Efek Tekanan terhadap Sifat Fisis dan Magnet Bahan Barium Heksaferit (BaO.6Fe 2 O 3 ) Komersial yang Dibuat dengan Metallurgi Serbuk

## Ramlan
Ramlan. Staf pengajar jurusan fisika Fakultas MIPA Universitas Sriwijaya Palembang
Intisari: Magnet permanen berbasis  Barium  Heksaferrit  (BaO.6Fe 2 O 3 )  merupakan  jenis  magnet  permanen popular karena memiliki sifat magnet yang baik dengan biaya produksi  yang rendah. Pada penelitian ini telah dilakukan  pembuatan  magnet  permanen  berbasis  Barium  Heksaferit  (BaO.6Fe 2 O 3 )  dari  bahan  baku    Barium Heksaferit komersial (China) dan dibuat dengan cara metallurgi serbuk. Proses pencetakan (kompaksi) dilaku- kan  secara  isotropik  (diameter  2  cm)    berbentuk  pellet  menggunakan hydraulic    jack    press dengan  tekanan kompaksi divariasi dari 100,150 dan 200 kgf/cm 2 . Massa total sampel dibuat  8 gram dan sebelum kompaksi dila- kukan proses granulasi menggunakan seluna 3% wt sebagai perekat. Sampel hasil kompaksi masing-masing dis- inter pada temperatur 1100 0 C selama 2 jam. Analisis yang dilakukan adalah analisis struktur dengan XRD, pengu- jian sifat fisis (susut bakar, densitas) dan sifat magnet (densitas fluks magnetik – Gauss). Dari hasil analisa pola XRD menunjukkan bahwa fasa dominan yang terbentuk adalah fasa Barium Heksaferit.  Hasil analisa sifat fisis dan sifat magnet didapatkan tekanan kompaksi yang relatif baik sebesar 200 kgf/cm 2 dengan susut bakar sebesar 9,7%, densitas sinter sebesar 4,97 gr/cm 3 dan densitas fluks magnetik sebesar  531,1 Gauss . Berdasarkan hasil pe- nelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa  susut  bakar  menurun  seiring  meningkatnya  tekanan  kompaksi,namun densitas sampel dan densitas fluks magnetik meningkat seiring meningkatnya tekanan kompaksi.
Kata kunci: magnet permanen , BaO.6Fe 2 O 3, tekanan, XRD, susut bakar, densitas, densitas fluks magnetik

## 1 PENDAHULUAN
agnet  merupakan  salah  satu  komponen  yang paling  banyak  digunakan  pada  saat  ini,  khu- susnya banyak dijumpai di bidang elektronika. Mag- net  memegang  peranan  penting  dalam  peralatan  – peralatan  elektronik  yang  pengembangannya  telah mulai digencarkan saat ini.
Magnet  permanen  berbasis  Barium  Heksaferrit (BaO.6Fe 2 O 3 )  merupakan  jenis  magnet  permanen popular karena memiliki sifat magnet yang baik den- gan biaya produksi  yang rendah. Barium Heksaferit (BaO.6Fe 2 O 3 ) menarik perhatian para peneliti kare- na peluang aplikasinya yang luas. Dilaporkan bahwa Barium  Heksaferit  (BaO.6Fe 2 O 3 )  sebagai  bahan magnet tidak dapat digantikan oleh bahan magnetik lainnya  karena  harganya  relatif  murah,  stabil  dan aplikasi yang luas seperti transformator, filter berkua- litas tinggi, sirkuit frekuensi tinggi, perangkat operasi, KWH-meter,motor  DC,  speaker,  dsb [1-4] .Sifat  fisik Barium  Heksaferit  dikontrol  oleh  kondisi  persiapan, komposisi  kimia,  suhu  dan  waktu,  serta  jenis  dan jumlah subtitusi bahan [5] .
Beberapa  keunggulan  lainnya  yang  dimiliki  oleh bahan  Barium  Heksaferit    diantaranya  adalah  ba- hannya  berlimpah  sehingga  mudah  didapatkan  ter- masuk di Indonesia. Dan juga memiliki nilai koersivi-
tas  dan  saturasi  magnet  yang  tinggi,  suhu  transisi magnet  T c (suhu  Curie)  yang  tinggi  pula  (450  – 750°C  )  sehingga  untuk  aplikasi  pada  suhu  relatif tinggi  dapat  digunakan  dengan  baik.  Disamping  itu juga  bahan  ini  memiliki  sifat  kimia  yang  stabil  dan tahan  korosi [6] .  Namun  kekurangannya  adalah  bah- wa  bahan  ini  memiliki  nilai  medan  koersivitas  dan medan  saturasi  yang  relatif  rendah [7] .Barium  Heksa- ferit    memiliki  struktur  kristal  heksagonal  dengan parameter  kisi a= 5.9033  Å, c= 23.239  Å, 𝛼 = 𝛽 = 90° dan 𝛾 = 120° dan Grup ruang ( space group ) : P 63/mmc [8] serta  sifat  fisis  seperti  densitas  (5,3  –  5,7 gr/cm 3 )  dan  titik  leleh    ( Melting  Point )  2400°F  atau 1315,6°C [9] .
Barium  Heksaferit  komersial  merupakan  Barium Heksaferit  yang  telah  diproduksi  secara  massal  dan telah diperjualbelikan secara umum. Barium Heksa- ferit produk komersial ini sangat baik, karena memi- liki  beberapa  keunggulan  terutama  dari  segi  bahan dan  sifat  magnet  yang  dihasilkan.  Bahan  ini  dibuat dengan dengan teknologi yang sangat canggih den- gan  produksi  skala  industri.  Sehingga  terkadang  di- temukan  beberapa  unsur  lain  didalam  bahan  ko- mersial ini, misalnya strontium, silicon, mangan, dan lain sebagainya. Namun tetap, secara analisis bahan baku utama yang dipakai adalah Barium dan oksida besi.
M
Dewasa  ini,  pembuatan  magnet  permanen  khu- susnya untuk magnet ferrite dilakukan  dengan 2 ca- ra, yaitu dengan cara isotropik dan cara anisotropik. Kedua proses tersebut dilakukan dengan cara meta- lurgi serbuk, yaitu mencampurkan atau mereaksikan beberapa oksida dalam bentuk serbuk dengan bebe- rapa  tahapan  proses-proses  tertentu  yang  sangat ketat.  Pembuatan  magnet  dengan  cara  isotropik adalah  pembuatan  magnet  yang  dilakukan  tanpa dilakukan  orientasi  partikel  dengan  medan  magnet. Sedangkan  pembuatan  magnet  secara  anisotropik adalah  pembuatan  magnet  yang  dilakukan  dengan orientasi  dalam  medan  magnet  sehingga  partikel- partikel ferrite terorientasi dan menjadi searah [10] .
Metalurgi  serbuk  merupakan  salah  satu  teknik produksi dengan menggunakan serbuk  sebagai ma- terial awal sebelum proses pembentukan. Prinsip ini adalah  memadatkan  sebuk  logam  menjadi  bentuk yang  dinginkan  dan  kemudian  memanaskannya    di bawah  temperatur  leleh.  Sehingga  partikel-partikel logam  memadu  karena  mekanisme  transportasi massa akibat difusi atom antar permukaan partikel.
Metode  metalurgi    serbuk  memberikan  kontrol yang  teliti  terhadap  komposisi  dan    penggunaan campuran yang tidak dapat difabrikasi dengan pros- es lain. Sebagai ukuran ditentukan oleh cetakan dan penyelesaian akhir ( finishing touch ). Proses metalurgi serbuk  adalah  merupakan  proses  pembuatan  pro- duk  dengan  menggunakan  bahan  dasar  dengan bentuk serbuk yang kemudian di sinter yaitu proses konsolidasi  serbuk  pada    temperatur  tinggi  yang  di dalamnya  termasuk  juga  proses  penekanan  atau kompaksi [11] .
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  pembuatan magnet  permanen  berbasis  Barium  Heksaferit  dari bahan  komersial  (China).  Proses  pembuatannya  di- lakukan  dengan cara  metalurgi serbuk, yaitu proses pembuatan  produk  dengan  menggunakan  bahan dasar serbuk dengan melewati proses-proses berikut; Preparasi  material, Milling ,  Pengeringan,  Pemana- san,  Pengayakan,  Penekanan  (kompaksi),  Pemana- san ( sintering ), dan Magnetisasi.
Pada proses kompaksi, tekanan kompaksi divaria- si,  dengan  tujuan  agar  terlihat  pengaruh  tekanan terhadap produk hasil akhir magnet permanen yang dihasilkan.  Penelitian  ini  dilakukan  bertujuan  untuk mengetahui  efek  atau  pengaruh  tekanan  kompaksi terhadap  sifat  fisis  (susut  bakar,densitas)  dan  sifat magnet  ( flux  density )  pada  bahan  serbuk    Barium Heksaferit komersial (China) yang dihasilkan setelah menjadi produk akhir magnet permanen.

## 2 METODOLOGI PENELITIAN

## Preparasi bahan
Pada  penelitian  ini  terlebih  dahulu  yang  dilakukan adalah  preparasi  bahan.  Bahan  baku  yang  diguna- kan dalam penelitian ini adalah serbuk Barium Hek- saferit  komersial  (China).  Bahan  baku  tersebut  di- timbang dengan total massa 100 gram, lalu di milling secara basah ( wet milling ) menggunakan Ball Milling dengan kecepatan normal speed 300 rpm selama 24 jam  menggunakan  media  pelarut  Aquades. Milling dilakukan  agar  didapatkan  ukuran  partikel  yang  le- bih kecil dan homogen.
Tabel  1  merupakan  hasil  pengujian  XRF  Barium heksaferit komersial (China). Hasil pengujian ini san- gat  penting  mengingat  perlu  diketahuinya  unsur- unsur yng berada dalam bahan baku komersial ter- sebut,  sehingga  analisa  hasil  dapat  dihubungkan dengan data tersebut.
Tabel 1. Data XRF Barium Heksaferit bahan komersial (China).
Element Analysis  Test Result Barium (Ba) 12,30 % Strontium (Sr) 2,38 % Silicon (Si) 2,31 % Iron (Fe) 81,85 % Titanuim (Ti) 1,16 %
Setelah  d imilling bahan  baku  dikeringkan  meng- gunakan Oven dengan  temperatur 150°C selama 24 jam. Setelah kering,serbuk dipanaskan pada tempe- ratur 1000°C dengan holding time 2 jam mengguna- kan Thermolyne dengan  kecepatan heat  rate 3°C/menit. Pemanasan dilakukan untuk memurnikan beberapa  unsur  pengotor  yang  terdapat  dalam  Ba- rium  Heksaferit  komersial  tersebut  (lihat  Tabel  1). Serbuk hasil pemanasan di analisa XRD untuk men- getahui kondisi fasa dan komposisi struktur yang ter- dapat dalam bahan tersebut.

## Pembuatan Magnet Permanen Barium Heksaferit
Pada  tahap  pembuatan  magnet  Barium  Heksaferit, serbuk  Barium  Heksaferit  yang  telah  terbentuk  di- ayak  hingga  lolos  400  mesh.  Sebelum  dicetak  ber- bentuk pellet, pada serbuk ditambahkan seluna WE– 518  sebagai  perekat  serbuk  sebanyak  3%  dari  total massa sampel dan digranulasi  hingga rata.
Proses  pencetakan  (kompaksi)  dilakukan  secara isotropik  (diameter  2  cm)    berbentuk  pellet  meng- gunakan hydraulic  jack  press dengan tekanan kom- paksi  divariasi  dari  100,150  dan  200  kgf/cm 2 . Massa
total sampel dibuat  8 gram. Sampel hasil kompaksi di sintering pada  temperatur  1100°C  ditahan  2  jam untuk  proses  pemadatan. Sintering dilakukan  den- gan  menggunakan Thermolyne dengan  kecepatan heat rate 3°C/menit.
Setelah proses pemadatan selesai dan sampel su- dah  mengalami  penyusutan,  tahap  akhir  yang  dila- kukan  adalah  magnetisasi  sampel.  Magnetisasi  dila- kukan bertujuan untuk memberikan medan  magnet luar  kepada  sampel  sehingga  sampel  betul-betul menjadi  magnet  permanen.  Magnetisasi  dilakukan menggunakan  alat Impulse  Magnetizer  K-Series Dr.Streingroever GmbH.

## Karakterisasi
Karakterisasi  sampel  dilakukan  untuk  mengetahui pengaruh  tekanan  kompaksi  terhadap  sifat  fisis  dan sifat  magnet  sampel  Barium  Heksaferit  yang  dibuat. Sifat  fisis  yang  dikarakterisasi  yaitu  susut  bakar  dan densitas sampel.
Susut  bakar  merupakan  perubahan  dimensi  fisis sampel  sebelum  dan  setelah  sintering.  Persamaan yang digunakan sebagai berikut;
𝐷 𝑠 = 𝑑 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑙𝑢𝑚 − 𝑑 𝑠𝑒𝑡𝑒𝑙𝑎 ℎ 𝑑 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑙𝑢𝑚 𝑥100%
Dimana 𝐷 𝑠 merupakan  susut  bakar  sampel  dan d merupakan diameter sampel.
Densitas merupakan massa jenis sampel. Densitas teori dari Barium Heksaferit adalah 5,3 – 5,7 gr/cm 3 . Pengukuran densitas sampel dilakukan dengan pen- gukuran densitas  ruah  ( bulk density ) dengan prinsip Archimedes  density .  Persamaan  yang  digunakan  un- tuk pengukuran densitas  sampel adalah sebagai be- rikut;
𝜌 𝑠 = 𝑚 𝑎 𝑚 𝑎 − 𝑚 𝑤 𝑥𝜌 𝑤
Dengan 𝑚 𝑎 , 𝑚 𝑤 , 𝜌 𝑠 , dan 𝜌 𝑤 beturut-turut  adalah massa sampel kering  di udara, massa  sampel basah dalam air, densitas sampel, dan densitas air. Pengu- kuran  densitas  dilakukan  menggunakan  alat  neraca densitas digital.
Sementara  itu,  sifat  magnet  yang  dikarakterisasi adalah  densitas  fluks magnetik ( flux density ) dengan menggunakan alat Gaussmeter.
Runtutan proses lengkap penelitian ini dibuat da- lam diagram alir penelitian berikut;
Gambar 1. Diagram alir penelitian

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN

## Analisa XRD
Gambar 2 memperlihatkan pola  diffraksi sinar-X ba- han  baku  Barium  Heksaferit  bahan  komersial  (Chi- na) original dan Barium Heksaferit bahan komersial (China)  yang  telah  dipanaskan  pada  temperatur 1000°C ditahan 2 jam.
Hasil  XRD pattern Gambar  2(a)  menunjukkan bahwa Barium Heksaferit komersial (China) original fasa  dominan  yg  terbentuk  merupakan  fasa  Barium Heksaferit, walaupun data XRF memperlihatkan ada beberapa  unsur  pengotor  yang  konsentrasinya  di- bawah  5%.    Sedangkan  hasil  XRD pattern Barium Heksaferit bahan komersial (China) yang dipanaskan pada  temperatur  1000°C  ditahan  2  jam  memperli- hatkan  fasa  dominan  yang  terbentuk  juga  Barium Heksaferit. Namun, pada Gambar 2(b) terjadi penu- runan intensitas yang diakibatkan karena proses pe- manasan kepada sampel tersebut.
Gambar 2. Hasil pola XRD Barium Heksaferit; (a). Original, (b). pemanasan pada temperatur 1000°C ditahan 2 jam.

## Pengaruh tekanan kompaksi terhadap si- fat fisis sampel (susut bakar)
Gambar 3 memperlihatkan pengaruh tekanan kom- paksi terhadap susut bakar sampel. Susut bakar dihi- tung dari perubahan  dimensi (diameter) sampel  se- belum  dan  setelah  sintering.  Bardasarkan  Gambar terlihat bahwa susut bakar menurun seiring dengan meningkatnya tekanan kompaksi.
Hal  tersebut  dikarenakan  tingkat  kepadatan kompaksi.  Tekanan  kompaksi  yang  rendah  cende- rung menghasilkan susut bakar yang tinggi atau be- sar.  Sedangkan  tekanan  kompaksi  yang  tinggi  cen- derung  menghasilkan  susut  bakar  yang  rendah.  Ka- rena  pada  proses sintering akan  mengalami  proses densifikasi (pemadatan sampel).
Densifikasi  akan  membuat  sampel  akan  lebih kompak  dengan  densitas  yang  tinggi.  Maka  proses penyusutan pun akan menjadi besar jika proses den- sifikasi terjadi pada tekanan yang rendah. Dan begi- tu  pula  sebaliknya  proses  penyusutan  akan  menjadi kecil  jika  proses  densifikasi  terjadi  pada  tekanan yang lebih tinggi. Oleh karena itu, jarak antar parti- kel serbuk yang akan mempengaruhi besar kecilnya penyusutan sampel setelah proses sintering.
Gambar 3. Hubungan tekanan kompaksi terhadap susut bakar sampel magnet BaO.6Fe 2 O 3

## Pengaruh tekanan kompaksi terhadap si- fat fisis sampel (densitas)
Gambar 4 memperlihatkan pengaruh tekanan kom- paksi  terhadap  densitas  sampel.  Berdasarkan  gam- bar  terlihat  bahwa  densitas  sampel  meningkat  seir- ing dengan meningkatnya tekanan kompaksi.
Hal  tersebut  dikarenakan  perbedaan  tingkat  ke- padatan  dan  kekompakan  sampel.  Sampel  yang  di- kompaksi dengan tekanan  yang tinggi akan jauh le- bih  kompak  dengan  sampel  yang  dikompaksi  den- gan tekanan yang lebih kecil. Ditambah juga dengan proses  densifikasi  pada sintering .  Sampel  dengan tekanan kompaksi yang lebih tinggi akan bertambah kompak  lagi  jika  pada sintering telah  terjadi  proses densifikasi.  Begitu  pula  sebaliknya.  Sehingga  dida- patkan  densitas  atau  tingkat  kerapatan  sampelnya yang  mengalami  peningkatan  dan  jauh  lebih  besar dari pada densitas sampel dengan tekanan kompaksi yang lebih rendah.
Gambar 4. Hubungan tekanan kompaksi terhadap densitas sampel magnet Barium Heksaferit (BaO.6Fe 2 O 3 ).

## Pengaruh tekanan kompaksi terhadap densitas fluks magnetik
Gambar 5 memperlihatkan pengaruh tekanan kom- paksi  terhadap  densitas  fluks  magnetik  ( flux  density ) sampel.  Berdasarkan  Gambar  terlihat  bahwa  besar- nya nilai densitas fluks magnetik juga meningkat seir- ing dengan meningkatnya tekanan kompaksi.
Hal ini dapat dimengerti, karena pengaruh densi- tas fisis sampel juga akan mempengaruhi besar sifat magnetnya ( lihat Gambar 4). Semakin tinggi tingkat kerapatan  suatu  sampel  maka  akan  menghasilkan sifat magnet yang lebih baik juga. Karena jika sampel semakin  rapat  dan  padat,  maka  jarak  antar  partikel akan  semakin  dekat,  sehingga  interaksi  antar  do- main-domain  magnet  pada  tiap-tiap  partikelnya akan semakin kuat.
Gambar 5. Hubungan tekanan kompaksi terhadap densitas fluks magnetik ( flux density ) sampel magnet Barium Heksa- ferit (BaO.6Fe 2 O 3 ).

## 4 KESIMPULAN
Dari  analisa  hasil  penelitian  dan  pembahasan  yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan;
1. Efek  tekanan  kompaksi  berpengaruh  terhadap besar  kecilnya  penyusutan  sampel  setelah  di sin- tering pada  temperatur  yang  tetap.  Susut  bakar menurun seiring meningkatnya tekanan kompak- si.
2. Efek  tekanan  kompaksi  juga  berpengaruh  terha- dap besar kecilnya nilai densitas fisis (densitas sin- ter)  dan  densitas  fluks  magnetik  sampel  setelah
di sintering pada  temperatur  yang  tetap.  Densitas sinter  dan densitas  fluks  magnetik sampel  me- ningkat seiring meningkatnya tekanan kompaksi.
3. Dari hasil analisa sifat fisis dan sifat magnet dida- patkan  tekanan  kompaksi  yang  relatif  baik  sebe- sar 200 kgf/cm 2 dengan susut bakar sebesar 9,7%, densitas  sinter  sebesar  4,97  gr/cm 3 dan  densitas fluks magnetik sebesar  531,1 Gauss .
REFERENSI _____________________________
[1] Zhang, Qingmei, dkk. 2011. Preparation of  - Fe 2 O 3 /Ni 2 O 3 /FeCl 3 Composite Nano-particles by Hydro- thermal Process Useful for Ferrofluids . Hindawi Publishing Corporation Smart Materials Research Volume 2011, Ar- ticle ID 351072
[2] Feni A Ilmi, Yudyanto, Nandang M. 2013. Sintesis BaFe 12 O 19 Dengan Metode Kopresitasi Dengan Variasi Jumlah Barium Klorida dan Metode Reaksi Padatan Berbasis Pasir Besi Lokal dan Karakterisasinya. Paper Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang.
[3] Rashad M. M, dkk. 2006. Efect of Fe/Ba Mol Ratio and Surface –Active Agents on the Formation and Magnet- ic Properties of Co-presipitated Barium Hexaferrite.
Journal of Alloy and Compounds 453 (2008) 304-308
[4] Novrita, Idayanti.2003. Karakterisasi Magnet Ferrite E- core Untuk Aplikasi Power Supply AC to DC (220 volt AC to 48 volt DC). Bandung:LIPI
[5] Costa M. M, G.F.M. Pires Junior, A.S.B. Sombra. 2010. Dielectric and impedance properties’ Studies of the lead doped (PbO)-Co 2 Y type hexaferrite (Ba 2 Co 2 Fe 12 O 22 (Co 2 Y)) . International Jo-urnal of Mate- rials Chemistry and Physics, 123, pp 35–39.
[6] Alexandre R. Buenoa, Maria L.Gregorib, Maria C.S.No’Bregac. 2008 .Journal Of Magnetism and Mag- netic Materials 320 (2008) 864 – 870.
[7] Estevez Rams, R.Martinez Garcia, E.Reguera, H.Montiel Sanchez, H.Y.Madeira. 2000. Journal Physic and Application Material Physic. 33. 2708-    2715.
[8] Obradors X, et.all. 1985.X-Ray Analysis of the structural and dynamic properties of BaFe 12 O 19 hexagonal ferrite at room temperature. Journal of Solid state Chemistry 56, 171-181 (1985).
[9] Relva C, 1986, Ceramic Materials for Electronics, Processing, Properties, and Application , New York.
[10] Novrita I, Dedi. 2003. Pembuatan Magnet Barium Hek- saferit Anisotrop. Jurnal Sains Materi Indone- sia ,Vol.5,No.1,Oktober 2003, hal: 34-38. ISSN :1411- 1098.
[11] Nayiroh, Nurun. 2013. Metalurgi Serbuk . Paper peneli- tian material . Bandung.LIPI _____________________