Sintesis dan Fabrikasi Keramik (Mg_0,8Zn_0,2)TiO₃ + 2 wt% Bi₂O₃ Sebagai Bahan Dielektrik serta Karakterisasi Struktur dan Densitasnya Akibat Variasi Waktu Tahan Sinter

Synthesis and Fabrication of Ceramics (Mg0,8Zn0,2)TiO3 + 2 wt% Bi2O3 as Dielectric Material and Characterization of Structure and Density Due to Variation of Sintered Holding Time

Telah dilakukan sintesis serbuk (Mg_0,8Zn_0,2)TiO₃ disingkat MZT02 dan fabrikasi keramik MZT02 + 2 wt% Bi₂O₃ disingkat MZT02-2. Sintesis serbuk MZT02 tersebut dilakukan menggunakan metode pencampuran larutan dengan bahan awal berupa serbuk logam Mg, Zn, Ti (Merck) dan HCl 12 M (37 %) sebagai pelarut. Serbuk MZT02 hasil sintesis dikalsinasi pada suhu 550 °C selama 2 jam. Fabrikasi keramik MZT02-2 dilakukan dengan ball milling serbuk MZT02 + 2 wt% Bi₂O₃ (untuk mempercepat proses pemadatan), kompaksi pada tekanan 20 MPa dan sinter pada suhu 1100 °C dengan variasi waktu tahan 4, 6 dan 8 jam. Karakterisasi struktur dengan uji XRD menunjukkan bahwa serbuk MZT02 mengandung MgTiO₃ dengan % molar = 88,76; sedangkan keramik dengan waktu tahan sinter 4 dan 6 jam mengandung MgTiO₃ dengan % molar = 92,61 dan 94,44 sisanya TiO₂ rutile sebagai fasa impuritas. Pada keramik dengan waktu tahan sinter 8 jam terdapat 3 fasa, yaitu MgTiO₃ = 83,83 % molar; MgTi₂O₅ = 8,44 % molar dan sisanya TiO₂ rutile. Bertambahnya waktu tahan sinter menyebabkan parameter kisi dan volume sel satuan pada keramik MZT02-2 berkurang. Karakterisasi densitas dilakukan dengan uji densitimeter menggunakan metode Archimedes yang hasilnya berturut-turut 3,382; 3,582 dan 3,667 g/cm³ untuk keramik dengan waktu tahan sinter 4, 6 dan 8 jam. Dapat disimpulkan bahwa waktu tahan sinter mempengaruhi struktur maupun densitas keramik MZT02-2. Kandungan MgTiO₃ yang tinggi (> 90 % molar) dan densitas yang tinggi (≥ 3,5) menunjukkan bahwa keramik MZT02-2 berpotensi sebagai kandidat bahan dielektrik yang baik, misalnya komponen untuk divais elektronik dan sistem komunikasi nirkabel.  

Kata Kunci: metode pencampuran larutan, fabrikasi keramik, MZT02, MZT02-2, Bi₂O_3.

Synthesis of powder (Mg_0,8Zn_0,2)TiO₃ abbreviated as MZT02 and fabrication of MZT02 + 2 wt% Bi₂O₃ ceramics (abbreviated as MZT02-2) have been carried out. The MZT02 powder synthesis was completed using a liquid mixing methode with starting material in the form of metal powder Mg, Zn, Ti (Merck) and 12 M HCl (37%) as a solvent. The MZT02 powder was calcined at 550 °C for 2 hours. Fabrication of MZT02-2 ceramics was carried out with ball milling MZT02 powder + 2 wt% Bi₂O₃ (to speed up the compaction process) and press the compacted powder at 20 MPa followed by sinter at 1100 °C with variations in a holding time of 4, 6 and 8 hours. Structure characterization by XRD showed that the MZT02 powder contained MgTiO₃ with a % molar = 88,76; while ceramics with a holding time of 4 and 6 hours contain MgTiO₃ with a % molar = 92,61 and 94,44; the remaining is TiO₂ rutile as an impurity phase. There are 3 phases in ceramics with holding time of 8 hours, namely MgTiO₃ = 83,83 % molar; MgTi₂O₅ = 8,44 % molar and the remaining is TiO₂ rutile. Increasing the holding time causes lattice parameters and unit cell volumes in MZT02-2 ceramics to decrease. Density characterization of the ceramics was carried out using the Archimedes method and the result is 3,382; 3,582 and 3,667 for 4, 6 and 8 hours of a holding time. It can be concluded that the holding time affects the structure and density of MZT02-2 ceramics. High content of MgTiO₃ (> 90 % molar) and high density (≥ 3,5) indicates that MZT02-2 are potential candidates for good dielectric materials, for example as components for electronic devices and wireless communication systems.

Keywords: liquid mixing method, ceramic fabrication, MZT02, MZT02-2, Bi₂O₃.