Magnet Barium Heksaferit, Karet Silikon Lebih Keras dari PVA

Cekricek.id — Pengikat pada magnet barium heksaferit ialah lem yang dicampurkan ke bubuk magnet agar butirannya saling menempel saat dipres menjadi pelet, sebelum pelet itu dibakar. Pertanyaan yang diajukan sebuah tim dari Lampung terdengar sederhana: apakah jenis lem itu ikut menentukan seberapa padat, seberapa magnetis, dan seberapa keras magnet yang keluar dari tungku?

Tim itu terdiri atas delapan peneliti Departemen Teknik Material, Institut Teknologi Sumatera (ITERA), Lampung Selatan: Wahyu Solafide Sipahutar, Gustya Salma Putrie, Faiza Armalia Putri, Abi Farhan, M Hafid, Eka Nurfani, Nur Istiqomah Khamidy, dan Aditya Rianjanu. Laporan mereka, Influence of Binder Type on the Physical, Magnetic, and Mechanical Properties of Sintered Barium Hexaferrite, terbit pada 2025 di Jurnal Ilmu Fisika Volume 17 Nomor 2, halaman 135–145.

Dua lem dibandingkan. Yang pertama polivinil alkohol atau PVA, polimer yang menurut para penulis paling lazim dipakai karena murah, larut dalam air, dan terbakar bersih saat dipanaskan. Yang kedua karet silikon, disingkat SR dari silicone rubber, yang mereka sebut lentur, lembam secara kimia, dan sangat stabil terhadap panas. Namun, karet silikon belum banyak dipakai dalam pengolahan magnet ferit.

Hasil ringkasnya tidak memihak satu lem. Karet silikon menghasilkan magnet barium heksaferit yang lebih padat, lebih sedikit rongga, dan jauh lebih keras. PVA menghasilkan kuat medan magnet yang lebih besar dibanding karet silikon pada takaran yang sama. Namun, sampel tanpa lem sama sekali justru mencatat kenaikan kuat medan paling tinggi setelah pembakaran.

Binder, Lem Penahan Bubuk Sebelum Dibakar

Kata binder dalam paper ini diterjemahkan sebagai pengikat. Maksudnya, bahan tambahan yang dicampurkan ke bubuk sebelum dicetak. Para penulis menjelaskan bahwa pada tahap pembentukan, susunan partikel yang kurang rapat dan daya lekat antarpartikel yang buruk lazim membuat pelet magnet mentah kurang kuat. Pengikat ditambahkan untuk memperbaiki kohesi partikel itu sebelum pembakaran.

Gambaran lem di sini hanya benar separuh. Pada magnet ini, pengikat tidak berhenti bekerja setelah pelet dipres, karena ia harus ikut melewati pembakaran bersuhu tinggi, dan di sanalah nasib kedua lem berbeda. Paper menulis bahwa jenis pengikat dapat memengaruhi perkembangan pori, kelenturan matriks, dan interaksi kimia selama pembakaran, yang akhirnya menentukan sifat mekanis dan magnetis produk akhir.

Para penulis juga mencatat alasan penelitian ini dikerjakan. Menurut mereka, penelitian tentang pengaruh berbagai jenis pengikat terhadap sifat mekanis, magnetis, dan fisis magnet barium heksaferit hasil pembakaran masih terbatas. Kajian pembanding yang melibatkan perekat berbasis silikon, terutama untuk keramik bermagnet kuat seperti barium heksaferit, disebut lebih jarang lagi.

Sintering, Pembakaran Pelet pada 1.100 Derajat Celsius

Sintering berarti pembakaran pelet yang sudah dipres. Dalam penelitian ini pelet dipanaskan pada suhu 1.100°C selama satu jam untuk memperoleh fase kristal BaFe12O19, rumus kimia barium heksaferit, yang optimal. Para penulis menyebut pemanasan itu turut mengurangi porositas dan menaikkan kepadatan, tetapi juga dapat mendorong butiran saling menggumpal.

Bubuknya dibuat sendiri. Barium karbonat (BaCO3) dan besi oksida (Fe2O3) dicampur dengan perbandingan mol 1:6 memakai metode paduan mekanis. Caranya, kedua bahan digiling di dalam wadah bersama bola-bola baja selama 12 jam. Hasil gilingan kemudian disaring dengan saringan berukuran 300 mesh sebelum diperiksa.

Pemeriksaan pertama memakai mikroskop elektron pemindai atau SEM. Gambar pada perbesaran 10.000 dan 25.000 kali memperlihatkan butiran berbentuk heksagonal, bentuk yang oleh para penulis disebut indikator pasti bahwa bahan itu memang BaFe12O19. Ukuran rata-rata butirannya sekitar 0,7 mikrometer, dengan sebaran yang secara keseluruhan disebut homogen walau sebagian butiran menggumpal.

Alat VSM, magnetometer sampel bergetar, lalu mencatat magnetisasi saturasi 71,17 emu/g, magnetisasi remanen 47,8 emu/g, dan koersivitas 0,33 tesla. Menurut paper, remanen dan koersivitas yang tinggi itu menandakan stabilitas magnet yang kuat, dan nilainya dekat dengan kisaran yang dilaporkan studi terdahulu tentang BaFe12O19.

Baca juga Tanah Liat Harau 51,74 Persen Layak Jadi Gerabah

Analisis EDX, yang membaca unsur penyusun bahan, menemukan barium, besi, dan oksigen. Kadar oksigen yang terukur sedikit di bawah nilai teoretis. Para penulis mengaitkannya dengan keterbatasan akurasi EDX untuk unsur ringan serta kemungkinan hilangnya oksigen saat pembakaran bersuhu tinggi. Mereka tetap menilai komposisinya dekat dengan rumus ideal.

Setelah lolos pemeriksaan, empat gram bubuk dicampur PVA atau karet silikon dalam dua takaran, 5 dan 10 persen berat. Campuran dipres dengan tekanan 3.000 psi menjadi pelet magnet barium heksaferit, lalu dibakar. Setiap variasi diulang sedikitnya tiga kali, dan hasilnya dilaporkan sebagai rata-rata beserta simpangan baku. Kepadatan dan porositas diukur mengikuti standar ASTM C20, sedangkan kekerasan mengikuti ASTM E384.

Porositas, Rongga yang Tertinggal di Dalam Magnet

Porositas dalam paper ini menyangkut rongga dan pori halus di dalam bahan. Pembanding yang paling mudah dibayangkan justru tersedia di paper itu sendiri, yakni sampel kontrol tanpa lem. Setelah dibakar, magnet barium heksaferit kontrol itu memiliki kepadatan rata-rata 4,3 g/cm³ dan porositas sekitar 13,1 persen. Para penulis menyebutnya bahan yang relatif padat, walau masih menyisakan pori.

Begitu PVA 5 persen ditambahkan, kepadatan turun ke 3,13 g/cm³ dan porositas naik ke 18,47 persen. Pada PVA 10 persen, kepadatan tercatat 3,07 g/cm³ dan porositas 17,72 persen. Para penulis menduga penurunan kepadatan itu terjadi karena pengikat organik menguap selama pembakaran dan meninggalkan rongga serta pori kecil di dalam matriks keramik.

Karet silikon bergerak ke arah sebaliknya dalam urusan rongga. Kepadatannya 3,65 g/cm³ pada takaran 5 persen dan 3,57 g/cm³ pada 10 persen, dengan porositas 6,95 dan 7,51 persen. Menurut paper, sebagai polimer berikatan silang, karet silikon membentuk jaringan tiga dimensi yang kuat dan lentur, yang membantu mempertahankan kepadatan pelet mentah selama pembakaran.

“Singkatnya, SR lebih efektif daripada PVA dalam meningkatkan kepadatan dan mengurangi porositas, sehingga kontak antarpartikel membaik, yang meningkatkan sifat mekanis seperti kekerasan dan kekuatan,” tulis Wahyu Solafide Sipahutar dan rekan-rekannya. Selisih porositas sekitar 7 persen lawan 18 persen itu, menurut mereka, berpengaruh nyata pada sifat mekanis maupun magnetis barium heksaferit.

Bedanya begini. Karet silikon memang menang dibanding PVA, tetapi tidak dibanding sampel tanpa lem dalam soal kepadatan. Kontrol mencatat 4,3 g/cm³, lebih tinggi dari keempat sampel berpengikat. Porositas kontrol, 13,1 persen, justru berada di antara kedua lem: di atas sampel karet silikon, di bawah sampel PVA. Paper tidak membahas mengapa kepadatan dan porositas kontrol tidak searah.

Baca juga Hidrogel PVA dan Daun Mengkudu untuk Penutup Luka Antibakteri

Permukaan pelet bercerita lain. Pada pengamatan makrostruktur, permukaan sampel PVA tampak lebih halus, lebih rata, dan tanpa cacat berarti. Permukaan sampel karet silikon memperlihatkan retakan yang jelas. Para penulis menyebut penyebab paling mungkin adalah tegangan termal selama pembakaran atau ikatan karet silikon yang kurang efisien dalam menyatukan partikel saat dipanaskan.

Penjelasan itu tidak mudah dipertemukan dengan bagian lain paper. Di satu tempat karet silikon disebut mengikat keramik lebih baik dan membuatnya lebih padat, sedangkan di bagian permukaan ikatannya disebut kurang efisien. Paper juga memuat kalimat yang menyebut karet silikon membuat keramik “kompak dan berpori”, padahal porositas sampel karet silikon adalah yang paling rendah.

Penyusutan, Ukuran yang Mengecil Setelah Dibakar

Penyusutan pelet magnet barium heksaferit dilaporkan pada tiga hal: diameter, ketebalan, dan massa. Pada takaran 5 persen, sampel PVA menyusut 1,5 persen di diameter, 0,6 persen di ketebalan, dan 7 persen di massa. Sampel karet silikon dengan takaran yang sama menyusut 5,4 persen, 3,7 persen, dan 7,7 persen. Di takaran ini karet silikon lebih banyak mengecil, sementara penyusutan massanya relatif mirip.

Pada takaran 10 persen, tabel paper mencatat PVA menyusut 2,1 persen di diameter, 5,1 persen di ketebalan, dan 12,2 persen di massa. Karet silikon 10 persen menyusut 5,5 persen, 4,3 persen, dan 10,4 persen. Simpangan baku ketebalan sampel PVA 10 persen tercatat 4,1, hampir sebesar nilai rata-ratanya sendiri.

Maksudnya, arah temuan tidak seragam. Diameter selalu lebih banyak menyusut pada karet silikon. Ketebalan dan massa lebih banyak menyusut pada PVA ketika takarannya dinaikkan ke 10 persen. Paper menjelaskan PVA sebagai polimer penyerap air yang cenderung mengerut pada suhu tinggi karena air yang terserap menguap. Akibatnya, struktur magnet barium heksaferit kurang stabil ukurannya.

Ringkasan para penulis di bagian yang sama menyebut PVA cenderung menyebabkan penyusutan diameter dan ketebalan lebih besar dibanding karet silikon. Pernyataan itu tidak cocok dengan angka diameter di tabelnya sendiri. Kesimpulan paper menulis sebaliknya, yakni karet silikon menurunkan ukuran dan ketebalan lebih besar. Kesimpulan itu juga menyebut PVA lebih baik menekan penyusutan massa, padahal pada takaran 10 persen penyusutan massa PVA lebih tinggi.

Ada satu catatan lagi soal cara ukur. Bagian metode menulis bahwa penyusutan dihitung dengan membandingkan massa sebelum dan sesudah pembakaran, tetapi hasil yang dilaporkan juga memuat penyusutan diameter dan ketebalan. Cara pengukuran kedua besaran itu tidak diuraikan di bagian metode.

Magnetisasi, Kuat Medan yang Terbaca Gaussmeter

Kata magnetisasi di bagian ini merujuk pada kuat medan magnet yang diukur dengan gaussmeter, dalam satuan militesla atau mT, sebelum dan sesudah pembakaran. Ini pengukuran yang berbeda dari uji VSM pada bubuk tadi, dengan alat dan satuan yang lain. Pengukuran ini dilakukan pada kelima jenis sampel sekaligus.

Sampel magnet barium heksaferit tanpa lem mencatat 0,13 mT sebelum dibakar dan 1,02 mT sesudahnya. Dengan PVA 5 persen, angkanya menjadi 0,93 mT setelah pembakaran. Karet silikon 5 persen berangkat dari 0,10 mT dan hanya mencapai 0,80 mT. PVA 10 persen naik dari 0,06 mT ke 0,73 mT, sementara karet silikon 10 persen dari 0,09 mT ke 0,64 mT.

Para penulis menyimpulkan bahwa pada kedua takaran, pengikat PVA cenderung memberi peningkatan magnetisasi lebih besar dibanding karet silikon. Angka sampel PVA 5 persen sebelum pembakaran tidak disebut di teks. Paper hanya menulis karet silikon 5 persen “juga” bernilai 0,10 mT, seolah angka pembandingnya sudah disebut sebelumnya.

Mudah mengira lem yang lebih baik akan menghasilkan magnet barium heksaferit yang lebih baik pula. Data paper tidak mendukung anggapan itu. “Namun, peningkatan magnetisasi terbesar teramati pada sampel barium heksaferit murni tanpa pengikat apa pun,” tulis tim ITERA tersebut dalam pembahasan hasil gaussmeter.

Penjelasan yang mereka ajukan: tanpa pengikat, tidak ada sisa hasil penguraian pengikat yang tertinggal di dalam struktur setelah pembakaran. Sisa itu, menurut paper, dapat membawa pengotor atau pori yang menghambat penyelarasan domain magnet. Para penulis memakai kata “kemungkinan” untuk penjelasan ini dan tidak menyajikan pengukuran sisa pengikat.

Baca juga Badai Geomagnet 2023 dan Sintilasi yang Justru Tertekan

Abstrak paper juga perlu dibaca hati-hati. Di sana tertulis bahwa penambahan PVA menurunkan magnetisasi “0,93–0,80 mT”, padahal di bagian hasil angka 0,80 mT milik sampel karet silikon 5 persen. Rentang porositas PVA di abstrak, 17,72–18,47 persen, tetap sesuai dengan tabel.

Kekerasan Vickers, Ukuran Kekuatan Mekanis Magnet Barium Heksaferit

Uji kekerasan Vickers, dengan satuan HV, dipakai paper ini untuk mengukur kekuatan mekanis. Magnet barium heksaferit tanpa lem mencatat 100,43 HV, angka terendah di seluruh sampel. PVA 5 persen menaikkannya ke 113,9 HV dan PVA 10 persen ke 143,37 HV. Karet silikon 5 persen mencapai 232,9 HV, dan karet silikon 10 persen mencatat angka tertinggi, 438,92 HV.

Dengan kontrol 100,43 HV sebagai pembanding, lonjakan karet silikon 10 persen adalah yang paling mencolok di seluruh paper. Para penulis mengaitkannya dengan jaringan polimer berikatan silang yang dibentuk karet silikon. Jaringan itu, yang mereka sebut “jaringan pengikat”, mengunci partikel heksaferit selama pembakaran. Paper menyebut jaringan ini lebih tahan terhadap degradasi panas dibanding PVA.

PVA, sebaliknya, digambarkan sebagai polimer organik dengan suhu penguraian relatif rendah, yang terurai selama pembakaran dan meninggalkan rongga serta cacat struktur. Paper juga menulis bahwa makin tinggi persentase pengikat, makin besar peluang ikatan antarpartikel sehingga bahan lebih padat dan keras. Kalimat itu tidak sejalan dengan tabel kepadatan: pada kedua lem, sampel 10 persen justru sedikit kurang padat.

Ada pula selisih angka antara teks dan grafik. Teks, abstrak, dan kesimpulan menyebut 438,92 HV untuk karet silikon 10 persen, sedangkan label grafik Gambar 5 mencantumkan 428,92. Untuk PVA 10 persen, teks menulis 143,37 HV, sementara label grafik menulis 163,37. Paper tidak menjelaskan angka mana yang benar.

Paper ini tidak memuat bagian khusus tentang keterbatasan penelitian. Yang tercatat hanya pengakuan soal akurasi EDX untuk unsur ringan. Rancangannya mencakup satu suhu pembakaran, satu tekanan pres, dua jenis lem, dan dua takaran, masing-masing dengan sedikitnya tiga ulangan. Penelitian ini didanai ITERA melalui skema hibah penelitian madya tahun anggaran 2023.

Karena itu, sebutan “pengikat terbaik” tidak bisa dipakai tanpa keterangan untuk keperluan apa. Dalam data paper ini, karet silikon unggul pada kepadatan, porositas, dan kekerasan, sedangkan PVA unggul atas karet silikon pada kuat medan. Untuk kenaikan kuat medan setelah pembakaran, tidak satu pun lem mengalahkan magnet barium heksaferit yang dibuat tanpa lem sama sekali.