Pengaruh Variasi Suhu Sinter terhadap Struktur, Mikrostruktur, Permitivitas Relatif, dan Karakteristik DRO pada Keramik Mg(Ti_0,95Cr_0,05)O₃

Effect of Variation of Sinter Temperature on Structure, Microstructure, Relative Permittivity, and DRO Characteristics of Mg(Ti0,95Cr0,05)O3

Keramik MgTiO₃ merupakan material resonator yang digunakan dalam rangkaian DRO untuk aplikasi sistem radar yang bekerja pada frekuensi gelombang mikro. Pada penelitian ini, serbuk Mg(Ti_0,95Cr_0,05)O₃ (MTC005) disintesis menggunakan metode pencampuran larutan antara larutan MgCl₂, 0,95TiCl₄, dan 0,05CrCl₄. Serbuk hasil sintesis dikalsinasi pada suhu 800 C selama 4 jam. Selanjutnya, serbuk kristalin MTC005 dikompaksi pada tekanan 8 MPa dan disinter pada variasi suhu 1100, 1200, dan 1300 C selama 4 jam. Penelitian ini bertujuan untuk melaporkan fabrikasi keramik MTC005 dan karakteristiknya menggunakan alat uji XRD, SEM-EDX, densitymeter, Spectrum Analyzer, dan Vector Network Analyzer. Hasil penelitian menunjukkan bahwa struktur ketiga sampel keramik MTC005 terdiri dari fasa utama MgTiO₃ dengan (82,73-96,56)%berat, sisanya TiO₂ rutile, dan MgO (ditemukan pada suhu sinter 1300°C). Terdapat fenomena menarik yang ditemukan pada ketiga sampel keramik tersebut, yaitu dugaan terjadinya thermal diffuse scattering (TDS) pada suhu sinter 1100 dan 1300°C yang ditandai dengan meningkatnya intensitas background, serta turunnya intensitas puncak difraksi; temuan tersebut dipertegas adanya perubahan data vibrasi termal atom terhadap vibrasi pada keadaan setimbangnya, dan pergeseran posisi atom terhadap posisi teoritiknya. Namun penyebab tidak ditemukan dugaan terjadinya fenomena TDS pada suhu 1200°C masih belum dapat diketahui, sehingga dibutuhkan penelitian lanjutan. Fenomena TDS tersebut ternyata tidak berpengaruh secara signifikan terhadap data karakteristik struktur yaitu %berat, %molar, densitas atom, parameter kisi (a=b, c), dan volume sel satuan milik fasa MgTiO₃. Naiknya suhu sinter juga telah meningkatkan densitas bulk keramik, diikuti berkurangnya porositas. Peningkatan nilai  dari 17,35 (1100°C), menjadi 17,62 (1200°C), dan 17,92 (1300°C) terjadi seiring dengan naiknya densitas bulk keramik, berkurangnya porositas, serta peningkatan %berat dan %molar fasa MgTiO₃. Frekuensi resonansi DRO terekam pada 3,3 GHz yang menunjukkan bahwa ketiga keramik tersebut mampu bekerja sebagai resonator DRO pada daerah S-Band (2-4 GHz). Selain itu, data phase noise yang dihasilkan pada frekuensi offset 300 dan 700 kHz sangat kecil yaitu         << 0 dBc/kHz. Rendahnya nilai phase noise tersebut menunjukkan bahwa ketiga keramik MTC005 mampu bertindak sebagai silent oscillator sehingga potensial digunakan sebagai resonator DRO untuk sistem radar pada S-band.

Kata Kunci: keramik MTC005; suhu sinter; struktur; mikrostruktur; densitas; permitivitas relatif; frekuensi resonansi; phase noise. 

MgTiO₃ ceramic is a resonator material used in DRO circuits for radar system applications that work at microwave frequencies. In this study, Mg(Ti_0,95Cr_0,05)O₃ (MTC005) powder is synthesised using the liquid mixing method between MgCl₂, 0,95TiCl₄, dan 0,05CrCl₄ solutions. The synthesised powder is calcined at 800°C for 4 hours. Next, the crystalline powder of MTC005 is compressed at a pressure of 8 MPa and sintered at a temperature variation of 1100, 1200, and 1300°C for 4 hours. This research is to report the fabrication of MTC005 ceramics and its characteristics using XRD, SEM-EDX, densitymeter, Spectrum Analyser, and Vector Network Analyser. The results show that the structure of the three MTC005 ceramic samples consists of the main phase MgTiO₃ with (82.73-96.56) %weight, the rest is rutile TiO₂, and MgO (found at a sinter temperature of 1300°C). There are interesting phenomena found in the three ceramic samples, namely the alleged occurrence of thermal diffuse scattering (TDS) at sinter temperatures 1100 and 1300°C which is characterised by an increase in background intensity, and a decrease in the intensity of the diffraction peak; these findings are confirmed by changes in atomic thermal vibrational data against the same data in their balanced state, as well as shifts in atomic positions against their theoretical positions. However, the cause of not finding the alleged occurrence of the TDS phenomenon at a temperature of 1200°C is still unknown, so further research is needed. The TDS phenomenon did not significantly affect the structural characteristics data, namely %weight, %molar, atomic density, lattice parameters (a = b, c), and unit cell volume belonging to the MgTiO₃ phase. The increase in sinter temperature also increases the bulk density of ceramics, followed by reduced porosity. The increase in  value from 17.35 (1100°C), to 17.62 (1200°C), and 17.92 (1300°C) occurs along with the increase in ceramic bulk density, reduced porosity, and an increase in %weight and %molar MgTiO₃ phase. While the DRO resonance frequency is recorded at 3.3 GHz, which indicates that the three ceramics are able to work as DRO resonators in the S-Band area (2-4 GHz). In addition, the phase noise data generated at offset frequencies of 300 and 700 kHz is very small at << 0 dBc/kHz. The low phase noise value indicates that the three MTC005 ceramics are able to act as silent oscillators so that they can potentially be used as DRO resonators in radar systems at S-band.

Keywords: MTC005 ceramic; sintered temperature; structure; microstructure; bulk density; relative permittivity; resonant frequency; phase noise.