Top Banner

of 21

Cacat Dalam Material-ok

Jun 02, 2018

Download

Documents

Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    1/21

    CACAT DALAM MATERIAL

    Berdasarkan geometrinya, cacat/defect pada material dapat dibagi dalam

    4 (empat) katagori , yaitu:

    1. Cacat titik (cacat 0 dimensi Point Defect)

    2. Cacat garis (cacat 1 dimensi Line Defect / Diclocation)

    3. Cacat Bidang (cacat 2 diimensi Planar/ Surface Defect)

    4. Cacat Volume (cacat 3 dimensiVolume Defect (VOID)

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/cacat.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    2/21

    1. CACAT TITIK

    Cacat titik yang paling sederhana adalah kekosongan (vacancy) disini ada atom yang

    hilang dalam kristal. Cacat titik ini merupakan hasil dari penumpukan yang salah sewaktukristalisasi atau juga dapat terjadi pada suhu yang tinggi oleh karena energi thermal

    meningkat. Bila energi thermal tinggi, ada kemungkinan bagi atom-atom untuk melompat

    meninggalkan tempatnya (dimana energi terendah akan ikut naik pula). Maka akan terdapat

    kekosongan tunggal saat kristalisasi. Dan bila terdapat kekosongan ada 2 (dua) maka

    dapat disebut sebagai kekosongan ganda. Perhatikan gambar dibawah ini

    Bila ketidak-sempurnaan seperti kekosongan jumlahnya meliputi 1 (satu) atau beberapa atom

    maka ketidak sempurnaan tersebut biasa-nya disebut dengan nama cacat titik atau POINTDEFECT.

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/cacat%20titik.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/untitled1.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/cacat%20titik.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/untitled1.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    3/21

    Point defect dapat berupa :

    a. Vacancy (kekosongan) akan :

    1. atom pada tempatnya2. pasangan ion (schottky)

    b. Subsitusi oleh atom asing.c. Intertisi oleh atom asing dengan ukuran relatif kecil.

    Self intertisial pada umumnya biasa dikenal sebagai Frenkel-defect dan vacancy akan pasangan

    ion dikenal sebagai Schootky Defect.

    Kekosongan pasangan ion (disebut juga cacat schottky) terdapat pada senyawa yang harusmempunyai keseimbangan muatan.

    Cacat ini mencakup kekosongan pasangan ion berlawanan, kekosongan pasangan ion dan

    kekosongan tunggal mempercepat diffusifitas atom

    Cacat titik (point defect) menyebabkan distorsi lokal dalam kristal.Misalnya : Vacancy dapat menyebabkan KOMPRESSIVESTRESS.Subsitusi oleh atom-atom yang lebih kecil atau besar selalu dapatmenyebabkan kompressive dan Tensile Stress.

    Intertisi menyebabkan strain di sekitar tempat yang diduduki dengan kata

    lain, cacat titik menyebabkan meningkatnya energi dalam material secarathermodinamik.

    (Cacat tidak akan menyebabkan peningkatan

    besaran ENTHALPY (H) Material).

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/untitled2.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    4/21

    Contoh Soal :

    Perhatikan Tabel Dibawah ini : TABEL UNSUR_UNSUR PILIHAN

    JAWABAN ( KLIK DISINI )

    Tinjauan Khusus

    Misalkan ED adalah besarnya energi untuk pembentukan suatu cacat titik.

    Jika kita bandingkan antara kristal sempurna (tanpa cacat) dengan kristal

    https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OmM0OWE5MTg4ZjQ5NDZhNQ&pli=1https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OmM0OWE5MTg4ZjQ5NDZhNQ&pli=1https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OmM0OWE5MTg4ZjQ5NDZhNQ&pli=1https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OjY1NzNlZDZkZTM4MTE5MGEhttps://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OjY1NzNlZDZkZTM4MTE5MGEhttps://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/rev%201%20Untitled-Scanned-02.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/untitled3.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/rev%201%20Untitled-Scanned-02.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/untitled3.jpg?attredirects=0https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OjY1NzNlZDZkZTM4MTE5MGEhttps://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OmM0OWE5MTg4ZjQ5NDZhNQ&pli=1https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OmM0OWE5MTg4ZjQ5NDZhNQ&pli=1
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    5/21

    yang cacat, maka ada perubahan energi sistem.

    (Ada perubahan energi sebesar G) karena kehadiran cacat tersebut dimana

    besarnya adalah :

    G = H T S. 1

    Pada perubahan tersebut di atas (yaitu sempurna menjadi cacat) maka ada

    perrubahan enthalphy yangn meningkatkan energi pada kristal.

    H = E Defect meningkatkan energi kristal.

    Adanya cacat dalam kristal akan berakibat meningkatnya DISORDER sehingga

    : S .

    Faktor enthrophy ini akan menurunkan energi sistem. Dalam posisi

    setimbang bila pada material terdapat n defect, maka besarnya :

    H = n . EDefect .. 2

    Bila digambarkan G sebagai fungsi konsentrasi defect maka akan diperolehgrafik sebagai berikut

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/gntr%20Untitled-Scanned-02.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    6/21

    Maka berdasarkan grafik tersebut diatas bila dijabarkan lebih lanjut

    persamaan 1 yaitu :

    G = H T S. akan didapat grafik sebagaimana

    diilustrasikan berikut ini.

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/2.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/1.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/2.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/1.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    7/21

    Dilihat pada grafik diatas , Maka ada n = neyang memberikan harga perubahan energi bebas

    gibbs G minimum . Selanjutnya akan jadi Pertanyaannya adalah berapa

    nilai netersebut ?)

    Misalkan dalam sistem tersebut terdapat sejumlah N atom kristal dimana ne

    adalah konsentrasi defect yang terjadi pada kristal tersebut . Maka besarnya

    enthrophy sistem (campuran antara atom-atom defects) adalah :

    S = K ln (n + ne) ! . 3ne ! n !

    Denganpendekatan Stierling,maka

    https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OjFhMjNjNDUwYWQyM2IyNDYhttps://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OjFhMjNjNDUwYWQyM2IyNDYhttps://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OjFhMjNjNDUwYWQyM2IyNDYhttps://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/3.jpg?attredirects=0https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OjFhMjNjNDUwYWQyM2IyNDY
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    8/21

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/hal%206%20sampai%208_Page_1.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    9/21

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/hal%206%20sampai%208_Page_2.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    10/21

    Contoh study kasus :

    Jika diketahui bahwa : Energi pembentukan vacancy/atom untuk element Cu =

    0,90 eV

    dimana , K = 8,63 . 10-5eV/ , NAvogadro= 6,02 . 1023 atom/mol

    Ba Cu = 63,54 gr/mol Cu = 8,96 gr/cc

    Tentukanlah :

    a. jumlah vacancy/cc pada kesetimbangan Cu murni T = 500C !

    b. Fraksi vacancy pada temperatur = 500C tersebut !

    JAWABAN SOAL ( ENTER)

    DISLOKASI

    2. CACAT GARIS / LINE DEFECT (DISLOCATION)

    Line defect yang paling banyak dijumpai adalah dislokasi. Secara geometris,

    dislokasi dapat digambarkan seperti di bawah ini :

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/6.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/6.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/6.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    11/21

    Dislokasi ini dapat digambarkan sebagai sisipan satu bidang atom tambahan

    dalam struktur kristal. Garis dislokasi dalam gambar tersebut adalah garis

    tegak lurus pada bidang gambar. Di daerah garis sekitar dislokasi terjadi

    distorsi kisi yang besifat lokal. Daerah-daerah yang jauh dari garis dislokasi,

    derajat distorsi lokalnya menurun dan susunan atomnya kembali normal.

    Distorsi kisi tersebut dapat berupa tekanan dan tegangan sehingga terdapat

    energi tambahan sepanjang dislokasi tersebut. Jarak geser atom di sekitar

    dislokasi disebut vektor geser b* (burger vectors) yang mana tegak lurus pad

    garis dislokasi.

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/Dislokasi%20garis.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    12/21

    Ada 2 jenis dislokasi, yaitu :

    - EDGEDISLOCATION (dislokasi sisi) dan - SCREWDISLOCATION

    (dislokasi ulir)

    Di dalam material biasanya ditemukan gabungan antara edge dislocation dan

    screw diclocation yang biasa disebut dislokasi campuran. Dislokasi dapat

    berpindah-pindah ataupun bergerak. Proses dimana deformasi plastis di-

    karenakan gerakan gerakan dislokasi yang berpindah-pindah tersebut

    biasanya dinamakan dengan SLIP.

    Bidang, dimana garis dislokasi melintang disebut BIDANG SLIP, sedangkan

    arah gerakan dislokasi disebut ARAH SLIP. Bila ditinjau secara khusus ,

    ternyata gerakan dislokasi pada berbagai bidangn kritis adalah tidak sama

    sehingga dengan perkataan lain dapat dikatakan bahwa terdapat arah dan

    bidang kristal yang meudahkan dislokasi terssebut bergerak yang disebut

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/gerakan%20distorsi.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    13/21

    dengan nama PREFFERED PLANE.

    Bidang-bidang dan arah bidang yang memudahkan dislokasi tersebut bergerak

    pada umumnya adalah bidang-bidang kristal yang memiliki planar density

    yang tinggi. Sedangkan arah gerakan dislokasi pada bidang kristal dengan

    planar density yang tinggi merupakan arah slip.

    Dengan perkataan lain arah slip yang diinginkan adalah arah dengnn Linier

    density yang tinggi.

    3. SURFACE DEFECTS (PLANAR DEFECTS)

    Planar defect (dapat berupa cacat pada permukaan-permukaan luar, twin

    boundary, batas-batas fasa, batas butir) pada material (dimana) akan

    memisahkan material tersebut atas beberapa bagian yang mana tiap-tiap

    bagian akan memiliki struktur kristal yang sama tetapi berbeda arah

    kristalnya.

    Permukaan Material

    Ketidak-sempurnaan kristal dalam dua dimensi merupakan suatu batas, dimana batas yang nyata adalah

    permukaan luar. Permukaan dapat diilustrasikan sebagai batas struktur kristal sehingga kita dapat

    melihat bahwa koordinasi atom pada permukaan tidak sama dengan koordinasi atom dalam kristal.

    Dengan kata lain : Atom permukaan hanya mempunyai tetangga pada satu sisi saja, sehingga memiliki

    energi yang lebih tinggi dimana ikatannya menjadi kurang kuat. Karena atom-atom ini tidak seluruhnya

    dikekelingi oleh atom lainnya, maka energinya jadi lebih banyak dibandingkan dengan atom di

    dalamnya.

  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    14/21

    Contoh idealnya:

    Tetesan cairan yang berbentuk bulat maka luas permukaannya per satuan

    volume tetesan harus minimal (sehingga E permukaannya minimmal).

    Penyerapan permukaan merupakan adanya perbedaan energi pada

    permukaan tersebut.

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/permukaan.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    15/21

    Batas Butir

    Bentuk butir dalam solid material biasanya diatur oleh adanya butir-butir laindi sekitarnya dimana dalam setiap butir, semua selnya teratur dalam satu

    arah dan satu pola yang tertentu. Pada grain boundary (batas butir), antara

    dua butir yang berdekatan terdapat daerah transisi yang tidak searah dengan

    pola dalam kedua butir tersebut.

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/batas%20butir.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    16/21

    4. VOLUME DEFECTSVolume defects pada material dapat berupa : crack (retak)/pori-pori, inklusi, presipitat, fasa kedua dan

    lain sebagainya. Kehadiran volume defect di dalam materiaal biasanya memberikan suatu implikasi

    (misalnya terhadap sifat material) yang akan menyebabkan perubahan densitas material (terutama

    dengan adanya pori-pori ataupun fasa kedua pada material). Dengan adanya pori-pori maka :

    material theoritisnya

    = m dimana dengan adanya pori-pori massa akan

    V

    Dengan adanya fasa kedua maka :

    material 1 V1 + 2V2

    Dimana 1 = densitas fasa utama (1)

    V1 = fraksi volume fasa utama

    2 = densitas fasa kedua

    V2 = fraksi volume fasa kedua

    Secara illustratif akan ditinjau efek dari kehadiran cacat volume tersebut

    (seperti retak) terhadap kekuatan material, dimana ingin dilihat perban-dingan

    (kekuatan tarik retakan) dengan th(kekuatan tarik teoritis) suatu material

    yang sama.

  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    17/21

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_2.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_1.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_2.jpg?attredirects=0https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_1.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    18/21

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_3.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    19/21

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_4.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    20/21

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_5.jpg?attredirects=0
  • 8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok

    21/21

    https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_6.jpg?attredirects=0