PENGARUH VARIASI TEKANAN KOMPAKSI TERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN DENSITAS KERAMIK (Mg0,9Zn0,1)TiO3 + 2 %wt Bi2O3 HASIL SINTESIS MENGGUNAKAN METODE PENCAMPURAN LARUTAN

Abstract

Abstrak

Telah dilakukan sintesis serbuk (Mg_0,9Zn_0,1)TiO₃ (disingkat MZT01) dan fabrikasi keramik MZT01+2 %wt Bi₂O₃. Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi pengaruh variasi tekanan kompaksi keramik MZT01+2 %wt Bi₂O₃ terhadap mikrostruktur dan densitas bulk. Sintesis serbuk MZT01 dilakukan mengikuti metode pencampuran larutan dengan bahan awal berupa serbuk logam Mg, Zn, Ti (Merck) dan HCl 12 M sebagai pelarut. Serbuk MZT01 hasil sintesis tersebut dikalsinasi pada suhu 550 °C selama 2 jam. Fabrikasi keramik dilakukan dengan menambahkan 2 %wt Bi₂O₃ pada serbuk MZT01 dengan ball milling pada kecepatan 500 rpm selama 5 jam. Serbuk MZT01+2 %wt Bi₂O₃ kemudian dikompaksi menggunakan die press berdiameter 10 mm dengan variasi tekanan 10, 15, dan 20 MPa dan disinter pada suhu 1100 °C selama 4 jam. Berdasarkan karakterisasi struktur dengan uji XRD, serbuk MZT01 mengandung fasa utama MgTiO₃ (93,10 % molar) dan fasa impuritas TiO₂ rutil (0,25 % molar) dan MgO (6,65 % molar). Sedangkan untuk keramik MZT01+2 %wt Bi₂O₃ 15 MPa terdiri fasa utama MgTiO₃ (99,56 % molar) dan sisanya TiO₂ rutil. Karakterisasi mikrostruktur dengan FESEM menunjukkan adanya crack yang cenderung meningkat dengan bertambahnya tekanan kompaksi. Belum diketahui pasti apa penyebab crack tersebut, namun hal tersebut mungkin berkaitan dengan kombinasi yang dianggap belum sesuai antara ketiga nilai tekanan, diameter die press dan suhu sinter tersebut. Meski demikian, ketiga kombinasi tersebut telah mampu menunjukkan adanya pertumbuhan butir, yaitu ukuran diameter rata-rata butir meningkat dari 105 nm (10 MPa), 156 nm (15 MPa) menjadi 168 nm (20 MPa). Karakterisasi densitas bulk keramik dengan metode Archimedes juga menghasilkan nilai densitas yang meningkat, yaitu dari 2,8 g/cm³ (10 MPa), 3,6 g/cm³ (15 MPa) menjadi 3,8 g/cm³ (20 MPa).

Kata Kunci: metode pencampuran larutan, fabrikasi keramik MZT01+2 %wt Bi₂O₃, tekanan kompaksi, FESEM

Abstract

Synthesis of (Mg_0,9Zn_0,1)TiO₃ powder (abbreviated as MZT01) and fabrication of MZT01+2 %wt Bi₂O₃ ceramics have been carried out. This study aims to investigate the effect of pressure variation ceramic MZT01+2 %wt Bi₂O₃ on microstructure and bulk density. Synthesis of the powder was completed following the liquid mixing methode using Mg, Zn and Ti (Merck) metal powders as the starting materials and HCl 12 M as the solvent. The powder was calcined at 550 °C for 2 hours. The ceramic was fabricated by adding 2 %wt Bi₂O₃ to the MZT01 powder using ball milling at 550 rpm for 5 hours. The mixed powders was pressed at 10, 15, and 20 MPa using a 10-mm diameter of cycindrical die press and sintered at 1100 °C for 4 hours.  Based on the structure characterization using XRD, MZT01 powder consisted of the main MgTiO₃ phase (93.10 % molar), and TiO₂ rutile (0.25 % molar) and MgO (6.65 %) as the impurity phases. The MZT01+2 %wt Bi₂O₃ 15 MPa ceramic consists of MgTiO₃ (99,56 % molar) and the remaining is TiO₂ rutile. Microstructural characterization with FESEM shows cracks which tend to increase with increasing compacting pressure. It was not yet known exactly what causes these cracks, but it may be related to combinations that are deemed incompatible between the three pressure values, diameter die press  and temperature of the sinter. However, the three combinations have been able to show the growth of grains, i.e. the average diameter size of grains increased from 105 nm (10 MPa), 156 nm (15 MPa) to 168 nm (20 MPa). Characterization of ceramic bulk density by the Archimedes method also results in increased values, from 2.8 g/cm³ (10 MPa), 3.6 g/cm³ (15 MPa) to 3.8 g/cm³ (20 MPa).

Keywords: liquid mixing method, MZT01+2 %wt Bi₂O₃ ceramic fabriation, compacting pressure, FESEM