BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Material Magnet

Magnet atau “magnit” adalah suatu objek yang mempunyai suatu medan

magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang

berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada

masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana

terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut[5].

Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan

magnet.

Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap.

Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan. Magnet

selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan

(south/S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut

akan tetap memiliki dua kutub[5].

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 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 pada Satuan Internasional

(SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber. 1 weber/m2

= 1 tesla, yang mempengaruhi satu meter persegi[5].

Material yang bersifat magnetik atau material magnetic telah diketahui

perbedaannya sejak ribuan tahun yang lalu. Sifat kemagnetan adalah merupakan

fenomena dimana suatu material dapat menimbulkan suatu gaya untuk menarik

material lain. Beberapa material yang diketahui memiliki sifat-sifat magnet antara

lain adalah besi, beberapa baja, dan secara alami terjadi pada mineral lodestone.

Dalam realitasnya material menjadi terpengaruh karena adanya medan magnet[6].

Penelitian tentang magnet baik secara teori maupun secara eksperimen

terus dilakukan hingga kini, yaitu mulai dari magnetik properties hingga

mempelajari mikro magnetisnya. Penelitian di titik beratkan pada pencarian bahan

magnet yang mempunyai kemagnetan yang optimal dengan berat dan ukuran yang

minimal. Magnetik adalah suatu fenomena misterius yang menarik, dimana

material ferromagnetik dapat ditarik atau ditolak maupun dipengaruhi tanpa

bersentuhan secara langsung.

Beberapa elemen lain juga memeperlihatkan sifat magnet, tapi tidak semua

magnet berwujud logam. Teknologi mutakhir sekarang telah menggunakan

keduanya, baik magnet metalik maupun magnet keramik. Teknologi mutakhir ini

juga memanfaatkan elemen-elemen lain untuk meningkatkan kemampuan

magnetik. Magnet terdiri dari tiga kriteria, bisa berwujud magnet tetap atau

magnet permanen, magnet lunak, dan magnet buatan.

2.2. Jenis Magnet

Magnet terdiri dari beberapa macam, diantaranya; magnet tetap

(permanen), magnet tidak tetap, magnet lunak, dan magnet buatan.

2.2.1. Magnet tetap

Magnet tetap atau magnet permanen adalah magnet yang memiliki kurva histerisis

(hysteresis loop) yang lebar dan memiliki nilai koersifitas yang tinggi. Dan

magnet permanen ini sengaja didesain agar tidak mudah mengalami

demagnetisasi[5]. Magnet tetap tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar

untuk menghasilkan daya magnet (berelektromagnetik).

Jenis magnet tetap (permanen) yang selama ini yang diketahui terdapat pada:

Magnet neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat. Magnet

neodymium (juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neodymium

Iron Boron), merupakan sejenis magnet tanah jarang, terbuat dari

campuran logam neodymium.

Magnet Samarium-Cobalt,merupakan salah satu dari dua jenis magnet

bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat

dari paduan samarium dan kobalt.

Magnet keramik (hard ferrite).

Magnet plastik (Plastic Magnets).

Magnet Alnico (Aluminium, Nikel, dan Cobalt)[7].

2.2.2. Magnet Tidak Tetap

Magnet tidak tetap (remanen) tergantung pada medan listrik untuk

menghasilkan medan magnet. Contoh magnet tidak tetap adalah elektromagnet.

2.2.3. Magnet Lunak.

Magnet lunak (soft magnet) merupakan magnet yang memiliki kurva

histerisis (hysteresis loop) yang ramping, nilai permeabilitas tinggi dan memiliki

nilai koersifitas (Hc) yang kecil. Umumnya, magnet lunak biasa digunakan untuk

memenuhi keperluan yang membutuhkan proses magnetisasi dan demagnetisasi

secara spontan ketika diberi arus. Adapun contoh perangkat yang memakai

magnet lunak adalah pada transformator, memory core, dan lain-lain[8].

2.2.4. Magnet Buatan

Magnet buatan meliputi hampir seluruh magnet yang ada sekarang ini.

Bentuk magnet buatan antara lain:

Magnet U

Magnet ladam

Magnet batang

Magnet lingkaran

Magnet jarum (kompas)

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

diamagnetik, bahan paramagnetik, bahan ferromagnetik, bahan anti

ferromagnetik, dan bahan ferrimagnetik [9].

2.3.1 Bahan Diamagnetik

Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomik dari

masing-masing atom/molekulnya adalah nol, tetapi medan magnet akibat orbit

dan spin elektronnya tidak nol. 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 atomik yang arahnya berlawanan

dengan medan magnet luar tersebut, seperti terlihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Arah domain dan kurva bahan diamagnetik

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.

2.3.2. Bahan Paramagnetik

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomik

masing-masing atomnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomik total

seluruh atomnya dalam bahan nol. Hal ini disebabkan karena gerakan atomnya

acak, sehingga resultan medan magnet atomik masing-masing atom saling

meniadakan. Di bawah pengaruh medan eksternal, bahan tersebut akan

mensejajarkan diri karena adanya torsi yang dihasilkan, seperti terlihat pada

Gambar 2.2. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang

menjadi terarah oleh medan magnet luar [9].

Gambar 2.2 Arah domain dan kurva bahan paramagnetik

Bahan ini jika diberi medan magnet luar, elektron-elektronnya akan

berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomiknya searah

dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen spin

yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini efek diamagnetik

(efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat

timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil. Dalam bahan ini hanya sedikit spin

elektron yang tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis.

2.3.3 Bahan Ferromagnetik

Bahan ferromagnetik mempunyai resultan medan magnet atomik 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 menimbulkan medan magnetik, sehingga medan magnet

total yang dihasilkan oleh satu atom menjadi lebih besar. 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, diperlihatkan pada Gambar 2.3 [9].

Gambar 2.3 Arah domain dan kurva bahan Ferromagnetik

Sifat bahan ferromagnetik biasanya terdapat dalam bahan ferit. Ferit

merupakan bahan dasar magnet permanen yang banyak digunakan dalam industri-

industrielektronika, seperti dalam loudspeaker, motor-motor listrik, dynamo dan

KWH-meter. Bahan-bahan ferromagnetik dapat dikategorikan menjadi dua bagian

yaitu:

a) Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik

lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau

generator, rilai (relay), peralatan sonar atau radar.

b) Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi

magnet tidak mudah kembali seperti semula disebut bahan magnetik keras,

bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen [9].

2.3.4. Bahan Anti Ferromagnetik

Bahan anti ferromagnetik adalah suatu bahan yang memiliki suseptibilitas

positif yang kecil pada segala temperatur, tetapi perubahan suseptibilitas karena

temperatur adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya adalah

sejajar tetapi berlawanan arah, diperlihatkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Arah domain dan kurva bahan Anti Ferromagnetik,

2.3.5 Bahan Ferrimagnetik

Bahan ferrimagnetik memiliki resisitivitas yang jauh lebih tinggi

dibanding bahan ferromagnet. Oleh karena itu ferrimagnet (ferrit) arus-eddy yang

terjadi pada bahan ini kecil. Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang

tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya,

diperlihatkan pada Gambar 2.5[9].

Gambar 2.5 Arah domain dan kurva bahan ferrimagnetik.

2.4. Barium Heksaferrite

Barium heksaferrite , disingkat BaFe, adalah senyawa kimia dengan rumus

BaFe12O19 atau BaO.6Fe2O3 . Bahan ini merupakan bahan ferrite yang tergolong

dalam komponen kartu strip magnetik dan subwoofer magnet. BaFe digambarkan

sebagai Ba2+(Fe3+)12(O2)19. Pusat Fe3+ yang ferromagnetik digabungkan. Teknologi

dari bahan ini biasanya dianggap sebagai aplikasi dari bidang terkait ilmu material

dan dasar kimia padat[10].

2.4.1. Struktur Kimia

Berbagai industri juga menggunakan "heksagonal ferrite" yang dikenal,

mengandung barium . Berbeda dengan struktur spinel biasa, material ini memiliki

kerangka heksagonal close-dikemas oksida, kecuali beberapa pusat oksigen yang

digantikan oleh ion Ba2+. Rumus untuk spesies ini termasuk BaFe12O19,

BaFe15O23 , dan BaFe18O27 . Dengan demikian, BaFe12O19 berhubungan dengan

Fe12O20 , dengan rumus empiris Fe3O4 , yaitu magnetit [10].

2.4.2. Struktur Kristal Barium Heksaferrite

Bahan magnet permanen barium heksaferit (BaO.6Fe2O3) telah sangat

dikenal dan banyak digunakan di industri maupun pada peralatan rumah tangga.

Pemanfaatan bahan barium heksaferit ini secara luas, didukung oleh harganya

yang murah, nilai koersivitas dan magnetisasi saturasi yang tinggi, serta

temperature transisi magnet (temperatur Curie,Tc) yang tinggi sekitar 750oC juga

sifat kimia yang stabil dan ketahanan terhadap korosi sangat baik[11].

Barium heksaferit (BaFe12O19) juga dikenal sebagai magnet permanen

dengan struktur Kristal heksagonal yang sesuai dengan space group P 63/mmc.

Seperti keluarga oksida lainnya, material ini memiliki sifat mekanik yang sangat

kuat dan tidak mudah terkorosi[12]. Pemakaian senyawa ini sebagai perekam

magnetik, divais gelombang mikro (microwave) dan absorber. Sangat diminati

sehingga banyak usaha dilakukan untuk memproduksi substitusi kation yang

mungkin ke dalam BaFe12O19 guna meningkatkan sifat magnetiknya.

Barium heksaferit (BaO.6Fe2O3) yang memiliki parameter kisi a = 5,8920

Å, dan c = 23,1830 Å. Gambar struktur Kristal barium heksaferit (BaO.6Fe2O3)

diperlihatkan pada Gambar 5 berikut;

Gambar 2.6 Struktur Kristal Barium Heksaferrit[12]

2.4.4. Aplikasi Barium Heksaferit

Barium heksaferit merupakan bahan yang sangat berlaku yang digunakan

di berbagai bidang industri saat ini. Materi yang terlihat di seluruh dunia dalam

aplikasi seperti item rekaman seperti kaset dan perangkat media lainnya, magnet

permanen, dan juga kartu strip magnetik (kartu kredit, kunci hotel, kartu ID).

Karena stabilitas materi, bahan ini menjadi sangat berkurang dalam ukuran,

membuat kerapatan densitas yang jauh lebih besar. Pada perangkat media akhir,

oksida acicular yang digunakan dalam menghasilkan nilai koersivitas yang

diperlukan untuk merekam. Meskipun dalam beberapa dekade barium heksaferit

telah menggantikan oksida acicular, tanpa dop-an, oksida acicular menghasilkan

nilai koersivitas sangat rendah, membuat bahan yang sangat lembut magnetis.

Barium heksaferit baru-baru ini telah mengambil alih oksida, menghasilkan

tingkat koersivitas jauh lebih tinggi yang membuat materi magnetis keras,

sehingga membuat ferrite yang lebih baik untuk bahan rekaman[10].

Gambar 2.7 Aplikasi Barium heksaferit antara lain digunakan dalam

tape drive dan floppy disk. Sumber:

http://en.wikipedia.org/wiki/Barium_ferrite

2.5. Cara Membuat Magnet

Secara umum, cara membuat magnet antara lain:

Digosok dengan magnet lain secara searah.

Induksi magnet.

Magnet diletakkan pada solenoida (kumparan kawat berbentuk tabung

panjang dengan lilitan yang sangat rapat) dan dialiri arus listrik searah

(DC).

Bahan yang biasa dijadikan magnet adalah besi. Besi lebih mudah untuk

dijadikan magnet daripada baja. Tapi sifat kemagnetan besi lebih mudah hilang

daripada baja. Oleh sebab itu, besi lebih sering digunakan untuk membuat

elektromagnet.

Sedangkan pembuatan magnet permanen khususnya untuk magnet ferrite

dilakukan dengan 2 cara, yaitu dengan cara isotropik dan secara anisotropik.

Kedua proses tersebut dilakukan dengan cara metalurgi serbuk, yaitu

mencampurkan atau mereaksikan beberapa oksida dalam bentuk serbuk dengan

beberapa tahapan proses-proses tertentu. Namun, bedanya kedua cara tersebut

akan menghasilkan produk dengan sifat magnet yang berbeda. Karena pembuatan

magnet dengan cara isotropik adalah pembuatan magnet yang dilakukan dengan

cara cetak kering (dry press) tanpa dilakukan orientasi partikel dengan medan

magnet. Sedangkan pembuatan magnet secara anisotropik adalah pembuatan

magnet yang dilakukan dengan cara cetak basah (wet press) dan umumnya

dilakukan dalam medan magnet sehingga partikel-partikel ferrite terorientasi[8].

Jadi, beda kedua cara tersebut hanya pada proses pencetakan magnetnya saja.

2.6. Sifat Mangan Oksida (MnO)

Mangan Oksida adalah suatu unsur kimia yang mempunyai nomor atom

25 dan memiliki melting point 1250 °C. MnO merupakan oksida logam transisi

yang memiliki anisotropi yang kuat, keras dan merupakan material yang bersifat

antiferomagnetik. Warnanya merah kehitam-hitaman dan memiliki sistem kristal

tetragonal [12].. Selain itu juga MnO memiliki daya hantar listrik yang baik. Berikut

ini struktur kristal dari MnO yang diperlihatkan pada Gambar 4.3.

Gambar 2.8 Struktur Kristal MnO [12].

2.6. Aluminium

Aluminium adalah logam ringan yang cukup penting peranannya dalam

kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam

sistem periodik unsur. Aluminium memiliki nomor atom 13 dan berat atom

26,9815 sma. Dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk

lapisan tipis oksida yaitu Al2O3 yang tahan karat. Aluminium bersifat amfoter

yang terkorosi dalam larutan asam maupun basa, tetapi pada pH 4-8 bersifat

stabil[13].

Di dalam dunia usaha logam, ada dua logam ringan yang digunakan secara

tersendiri : aluminium dan magnesium. Aluminium adalah logam yang paling

banyak digunakan setelah baja. Logam ini ditemukan pada tahun 1827 oleh

seorang kimiawan Jerman Friedrich Wohler. Aluminium umumnya ditemukan di

atas bumi dalam bentuk senyawa kimia, dan tidak pernah ditemukan dalam

keadaan murni.

Bahan dasar terpenting untuk pembuatan aluminium ialah bauksit, Bauksit

ditemukan dalam bermacam-macam warna, antara lain putih, merah, kuning dan

lainlain. Di Eropa, bauksit banyak ditemukan di Prancis Italia, Rusia dan

Hongaria. Bauksit juga banyak ditemukan di Afrika, Amerika, Asia, dan

Australia. Melalui proses elektrolisa diperoleh derajat kemurnian sebesar 99,8%.

Dari aluminium murni ini dihasilkan aluminium 99,998% melalui suatu

elektrolisa khusus (elektrolisa tiga lapis).

Beberapa sifat dari aluminium murni yaitu berat jenisnya rendah sekitar

2,7 kg/dm3, berwarna putih seperti perak, mengkilap, memiliki daya hantar panas

listrik yang baik, ketahanan karatnya tinggi. Aluminium menyelaputi diri di udara

dengan sebuah lapisan oksida (pelindung) yang tidak mudah dirusak. Aluminium

tidak tahan terhadap alkali dan asam. Karena kekerasannya rendah, aluminium

kurang baik untuk diubah bentuk dengan penyerpihan dan cederung untuk

melumas. Untuk ini diperlukan sudut serpih yang besar, kecepatan sayat yang

tinggi dan bahan pelumas yang cocok.

Aluminium sangat lunak dan mudah diregangkan sehingga mudah diubah

bentuk dalam keadaan dingin dan panas. Dengan penggilingan dapat dihasilkan

selaput setebal 0,004mm. Melalui pemartilan bahkan dapat dicapai ketebalan

0,0005mm. aluminium dapat disolder dan dilas begitu saja. Untuk ini diperlukan

bahan pelumer dan bahan las.

Aluminium tidak beracun dan tidak magnetis, merupakan reflektor

(pemantul balik) yang baik untuk panas, cahaya dan gelombang-gelombang

elektromagnetis. Di dalam elektroteknik, disamping berbagai macam paduan

aluminium dalam bentuk lembaran, pipa, batang, benda tuangan, dan profil untuk

bahan konstruksi dan sambungan, aluminium dipakai pula dalam jumlah besar

sebagai bahan penghantar aluminium. Dalam bentuk tali baja-aluminium

digunakan untuk transmisi tegangan tinggi dengan pembebanan mekanis tertinggi.

Kawat baja yang dilapis seng dan dipersatukan secara kokoh dengan aluminium

dapat menghasilkan penghantar arus yang memiliki ketahanan yang tinggi[13].

2.6.1. Sifat-sifat Aluminium

Dalam tiga dasawarsa terakhir ini aluminium telah menjadi salah satu

logam industri yang paling luas penggunaannya di dunia. Aluminium banyak

digunakan didalam semua sektor utama industri seperti angkutan, konstruksi,

listrik, peti kemas dan kemasan, alat rumah tangga serta peralatan mekanis.

Penggunaan aluminium yang luas disebabkan aluminium memiliki sifat-sifat yang

lebih baik dari logam lainnya seperti :

1. Ringan : memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau

tembaga dan karenanya banyak digunakan dalam industri transportasi

seperti angkutan udara.

2. Kuat : terutama bila dipadu dengan logam lain. Digunakan untuk

pembuatan produk yang memerlukan kekuatan tinggi seperti pesawat

terbang, kapal laut, bejana tekan, kendaraan dan lain-lain.

3. Mudah dibentuk dengan semua proses pengerjaan logam. Mudah dirakit

karena dapat disambung dengan logam/material lainnya melalui

pengelasan, brazing, solder, adhesive bonding, sambungan mekanis, atau

dengan teknik penyambungan lainnya.

4. Tahan korosi : sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan

yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur

kimia lainnya, baik di ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.

5. Konduktor listrik : setiap satu kilogram aluminium dapat menghantarkan

arus listrik dua kali lebih besar jika dibandingkan dengan tembaga. Karena

aluminium relatif tidak mahal dan ringan, maka aluminium sangat baik

untuk kabel-kabel listrik overhead maupun bawah tanah.

6. Konduktor panas : sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada

mesinmesin/ alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan

penghematan energi.

7. Memantulkan sinar dan panas : Dapat dibuat sedemikian rupa sehingga

memiliki kemampuan pantul yang tinggi yaitu sekitar 95% dibandingkan

dengan kekuatan pantul sebuah cermin. Sifat pantul ini menjadikan

aluminium sangat baik untuk peralatan penahan radiasi panas.

8. Non magnetik : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada

peralatan listrik atau elektronik, pemancar radio atau TV. dan lain-lain,

dimana diperlukan faktor magnetisasi negatif.

9. Tak beracun : dan karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri

makanan, minuman, dan obat-obatan, yaitu untuik peti kemas dan

pembungkus.

10. Memiliki ketangguhan yang baik : dalam keadaan dingin dan tidak

seperti logam lainnya yang menjadi getas bila didinginkan. Sifat ini sangat

baik untuk penggunaan pada pemrosesan maupun transportasi LNG

dimana suhu gas cair LNG ini dapat mencapai dibawah -150ºC.

11. Menarik : dan karena itu aluminium sering digunakan tanpa diberi proses

pengerjaan akhir. Tampak permukaan aluminium sangat menarik dan

karena itu cocok untuk perabot rumah (hiasan), bahan bangunan dan

mobil. Disamping itu aluminium dapat diberi surface treatment, dapat

dikilapkan, disikat atau dicat dengan berbagai warna, dan juga diberi

proses anodisasi. Proses ini menghasilkan lapisan yang juga dapat

melindungi logam dari goresan dan jenis abrasi lainnya.

12. Mampu diproses ulang-guna yaitu dengan mengolahnya kembali melalui

proses peleburan dan selanjutnya dibentuk menjadi produk seperti yang

diinginkan Proses ulang-guna ini dapat menghemat energi, modal dan

bahan baku yang berharga[13].

2.6.2. Kegunaan Aluminium

Aluminium banyak digunakan sebagai peralatan dapur, bahan konstruksi

bangunan dan ribuan aplikasi lainnya dimanan logam yang mudah dibuat, kuat

dan ringan diperlukan. Walaupun konduktivitas listriknya hanya 60% dari

tembaga, tetapi ia digunakan sebagai bahan transmisi karena ringan. Aluminium

murni sangat luna dan tidak kuat. Tetapi dapat dicampur dengan tembaga,

magnesium, silikon, mangan, dan unsur-unsur lainnya untuk membentuk sifat-

sifat yang menguntungkan.

Campuran logam ini penting kegunaannya dalam konstruksi pesawat

modern dan roket. Logam ini jika diuapkan di vakum membentuk lapisan yang

memiliki reflektivitas tinggi untuk cahaya yang tampak dan radiasi panas. Lapisan

ini menjaga logam dibawahnya dari proses oksidasi sehingga tidak menurunkan

nilai logam yang dilapisi. Lapisan ini digunakan untuk memproteksi kaca teleskop

dan kegunaan lainnya[13].

2.7. Alumina

Alumina merupakan persenyawaan kimia antara logam aluminium dengan

oksigen (Al2O3). Alumina ditemukan dialam 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 2050˚C dan spesifikasi grafity 3,4 - 4,0. Dalam industri peleburan

aluminium, alumina memegang 3 fungsi penting yaitu :

1. sebagai bahan baku utama dalam memproduksi aluminium.

2. sebagai insulasi termal untuk mengurangi kehilangan panas dari atas tungku

reduksi, dan untuk mempertahankan temperatur operasi.

3. melindungi anoda dari oksidasi udara.

Dalam pembuatannya, alumina dapat di buat dengan beberapa proses salah

satunya dengan proses bayer. Proses pembuatan alumina (Al2O3) dari bijih

bauksit dengan proses bayer. Proses bayer terdiri dari tiga tahap reaksi yaitu :

Proses Ekstraksi

Al2O3. xH2O + 2NaOH → 2NaAlO2 + (x+1)H2O

Proses Dekomposisi

2NaAlO2 + 4H2O → 2NaOH + Al2O3.3H2O

Proses Kalsinasi

Al2O3.3H2O + Kalor Al2O3 + H2O

Pada proses kalsinasi akan dihasilkan 2 jenis alumina, yaitu :

1) Alumina Sandy, yaitu alumina yang diperoleh dengan kalsinasi jika

operasi berlangsung pada temperatur rendah.

2) Alumina Fluory, yaitu alumina yang diperoleh dengan proses kalsinasi jika

operasi berlangsung pada temperatur tinggi[13].

2.8 Substitusi Mn pada Barium Heksaferrit

Barium Heksaferrit memiliki struktur yang berlapis-lapis. Substitusi pada

atom barium heksaferrit bertujuan untuk meningkatkan sifat magnetik dari barium

heksaferrit. Pengertian 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 magnetiknya lebih besar atau lebih

kecil,.

Pada tahun 2011 telah dilakukan penelitian tentang substitusi atom Ba

dengan atom Ba pada Barium Heksaferrit. Rumus molekulnya adalah Ba1-

xPbxFe12O19[14]. dengan nilai x adalah 0,1, 0.3, 0.5, dan 0.7. bahan dasar dicampur

sesuai dengan ukuran stokiometri, bahan dasar adalah Pb2O3, BaCO3 dan Fe2O3.

Bahan dicampur dan dimilling dengan rotary ball milling dengan kecepatan 90

rpm. Campuran kemudian dikeringkan pada suhu 500C. Kemudian bubuk

diberikan heat treatment pertama yaitu pra sintering 8000C selama satu jam.

Kemudian disintering pada suhu 10500C dan 11000C selama 2 jam.

Hasil XRD setelah disintering menunjukkan bahwa fasa yang terbentuk

adalah single phase. Hasil refrement permagraph juga menurun ketika konsentrasi

Pb bertambah.

Pada tahun 2003 ada penelitian yang dipublikasikan tentang barium

heksaferrit disubstitusi dengan atom Al[15]. Rumus molekulnya adalah BaFe12-

xAlxO19 dengan nilai x adalah 2, 4, 6, 8, dan 8. Bahan Ba, Fe dan Al dicampur

dengan perhitungan stokiometri dengan urea sebagai katalis. Reaksi dilakukan

pada bejana pada suhu 1800C selama 24 jam untuk membersihkan air pada sampel

kemudian sampel dikalsinasi pada suhu yang berbeda.

Hasil XRD setelah pengeringan didapatkan masih banyak barium karbonat

dan hematite yang belum bereaksi. Setelah dikalsinasi 8000C kembali dilakukan

uji XRD dan masih didapatkan bahwa peak yang muncul adalah barium karbonat

dan hematite. Setelah dikalsinasi pada suhu 10000C dilakukan uji XRD kembali

dan didapatkan fasa yang muncul barium carbonat dan alfa-ferrit. Setelah

dikalsinasi pada suhu 12000C kembali di uji XRD baru didapatkan single phase.

Pada tahun 2010 kembali dilakukan substitusi Fe dengan Aluminium pada

konsentrasi yang lebih kecil[16]. Rumus molekul yang digunakan adalah BaFe12-

xAlxO19 dengan nilai x adalah 0, 0.25, 0.5, 0.75 dan 1. Sintesis dilakukan dengan

pembakaran larutan semua precusor. Bahan dasar yang digunakan adalah barium

nitrat, ferrit nitrat serta aluminium nitrat. Semua bahan itu dilarutkan pada asam

sitrat dan dipanaskan pada 200-2500C. Hasil reaksi dikeringkan pada suhu 1000C

sampai sampel-sampel berbentuk jell. Setelah itu sampel disintering pada suhu

9000C selama 8 jam.

Hasil XRD menunjukkan bahwa sampel yang terbentuk adalah single

phase dengan ferrite sebagai fasa kedua. Parameter kisi a, b, cmenurun ketika nilai

x bertambah. Nilai densitasnya juga menurun.

Penelitian keduas barium heksaferrit disubstitusi dengan Mn pada bagian

Fe dilakukan pada tahun 2008[3]. Rumus molekul yang digunakan adalah BaFe12-

xMnxO19 dengan nilai x adalah 0, 0.5, 1.0, 1.5 dan 2.0. sampel dicampur dengan

metode High Ball Milling 300 rpm dari bahan dasar BaCO3, Fe2O3 dan Mn2O3.

Sampel dipanaskan pada suhu 10500C selama 2 jam dengan kenaikan suhu 51

C/menit.

Hasil XRD menunjukkan bahwa untuk x : 2 didapatkan sampel single

phase yaitu memiliki fasa yang sama dengan barium heksaferrit. Namun pada x: 0

(barium heksaferrit murni) didapatkan sedikit peak dari hematit. Dengan riefield

analysis didapatkan nilai parameter kisi a, b dan c. Nilai parameter kisi a dan b

cenderung tetap. Nilai parameter kisi c didapatkan menurun. Hal ini volume kisi

mengalami penyusutan.

Hasil pengukuran permagraph didapatkan nilai magnetisasinya semakin

besar ketika nilai x semakin besar. Nilai koersivitas semakin menurun ketika nilai

x semakin besar. Struktur elektronnya pada tiap lapisan hexagonal dengan

menggunakan mosbawer spectrocopy. Moscober spectrocopy dilakukan pada

temperatur ruang 300 K dan tempetur 80 K. Dari spectrocopy didapatkan bahwa

konsentrasi Mn meningkat pada lapisanplapisan tertentu dengan penambahan

atom aman. Ini menunjukkan bahwa atom Fe benar-benar tersubstitusi.

Sebagian besar hasil pengukuran sifat magnetik setelah disubstitusi

menurun dibandingkan sebelum substitusi. Pengurangan ini diakibatkan oleh nilai

magnet yang lebih kecil dari atom Fe yang disubstitusi.

2.9 Sifat-sifat Magnet

Sifat-sifat yang terdapat dalam benda magnetik antara lain adalah :

1) Induksi remanen (Br)

Induksi magnetik yang tertinggal dalam sirkuit magnetik (besi lunak)

setelah memindahkan/menghilangkan pengaruh bidang magnetik. Ketika arus

dialirkan pada sebuah kumparan yang melilit besi lunak maka terjadi orientasi

pada partikel-partikel yang ada dalam besi. Orientasi ini mengubah/

mengarahkan pada kutub utara dan selatan.

2) Saturasi Magnetisasi

Saturasi magnetisasi adalah keadaan dimana terjadi kejenuhan, nilai

medan magnet B akan selalu konstan walaupun medan eksternal H dinaikkan

terus. Remanensi bergantung pada saturasi magnetisasi. Untuk magnet

permanen saturasi magnetisasi seharusnya lebih besar dari pada soft magnet.

Kerapatan dari bahan ferit lebih rendah dibandingkan logam-logam lain

dengan ukuran yang sama. Oleh karenanya nilai saturasi dari bahan ferit relatif

rendah, hal ini menguntungkan untuk dapat dihilangkan. Nilai kerapatan ferit

dapat dilihat dalam daftar tabel 2.1, dan perbandingannya dengan material

megnetik yang lain.

3) Permeabilitas magnet (μ)

Daya hantar atau permeabilitas magnet (diberi lambang μ) merupakan

parameter bahan yang menentukan besarnya fluks magnetik. Bahan

feromagnetik memiliki permeabilitas yang tinggi.

μ= μ0 x μr (2.1)

dimana μo = 1,256 G.cm/A

Untuk bahan feromagnetik, permeabilitas relatif μr jenis bahan tersebut

lebih besar daripada 1. Permeabilitas dari beberapa media yang hendak diukur

pada prinsipnya adalah dengan menempatkannya dalam suatu kawat yang

lurus dan panjang atau dalam gulungan yang melingkar atau solenoida,

kemudian diukur resultan induksi kemagnetannya, sehingga diperoleh sebuah

tetapan baru μ dan diturunkan menjadi suseptibilitas relatif. Dengan nilai

suseptibilitas inilah maka akan dapat diketahui jenis bahan magnet[17].

4.) Gaya koersif (Hc)

Medan daya yang diperlukan untuk menghilangkan induksi remanen setelah

melalui proses induksi elektromagnetik. Pada besi lunak atau soft magnetic

alloys besarnya gaya koersif yang diperlukan lebih kecil daripada magnet

permanen.

5.) Koersivitas

Koersivitas digunakan untuk membedakan hard magnetic atau soft

magnetic. Semakin besar gaya koersivitasnya maka semakin tinggi sifat

magnetnya. Bahan dengan koersivitas tinggi berarti tidak mudah hilang

kemagnetannya. Untuk menghilangkan kemagnetannya diperlukan intensitas

magnet H yang besar. Magnetisasi bukan merupakan fungsi linier yang

sederhana dari rapat fluks karena nilai dari medan magnet H yang digunakan

dalam magnet permanen secara umum jauh lebih besar dari pada dalam bahan

soft magnet[11]. Kekuatan medan koersif dapat dilihat jelas menggunakan

diagram histerisis pada Gambar 2.16.

Koersivitas (H) adalah medan magnetik yang diperlukan untuk

menginduksi medan berkekuatan B dalam material. Setelah medan H

ditiadakan, dalam spesimen tersisa magnetisme residual Br, yang disebut

residual remanen, dan diperlukan medan magnet Hc yang disebut gaya

koersif, yang harus diterapkan dalam arah berlawanan untuk meniadakannya.

Magnet lunak mudah dimagnetisasi serta mudah pula mengalami

demagnetisasi, seperti tampak pada Gambar 16. Nilai H yang rendah sudah

memadai untuk menginduksi medan B yang kuat dalam logam, dan diperlukan

medan Hc yang kecil untuk menghilangkannya.

Gambar 2.9 (a) material magnetik lunak (b) material magnetik keras

Magnet keras adalah material yang sulit dimagnetisasi dan sulit di

demagnetisasi. Karena hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m2)

merupakan energi per satuan volume, luas daerah hasil integrasi di dalam loop

histerisis adalah sama dengan energi yang diperlukan untuk satu siklus

magnetisasi mulai dari 0 sampai +H hingga –H sampai 0. Energi yang dibutuhkan

magnet lunak dapat diabaikan, medan magnet keras memerlukan energi lebih

banyak sehingga pada kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan [18].

2.10 Metalurgi Serbuk

Metalurgi serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari

prosesmanufaktur 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:

1. Pencampuran (mixing).

2. Penekanan (kompaksi).

3. Pemanasan (sintering).

2.11 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[18].

Ada 2 macam pencampuran, yaitu:

1. Pencampuran basah (wet mixing)

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[19].

2.12 Penekanan (kompaksi)

Kompaksi merupakan proses pemadatan serbuk menjadi sampel dengan

bentuk tertentu sesuai dengan cetakannya. Ada 2 macam metode kompaksi, 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

[19].

2.13 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:

Temperatur (T)

Waktu

Kecepatan pendinginan

Kecepatan pemanasan

Atmosfer sintering

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 [19].

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. Gasyang 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 [19].

2.14 Karakterisasi dan Evaluasi Magnet Permanen

A. Particle Size Analyzer (PSA)

Particle Size Analyzer berfungsi menentukan ukuran partikel dan

distribusinya dari sampel yang representative. Distribusi ukuran partikel dapat

diketahui melalui grafik sebaran ukuran partikel yang dihasilkan. Ukuran

tersebut dinyatakan dalam jari-jari untuk partikel yang berbentuk bola.

Penentuan ukuran dan distribusi partikel dengan PSA dapat dilakukan dengan:

Difraksi sinar laser untuk partikel dari ukuran submicron sampai dengan

millimeter.

Counter particle untuk mengukur dan menghitung partikel yang berukuran

micron sampai dengan millimeter.

Penghamburan sinar untuk mengukur partikel yang berukuran mikro

sampai nanometer.

B. Densitas dan Porositas

Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material. Pengukuran

densitas yang dilakukan pada penelitian ini adalah true density dan bulk

density. True density 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.

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. 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[19].

C. 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.

Gambar 2.10Geometri sebuah Difraktometer sinar – X

Ada 3 komponen dasar suatu difraktometer sinar X yaitu:

Sumber Sinar X

(Bahan Uji)

Detektor sinar X

Ketiganya terletak pada keliling sebuah lingkaran yang disebut lingkaran

pemfokus. 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 - 2Ө sumber sinar X-nya tetap, dan detektor bergerak

melalui suatu jangkauan (range) sudut. Jejari (radius) lingkaran pemfokus

tidak konstan tetapi bertambah besar bila 2Ө berkurang. Range pengukuran

2Ө biasanya dari 00 hingga sekitar 1700.

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 refleksirefleksinya 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 sekitar suatu sumbu ψ (psi).

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[20].

D. Scanning Electron Microscope (SEM)

Berbicara tentang teknologi nano, maka tidak akan bisa lepas dari

mikroskop, yaitu alat pembesar untuk melihat struktur benda kecil tersebut.

Teknologi nano: teknologi yang berbasis pada struktur benda berukuran

nanometer, satu nanometer = sepermiliar meter. Tentu yang dimaksud disini

bukanlah mikroskop biasa, tetapi mikroskop yang mempunyai tingkat

ketelitian (resolusi) tinggi untuk melihat struktur berukuran nanometer. Oleh

sebab itu maka dibutuhkan SEM (Scanning Electron Microscope) untuk

morfologi dari sampel.

Fungsi mikroskop elektron scanning atau SEM adalah dengan membuat

terfokus balok halus elektron ke sampel. Elektron berinteraksi dengan sampel

komposisi molekul. Energi dari elektron menuju ke sampel secara langsung

dalam proporsi jenis interaksi elektron yang dihasilkan dari sampel.

Serangkaian energi elektron terukur dapat dihasilkan yang dianalisis oleh

sebuah mikroprosesor yang canggih yang menciptakan gambar tiga dimensi

atau spektrum elemen yang unik yang ada dalam sampel dianalisis. Ini adalah

rangkaian elektron yang dibelokkan oleh tumbukan dengan elektron yang

dihamburkan oleh sampel[21].

E. 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: electronic 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[22].