Ceramic Fabrication (Mg_0,6Zn_0,4)TiO₃ + x wt.% Bi₂O₃ Synthesized by liquid mixing method and Effect of Variation x wt.% Bi₂O₃ on Ceramic Structure and Density

Keramik berbasis MgTiO₃ banyak dilaporkan sebagai bahan yang berpotensi untuk aplikasi sistem komunikasi pada frekuensi gelombang mikro. Pada artikel ini dilaporkan hasil fabrikasi keramik (Mg_0,6Zn_0,4)TiO₃ (MZT04) + x wt.%  Bi₂O₃ (x = 0, 1 dan 5) dan dikaji pengaruhnya terhadap struktur dan densitasnya. Fabrikasi ketiga keramik tersebut diperoleh dari serbuk hasil sintesis dengan metode pencampuran larutan menggunakan bahan awal serbuk logam Mg, Zn, dan Ti (Merck) serta HCl 12 M dan dikalsinasi pada suhu 550 ℃ selama 2 jam. Pencampuran Bi₂O₃ dilakukan dengan proses ball milling dan kompaksi dengan tekanan 10 MPa kemudian disinter pada suhu 1000 ℃ selama 4 jam. Analisis struktur dengan uji XRD menunjukkan bahwa serbuk MZT04 terdiri dari fasa MgTiO₃ sebagai fasa utama dan TiO₂ sebagai fasa impuritas. Sedangkan untuk keramik dengan penambahan 0, 1 dan 5 wt.% Bi₂O₃ terdiri dari fasa MgTiO₃ sebagai fasa utama dengan % molar = (96,47 ± 2,95), (96,79 ± 1,79) dan (97,53 ± 1,88) dan sisanya MgO sebagai fasa impuritas. Bertambahnya wt.% Bi₂O₃ menyebabkan penurunan % molar fasa MgO, memperkecil ukuran parameter kisi dan volume sel satuan. Fakta tersebut didukung dengan terjadinya pergeseran posisi 2θ puncak MgTiO₃ (104) dari 32,86 menjadi 33,02°. Penambahan wt.% Bi₂O₃ tersebut juga mampu meningkatkan densitas Archimedes dari 3,315 menjadi 3,762 g/cm³_. Dapat disimpulkan bahwa variasi penambahan 0, 1 dan 5 wt.% Bi₂O₃ pada keramik MZT04 berpengaruh terhadap struktur dan densitasnya, yaitu menyebabkan pembentukan fasa MgTiO₃ hampir tunggal, memperkecil ukuran parameter kisi dan volume sel satuan serta meningkatkan nilai densitas Archimedes.

Kata Kunci: (Mg_0,6Zn_0,4)TiO₃, wt.% Bi₂O₃, keramik, struktur, densitas Archimedes

MgTiO₃-based ceramics are widely reported as potential materials for communication system applications at microwave frequencies. In this article, the ceramic fabrication of (Mg_0.6Zn_0.4)TiO₃ (MZT04) + x wt.% Bi₂O₃ (x = 0, 1 and 5) were examined and their effects on structure and density were reported. Fabrication of the three ceramics was obtained from the powder synthesized by liquid mixing method from Mg, Zn, and Ti (Merck) metal powder as well as 12 M HCl and calcined at 550 ℃ for 2 hours. Bi₂O₃ mixing was carried out by ball milling and compacting with a pressure of 10 MPa and sintered at 1000 ℃ for 4 hours. Analysis of the structure by XRD showed that MZT04 powders consisted of the MgTiO₃ phase as the main phase and TiO₂ as the impurity phase. While for the ceramics with 0, 1 and 5 wt.% Bi₂O₃, the samples consist of MgTiO₃ phase as the main phase with % molar = (96.47 ± 2.95), (96.79 ± 1.79) and (97.53 ± 1.88) and the remaining MgO as an impurity phase. The increase in % wt Bi₂O₃ causes a decrease in the presence of the MgO phase, reducing the size of the lattice parameter and the volume of unit cells. This fact was supported by the shifting of  of the (104) MgTiO₃ peak from 2θ = 32.86 to 33.02°. The addition of wt.% Bi₂O₃ was also able to increase the Archimedes density from 3.315 to 3.762 g/cm³. It can be concluded that the variation of 0, 1 and 5 wt.% Bi₂O₃ into MZT04 ceramic systems affects the structure and density of the systems, i.e. leads to the formation of nearly single phase of MgTiO₃, reducing the size of the lattice parameter and the volume of unit cells and increasing the Archimedes density.

Keywords: (Mg_0,6Zn_0,4)TiO₃, wt.% Bi₂O₃, ceramics, structure, Archimedes density