
memiliki spin down, maka jumlah totalnya adalah 8 spin up. Oleh karena itu,
momen magnet total setiap satu unit sel adalah 8 x 5 µB = 40 µB yang berisi dua
ion Ba2+. Sub unit R dan S menunjukkan rumus kimia R = (Ba 2+Fe63+O112)2dan S = (Fe63+O82-)2+. Asterix menunjukkan bahwa sub-unit berotasi 180º
mengelilingi sumbu heksagonal (Özgür dkk, 2009).
Universitas Sumatera Utara
14
2.8 Natrium Oksida
Natrium oksida adalah senyawa kimia dengan rumus Na2 O. Hal ini digunakan
dalam keramik dan gelas, meskipun tidak dalam bentuk mentah. Ini adalah dasar
anhidrida dari natrium hidroksida, sehingga ketika air ditambahkan ke natrium
oksida NaOH diproduksi (Zintl,E.1934). Natrium oksida (Na 2O) merupakan salah
satu senyawa penting dalam ilmu material karena dibutuhkan dalam berbagai
bidang yang berkaitan dengan material, antara lain sebagai komponen dari
pembentukan gelas, keramik, optik (Pellegri, et al., 1998). Aplikasi dari natrium
oksida ini ditentukan oleh beberapa parameter diantaranya morfologi, ukuran
mikro, struktur dan sebagainya. Pembentukan morfologi, ukuran mikro, struktur
dari natrium oksida dipengaruhi oleh suhu sintering. Pembentukan natrium oksida
diperoleh dari peruraian natrium karbonat dengan perlakuan sintering (Zhu et al.,
2004)
2.9 Metalurgi Serbuk
Metalurgi serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari proses manufaktur
yang dapat mencapai bentuk komponen akhir dengan mencampurkan serbuk
secara bersamaan dan dikompaksi dalam cetakan, dan selanjutnya disinter di
dalam furnace (tungku pemanas). Langkah-langkah yang harus dilalui dalam
metalurgi serbuk, antara lain: Pencampuran (mixing), Penekanan (kompaksi) dan
Pemanasan (sintering).
2.9.1.Pencampuran (mixing)
Blending dan mixing merupakan istilah yang biasa digunakan dalam pembuatan
material dengan menggunakan metode serbuk namun kedua metode tersebut
berbeda menurut standar ISO. Blending didefinisikan sebagai proses penggilingan
suatu material tertentu hingga menjadi serbuk yang merata pada beberapa
komposisi nominal. Proses blending dilakukan untuk menghasilkan serbuk yang
sesuai dengan komposisi dan ukuran yang diinginkan. Mixing didefinisikan
sebagai pencampuran dua atau lebih serbuk yang berbeda (Afza, 2011).
Ada 2 macam pencampuran, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
15
1. Pencampuran basah (wet mixing) Proses pencampuran dimana serbuk
matrik dan filler dicampur terlebih dahulu dengan pelarut polar. Metode
ini dipakai apabila material (matrik dan filler) yang digunakan mudah
mengalami oksidasi. Tujuan pemberian pelarut polar adalah untuk
mempermudah proses pencampuran material yang digunakan dan untuk
melapisi permukaan material supaya tidak berhubungan dengan udara
luar sehingga mencegah terjadinya oksidasi pada material yang
digunakan.
2. Pencampuran kering (dry mixing) Proses pencampuran yang dilakukan
tanpa menggunakan pelarut untuk membantu melarutkan dan dilakukan
di udara luar. Metode ini dipakai apabila material yang digunakan tidak
mudah mengalami oksidasi (Nayiroh,2013).
2.9.2 Penekanan (pressing)
Penekanan merupakan proses pemadatan serbuk menjadi sampel dengan bentuk
tertentu sesuai dengan cetakannya. Ada 2 macam metode penekanan, yaitu:
1. Cold compressing, yaitu penekanan dengan temperatur kamar. Metode
ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah teroksidasi, seperti Al.
2. Hot compressing, yaitu penekanan dengan temperatur di atas temperatur
kamar. Penekanan (pressing) adalah kompaksi yang secara simultan
dengan pencetakan dari bubuk atau granular dalam cetakan die atau
mold (Nayiroh,2013).
2.9.3 Pemanasan (sintering)
Pemanasan pada temperatur di bawah titik leleh material komposit disebut dengan
sintering. Diantara langkah-langkah untuk meningkatkan ikatan antar partikel
setelah kompaksi adalah dengan disintering.
Parameter sintering :
1. Temperatur (T)
2. Waktu
3. Kecepatan pendinginan
4. Kecepatan pemanasan
Universitas Sumatera Utara
16
5. Atmosfer sintering
6. Jenis material
Berdasarkan pola ikatan yang terjadi pada proses kompaksi, ada 2 fenomena yang
mungkin terjadi pada saat sintering, yaitu:
1. Penyusutan (shrinkage)
Apabila pada saat kompaksi terbentuk pola ikatan bola-bidang maka pada
proses sintering akan terbentuk shrinkage, yang terjadi karena saat proses
sintering berlangsung gas (lubricant) yang berada pada porositas
mengalami degassing (peristiwa keluarnya gas pada saat sintering). Dan
apabila temperatur sinter terus dinaikkan akan terjadi difusi permukaan
antar partikel matrik dan filler yang akhirnya akan terbentuk liquid
bridge/necking (mempunyai fasa campuran antara matrik dan filler).
Liquid bridge ini akan menutupi porositas sehingga terjadi eleminasi
porositas/berkurangnya jumlah dan ukuran porositas. Penyusutan dominan
bila pemadatan belum mencapai kejenuhan (Nayiroh,2013).
2. Retak (cracking)
Apabila pada kompaksi terbentuk pola ikatan antar partikel berupa bidang,
sehingga menyebabkan adanya trapping gas (gas/lubricant terjebak di
dalam material), maka pada saat sintering gas yang terjebak belum sempat
keluar tapi liquid bridge telah terjadi, sehingga jalur porositasnya telah
tertutup rapat. Gas yang terjebak ini akan mendesak ke segala arah
sehingga terjadi bloating (mengembang), sehingga tekanan di porositas
lebih tinggi dibanding tekanan di luar. Bila kualitas ikatan permukaan
partikel pada bahan komposit tersebut rendah, maka tidak akan mampu
menahan tekanan yang lebih besar sehingga menyebabkan retakan
(cracking). Keretakan juga dapat diakibatkan dari proses pemadatan yang
kurang sempurna, adanya shock termal pada saat pemanasan karena
pemuaian dari matrik dan filler yang berbeda (Nayiroh,2013).
Proses sintering meliputi 3 tahap mekanisme pemanasan:
1. Presintering
Presintering merupakan proses pemanasan yang bertujuan untuk:
1. Mengurangi residual stress akibat proses kompaksi (greendensity)
Universitas Sumatera Utara
17
2. Pengeluaran gas dari atmosfer atau pelumas padat yang terjebak dalam
porositas bahan komposit (degassing)
3. Menghindari perubahan temperatur yang terlalu cepat pada saat proses
sintering (shock thermal)
2. Difusi permukaan
Pada proses pemanasan untuk terjadinya transportasi massa pada
permukaan antar partikel serbuk yang saling berinteraksi, dilakukan pada
temperatur sintering (2/3 Tm). Atom-atom pada permukan partikel serbuk
saling berdifusi antar permukaan sehingga meningkatkan gaya kohesifitas antar
partikel.
3. Eliminasi porositas
Tujuan akhir dari proses sintering pada bahan komposit berbasis
metalurgi serbuk adalah bahan yang mempunyai kompaktibilitas tinggi. Hal
tersebut terjadi akibat adanya difusi antar permukaan partikel serbuk, sehingga
menyebabkan terjadinya leher (liquid bridge) antar partikel dan proses akhir
dari pemanasan sintering menyebabkan eliminasi porositas (terbentuknya
sinter density) (Nayiroh,2013).
Sintering dapat diklasifikasikan dalam dua bagian besar yaitu sintering
dalam keadaan padat (solid state sintering) dan sintering fasa cair (liquid phase
sintering). Sintering dalam keadaan padat dalam pembuatan material yang
diberi tekanan diasumsikan sebagai fasa tunggal oleh karena tingkat
pegotornya rendah. Sedangkan sintering pada fasa cair adalah sintering untuk
serbuk yang disertai terbentuknya fase liquid selama proses sintering
berlangsung.
(a)
(b)
Gambar 2.9 Proses sinter padat.
(a) Sebelum sinter partikel mempunyai permukaan masing-masing.
(b) Setelah sinter hanya mempunyai satu permukaan (Afza, 2011)
Universitas Sumatera Utara
18
Dari gambar 2.9 dapat dilihat bahwa proses sintering dalam keadaan padat, selama
sintering penyusutan serbuk, kekuatan dari material akan bertambah, pori-pori dan
ukuran butir berubah. Perubahan ini diakibatkan oleh sifat dasar dari serbuk itu
sendiri, kondisi tekanan, aditif, waktu sintering dan suhu. Proses sintering
memerlukan waktu dan suhu pemanasan yang cukup agar partikel halus dapat
menjadi padat. Sinter tanpa cairan memerlukan difusi dalam bahan padat itu
sendiri, sehingga diperlukan suhu tinggi dalam proses sintering (Afza, 2011).
2.10 Karakterisasi Material Magnet
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 (true density)),
dan analisa struktur kristal dengan menggunakan alat uji XRD (X-Ray
Diffraction).
2.10.1 Sifat Fisis
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material. Pengukuran densitas
yang dilakukan pada penelitian ini adalah true density dan bulk density. True
density merupakan densitas nyata dari partikel atau kepadatan sebenarnya dari
partikel padat atau serbuk (powder) berbeda dengan bulk density, yang mengukur
kepadatan rata-rata volume terbesar dari serbuk yang sudah dipadatkan. Pada
pengujian true density menggunakan piknometer. Bulk density merupakan
densitas sampel yang berdasarkan volume sampel termasuk dengan rongga atau
pori. Pengujian Bulk density dilakukan untuk megukur benda padatan yang besar
dengan bentuk yang beraturan maupun yang tidak beraturan. Pada pengujian Bulk
density menggunakan metode Archimedes.
Densitas sering didefinisikan sebagai perbandingan antara massa (m)
dengan volume (v) dalam hubungannya dapat dituliskan sebagai berikut (M.
Ristic, 1979).
ρ
dengan:
…………………………………………………………………..(2.1)
3
ρ = Densitas (gram/cm )
m
= Massa sampel (gram)
Universitas Sumatera Utara
19
v
3
= Volume sampel (cm )
True density adalah kerapatan dari serbuk yang diukur dengan alat piknometer
dapat dihitung dengan rumus:
ρ
x ρair…………………………………………..(2.2)
dengan:m1 = massa picnometer dalam keadaan kosong (gram)
m2 = massa picnometer diisi dengan air (gram)
m3 = massa picnometer kering diisi dengan serbuk (gram)
m4 = massa picnometer diisi dengan serbuk dan air (gram)
3
ρair=massa jenis air (1 gram/cm )
Porositas dapat didefenisikan sebagai perbandingan antara jumlah volume
lubang-lubang 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 tersebut. Ada dua jenis porositas yaitu porositas terbuka dan porositas
tertutup. Porositas yang tertutup pada umumnya sulit untuk ditentukan karena pori
tersebut merupakan rongga yang terjebak di dalam padatan dan serta tidak ada
akses ke permukaan luar, sedangkan pori terbuka masih ada akses ke permukaan
luar, walaupun ronga tersebut ada ditengah-tengah padatan (Delovita, 2015).
2.10.2 Uji Difraksi Sinar-X (XRD)
Uji difraksi sinar-X (XRD) dilakukan untuk menentukan fasa yang terbentuk
setelah serbuk mengalami proses kalsinasi. Dari data yang akan dihasilkan dapat
diprediksi ukuran kristal serbuk dengan bantuan software Xpowder dan Match.
Ukuran kristalin ditentukan berdasarkan pelebaran puncak difraksi sinar-X yang
muncul. Makin lebar puncak difraksi yang dihasilkan maka makin kecil ukuran
kristal serbuk. Ada 3 komponen dasar suatu difraktometer sinar X yaitu:
1. Sumber Sinar X
2. Spesimen (Bahan Uji)
3. Detektor sinar X Ketiganya terletak pada keliling sebuah lingkaran yang
disebut lingkaran pemfokus.
Universitas Sumatera Utara
20
Gambar 2.10 Geometri sebuah Difraktometer sinar –X
Sudut antara permukaan bidang spesimen dan sumber sinar X adalah sudut Bragg
(Ө). Sudut antara projeksi sumber sinar X dan detektor adalah 2Ө. Atas dasar ini
pola difraksi sinar X yang dihasilkan dengan geometri ini sering dikenal sebagai
penyidikan (scans) Ө- 2Ө(theta-dua theta). Pada geometri Ө- 2Өsumber sinar Xnya tetap, dan detektor bergerak melalui suatu jangkauan (range) sudut. Jejari
(radius) lingkaran pemfokus tidak konstan tetapi bertambah besar bila 2Ө
0
0
berkurang. Range pengukuran 2Өbiasanya dari 0 hingga sekitar 17 .
Pada eksperimen tidak diperlukan menyidik seluruh sudut tersebut,
pemilihan rangenya tergantung pada struktur kristal material (jika dikenal) dan
waktu yang diperlukan untuk memperoleh pola difraksinya. Untuk spesimen yang
tak dikenal range sudut yang besar sering dilakukan karena posisi refleksi
refleksinya belum diketahui. Geometri Ө- 2Ө umumnya digunakan, walaupun
masih ada geometri yang lain seperti geometri Ө- Ө(theta-theta) dimana detektor
dan sumber sinar-X keduanya bergerak pada bidang vertikal dalam arah yang
berlawanan di atas pusat spesimennya. Pada beberapa bentuk analisis difraksi
sinar-X sampel dapat dimiringkan dan dirotasikan sekit
Lingkaran difraktometer pada gambar 2.10 berbeda dari lingkaran pemfokusnya.
Lingkaran difraktometer berpusat pada specimen dan detektor dengan sumber
sinar-X
keduanya
berada
pada
keliling
lingkarannya.
Jejari
lingkaran
difraktometer adalah tetap. Lingkaran difraktometer juga dinyatakan sebagai
lingkaran goniometer. Goniometer adalah komponen sentral dari suatu
difraktometer sinar-X dan mengandung pemegang sampel (sample holder). Pada
kebanyakan difraktometer serbuk goniometernya adalah vertical (Kim S, 2013).
Universitas Sumatera Utara