Top Banner
PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM ALUMINA FERRITE (CaAl 4 Fe 8 O 19 ) SEBAGAI BAHAN KERAMIK MAGNETIK Diajukan untuk memenuhi persyaratan akademik dalam menempuh ujian sarjana strata satu Program Studi Teknik Material ITB Oleh : MAHETSA MUKHTI 13703016 PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
16

PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

Feb 06, 2018

Download

Documents

phungtu
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

PREPARASI DAN KARAKTERISASI

SERBUK CALCIUM ALUMINA FERRITE (CaAl4Fe8O19)

SEBAGAI BAHAN KERAMIK MAGNETIK

Diajukan untuk memenuhi persyaratan akademik dalam menempuh ujian

sarjana strata satu Program Studi Teknik Material ITB

Oleh :

MAHETSA MUKHTI

13703016

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2008

Page 2: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN dan DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JL. GANESHA 10 BANDUNG 40132 TELP/FAX : 022-2508144

LEMBAR PENGESAHAN

Tugas Akhir

PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM ALUMINA

FERRITE (CaAl4Fe8O19) SEBAGAI BAHAN KERAMIK MAGNETIK

Diajukan untuk memenuhi persyaratan akademik dalam menempuh ujian sarjana

strata satu Program Studi Teknik Material ITB

Oleh :

Mahetsa Mukhti

13703016

Mengetahui dan Menyetujui

Dr. Ir. Bambang Sunendar NIP. 131471326

Page 3: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN dan DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JL. GANESHA 10 BANDUNG 40132 TELP/FAX : 022-2508144

TUGAS SARJANA

Diberikan kepada : Mahetsa Mukhti

Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Bambang Sunendar

Jangka Waktu Penyelesaian : 6 (Enam) bulan

Judul : Preparasi dan Karakterisasi Serbuk Calcium

Alumina Ferrite (CaAL4Fe8O19) Sebagai Bahan

Keramik Magnetik

Tujuan Penelitian : 1. Mempelajari pembuatan serbuk CaAl4Fe8O19

dengan metode milling dan kalsinasi

(Conventional ceramic powder preparation).

2. Mengetahui pengaruh temperatur pembakaran

dan medium kalsinasi serbuk terhadap

karakteristik morfologi dan sifat magnet

serbuk CaAl4Fe8O19.

Bandung, Februari 2008

Pembimbing

Dr. Ir. Bambang Sunendar NIP. 131471326

Page 4: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

Pengetahuanku tentang diriku atau tentang apapun amat terbatas

Sedangkan pengetahuan Allah menyelimuti segalanya, Dia tahu awal, akhir dan segala-galanya.

”Dan Ketahuilah bersama kesabaran ada kemenangan, Bersama kesusahan ada jalan keluar,

Dan bersama kesulitan ada kemudahan.” (Al-Hadits)

Page 5: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

Dedicated for my family; my father, mother,

brothers and sister...

Page 6: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

ABSTRAK

CaAl4Fe8O19 merupakan suatu solid solution yang tidak umum digunakan

didalam material magnetik karena adanya penambahan unsur Ca yang biasa

digunakan didalam bioceramic sebagai drug delivery maupun identifikasi sel

kanker. Serbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation

dengan dengan proses milling dan kalsinasi campuran tiga oksida CaO, Al2O3,

dan Fe2O3 dengan perbandingan 1:2:4. Variabel yang dilihat adalah temperatur

kalsinasi dan atmosfir kalsinasi yaitu diudara dan dengan kondisi vakum.

Selanjutnya dilakukan karakterisasi menggunakan DTA, XRD, SEM, EDS, DTA,

dan pengujian magnetisasi menggunakan permagraph magnetometer. Secara

keseluruhan dapat diketahui bahwa solid solution ini memiliki struktur hexagonal

magnetoplumbite dengan bentuk plate like hexagonal dan parameter latis a=

0.583nm dan c= 2.214 nm. Sifat magnet mirip paramagnetik pada temperatur

kamar.

Kata kunci : Ca(Al,Fe)12O19, Magnetoplumbite, Paramagnetic, Plate like

Hexagonal, Magnetocrystalline anisotropy.

i

Page 7: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

ABSTRACT CaAl4Fe8O19 is not common solid solution of magnetic material due to

addition of Calcium element that is known in biomaterials as drug delivery or

cancer cell identify. This Compound prepared by conventional ceramic powder

preparation with three oxides as raw material CaO, Al2O3 and Fe2O3 with molar

ratio 1: 2: 4 then the mixed powder is milled and calcined. Variable in the

experiment is temperature and the medium of calcinations in air and vacuum.

Then the powder characterized using DTA, XRD, SEM, EDS, DTA and

magnetization test using Permagraph Magnetometer. In general, it was found to

have hexagonal magnetoplumbite with plate like hexagonal structure and lattice

parameter a= 0.583nm and c= 2.214 nm and magnetic properties resembles

paramagnetic at room temperature

Keywords : Ca(Al,Fe)12O19, Magnetoplumbite, Paramagnetic, Plate like

Hexagonal, Magnetocrystalline anisotropy.

ii

Page 8: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena atas berkat dan

karuniaNya tugas akhir ini dapat terselesaikan.

Tugas Akhir yang berjudul Preparasi dan Karakterisasi Serbuk

Calcium Alumina ferrite (CaAl4Fe8O19) Sebagai bahan Keramik Magnetik ini

ditulis untuk memenuhi syarat akademis dalam menyelesaikan tahap S-1 di

Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. Ir. Bambang Sunendar Purwasasmita selaku dosen pembimbing,

atas bimbingan saran dan nasehatnya yang sangat berguna bagi penulis.

2. Bapak Dr. Ir. Husaini Ardy Selaku dosen wali.

3. Bapak Dr. Ir. Aditianto Ramelan yang telah banyak membantu penulis dengan

nasehat beliau selama kuliah di Teknik Material ITB.

4. Seluruh dosen pengajar Program Studi Teknik Material ITB

5. Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak Maskun, Pak Akhmadi,

Pak Tatang).

6. Seluruh staf Program Studi Teknik Material ITB (Mba Iis, Mba Titin, Mba

Wiwi, Pak Idrus)

7. Seluruh Teknisi Lab. Proses Material Fisika teknik, khususnya pak rosyid

yang telah banyak membantu penulis dalam melakukan penelitian.

8. Puspiptek LIPI Serpong Tangerang, khususnya Bapak Taufikurrahman yang

telah banyak membantu penulis dalam melakukan proses Milling serbuk.

9. Seluruh staf dan karyawan Telkoma-LIPI, Bandung (khususnya Bu Novi dan

Pak Ijan) yang turut membantu kelancaran penelitian yang penulis lakukan.

10. Bapak Purwo dan Bapak Wikanda dari PPGL atas bantuannya dalam proses

karakterisasi material.

11. Teman – Teman Padepokan aa Muhandis; Bastian, Dhanial, Rudi, Reza,

Dimas, Wadi, Didi, Rizaldi, Aconk, dan Batu.

12. Teman-Teman Material angkatan 2002, 2004, 2005, 2006 dan khususnya

angkatan 2003 yang tidak disebut namanya

iii

Page 9: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

13. Teman-teman satu bimbingan atas kerjasama dan bantuannya yang sangat

berharga.

14. Anak-anak MFC dan Unesco.

15. Keluarga Kompak

16. Untuk Ayahanda, Ibunda, Kakak dan Adik. Terima Kasih atas seluruh

kasih sayang dan perhatian yang telah diberikan selama ini.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam tulisan ini,

namun penulis berharap agar tulisan yang terbatas ini dapat bermanfaat bagi

semua pihak yang berkepentingan

Bandung, Februari 2008

Penulis

iv

Page 10: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

DAFTAR ISI

ABSTRAK................................................................................................................i

ABSTRACT ............................................................................................................ii

KATA PENGANTAR............................................................................................iii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR............................................................................................viii

DAFTAR TABEL ................................................................................................... x

DAFTAR LAMPIRAN ..........................................................................................xi

BAB I PENDAHULUAN............................................................................. 1

1.1 Latar Belakang............................................................................. 1

1.2 Tujuan Penelitian ......................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah .......................................................................... 2

1.4 Metodologi Penelitian.................................................................. 2

1.5 Sistematika Penulisan .................................................................. 2

BAB II DASAR TEORI ................................................................................. 4

2.1 Material Magnetik ....................................................................... 4

2.1.1 Momen Magnet................................................................... 4

2.1.2 Magnetization ..................................................................... 5

2.1.3 Induksi magnetik ................................................................ 5

2.1.4 Susceptibility dan Permeability .......................................... 5

2.1.5 Domain Dan Hysteresis ...................................................... 6

2.1.6 Magnetocrytalline Anisotropy .......................................... 10

2.2 Klasifikasi Material Magnetik ................................................... 10

2.2.1 Diamagnetik...................................................................... 11

2.2.2 Paramagnetik .................................................................... 12

2.2.3 Feromagnetik .................................................................... 12

2.2.4 Antiferomagnetik.............................................................. 13

2.2.5 Ferimagnetik ..................................................................... 14

2.2.6 Bahan Magnetik Lunak dan Magnetik Keras ................... 16

v

Page 11: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

2.3 Magnetik Ferrite ........................................................................ 17

2.4 Hexagonal Ferrite (M-Type Ferrite) ......................................... 18

2.5 Solid Solution CaAl4Fe8O19 ....................................................... 20

2.6 Teknologi Ceramic Powder Processing..................................... 20

2.7 Dasar Teori Karakterisasi .......................................................... 22

2.7.1 Dasar Teori XRD.............................................................. 22

2.7.2 Dasar Teori SEM/EDS ..................................................... 24

2.7.3 Dasar Teori TGA - DTA................................................... 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN......................................................28

3.1 Tahapan Penelitian ....................................................................28

3.2 Bahan dan Peralatan ..................................................................28

3.3 Perhitungan Komposisi .............................................................29

3.4 Prosedur Percobaan ...................................................................32

3.4.1 Persiapan Bahan Baku......................................................33

3.4.2 Milling ..............................................................................33

3.4.3 Kalsinasi ...........................................................................33

3.5 Pengujian Sifat Magnet .............................................................35

3.5.1 Persiapan Sampel Berbentuk Ring ...................................35

3.5.2 Pengujian Sifat Magnet denga Permagraph......................36

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS........................................37

4.1 Analisis Hasil Pengujian TGA-DTA........................................ 37

4.2 Analisis Hasil Karakterisasi XRD ............................................ 39

4.3 Analisis Hasil Karakterisasi SEM dan EDS ............................. 41

4.3.1 Serbuk Hasil Kalsinasi Pada Temperatur

1000 0C di Udara (100 Jam) .............................................. 41

4.3.2 Serbuk Hasil Kalsinasi Pada Temperatur 1200 0C

di Udara (1jam).................................................................. 42

4.3.3 Serbuk Hasil Kalsinasi Pada Temperatur 1200 0C

Dengan Kondisi Vakum (1 Jam)....................................... 43

4.4 Analisis Hasil Pengujian Magnetisasi ......................................45

vi

Page 12: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 49

5.1 Kesimpulan ............................................................................... 49

5.2 Saran ......................................................................................... 50

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................ 51

LAMPIRAN .......................................................................................................... 53

vii

Page 13: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Momen Magnetik Yang Dihasilkan Oleh Gerakan

Elektron.................................................................................................4

Gambar 2.2 Perubahan Bertahap Pada Orientasi Dwikutub Magnetik

Atom Pada Dinding Domain.................................................................7

Gambar 2.3 Perubahan Konfigurasi Domain Bahan Feromagnetik dan

Ferimagnetik .........................................................................................8

Gambar 2.4 Kurva Hysteresis Bahan Feromagnetik dan Ferimagnetik..................9

Gambar 2.5 Kurva B – H Untuk Material Paramagnetik dan

Diamagnetik ..........................................................................................9

Gambar 2.6 Magnetocrystalline Anisotropy Material Cobalt Single

Crystal .................................................................................................10

Gambar 2.7 Tabel Periodik Yang Menunjukkan Sifat Magnet Unsur-

Unsur Pada Temperatur Kamar...........................................................11

Gambar 2.8 Susunan Momen Dipol Material Diamagnetik....................................12

Gambar 2.9 Susunan Momen Dipol Material Paramagnetik ..................................12

Gambar 2.10 Susunan Momen Dipol Untuk Material Feromagnetik .......................13

Gambar 2.11 Klasifikasi Material Magnetik Berdasarkan Susunan

Momen Dipol atau Spin ......................................................................15

Gambar 2.12 Hubungan Temperatur dengan Susceptibility Untuk

Beberapa Material Magnetik...............................................................15

Gambar 2.13 Kurva Magnetisasi Bahan Magnetik Lunak dan Keras.......................17

Gambar 2.14 kurva Demagnetisasi Untuk Material Hexagonal Ferrite...................18

Gambar 2.15 Struktur Kristal Hexaferrites ...............................................................19

Gambar 2.16 Tahapan Utama Dalam Ceramic Powder Processing..........................20

Gambar 2.17 Difraksi Sinar X Pada Kristal..............................................................22

Gambar 2.18 Interaksi Antara Elektron dengan Benda Kerja...................................25

Gambar 2.19 Skema Alat TGA-DTA .......................................................................27

Gambar 3.1 Tahapan Penelitian ..............................................................................28

Gambar 3.2 Skema Percobaan ................................................................................32

viii

Page 14: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

Gambar 3.3 Sampel yang di Kalsinasi Dengan Atmosfir Udara ............................33

Gambar 3.4 Kurva Proses Kalsinasi Serbuk ...........................................................34

Gambar 3.5 Sampel Yang di Kalsinasi Pada Atmosfir Vakum dan

Dialiri Gas Argon................................................................................34

Gambar 3.6 Tahapan Pembuatan Sampel Ring.......................................................35

Gambar 3.7 Serbuk Hasil Kompaksi.......................................................................35

Gambar 4.1 Kurva TGA-DTA Sampel Setelah High Energy Milling

Selama 6 Jam ......................................................................................37

Gambar 4.2 Perhitungan Kurva TGA-DTA.......................................................... ..38

Gambar 4.3 Perbandingan Pola Difraksi XRD Ketiga

Sampel.................................................................................................39

Gambar 4.4 Struktur Mikro Serbuk Hasil Kalsinasi Pada Temperatur

12000C di Udara Selama 100 Jam ......................................................42

Gambar 4.5 Struktur Mikro Serbuk Kalsinasi Pada 1200 0C

diudara.................................................................................................42

Gambar 4.6 Struktur Mikro Serbuk Kalsinasi Pada 1200 0C di Medium

Vakum.................................................................................................43

Gambar 4.7 Kurva Magnetisasi Sampel Hasil Kalsinasi 1000 0C

Selama 100 Jam Diudara.....................................................................46

Gambar 4.8 Kurva Magnetisasi Sampel Hasil Kalsinasi 1200 0C

Selama 100 Jam Diudara.....................................................................46

Gambar 4.9 Kurva Magnetisasi Sampel Hasil Kalsinasi 1200 0C

Selama 1 Jam Dengan Atmosfir Vakum...................... .......................46

Gambar 4.10 Kurva Magnetisasi Berbagai Material.................................................47

ix

Page 15: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis - Jenis Material Hexaferrites..........................................................18

Tabel 3.1 Berat Atom Unsur ...................................................................................29

Tabel 3.2 Berat Molekul Oksida .............................................................................29

Tabel 3.3 Sampel yang di Karakterisasi......................................................................34

Tabel 4.1 Analisa Semi Kuantitatif Komposisi Fasa Hasil Pengujian XRD

Pada Sampel yang dikalsinasi pada 1000 0C selama 100 jam ................40

Tabel 4.2 Analisa Semi Kuantitatif Komposisi Fasa Hasil Pengujian XRD

Pada Sampel yang dikalsinasi pada 1200 0C selama 1 jam diudara.........40

Tabel 4.3 Analisa Semi Kuantitatif Komposisi Fasa Hasil Pengujian XRD

Pada Sampel yang dikalsinasi pada 1200 0C selama 100 jam

dengan Kondisi Vakum............................................................................40

Tabel 4.4 Hasil EDS Serbuk Kalsinasi pada Temperatur 1000 0C

di udara selama 100 jam ...........................................................................42

Tabel 4.5 Hasil EDS Butir Granular Sampel Hasil Kalsinasi 1200 0C di udara......43

Tabel 4.6 Hasil EDS Serbuk Kalsinasi ditemperatur 1200 0C Kondisi Vakum

pada Butir Plate Like Hexagonal..............................................................44

Tabel 4.7 Hasil EDS Serbuk Kalsinasi ditemperatur 1200 0C Kondisi Vakum

Pada Butir Granular .................................................................................45

Tabel 4.7 Sifat Magnet Serbuk CaAl4Fe8O19...........................................................48

x

Page 16: PREPARASI DAN KARAKTERISASI SERBUK CALCIUM · PDF fileSerbuk ini didapatkan melalui Conventional ceramic powder preparation ... Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik (Pak Jai, Pak

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Konversi Satuan .............................................................................53

LAMPIRAN B Parameter latis beberapa M-Type Compound .................................54

LAMPIRAN C Hasil Karakterisasi TGA-DTA...........................................................55

LAMPIRAN D Hasil Karakterisasi XRD ...................................................................56

LAMPIRAN E Hasil Karakterisasi SEM & EDS .......................................................62

LAMPIRAN F Hasil Karakterisasi Pengujian Sifat Magnet .........................................67

xi