47
PROCEEDINCS nR Vol. 19, No. 2/3. t 986
PEMBUATAN
DAN
OIeh: Marsongkohadi*,
KARAKTERISASI
FERIT
M. Daveny Soufian*,
Kumiadi Sumaamidjaya**,
HEKSAGONAL
BAFC'2O'9
Si Kusmanto*,
dan Achmad Arslan**
SARI Polikristalferit heksagonalBaFe,rO,, telah dibuat dengancarastandarpembuatankeramik. Serbuk murni BaCO3 dan Fe203 dengankonlposisinon-stoikhiometrikBaO . n Fe203 (n = 5,5, 5,7, dan 5,9) digifing denganbola-bolabaja dan dipanaskanpada suhu kalsinasiselama penurunbebenpajam. Penambahan fluks0,57aNaFpada campurantersebutnrengakibatkan an suhu kalsinasidengan150'C-2OO"C sehinggapembentukrn ferit heksagonaldapat terjadi padasuhu 900"C, bukan pada l1Oo'C 1200oCsepertihalnya tanpa fluks. Cuplikan yang diarahkan oleh medan magnet telah dikarakterisasidengandifraksi sinar-X, menggunakanradiasi MoKa. Cuplikancuplikan tersebutjuga diteliti dengandifraksi neutrcn denganpanjang lelombang I = 1,071 A dan dilakukan pengukuranmagnetikkonvensjonal. Semuahasilnya dibandinBkanterhadaphasil pengukuranpada cuplikan BaFe12Orebuatan pabrik Sumitomo, Jepang.Hasilnyajelas menuniukkan bahwastruktur kistal dan sifat-sifat magnetik ferit yang dibuat dalam percobaanini mendekati cuplikan Sumitono, sehinega cuplikantersebutbersunasebagai bahanmaanetpermanen.
ABSTRACT Polycrystallinehexagonalferrites BaFe12Ole have been preparedby standardprocessesof PureBaC03and Fe.O, powdersof noD,stoichiometdc cerajnics. compositions, Ba . n Fs203 (n = 5.5, 5.7. and 5-9)were ball-milledand calcinedfor severalhours.Addition of 0.5%NaF llux reduced the calcining temperature by 150"C 200'C thus enabling the fonnation of hexagonal fcrrite at 900"C insteadof I100"C 1200"C Magnetically aligned specimenswere character2edby X-ray diffraction using MoKa radiation. These specimenswere also examined by neutron diffraction with \ = 1.071 A and standardmagnetic measurements. All the presentresultswere comparedwith thos€ oblained from the BaFe,2Ore specimens manufacturedby Sumitomo,Co, Japan,The resultsclearly showed tlut the presentmade ferrites had crystal structu.esand magneticproperties fairly sirnilar to those specimensmanufacturedby Sumitomo, Co and thus enablingthem to be us€das permanentmaSnetmaterial.
I JurusanFisika,ITB tr PusatPenelitianTeknik Nuklir, BATAN
,1{l
PROCEEDINCSITB T:oI.19, No 2IJ,1986
l. Pendahuluan Ada dua jenis ferit yang banyak digunakandalam teknologi, yakniJ'enoxcube dan ferroxdure. f'effoxcube, atau I'erit spinel pertama kali dibuat di Laboratorium Phillips olch Snoek (1946). Sifat+ifat khasferctxcube antara lain resistivitas listrik tinggi, koersivitasrendah,darrpermeabilitasmagnetiktinggi. Kirrena itu fcrroxcube digolongkan dalam kelas bahan magnet lLrnak.Pe:rggunaln Jerrorcube terutama dalanr bidang elektrorrikafrekuensitinggi, yakni sebrgai indLrktandan transformatorfrekuensitinggi. Beberapatahun setelahllrroxcube yang pertamadibuat, di laboratoriurnyang santatelalr ditemukan suatu ferit jenis baru yang dinamakanlbnonlurc (Went. et al, 1952), dengan struktur heksagonal.Sclain rcsistivitaslistriknya tinggi, bahan ini mempunyai sifat magnetik yangberlawanand,engan fenorcube, yakn.i koersivitasnyasangat tinggi dan permeabilitasmagnetiknyarendah. Oleh karena itu bahan ini digolongkandalam kelas bahan magnetkeras dan sangat baik digunakansebagaimagnet permanen.Berbedadenganbahan ntagnetpcrrranen lainnya,/enoxdure tidak mengandungNi atau Co yang ntahalharganya. Itulah sebabnyabahanini mempunyainilai ekonomi yang pelrting. Pcnggunaan ferit untuk inagnetpcrmanenpertumakali dikerrrukakanoleh Kato d a n ' I ' a k e i( 1 9 3 8 ) . A k a n t e t a p i k a r e n r b a h a n n y an t e m p u n y e(iB H ) a , o k st e r l a l L r kecil. rnaka magnet tersebut tidak banyuk kcgunaannya.Icrro.rcfta.cdcngan ( B H ) r , o , t ,= I M G O c n r u l a ib a n y a kd i g u n a k a ns e j a kt a h u n 1 9 5 1 .D a h n t t a h u n 1 9 5 7 n r a g n e tf e r i t b a r i u r r d e n g a n( B H ) , , , o t r=, 3 . 5 M G O c L r e ' r h a sdiilb L n t c h n t e r d a p a td i p a s : u a nS . a r n p a ti a h u n l 9 6 l k e b a n y a k r nm a g n c tl i r i t l d l l a h f c r i t bitritrrr. Akan tetapi akhir-akhirini fcrit slrontiurn rnLtlailtcrpcrrn rlan nrcugg a n t i k r nf e r i t b a r i L r md a n n l l g n e t l o g t n t ( C o c i r a r d t1. 9 6 3 ) . [ ) a l i r n rl l n g k l p c m b u a t a nm a g n e t p e r n r a n e ny a n g r n u r l h - t e l l l t r ] i l r u r t p o l i kristr I ./i,rrort/r a-c,ataujuga diranrakanfrrit hckslgonalienisM. llaFe, ,O, n . A t h d t t a c a r aP r ' t r b t n t l l l ) o l i k r i s t i )llc r i t l r c k s a g o l a yl ,t r k r r ci i c n g l ne u n tc n r l l P r n k i n l i a( l k r r r . d : r& K o j i r r r a .t 9 1 - l ) c l a r cr n m s c l b t r Lr n c t a l L L r(g[ Ji t r c t k u& R i d g e. l 9 ( r 8 ) .C r r l p . r t a n l at i L l : l ke f i s i c nt r n t u kp r o d u k s ib c s a r - b e s a md nJ r rt i d u k p r t k , t i s k J r c n am e r n c r h r k a n p c n g a w a s xdnJ n k e t e l i t i r ny a n g t i n g g i .( J l c l i k r r r r ' : ,i.trL r dalarrrpercobaanini telah dipakai cara kr-duaylng lebih praktis drLrrsedcrhana pclaksanaannya. Campuran serbukBaCO. dan Fe, O. tlalanrperbandinganyang dikr'lrendakicligiling lalu dipanaskanpadasuhu kalsinasiselantabeberapajant. Dclrguirnenanb a h k a nl ' l r r k s 0 , 5 i i N a F p a d ac a m p r r r a tne r s e b u st u h uk a l s i n a sdi a p l t d i t u r u n k a n s e b e s a1r 5 0 ' C 2 0 0 ' C ( B a r c t k a .l 9 t ' 8 ) . Karakterisasilrasil pembr:atanini dilakLrkandengandifraksi sinar-X, difraksi
ITB Vol. 19,No.2l3, 1986 PROCEEDINGS
49
neutron, dan pengukuranmagnetikkonvensional.Hasilpengukurante$ebut dibandingkan dengan hasil pengukurancuplikan BaFet2Ote buatan pabrik Sumitomo,Jepang.Dapat disimpulkanbahwasifat*ifat cuplikan hasilpembuatan ini tidak berbedajauh dari cuplikan buatan pabrik Sumitomo,sehingga dapatdigunakansebagaibahanmagnetpermanen. BaFet, 01 e 2. Carapembuatanferit heksagonal 2.1 Mekanismepembentuktn feit bariam Ferit heksagonalpada umumnyadibuat dengancarastandarPembuatankera' mik, yakni denganmencampuroksidaMO (M = Ba, Sr, Pb), FerO., dan MeO padasuhukalsinasi.Komposisikimia (Me = Zn, Mg, Mn) dan memanaskannya ferit barium dapatdigambarkandalamdiagramternerdenganBaO,FerOr, dan MeO sebagaipuncak-puncaksegitigasamasisi (gambarl). Ada beberapajenis ferit yang dapat dibuat dari ketigabahanbaku tersebut.Yangpalingbaik digunakanuntuk magnetpermanenialahjenis M, BaFel2O1e. Menurutdiagram temer, bahanini dapat dibuat dari BaO dan Fe203 sebagaibahanawal. Akan tetapi,dalampercobaanini telah dipakaiserbukBaC03dan FetOt sebagai bahanawal.
t ' , n . r c r ? O- , , N aol \\. / v\.'
/,-'-\-
B . ? o 2 F c , o r - ; ' - _- ' Z \ - -\ 't't-/
komposisi berbagai feritbarium.Meadalah Gambar'lDiagram ternermenunjukkan kation divalen Beberapa peneliti sebelumnya telah mempelajari reaksi antara BaCO. (serbuk) dengan Fe.O, (serbuk) pada berbagaisuhu (Erchak e/ a/, 1946;Suchet, 1956;
50
PROCEEDINGS ITB Vol. l 9, No. 2/3. 1 986
Sadleret al, 1964). Akan tetxpi tidak ada kesepakatanmengenirijumlah fasa yang terbentuk. Menurut Goto dan Takada(1960) hanya tiga fasayang terbent u k , y a k n i B a O , F e 2 O " ( B a F e r O o ) ,2 B a O , F e r O . ( B a . F e r O r ) . d a n B a O , 6 Fc, O, (BaFe,, O, q). Dari ketiga fasatersebuthanya BaFe,2O1 e yang bersifat magnctik.Bcrdasarkanketigafasayang terbentuk Coto dan Takada( 1960) berhasilmembuat diagramfasanya(gambar2). Dari diagramfasntersebutdapat disinrpulkanbahwa suhu pembentukaaBaFe,, O, , adalahdi atas800'C dan melebur padr 1600"C. Perbandinganmolar BaO:Fe2O3dalanl larutan padat fasa B a O , 6 F e r O , a d a l a h 1 8 , 2 : 8 1 , 8 ( B a O , 4 , 5 F e r O r ) p a d as u h u t 3 5 0 " C d a n 1 6 , 7 : 8 3 , 3 ( B a O .5 , 0 F e , O . ) p a d as u h u8 0 0 ' C . P d b o n d i n g on H 6 { F . ? O 3 / B o O
I
I ? 8 . ' 0F . 'A' l l
8 o O F r ? g r B o O 5 F?2 O 3
r d 0F . t o ! i I I
800 t't,l 4a 2 ? . a F . -j O-l
60 t I Vot BoOF?2oJ
r',.r .0"ojr. ot- Jo.'ro, ,
Gambar 2 Diagram lasasistemBaOFe2Or
Menurut Baretka dan Ridge (1968) reaksi antara BaCO3 denganFerO, dalam larLrtanpadaterjadi dalanrdua tahap :
PROCEEDINCSrTB vot. 19. No. 2/3 tg86
(i) (ii)
5l
B 1 C O 3( s c r b u k )+ F e r O . ( s e r b u k
B a l - c 2 O a( s c r b u k )+ C o i ( g , r s ) B r F e r O o ( s e r b u k )+ 5 F c : O : ( s e r b u k ) . ' - - - - - B a F c , r O , n ( s e r b u k )
K c d u a r e a k s it e r s c b u tt c r j a d i p a d a k o m p o s i s iI B a C o . : ( r F c r O 3 . R e a k s i( i ) d i n r L r l adi i s e k i t a r6 0 0 ' C d a n p a d as r r h u8 0 0 ' C m t - n c a p ani a k s i n u n r . I ' r d ; rw i r k t u i t u l a h B a O .F e , 0 3 m u l a i b e r c a k sdi c n g a nk c l e b i h a nF c , O . r n c n r b c n t u kB u O , , , m L r J ani r e D g h i l a ndga n 9 0 ' i l d a r i s c l r r r r r h 6 F e ,O , . D i a t a s 8 5 0 ' C , B a O l r e O r e a k s i ( i i ) t c r j a d i p a d a s u h u I l 0 0 ' C . D i l i h r t d a r r r r r c k u r i s n r ree a k s id i u t l s , B a C O . t e r u r a i d a n l a n g s u n gb c r c a k s id e n g a nF e 2 0 3 . I t u l a h s c b a b n y ap a d i l r e a k s ii n i t i d a k d i t e m u k a nB a Op a t l as e t i t p t a h r p . B a r c t k a( 1 9 6 8 )t e h h r r r c n r r n jukkan bahwa dengan mernberi fluks 0,57 Na[] dalarncal.npuranBaCO3 dun F c r O , , s u h u k a l s i n a stj u r u n s e b e s a1r 5 0 " C 2 0 0 ' C . H a l i n i n : e n r p r r n v ar cr r r r r tungan ekononli dalanrpembuatanferit heksagonrl.Denganpenrmbahantluks NaF fcrit mulsi terbentuk pada suhu 700"C dln pembentukanmeniadi lcbih selnpurna pada suhu di sckitar 900"C, yang tanpa penarlbahan t'luks lranr t e r j a d ip a d as u h u I 1 0 0 " C . Penggilinganserbuk ntemegangperananpenting dalam pembuatanrnagnctpermanen. Dengan penggilingan, ukuran bulir mengecil dai multidontain lrnenjatli sitryle donain, sehinggarnenaikkan koersivitas.Penggilingansclarna 24 janr akan menaikkan koersivitasakan tetapi penggilinganlebih dari 24 jam nrenyebabkan penurunankoersivitas(Haneda& Kojirna, 1974). Hal ini terjadi krrt-na timbul cacatdan slresspada polikristal selamadigiling. 2.2 Prosedur pembuotan feit heksagoral Dalanr percobaanini dibuat tiga cuplikan nrasing-masing LrcratnyaI00 granr d e n g a np e r b a n d h g a nn o n - s t o i k h i o r n e t r iIk : 5 , 5 ; I : 5 , 7 ; d a n 1 : 5 , 9 . Bahan baku yang dipakai buatan pabrik Merck, JernranBarat dengankerlurnia n : B a C O . ( 9 9 1 ) . F e r 0 3 ( 9 9 % ) , d a n N a F ( 9 9 % ) .S e t c l a hs e r b u kB a C O , d a n Fe, O, dengan perbandinganyang telah ditetapkandicarlpur dengan0,57 NaF. lalu digiling denganbola-bolabaja dalam mediur.nalkohol (200 cc) schma 5.5 j a m . C a n r p u r a nt e r s e b u td i k e r i n g k a nd a l a mo r e l p a d as u h u8 0 " C 1 0 0 ' C s u p a ya alkoholnya menguap.Kemudian campuranitu dintasukkankc dalam tungku d a n s u h u n y ad i n a i k k a nd e n g a nl a j L r7 " C - 1 O " C / m c n i ts a m p a ir t r e n c a p a9i 0 0 " C d a n d i b i a r k a np a d as u h u i n i s e l a m a6 j a n r . M a k a t e r j a d i l a hr e a k s p i enrbentukan ferit dan setiap partikel mengelontpok dan memadat.Hasilnyadigiling hingga tercapai ukurau yang dikehendaki.Sebagianditcliti dengandiiraksr sinar-Xdan difraksi neutron. Untuk pengukuranmagnetik,serbukterit dicetak dan ditekan dalam bentuk toroida. Ganbar 3 menunjukkan aliran langkah-langkahdalam pembuatanl'erit heksagonal.
52
PROCEEDINGSITR VoL 19.No. 2/3. 1986
P . . r i a p a ns r o i k h i o m e t r i k S a c o ' I F e r o r + 0 , 5 ' xN a F
P e n g g i l i n g adne n g a nb o l a bola brta + 20Oc. .lkohol 'er.mr s,5 iam
Pencucian dan p.rE.ringan p.d. ruhu 80'-1m'C
Kaltinasipadatuhu 9m"C r e l a m . 2+ 6 i . m
Penggilrngan Cenganbolab o l ab a l 3+ 2 o o c c . l k o h o l
Penc!ciin dan p.rEerirEan pada ruhu 80' -1moc
Pe.€€pr.sn,8
ion dan
P€nc€laran dalam bent!k
Sintenng p6d. l25O"C ielama 3,5 ja.n
Gambar 3 Diagram aliran langkahlangkahpembuatanlerit heksagonal.
PROCEEDINGStTB t ol. 19, No.2/3, 1986
53
3. Karakterisasiferit heksagonal
I I
Karakterisasiferit heksagonalhasil percobaanini dilakukan dengan difraksi ncutron. difraksi sinar-X, dan pengukuran rnilBnetik.Hasilnya dibandingkln d e n g a nh a s i l p e n g L r k r r r apna d a c u p l i k a nb u a t a np a b r i k S u n r i t o n t o K . husust)ya untuk pcngukuran magnetik, hasilnyajuga dibandingkalrde'nganhusil pcngukLrrancuplikan f'erit spinel.NioanZtruaoFa, O. .
3.1 Difraksi sinar-X Penyedimn cuplikan C o r t e r ( 1 9 5 7 ) t e l a h n r e n u n j u k k a nb a h w a B a F e, . 0 , n b e r s i f a f f c r o n r a g n c . t i k kolincar denganarah magnetisasinya sejajarderrgln sumbu c. Oich karena itu, a p a b i l as e r b u kB a F e , r O , , d i t a r u l td a l a mm e d a nn r a g n e tk u a t , k r i s t t l i t n y ut k s n bcrorientlsi de'ngansunrbu c searah dengan nredan ntlgnct lurr. Ivlakapo)a d i f r a k s is i n a r - Xc u p l i k a ni n i r n c n u n j u k k a np e n a r n b a h ainn t e n s i t a p suncak-pulF c a k( O O [ ) d e n g l n Q= g e l ] a p s, e d a n g k apnu n c a k - p u n c al ka ! n n y ar c n d a h .
I I
C u p l i k a nt e r a r a hd l p a t d i b r r a td e n g a nn t e n c a n t p r sr re r b t r kB a F e , 2 O , ed e n g a n p e n g i k a td. a l a r np c r c o b a a ni n i d i p a k a ig o n d o r u k c r ny a n gd i l a r u t k a nc l a l a ma l k o hol. Canrpurantcrsebut ditebarkannerata di permukaanpelat kaca,kemudian d i b e r i n r c d a nr l r a g n c t e g a kl u r u s p a d a p e l a t k a c as e b e s a4r k G a u s s s, e l a m a2 4 j a r n . D l l a n t s c J a n gw a k t u t r ' r s e b u l .a l k o h o l r l e n g u a pd a n c u p l i k a nm e n j a d i k e r a s .A p a b i l ac u p l i k a nd i k c l L r a r k atnl a r i n t c d a nr n a g n e to, r i e n t a ski r i s t a l i tt i d a k bcrubah clan aral: sunrbu c tetap tegak lurus pada pelat kaca. Analisis sinar X d i l a k r r k a np a d a s u h u k a r r r a rd e n g a n d i f r a k t o n r e t e rb u a t a n P h i l l i p s d c n g a n ( ) . = 0 . 7 l 0 ( r 9 r l ) d a n i i l t e r Z r . P o l ad i f r a k s d s L r n b c rr a d i a s i1 \ , l o K o i a r i s a l a hs a t u cuplikan yang telah dibuat dalan percobaanini dapat dilihat dalanrgambar4a dau 4b. rnasing-masing untuk cuplikan terarah (H = 4 kGauss)dan tak teraral) ( H = O ) . C a n r b a r5 a d a n 5 b m e n u n j u k k a ns a l a hs a t u c u p l i k a nb u a t a np a b r i k Sunritomo. Jepang. Telah pula dibuat pola difraksi dari Fe2O. dan BaCO. untuk perbandingan.Temyata puncak-puncakkedua zat tcrsebuttidak muncul dalam pola difraksi ferit barium. Untuk menrastikanlagi kenturnian fcrit bariunt irasilbLratanini. telah ditcliti adanyapLrncak-puncak yang sesuaidcngan a - B a O . F e r O o( p a d a I 1 0 0 ' C ) d a n p - B a O , F e r O . ( p a d a9 5 0 o C )r l e n u r u t t a b c l Hanawalt.Puncak-puncaklersebut ternyata tidak muncul. Dari analisisdiliaksi sinar-X tersebut di atas diperolch hampir 90i1 posisi puncak difraksi cuplikan dalam percobaanini sesuaidengantabel Hanarvalt.Tabel I menunjukkanhasil pengukuranparanleterkisi untuk tiga cuplikan yangdibuat (5,5-,5,7-,dan 5,9BaFe,,O,, ), tiga cuplikan Sumitomo (3241, 3234, dan 3226), dibandingkan dengantabel Hanawalt.
(al
30
16
1(
It
31
008
(b) 107 lll iil
:o l0
r'rv 12
; :
8
ro'2
11
16
l8
20
2221
26
28
l0
12
31
36
38
4 r D i f r a kssiin a r -dxa r 5i , 7 - B a F e 1 2 o r e u n t u k c u p l i k a n s e a r a h , H = d4 ak n Gtaauk st es r{ a r) a h , H = 0 ( b ) Gamba
tr
(a) li
0014 006
0012
a" 10
1)
z0
to
2Z
2L
26
28
30
32
l(
008 (b)
tz7
147 1t1
104
201
220 310 r1L6 loll llro 126
10
12
11
16
13
2C
22
2/,
1017
26
28
l0
l2
G a m b a5r P o l ad i f r a k ssi i n a r - Xd a r ic u p l i k a n3 2 3 4b u a t a nS u m i t o m ou n t u k c u p l i k a nt e r a r a h = H 4 k G a u s (sa ) dantakterarahH=0(b)
i ;
PROCEEDINGSITB VOI.]9, NO.2/3, 1986
Tabel1 Parameter kisi beberapa cuplikanBaFel2O1e ditentukandengandifraksr:,.nar-X; MoKo,I = 0,71069A Parameterkisi (A) 5,5 - BaFel2O1e 5,7 - BaFerz Or g
a = 5,8310,004 a = 5,9010,03
c = 23.6510,49 c = 23,37tO,zO
5,9 - EaFer2Or e
a = 5.88!0,0'l
c = 23,21!0,6
3241 BaFer2Or e 3234 BaFerr Or q
a=5,8410.03 a = 5,8410,03
c=23,74!O,59 c = 23,47!O,31
3226 8aFe1201 e
a = 5,8810.01
c = 23,20fO,03
TabelHanawalt
a=5,876
c=23,17
3.2 Difuksi neuton Serbukferit bariumdiayakmelaluiayakan325 meshlalu dimasukkanke dalam wadahcuplikanberupasilindervanadium.Difraksineutrondilakukandengan difraktometerneufon PusatPenelitianTeknik Nuklir, dengantr = t,071 A, menunjukkanpola difraksi padasuhu kamar-Gambar6 dan 7 masing-masing neutronsalahsatucuplikanyangdibuatdancuplikanbuatanpabrikSumitomo. denganhasil UntLrklengkapnyapola-poladifraksitersehutjuga dibandingkan percobaanAleshkoozhevskii,Faek, dan Yamzin (1969) yang dilakukan kisi dcngan). = 1,22 A patlasuhuT = 4.2 K. Hasil pengukurant)aranreter denganhasildifraksisinar-X. dengandifraksineutronsesuai 3.3 Pengakumnmagnetik Penyediaanaqlikan Untuk pengukuranmagnetik,serbuk ferit harusdicetakberbentuktoroida. denganukurandiameterluar 2,21cm,diameterdalamI ,71 cm, dan tinggi0.58 cm. Pencetakandilakukan dengancarapenekanankertng(dry-presslng ). Brrbuk dicampu"dengan27opolyvinil alkohol (PVA) yang dilarutkan dalamarr. PVA ini berlakusebagaipengikat.Lalu dibubuhkanlTa aso.m stearatsebagaipclincir. Setelahdinrasukkan ke dalamalatpencetakkenrudianditekansampaimencapai (srz8 ton, dan dibiarkanselamadua puluh menit. Toroidalalu dipanaskan tering) denganlaju kena.ikansuhu 2"C--3'C/menit sampaimencapai400"C dan ditahanselamaI jam, kemudiandinaikkansuhunya(1O'C-ll'C/menit) sampai1250'C dan ditahanselama3,5 jam. Setelahmendingintoroidadililiti dengankawattembaga setebal0,45mm untuk lilitanprimerdansetebal0,2 mm. untuk lilitan sekunder.Dengancaraini telah dibuat tiga jenis toroida, masing-
o
E ? qi
: a
_6 0 207
117 204
1 0 4. ^ . 1 0 6
G a m b a r6 P o l ad i f r a k s in e u t r o n c u p l i k a n5 , 7 - B a F e r 2 O r e
d = o
.+29
6o
3 9
Sumitomo Gambat7 Poladllraksineutroncuplikan3234 buatan
59
1g.No,:IJ,]986 PROCEEDINCS ITB L1oI.
nrasingdari cuplikan 5,7-llaFerrO,e (dibuat dalarr percobaatrini)' 3234 (dibuet cli prbrik StLntitotno),dan Nio.oZnoroI-c.q (dibuat oleh Hidayat Braliim. l 9 8 l ) . T a b e lI n r e n c a n t u n l k adna t i ll e l g k a pk e t i g at o r o i d at e r s c b u t . magnetik Tabel2 Datafisikatoroidauntukpengukuran
Cuplikan
m (X1O'?ks)
pr
B a F er 2 O r e
3,4507
0,01
BaFet2Ore ( 5 , 7)
3,0146
0,06
zno.ro Nio,ro F e :O .
3,0133
0.03
( x 1 0- m )
A ( x 1 o - '3m 2)
5,962
1,24
100.
JIJ
0,64
100
433
o,74
59
300
N2
NI
t32341
-
i
5,749
m a s s as e t e l a hd i p r e s s kelilingrata rata j u m l a h l i l i t a np r i m e r
N1 NJ
-
t u m l a hl i l i i a ns e k u n d e r
I'eugukurart jirut histeresis s i i l k L r k a nd c n g l n D . C . H y s t c r e s i s ' l r a e c rb. L t a t l n l ' c r g u k r r r l nl i r l t h i s t e r e s i d Y o k o g r r w aI i [ ' c 1 r j k W o r k s ( Y I - W ) . J c p a n s .A l a t i n i l t r d a y a 4 0 V A , s e h i n g g l l r a n y r d a p a t n r c n g L r k ubra l t m n r a g n c tl u n r k . L l n t t t k b a h a nn r a g n t ' kt e r l s t l i b u t r r h k r n a l a t k l r r r s L rcsl e n g r nd a y a - 1 0 0V A . O j c l t k a r c l l a l a t t c r r t b u t t i d i r kt c r s e d i a . p c n g t r k L r r aj inr a t h i : t e r e s i sd i l a k r r k a nc l c r r g adna y a 4 0 V A . ( l a n r b a r8 n r c n L r n j u k k r r.ni i n r t h i s t c r c s i s N i n r u Z n o - . n F c r O o . l )bl rcin t t r k r t y at ,e ' r l i h a t i c h s j i r a t i n i t e r g o l o n gb a h r n n r r g n c t l u n r k . I ' c n g t r k r t n tjri tr i i t n ) c n g h i r \ i l k a nl c. r r a n c n s i l 0 - < 0 g a u s s . k o c r s i v i t a s0 , 5 O c t l a n / - r ,I n , r k s i n l L r t1)1) 2 9 . ( i r r t t t b a r9 d a n I 0 n r a s i n g - rst ti ang n r c n L r n j L r k kjui rni l t l t i s t c r c s i es L r p l i k r i5r t. 7 - B a F r ' 1 1 O c, el a n3 1 3 4 . K c d L u j i r i l t r l c r r L r n j u k k ubn: r l t v l ih a t ' g aI i , , , , r 1 ,b c l r r r nt c f c i ! p i r ri n t s k i l ) u JI1l a r g i l H t c h h n c n c l p r - rlir a r g at c r b c s a r ' l r n gd a q r r ld i h l s i l k l n a l a t t c r s c b u t( 3 t ) 0 O c ) . Ini nrenunjukkanbahwa kedua bahanitu tergolongbithanlnagnetkcras.Hargahargarern:rnensi dan koersivitastak dapatditcntukan karenaBn,utr! tak t('rcapai. Data clari pabri-kSurnitorno mcnunjukkan remancnsicuplikan 3234 besarnya 4 . 0 1 k G e L r s sk. o e r s i v i t a s n y a2 , 0 1 k O c . d a n ( B H ) r o t r , . 3 , 5 8 M G O e . D a r i
60
PROCEEDINCSITB VoL 19,No.2/3. 1986
PROCEEDINGSITB I'ol. 19,No 2l3. 1986
61
PROCEEDINGS ITB Vol. 19,No. 213,1986
r.rt
o @
PROCL:EDIN(;S ITB Vol. 19. No.:iJ. 1gth
6l
pengukur:rn i i r l t h i s t e r c ' s ki se d r u c L t p l i k l nt e r s e b r .dr tr p J t t l i t c n t L r k r np , n r a k s i m u n r y ! i t u 6 . - 1 tn n r u Uc u p l i k a n5 . 7 - B : r F c,,C ) ,n d u r rl . 0 l u n t r r kc L r p l i k u-nl J 3 r 1 . Pengukum n spek t rum m agneti k Y a n g d i n r a k s u dd e n g a ns p e k t r r r nr n a g n c t i ki a h h k u r r u p ' d l n t r r "t l u r i l . r e l t r c i r b i l i t a sa w a l s e b a g afir . , n g sfir e k u c n s i .U n t u k l c r i t p o l i k r i s t a l r. t ) a b i l ai l l t c r a k s i magnetikdiabaikanmaka suseptibilitasrcsullannyaadalah. (110 l)
-
tr|,
M, t/J
1r
t-
r
116
-,
tt[
(3.l)
dengan,go adalahpenneabilitas awal,M, adalah ntagnr,-t isasijc nult suatu dorta in. d a n H , a a d a l a hm e d t n a n i s o t r o p i . Frekuensiresonansirnagnetiknyaadalah
a,=7(Hj
H$)h;
(3.1)
di sini 7 adalah perbandingangiromagnetik.Ift adalaltntetlln anisotropiyrng timbul apabila vektor magnetisasidibelokkan dengansrrdut Q di tlalanrbidung magnetisasimudah (easy nagnt:lization l. H/ adcJrJrrrrcr.llnanisotropi yang timbul apabila vektor magnetisasidiputar sebcsarsudul 0. keluar dari bidang magnetisasimudah. Untuk ferit spinelHd = H! = ge , sehingga(3.1) mcniadi 1to
l)=8rl3
(MslHA'):
(3.3)
di sinil/ kecil,yaknil02 lOa A/nr. Frekuensiresonansimagnetiknyanenjadi @r = lHA atauf, (1to - l) -- 4l31Mr.
(3.4)
Untuk ferit BaFerrO,n yang mempunyai arah magnetisasimudah kc arah sumbu c. Hf = Hd = HA; akan tetapi HA besar yaitu 106 A/m, sehinggapermeabilitas awalnya l0' lebih kecil dari ferit spinel. Hal ini terbukti dari hasil percobaan. Dengan adanya kehilangan daya (/osscs),permeabilitasnyadapat dituliskan sebasai p= tt' _ ip"
( 3s. )
dengan p' = lto adalah permeabilitasawal dan tan 6 = y" l.p' menunjukkan kehilangandaya. p' danp" dapat diukur denganLCR-meter.
ITB Vol. 19.No. 2/3, 1986 PROCEEDINGS
64
Apabila toroida dialiri arus bolak-baiik denganfrekuensi/, maka imp. ,Jansinya
dengan
Z=Rs+ifls
(3.6)
P, = f(l\F Al2)1t"
(3.7)
L, + (ll2 Al9)1tt.
(3.8)
N, A, dan I masing-masingadalahjumlah lilitan, luas penampang,dan keLiling r a t a - r a t at o r o i d a { t a b e l 2 ) . D a l a mp e r c o b a a ni n i h a n y ap ' y a n g d i u k t r r .P a d a prinsipnya apabila p' diketahui sebagaifungsi frekuensi, maka p" dapat dip' telah ditentukan menghitung denganrelasi Kmme$-Kronig. Harga-harga gunakan LCR-meter buatan Hewlet-Packarddimulai dari I kHz s/d l0 MHz. Gambar 1l menunjukkanhasil pengukuranspektrummagnetikketiga cuplikan tersebut. Spektrum magnetikferit spinelmenunjukkanbahwag'konstan padaharga500 sampai terjadi resonansi pada frekuensi 2 MHz, lalu menurun dengan tajam. Bersamaan dengan ini ir" naik dengan tajam yang berarti kehilangan daya semakin besar. Penelitian terdahulu (Smith & Wijn, 1969) menunjukkan bahwa permeabilitasnya konstan pada tt' = 250 dan tedadi resonansi magnetik di sekitar 6 MHz. Penyimpanganpuncak resonansi tersebut masih dalam batasbatas yang diperkenankan,yakni antara I - 100 MHz (Van den Broek & S t u y t s ,1 9 7 7 ) . Bentuk spektrum magnetik kedua ferit heksagonal hampir serupa. Pada ferit 5,7-BaFe,rO' harga p' konstan di sekitar 6 dan resonansiterjadi di sekitar 4 MHz, sedangkancuplikan 3234 menunjukkang' konstandi sekitar5 dengan puncak resonansi di sekitar 5 MHz. Menurut peneliti terdahulu (Smit & Wijn, 1969) bentuk spektrum ferit heksagonal amat tergantung pada texture-nya. Untuk texture acak, 1r' konstan pada harga 2,5 dan puncak resonansiterjadi di sekitar 20 MHz; di atas frekuensi tersebut harga g' menurun dengan tidak terlarnpau cepat. Pada frekuensi 500 MHz harga p' mulai menurun dengan drastis.
4. Pembicaraan dan kesimpulan Dalam proses pembentukan ferit heksagonaljenis M, telah ditambahkan fluks 0,5% NaF untuk menurunkan suhu kalsinasi(Baretka, 1968). Karakterisasi dengan difraksi sinar-X maupun difraksi neutron tidak menunjukkan adanya fasa kedua. Jadi, dipandang dari sudut struktur kristaLnya, ferit yang dibuat dalam percobaan ini telah memenuhi syarat. Akan tetapi, jika dipandang dari sifat-sifat magnetnya, agak berbeda denganferit buatan pabrik Sumitomo. Ada beberapa parameter yang perlu diperhatikan dalam pembentukan sifat+ifat
o!
PR)CEEDINGS ITB Vol. 19,No. 2/3' 1986
I
l1;r' I
t,
,lI
xlo.'ozto.'oF"e04
,.I t.l
I
I
l' ,t
5,7 - B6P.1zo19
'1.
t.
ri-
3214 S!1I10Mo
I
I
G a m b a 1r 1 S p e k t r u rm n a g n e t i ck u p l i k a n ' c u p l i k aNni o , r u Z n u . . u F e r O o , 5 , 7 ' B a F e r ) O r e c u p l i k a n3 2 3 4b u a t a nS u m i t o m o
PROCEEDINGS ITB Vol. 19.No. 2/3. 1986
magnetik ferit, yakni ukunn bulir, perlakuan panasr dan kepadatar, porositas. Dalam percobaan ini penggilinganperlu diperbaiki untuk dapat mencapaiukuran bulir kurang dari I pm. Perlakuanpanaspada 1000"Cselamasatujam dapat meninggikan koersivitas (Haneda & Kojima, 1974), sedangkan rapat massa dapat dipertinggi denganmenambahfluks 5% Bi203 pada campuranBaCO3 dan FerO. (Bradley, i969). Hal ini penting karena jika rapat massanyatinggi, sifat listrik, magnet,dan mekanik menjadioptimum. Alihirnya perlu dicatat bahwa pengukuran magnetik dalanrpercobaanini telah dilakukar pada serbuk yang orientasi kristalitnya acak, sedangkandalam pembuatan magnet permanen, serbuk ferit ditekan dalam medan magnet kuat. Ini menyebabkansifat magnetiknya menjadi jauh lebih baik.
Ucapan terima kasih Pembuatan cuplikan ferit dan pengukuran spektrum magnetik dilakukan di LembagaFisika Nasional,LIPI, pengukuranjhat histeresisdilakukan di Lembaga Elektroteknika Nasional, LIPI, sedangkandifraksi neutron dilakukan di Pusat Penelitian Teknik Nuklir (PPTN) BATAN. Pada kesempatan ini kami ucapkan terima kasih kepada ketiga lembagatemebut. Kepustakaan Aleshko-Ozhevskii,M. K. Faek & I. I. Yamzin, Sov. Phys. Cryst., 14, 36'1,
( I e69)
Baretka,J., Res.CSIRO,A, ReprtF (1968) Baretka,J, & M. J. Ridge,.LChem.Soc.A,2463 (1968) Bradley,F. N., 1 l&s/. Ceram.Soc.,5,9 (.1969) Brahim,Hidayat,1981,Pembuatan cuplikan dan pengukuranpermeabilitas magnetikferit tercampurNi, , Zn, Fe,O. , TesisITB Cochardt,L.,J. Appl. Phys.,34,1273(1963) Erchak,M.. l. Fankuchen,and R. Ward, J. Am. Chen. Soc., 68, 2085 (t946) Gorter,E. \ry., Proc.Inst.EIcct. Engrs.Suppl.,B I 04, 255 (195i ) Goto,Y andT. Takada, Soc.,14, I 50 ( 1960) "/.Am. Cerarn. Haneda, K. andH. Kojima.-/-Am. Ceram.Soc.,57,68 (1914) Molony,B. andM. J. Ridge,J.Chem.Soc.(A),163l (1967) Sadler,A. G., W. D. Westwood, and D. C. Lewis, ./. Can.Cercm.Soc.,33, 127(t964)
PROCEEDINGSI7'B VoL 19,No. 2. 1986
67
Smith, J. and H. P. J. Wijn, 1959, Ferritcs, JohnWiley, New York Snoek,J. L., Philips Tech. Ret,.8, 353 ( 1946) S u c h e tJ, . , B u i l . S o c .F r . C e r a n . ,J J , 3 3 ( 1 9 5 6 ) T a k e i ,T . , K i k a i D e n k i ,2 , 6 7, 3 7 9 , 5 4 0 ( 1 9 3 7 ) V a n d e n B r o e k , C . A . M . a n d A . L . S t u y t s . P h i l i p s T e c h . R e y . .. 1 7 . 3 7 (t977) W e n t , J . J . . G . W . R a t h e n a u ,E . W . G o r t e r , a n d G . W . v a n O o s t e r h o u t ,P l l i l i p s T e c h .R e v . 1 3 , 1 9 4 ( 1 9 5 2 )
