Chapter II 2

BAB 2

STUDI PUSTAKA

2.1. Magnet

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan 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), magnet- magnet 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.

2.1.1. Magnet Keramik

Keramik 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, mekanik dengan

memanfaatkan magnet keramik sebagai magnet permanen, dimana material ini dapat

menghasilkan medan magnet tanpa harus diberi arus listrik yang mengalir dalam sebuah

kumparan atau selonoida untuk mempertahankan medan magnet yang dimilikinya. Disamping

Universitas Sumatera Utara

itu, magnet permanen juga dapat memberikan medan yang konstan tanpa mengeluarkan daya

yang kontinu.

Bahan keramik bersifat magnetik umumnya merupakan golongan ferit, yang merupakan

oksida yang disusun oleh hematite ( α-Fe2O3 ) sebagai komponen utama. Bahan ini menunjukkan

induksi magnetik spontan meskipun medan magnet dihilangkan. Material ferit juga dikenal

sebagai magnet keramik, bahan ini tidak lain adalah oksida besi yang disebut ferit besi ( ferrous

ferrite ) dengan rumus kimia MO (Fe2O3 ) dimana M adalah Ba, Sr atau Pb dengan reaksi kimia

sebagai berikut :

6 Fe2O3 + SrCO3 SrO3 6 Fe2O3 + CO2

Ferit dapat digolongkan menjadi tiga kelas. Kelas pertama adalah ferit lunak, ferit ini

mempunyai formula MFe2O3, dengan M adalah Cu, Zn, Ni, Co, Fe, Mn, Mg dengan struktur

kristal seperti mineral spinel sifat bahan ini mempunyai permeabilitas dan hambatan jenis yang

tinggi, koersivitas yang rendah. Kelas kedua adalah ferit keras, ferit ini adalah turunan dari

struktur magneto plumbit yang dapat ditulis sebagai MFe2O3, dengan M adalah Ba, Sr, atau Pb.

Bahan ini mempunyai gaya koersivitas dan remanen yang tinggi dan mempunyai struktur kristal

heksagonal dengan momen-momen magnetik yang sejajar dengan sumbu c. Kelas ketiga adalah

ferit berstruktur garnet, magnet ini mempunyai magnetisasi spontan yang bergantung pada suhu

secara khusus. Strukturnya sangat rumit, berbentuk kubik dengan sel satuan disusun tidak kurang

dari 160 atom.( N. Idayanti dan Dedi, 2002)

Magnet keramik yang merupakan magnet permanen mempunyai struktur hexagonal

close-packed. Bahan yang sering digunakan dalam magnet keramik adalah barium heksaferit (

BaO.6Fe2O3). barium dapat juga digantikan bahan yang memnyerupai ( segolongan ) dengannya,

yaitu strontium (J.E. Thompson, 1968)

2.1.2. Magnet Logam

Besi bcc merupakan material magnetik paling terkenal. Ada juga magnet-magnet metalik

lain seperti Nd2Fe14B, Ni-Fe dan yang lainnya.


Setiap tahun diproduksi dan digunakan berton-ton produk besi magnetik dalam bentuk

lembaran untuk membuat inti transformator dan komponen motor. Untuk aplikasi ini magnet

harus lunak agar bisa merespon sumber daya 60 Hz. Magnet juga harus memiliki resistivitas

yang tinggi agar dapat mengurangi kehilangan arus eddy.

Magnet metalik akan menimbulkan kerugian besar apabila digunakan pada rangkaian

frekuensi tinggi karena perubahan yang cepat dari medan magnetik akan menimbulkan aliran

arus dan kehilangan I2R di dalam inti. Ini menyebabkan mengapa pada tranformator digunakan

lapisan-lapisan tipis. (Lawrence H. Van Vlack, 2004)

2.1.3. Magnet Lunak ( Soft 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 (Br) nol, hysteresis loss nol dan permeabilitas yang sangat

besar. Kurva histerisi bahan magnetik lunak ditunjukkan pada Gambar 2-1. Beberapa bahan

penting magnetik lunak diantaranya Fe, paduan Fe-Si, ferit lunak (MnZnFe2O4), besi silikon dll.(

Poja Chauhan, 2010)


Gambar 2-1. Kurva histerisis magnet lunak (soft magnetic). ( Poja Chauhan, 2010)

2.1.4. Magnet Keras (Hard magnetic)

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)

Bahan magnetik keras memiliki loop histeresis lebar karena magnetisasi yang kuat

yang ditunjukkan pada gambar 2-2.

Gambar 2-2. Kurva histerisis magnet keras (hard magnetic). ( Poja Chauhan, 2010)

.2.2. Sifat Kemagnetan Bahan

Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan, yaitu

diamagnetik, para magnetik dan ferromagnetik.

2.2.1. Diamagnetik

Diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau

molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol. (D. Halliday dan Resnick R, 1978)

Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan

diamagnetik dibalik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah


gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya

berlawanan. Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua

bahan bersifat diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. 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 diamagnetik adalah µ < µ0 dan

susepbtibilitas magnetiknya < 0. Contoh bahan diamagnetik yaitu bismut, perak, emas,

tembaga dan seng. ( J.D. Kraus, 1970)

2.2.2. Paramagnetik

Paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau

molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom atau molekul

dalam bahan nol (D. Halliday dan Resnick R, 1978)

. Hal ini disebabkan karena gerakan atom atau melekul acak, sehingga resultan medan

magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan. Bahan ini jika diberi medan magnet

luar, maka elektron 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. Pada bahan ini, efek diamagnetik ( efek timbulnya

medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya ) dapat timbul, tetapi pengaruhnnya

sangat kecil.

Permeabilitas bahan paramagnetik adalah µ > µ0, dan suseptibilitas magnetik bahannya

> 0. Contoh bahan paramagnetik yaitu aluminium, magnesium, wolfram dan sebagainya.

Bahan diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Perubahan

medan magnet dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi

kumparan toroida. ( J.D. Kraus, 1970)

2.2.3.Ferromagnetik


Ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar (D. Halliday

dan Resnick R, 1978). Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada

bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi

terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang

tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga totsl medan magnetik yang

dihasilkan oleh suatu atom lebih besar. Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan

ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan

sebahagian besar besar atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok.

Kelompok atom yang mensejajarkan dirinya dalam suatu daerah dinamakan domain.

Bahan ferromagnetik sebelum diberi medan magnet luar mempunyai domain yang momen

magnetiknya kuat, tetapi momen magnetik ini mempunyai arah yang berbeda-beda dari satu

domain ke domain yang lain sehingga medan magnet yang dihasilkan tiap domain saling

meniadakan.( Y. Surya dan Ananta, S. 1986)

Bahan ferromagnetik jika diberi medan magnet dari luar, maka domain-domain ini akan

mensejajarkan diri searah dengan medan magnet dari luar. Semakin kuat medan magnetnya

semakin banyak domain-domain yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam

bahan ferromagnetik akan semakin kuat. Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medan

magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi doamin yang disearahkan.

Keadaan ini dinamakan jenuh atau keadaan saturasi

Permeabilitas bahan ferromagnetik adalah µ >>> µ0 dan suseptibilitas bahannya > >>

0. Contoh bahan ferromagnetik yaitu : besi, baja, besi silikon dan lain-lain. Sifat kemagnetan

bahan ferromagnetik ini akan hilang pada temperatur yang disebut temperatur Currie.

Temperatur Currie untuk besi lemah adalah 7700, dan untuk baja adalah 1043

0C.( J.D. Kraus,

1970)

2.3. Metode Metalurgi Serbuk


Secara prinsip ada dua metode utama yang digunakan untuk membuat magnet. Pertama

menggunakan teknologi pengecoran atau pelelehan, dan yang kedua adalah dengan

menggunakan teknologi metalurgi serbuk. (A. Goldman, 1991)

Produksi magnet dengan teknologi pengecoran biasanya menghasilkan bahan magnet

yang lebih baik, tetapi dalam beberapa prosesnya memerlukan energi panas yang sangat besar

sehingga dipandang tidak efisien. Sedangkan produksi dengan teknologi metalurgi serbuk, meski

sifat magnet yang diperoleh bukan yang tertinggi, tetapi dalam pengerjaannya lebih mudah dan

lebih efisien. Dalam praktiknya, pembuatan magnet dengan cara kedua ini memerlukan bahan

dasar berupa serbuk yang berukuran sangat kecil, yaitu dalam orde micrometer ( 10-6

m). Ukuran

serbuk sekecil ini diperlukan agar komponen-komponen pembentuk bahan magnet dapat saling

berdeposisi ( bereaksi ) ketika bahan mengalami pemanasan ( kalsinasi ). Bagaimana dilakukan

oleh beberapa peneliti, penyediaan serbuk bahan magnetik yang halus biasanya dilakukan

dengan menggunakan mesin ball milling.(Ridwan, 2003)

2.4. Karakterisasi Material Magnet Permanen Barium Heksaferit

2.4.1. Sifat Fisis

1. Densitas

Salah satu sifat yang penting dari suatu bahan adalah densitas. Densitas didefenisikan sebagai

massa per satuan volum. Jika suatu bahan yang materialnya homogen bermassa m memiliki

volume v , densitasnya ρ adalah:

(defenisi densitas) (2-1)

Secara umum, densitas suatu bahan tergantung pada faktor lingkungan seperti suhu dan

tekanan.(Young D.Hugh,2000)

Dalam pelaksanaannya kadang-kadang sampel yang diukur mempunyai ukuran bentuk yang

tidak teratur sehingga untuk menentukan volumenya menjadi sulit, akibatnya nilai kerapatan

yang diperoleh tidak akurat. Untuk menentukan rapat massa (bulk density) dari suatu bahan

mengacu pada standar (ASTM C 373). Oleh karena itu untuk menghitung nilai densitas suatu


material yang memiliki bentuk yang tidak teratur (bulk density) digunakan metode Archimedes

yang persamaannya sebagai berikut:

(2-2)

Dimana :

ρ = Densitas sampel (g/cm3)

ρair = Densitas air (g/cm3)

= Massa sampel setelah dikeringkan di oven (g)

= Massa sampel setelah direndam 24 jam/direbus 1 jam (g)

= Massa kawat (g)

2. Porositas

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.

Untuk pengukuran porositas suatu bahan mengacu pada standar (ASTM C 373), khususnya

untuk material berpori.

Porositas suatu bahan pada umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka atau apparent

porosity, dan dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

(2-3)

Dimana:

P = Porositas (%)


= Massa sampel setelah dikeringkan di oven (g)

= Massa sampel setelah direndam 24 jam/direbus 1 jam (g)

Mg = Massa sampel basah ditimbang dalam air (g)

2.4.2. Sifat Mikrostruktur

1. XRD

Difraksi sinar-X merupakan suatu alat yang sangat berguna dalam analisis struktur kristal

suatu material. Keunggulan yang dimiliki dalam teknik ini adalah instrumennya modern dan

secara otomatis dapat diperoleh data yang cepat dan tepat. (B.D. Cullity, 1978)

Sinar-X diproduksi dengan cara penembakan target logam (anoda) dengan elektron

energi tinggi dari sebuah filamen yang dipanaskan dalam tabung Rontgen sinar-X seperti yang

terlihat pada gambar 4. Radiasi yang biasanya dihasilkan muncul dari jendela tipis yang terbuat

dari material berilium dan terdiri dari sebuah radiasi kontinu dengan pita yang lebar atau radiasi

putih yang dihasilkan oleh elektron dari filamen yang mengkonversikan energi kinetiknya pada

sinar-X pada saat menumbuk atom target anoda dan sejumlah garis-garis diskrit dengan

intensitas bervariasi yang disebut karakteristik radiasi yang merepretasikan pelepasan energi

dengan penyusun kembali orbit elektron dari atom target anoda yang diikuti penolakan satu atau

lebih elektron pada saat eksitasi.

Gambar 2.3 . Penampang tabung Rongen sinar-X (B.D. Cullity, 1978)


Gambar 2.4. Spektrum dari atom target anoda Cu tabung sinar-X (B.D. Cullity, 1978)

Gambar 5. menunjukkan skema geometri salah satu jenis difraktometer. Pertama sinar-X

dilewatkan pada kolimator untuk menghasilkan berkas paralel, jumlah divergensinya dikontrol

oleh ukuran celah divergensi yaitu celah divergensi besar (40) untuk sudut kerja tinggi sampai

celah divergensi kecil (1/120) untuk sudut kerja rendah. Berkas divergen kemudian diarahkan

pada sampel bergerak secara rotasi dengan kelajuatn tetap dalam derajat per menit. Bila bidang-

bidang mineral dalam sampel mencapai sudut yang sesuai, maka sinar-X akan didifraksikan

berdasarkan pada hukum Bragg berikut:

(2-4)

Dimana n adalah bilangan integer, adalah panjang gelombang sinar-X, d adalah spasi kisi

dalam angstrom, dan adalah sudut difraksi. Berkas terdifraksi kemudian melewati celah

penerima dan kolimator dan kemudian celah penghambur untuk mengurangi sinar-X terhambur

sebelum akhirnya masukj ke detektor. Sinyal yang dihasilkan oleh foton sinar-X pada detektor,

pertama-tama diperkuat dan kemudian direkam oleh peralatan elektronik untuk kemudian

ditampilkan di layar.


Gambar 2.5. Skema geometri difraktometer (B.D. Cullity, 1978)

2.4.3. Sifat Absorbsi terhadap Gelombang Mikro

Bahan penyerap gelombang mikro (MAM, Microwave Absorber Materials) ideal

memiliki nilai rugi refleksi maksimum (RLm, maximum Reflection Loss) ≤ -20 dB, rentang

frekuensi terserap yang lebar, densitas rendah, ringan, mudah desain, murah dan stabil terhadap

pengaruh lingkungan. Fe3O4 merupakan salah satu bahan penyerap gelombang mikro. (Mashuri,

2012)

Karakteristik penyerapan gelombang elektromagnetik dipengaruhi oleh permeabilitas,

permitivitas, resistivitas, konduktivitas, frekuansi dan tebal lapisan.

Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada RADAR. RADAR digunakan untuk mencari

dan menentukan jejak suatu benda dengan gelombang mikro dengan frekuensi sekitar 1010

Hz. (

Marlin R. Baidillah, 2008)

1. VNA (Vector Network Analyzer)

Network analyzer digunakan untuk mengukur karakteristik linear frekuensi radio (RF) dari

komponen dan perangkat.

Jaringan adalah istilah yang sering digunakan yang memiliki banyak definisi modern.

Sehubungan dengan network analyzer, network adalah sekelompok komponen listrik yang saling

berhubungan.


Gambar 2.6.

Transmisi (T) dan Refleksi (Г) Koefisien

Salah satu fungsi dari network analyzer adalah untuk mengukur impedansi ketidaksesuaian

antara dua komponen RF untuk memaksimalkan efisiensi daya dan integritas sinyal. Setiap kali

sinyal RF meninggalkan satu komponen dan memasuki lain disebut sebagai sinyal yang

dipantulkan dan ditransmisikan.

Incident wave (R)

Reflected wave (A) Transmitted wave (B)


Documents

Chapter II 2