750399632-Bab-4-Cacat-Kristal.pptx kristal

fisika

1. Cacat Kristal Materi 4

2. Penyebab cacat Titik : Vakansi dan Interstisi-Diri . Impuritas Pada Bahan Padat Suatu Kristal terbentuk dari berjuta-juta atom, sehingga peluang adanya cacat atau ketidak sempurnaan susunan kristal mungkin terjadi . Cacat kristal salah satu yang menentukan sifat dari bahan zat padat Larutan padat yaitu campuran homogen berwujud padat yang terdiri dari satu atau lebih zat terlarut dalam pelarut Larutan Padat Logam

3. Ada beberapa ciri atom pelarut dan solute yang akan menentukan derjat kelarutan atom solute pada atom pelarut , yaitu : Hume- Rothery Rule Faktor ukuran atom . Larutan padat terjadi jika perbedaan jari-jari atom kedua atom kurang dari 15%. ( Perbedaan ukuran atom larutan dengan solven harus kurang dari 15%) Struktur kristal . Untuk kemampularutan padatan yang besar , struktur kristal kedua atom logam harus mempunyai jenis yang sama . ( Struktur Kristal harus sama ) Elektronegativitas . Makin elektropositif suatu unsur dan makin elektronegatif unsur yang lain, makin besar kecendrungan unsur-unsur ini akan membentuk senyawa logam daripada larutan padat substitusi . Perbedaan keelektronegatifan antara logam harus kecil Valensi . Jika faktor-faktor lain sama , sebuah logam akan mempunyai kecendrungan melarutkan logam lainnya yang mempunyai valensi lebih tinggi dari pada logam yang valensinya rendah .

4. Cacat Kristal ( Ketidaksempurnaan Bahan Padat ) Semua bahan padat mengandung sejumlah besar cacat atau ketaksempurnaan Kristal yang sempurna adalah kristal yang seluruh susunan atomnya teratur mengikutu susunan atom dalam kristal dengan pola tertentu Jadi: cacat kristal yang dimaksud disini adalah cacat atau ketidaksempurnaan susunan atom atom dalam kristal . Cacat dapat terjadi karena adanya solidifikasi ( pendinginan ) ataupun akibat dari luar the atoms in a realistic crystal

5. Manfaat cacat kristal Cacat pada kristal dapat mengubah sifat listrik dan mekanik bahan . Pada bahan semikonduktor , cacat kristal berupa kekosongan pada kristal untuk meningkatkan sifat listik bahan tersebut . Mis. Kekosongan kristal silicon ( Valensi 4) didoping oleh fosfor , P, ( valensi 5) untuk membentuk semikonduktor tipe –N. Cacat kristal berupa kekosongan , dislokasi dan boundaries/ batas dapat mengubah sifat mekanik . Misalkan grain boundaries/ batas butir bermanfaat untuk menghambat difusi atom dan gerak dislokasi sehingga deformasi bahan sulit terjadi . Semajkin kecil grain, semakit kuat tersebut . Ukuran grain dapat diatur dengan laju pendinginan . Laju pendinginan yang cepat menghasilkan grain- geain yang kecil sedangkan proses-proses pendinginan yang lambat menghasilkan grain-grain besar .

6. Penambahan atom impuritas ke logam akan mengakibatkan pembentukan larutan padat dan/ atau fasa kedua yang baru , tergantung pada jenis impuritas , konsentrasi dan temperatur paduan . Larutan Padat Larutan padat terbentuk ketika atom solute ( zat terlarut ) ditambahkan ke material induk , struktur kristal tetap dijaga , dan tidak ada struktur baru yang terbentuk . Bisa dianalogikan dengan air yang dicampur dengan alkohol yang akan menghasilkan larutan cair ketika molekulnya bercampur dan komposisinya homogen . Larutan padat juga mempunyai komposisi homogen dan atom impuritas tersebar secara acak dan seragam di dalam padatan . Cacat titik impuritas dijumpai dalam dua jenis : substitusi dan interstisi .

7. Vakansi dan Interstisi-Diri Vakansi adalah kekosongan sisi kisi , yaitu sisi yang seharusnya ditempati atom, kehilangan atomnya ( lihat Gbr ). Vakansi terbentuk selama proses pembekuan , dan juga karena getaran atom yang mengakibatkan perpindahan atom dari sisi kisi normalnya . Representasi 2-Dimensi vakansi dan self- interstisi Angka kesetimbangan vakansi, N v untuk material tertentu tergantung atas kenaikan temperatur sesuai dengan persamaan: Dimana N = Jumlah total sisi Q v = energi yang diperlukan untuk membentuk vakansi T = temperature mutlak,K K = Konstanta Boltzmqan = 1,38 x 10 -23 J/atom-K = 8,62 x 10 -5 eV/atom-K kekosongan

8. Interstisi-Diri Interstisi-Diri (self-interstitial) adalah sebuah atom dari bahan kristal yang berdesakan ke dalam sisi interstisi , yaitu ruang kosong kecil dimana dalam kondisi normal tidak diisi atom. Jenis cacat ini bisa dilihat pada gamba2. Pada logam , interstisi diri mengakibatkan distorsi yang relatif besar di sekitar kisi karena atom interstisi lebih besar dari ruang interstisi . Karena itu pembentukan cacat ini kemungkinannya kecil , dan juga konsentrasinya kecil , dimana konsentrasinya jauh lebih kecil dari cacat vakansi . ada penambahan atom yang disebut impuritas

9. Impuritas Pada Bahan Padat Impuritas adalah atom asing yang hadir pada material. Logam murni yang hanya terdiri dari satu jenis atom adalah tidak mungkin . Impuritas bisa menyebabkan cacat titik pada kristal . Ada paduan dimana atom impuritas sengaja ditambahkan untuk mendapatkan karakteristik tertentu pada material seperti untuk meningkatkan kekuatan mekanik atau ketahanan korosi . Contohnya , perak sterling adalah paduan 92,5% perak - 7,5% tembaga dimana perak yang ditambahkan tembaga akan menaikkan kekuatan mekaniknya secara signifikan . Penambahan atom impuritas ke logam akan mengakibatkan pembentukan larutan padat dan/ atau fasa kedua yang baru , tergantung pada jenis impuritas , konsentrasi dan temperatur paduan . 92,5% perak + 7,5% tembaga = perak sterling Perak sterling umumnya memancarkan kilau dan reflektif , namun dikenal mudah bernoda . Hal ini dikarenakan seiring waktu , perak murni akan berubah warna dan menjadi gelap saat teroksidasi .

10. Contoh aplikasi ketidakmurnian dalam zat Padat Baja paduan (alloy) adalah baja yang memiliki sedikit kandungan dari satu atau lebih elemen paduan ( selain karbon ) seperti manganese, silicon, nikel , titanium, copper, chromium   serta  aluminium Baja adalah   paduan besi dan karbon yang kandungan karbonnya berkisar hingga 2 persen

11. Impuritas

12. Jenis cacat kristal Berdasarkan dimensinya, terdapat 4 jenis cacat kristal yaitu Cacat titik (0D) Cacat garis (1D) Cacat bidang (2D) Cacat ruang (3D)

13. Konsentrasi atom 1 dalam persen berat didalam campuran atom 1 dengan atom 2 adalah : konsentrasi atom kedua dicari dengan cara yang sama . Spesifikasi Komposisi Komposisi sebuah paduan bisa dinyatakan dalam bentuk unsur-unsur pokoknya . Ada dua cara untuk menyatakan ini yaitu persen berat (% wt ) dan persen atom . Konsentrasi atom 1 dalam persen atom didalam campuran atom 1 dengan atom 2 adalah : Jumlah mol unsur bisa dicari dengan membagi massa unsur dengan berat atomnya . Persen konsentrasi atom ke dua bisa dicari dengan cara yang sama .

14. KETIDAK-SEMPURNAAN YANG LAIN 1. Dislokasi – Cacat Linier Dislokasi adalah cacat linier atau satu dimensi dimana didekatnya beberapa atom tidak segaris . Ada 3 jenis dislokasi yaitu : dislokasi sisi , dislokasi ulir dan dislokasi campuran . Dislokasi sisi / pinggir adalah terdapatnya bidang atom ekstra atau setengah bidang , dimana sisinya terputus di dalam kristal .

15. Dislokasi ulir terbentuk karena gaya geser yang diberikan sehingga menghasilkan distorsi seperti yang ditunjukkan Gambar 1 Daerah depan bagian atas kristal tergeser sebesar satu atom kekanan relatif terhadap bagian bawah . Dislokasi ini disimbolkan dengan . Jika pada material dijumpai kedua jenis dislokasi diatas maka disebut material mempunyai dislokasi campuran . Contoh dislokasi campuran bisa dilihat pada gambar 2. Dislokasi pada material ditimbulkan : selama proses pembekuan, karena deformasi plastis, karena tegangan termal sebagai hasil pendinginan cepat.

16. the atoms in a realistic crystal “ glide”edge dislocations

17. “ glide”edge dislocations

18. Cacat Antar Muka ( Dislokasi Campuran ) Cacat antar muka adalah batas yang mempunyai dua dimensi yang biasanya memisahkan daerah-daerah pada material yang mempunyai struktur kristal dan/ atau orientasi kristalografi yang berbeda . Cacat jenis ini antara lain : permukaan luar , batas butir , batas kembar , kesalahan tumpukan dan batas fasa .

19. Batas Butir . Batas butir memisahkan dua butir atau kristal kecil yang mempunyai orientasi kristalografi yang berbeda pada material polikristal . Batas butir secara skematik digambarkan pada gambar 4. Didalam batas butir terdapat atom yang tak bersesuaian pada daerah transisi dari orientasi kristal butir satu ke butir lain didekatnya .

20. grain boundaries

21. Grain Boundary: Sudut rendah dan tinggi . Satu orientasi butir dapat diperoleh dengan rotasi butir lain melintasi batas butir tentang sumbu melalui sudut Jika sudut rotasi tinggi , itu disebut batas butir sudut tinggi . Jika sudut rotasi rendah disebut batas butir sudut rendah

22. Batas Kembar Batas kembar adalah batas butir tipe khusus dimana terdapat simetri kisi cermin , yaitu atom-atom pada sebuah sisi batas berada pada posisi cermin dari atom-atom pada sisi lainnya ( ambar 5). Daerah antara batas butir ini disebut kembar /twin. Cacat Bulk Atau Volume

23. Formation of twin (b) may be caused by application of stress to the perfect crystal (a)