• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Cacat Kristal
 

Cacat Kristal

on

  • 17,169 views

 

Statistics

Views

Total Views
17,169
Views on SlideShare
17,164
Embed Views
5

Actions

Likes
4
Downloads
821
Comments
4

2 Embeds 5

http://vietrieya.blogspot.com 4
http://www.slideshare.net 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft Word

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel

14 of 4 previous next Post a comment

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • thx teman... maduretno
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • data itu q dapet juga dari daftar pustaka..jd berasal dr penelitian yg sebelumnya.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • gimana cara ambil dataa diatas ya?
    helep gan..=,='
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • kuyfuf
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Cacat Kristal Cacat Kristal Document Transcript

    • MAKALAH FISIKA BAHAN“IMPERFECTION (CACAT KRISTAL)” Disusun oleh Kelompok 10: 1. Lustyyah Ulfa (2408100064) 2. Sofyan Ade P. (2408100070) 3. Andini Nur Vania S. (2408100074) 4. Yanuan Angga (2408100076) JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010 1
    • KATA PENGANTAR Puji Syukur kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan hidayah-Nya lah makalahfisika bahan dengan judul “IMPERFECTION (CACAT KRISTAL)” ini dapat diselesaikan dandijalankan dengan baik. Makalah yang disusun sebagai tugas mata kuliah Fisika Bahan inimembahas mengenai Imperfection, cacat yang terjadi pada kristal atau zat padat dan juga macam-macam cacat yang terjadi, baik contoh dan juga penyebabnya dimana nantinya didalam makalah inijuga akan disertakan contoh soal dari permasalahan cacat kristal ini. Atas terselesaikannya makalahini dengan baik dan lancar, tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir.Zulkifli, MSc selaku dosen pembimbing mata kuliah Fisika Bahan. 2. Pihak-pihak yang bersangkutan yang telah membantu dalam penyusunan makalah fisika bahan dengan judul “IMPERFECTION (CACAT KRISTAL)” ini. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi semua orang. Kritik dan saran yang membanguntentang makalah ini sangat penulis perlukan demi kesempurnaan makalah ini. Surabaya, 16 Februari 2010 Penyusun 2
    • DAFTAR ISI HalamanKata Pengantar.............................................................................................................................iDaftar Isi......................................................................................................................................iiBAB I PENDAHULUAN...........................................................................................................1 1.1 Latar Belakang..............................................................................................................1 1.2 Tujuan...........................................................................................................................1 1.3 Permasalahan................................................................................................................1 1.4 Sistematika Laporan......................................................................................................1BAB II DASAR TEORI.............................................................................................................3 2.1 Pengertian Kristal..........................................................................................................3 2.2 Proses Terbentuknya Kristal.........................................................................................3 2.3 Cacat Kristal..................................................................................................................4 2.3.1 Cacat Titik (Point Defect)....................................................................................4 2.3.2 Cacat Garis (Line Defect)....................................................................................4 2.3.3 Cacat Bidang (Interfacial Defect)........................................................................6 2.3.4 Cacat Ruang (Bulk Defect)..................................................................................6BAB III ANALISA & PEMBAHASAN...................................................................................7 3.1 Cacat Kristal dalam Padatan.........................................................................................7 3.2 Difusivitas Atom...........................................................................................................9BAB IV KESIMPULAN............................................................................................................11DAFTAR PUSTAKA.................................................................................................................12 3
    • BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Istilah "kristal" memiliki makna yang sudah ditentukan dalam ilmu material dan fisika zat padat, dalam kehidupan sehari-hari "kristal" merujuk pada benda padat yang menunjukkan bentuk geometri tertentu, dan kerap kali sedap di mata. Berbagai bentuk kristal tersebut dapat ditemukan di alam. Bentuk-bentuk kristal ini bergantung pada jenis ikatan molekuler antara atom-atom untuk menentukan strukturnya, dan juga keadaan terciptanya kristal tersebut. Bunga salju, intan, dan garam dapur adalah contoh-contoh kristal. Susunan yang sempurna ada di keseluruhan material kristal pada skala atom tidaklah ada. Semua bahan padat mengandung sejumlah besar cacat atau ketaksempurnaan. Beberapa material kristalin mungkin menunjukkan sifat-sifat elektrik khas, seperti efek feroelektrik atau efek piezoelektrik. Kebanyakan material kristalin memiliki berbagai jenis cacat kristalografis. Jenis dan struktur cacat-cacat tersebut dapat berefek besar pada sifat-sifat material tersebut.1.2 Tujuan Tujuan dari penyusunan makalah tentang Cacat Kristal ini adalah : 1. Mengetahui dan memahami karakteristik material penyusun zat padat 2. Mengetahui dan memahami cacat kristal pada zat padat, dimana kristal merupakan penyusun zat padat.1.3 Permasalahan Permasalahan yang mendukung disusunnya makalah fisika bahan tentang “IMPERFECTION (Cacat Kristal) ini adalah menjelaskan komponen penyusun material pada zat padat yang berupa kristal, macam-macam cacat kristal, dan penyebabnya.1.4 Sistematika Laporan Makalah fisika bahan dengan judul “IMPERFECTION (CACAT KRISTAL)” ini terdiri dari empat bab. Makalah secara garis besar berisi tentang komponen penyusun kristal, macam- macam dan penyebab terbentuknya cacat kristal untuk lebih jelasnya maka susunan laporan adalah sebagai berikut. Bab I pendahuluan yang di dalamnya berisi tentang latar belakang, tujuan, permasalahan, sistematika laporan. Bab II dasar teori merupakan penjelasan dan ulasan 4
    • singkat tentang teori -teori dasar penyusun material yang berupa kristal, macam-macam danpenyebab dari cacatnya kristal tersebut. Bab III analisa dan pembahasan, dalam penyusunanmakalah ini tentunya akan memperoleh data-data dari berbagai referensi yang ada sehinggaperlu adanya penganalisaan dan pembahasan lebih lanjut Bab IV kesimpulan, memberikankesimpulan dari keseluruhan makalah yang didasarkan pada tujuan. 5
    • BAB II DASAR TEORI2.1 Pengertian Kristal Kristal adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara tiga dimensi. Secara umum, zat cair membentuk kristal ketika mengalami proses pemadatan. Pada kondisi ideal, hasilnya bisa berupa kristal tunggal, yang semua atom-atom dalam padatannya "terpasang" pada kisi atau struktur kristal yang sama, tapi secara umum kebanyakan kristal terbentuk secara simultan sehingga menghasilkan padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam yang kita temui sehari-hari merupakan polikristal. Struktur kristal mana yang akan terbentuk dari suatu cairan tergantung pada kimia cairannya sendiri, kondisi ketika terjadi pemadatan, dan tekanan ambien. Kristal terbentuk karena proses kristalisasi. Pengertian kristalisasi sendiri yaitu proses pembentukan kristal yang terjadi pada saat pembekuan, perubahan dari fasa cair ke fasa padat. Jika ditinjau dari mekanismenya, kristalisasi terjadi melalui 2 tahap : 1. Tahapan Nucleation (pembentukan inti) 2. Tahapan Crystal Growth (Pertumbuhan Kristal) 6
    • Gambar 2.1 Kristal Insulin2.2 Proses Terbentuknya Kristal Adapun cara terbentuknya kristal secara sederhana bahwa dalam keadaaan cair, atom-atom tidak memiliki susunan yang teratur (selalu mudah bergerak) dan mempunyai temperature yang relatip tinggi serta atom-atomnya memiliki energi yang cukup banyak sehingga mudah bergerak dan tidak ada pengaturan letak atom relatip terhadap atom lainnya. Dengan semakin turunnya temperature maka energy atom akan semakin rendah dan semakin sulit bergerak sehingga atom- atom ini mulai mencari atau mengatur kedudukan relatip terhadap atom lainnya dan mulai membentuk lattice. Proses ini terjadi pada temperature yang relatip lebih dingin dimana sekelompok atom menyusun diri membentuk inti Kristal. Inti-inti ini akan menjadi pusat dari proses kristalisasi selanjutnya.2.3 Cacat Kristal (Imperfection) Cacat dapat terjadi karena adanya solidifikasi (pendinginan) ataupun akibat dari luar. Cacat tersebut dapat berupa : 2.3.1 Cacat Titik (Point Defect) 1. Cacat kekosongan (Vacancy) yang terjadi karena tidak terisinya suatu posisi atom pada lattice atau kekosongan sisi kisi, yaitu sisi yang seharusnya ditempati atom, kehilangan atomnya. Vakansi terbentuk selama proses pembekuan, dan juga karena getaran atom yang mengakibatkan perpindahan atom dari sisi kisi normalnya. 2. Interstitial (sisipan) adalah “salah tempat”, posisi yang seharusnya kosong justru ditempati atom. Interstitial diffusion secara umum lebih cepat daripada vacancy diffusion karena ikatan dari interstiti terhadap atom-atom sekelilingnya lebih kuat dan terdapat beberapa posisi interstiti dibandingkan posisi kekosongan dalam hal berdifusi. 7
    • 3. Impurity (ketidakmurnian), adanya atom “asing” yang menggantikan tempat yang seharusnya diisi oleh atom. 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. 4. Cacat Schottky dan Frenkel banyak dijumpai pada kristal ionik. Cacat Schottky adalah berupa kekosongan pada suatu titik kisi bersama-sama dengan cacat sisipan di permukaan. Sedangkan bila kekosongan berpasangan dengan sisipan di dalam kristal membentuk cacat Frenkel.2.3.2 Cacat garis (line defect) Cacat yang menimbulkan distorsi pada lattice yang berpusat pada suatu garis. Sering pula disebut dengan dislokasi. Secara umum ada 3 jenis dislokasi, yakni : dislokasi ulir, dislokasi sisi/pinggir, dan dislokasi campuran. Dislokasi ulir terbentuk karena gaya geser yang diberikan menghasilkan distorsi seperti yang ditunjukkan Gambar 2.4. Daerah depan bagian atas kristal tergeser sebesar satu atom kekanan relatif terhadap bagian bawah. Dislokasi ini disimbolkan dengan (.). Gambar 2.2 Dislokasi Ulir Dislokasi sisi/pinggir adalah terdapatnya bidang atom ekstra atau setengah bidang, dimana sisinya terputus di dalam kristal. Gambar 2.5 memperlihatkan skematik dari dislokasi sisi. Dislokasi sisi disimbolkan dengan ┴ 8
    • Gambar 2.3 Dislokasi Sisi/Pinggir Jika pada material dijumpai kedua jenis dislokasi diatas maka disebut material mempunyai dislokasi campuran. Contoh dislokasi campuran bisa dilihat pada gambar 2.6. Gambar 2.4 Dislokasi Campuran2.3.3 Cacat bidang (interfacial defect) Pada bahan polikristal, zat padat tersusun oleh kristal-kristal kecil yang disebut butir (grain). Setiap butir dapat berukuran mulai dari nanometer hingga mikrometer. Pada setiap butir atom-atom tersusun pada arah tertentu, dan arah keteraturan atom ini bervariasi dari satu butir ke butir lain. Batasan antara 2 buah dimensi dan umumnya memisahkan daerah dari material yang mempunyai struktur kristal berbeda dan atau arah kristalnya berbeda, misalnya : Batas Butir (karena bagian batas butir inilah yang membeku paling akhir dan mempunyai orientasi serta arah atom yang tidak sama. Semakin banyak batas butir maka akan semakin besar peluang menghentikan dislokasi. Kemudian contoh yang berikutnya adalah Twin (Batas butir tapi special, maksudnya : 9
    • antara butiran satu dengan butiran lainnya merupakan cerminan) dan ini menimbulkan cacat pada daerah batas butir, sehingga disebut cacat batas butir. 2.3.4 Cacat Ruang (Bulk defect) Perubahan bentuk secara permanen disebut dengan Deformasi Plastis, deformasi plastis terjadi dengan mekanisme : a. Slip, yaitu : Perubahan dari metallic material oleh pergerakan dari luar sepanjang Kristal. Bidang slip dan arah slip terjadi pada bidang grafik dan arah atom yang paling padat karena dia butuh energi yang paling ringan atau kecil. b. Twinning terjadi bila satu bagian dari butir berubah orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami twinning. BAB III PEMBAHASAN3.1 Cacat Kristal dalam Padatan Pada bab sebelumnya, selalu digunakan anggapan kristal sempurna, tanpa cacat. Ciri kristal sempurna (perfect crystal ) adalah terdapat pengulangan posisi setimbang atom-atom penyusun kristal. Terdapat berbagai cacat sebagai penyimpangan dari kristal sempurna, tapi yang akan dibahas hanyalah cacad titik. Cacat paling sederhana adalah kehilangan atom pada posisi tertentu dalam kristal (vacancy) yang sering disebut cacat Schottky. Cara memodelkan cacad ini adalah dengan menganggap terjadi perpindahan suatu atom (atau molekul) dari suatu titik dalam kristal ke permukaan. Perubahan ini adalah endoterm (tidak disukai) tetap diimbangi oleh penaikan entropi akibat peningkatan ketakteraturan kristal. Kita gunakan anggapan (1) energi yang diperlukan untuk memindahkan atom dari kisi ke permukaan adalah “v dan (2) kekosongan yang ada amatlah jarang sehingga proses ini dianggap “independen”. Dengan asumsi ini, dapat dituliskan, 10
    • dengan n adalah jumlah kekosongan, dan faktor kombinatorial adalah jumlah caramendistribusikan kekosongan dalam kristal. Keadaan setimbang adalah keadaan dengan nilaiA(n) minimum, yaitudimana kita mengabaikan nilai n dibandingkan dengan N. Cacat yang lain yang dikenal adalahacat Frenkel, dimana kekosongan diimbangi dengan interstisi di tempat lain. Anggap energiyang dibutuhkan untuk memindahkan atom dari kisi ke interstisi adalah “I , N adalah jumlahtitik dalam kisi dan N0 adalah jumlah titik yang mungkin disisipi.Dengan cara yang sama (meminimalkan A), kita perolehSecara umum, entropi dapat dituliskan sebagai S = k ln (N; V;E), dengan adalah jumlahsusunan yang mungkin dari suatu sistem.Angka kesetimbangan vakansi, Nv untuk material tertentu tergantung atas kenaikan temperatursesuai dengan persamaan: dimana N = jumlah total sisi Qv = energi yang diperlukan untuk membentuk vakansi T = 11emperature mutlak, Kk = konstanta Boltzmqan = 1,38 x 10-23 J/atom-K = 8,62 x 10-5 eV/atom-K Gambar 3.1 Cacat Kekosongan (Vacancy) dan Cacat InterstisiSelain cacat vacancy (kekosongan), salah satu macam cacat titik adalah cacat interstisi yaitusebuah atom dari bahan kristal yang berdesakan ke dalam sisi interstisi, yaitu ruang kosongkecil dimana dalam kondisi normal tidak diisi atom. Pada logam, interstisi diri mengakibatkan 11
    • 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. Contoh Soal : Hitunglah angka kesetimbangan vakansi per meter kubik untuk tembaga pada suhu 1000 0C. Energi pembentukan vakansi adalah 0,9 eV/atom; berat atom dan kerapatannya (pada 1000 0C) masing-masing adalah 63,5 g/mol dan 8,4 g/cm3. Jawab Pertama-tama tentukan harga N, jumlah sisi atom per meter kubik untuk tembaga dari berat atomnya Acu, kerapatannya ρ, dan bilangan Avogadro NA, sesuai dengan: Jumlah vakansi pada 1000 0C (1273) adalah:3.2 Difusivitas Atom Pada suhu tertentu, tidak semua atom (molekul) mempunyai energi yang sama pada saat tertentu, terdapat suatu spectrum energi di antara atom-atom mulai dari nilai mendekati nol sampai nilai yang sangat tinggi (tetapi tetap mendekati harga rata-rata). Sebaliknya untuk periode waktu tertentu, setiap atom akan dapat memiliki serangkaian nilai energi mulai dari sekitar nol sampai nilai yang sangat tinggi (tetapi tetap mendekati harga rata-rata). Dalam dua kondisi ini, atom kemungkinan mempunyai cukup energi untuk memutuskan ikatannya dan melompat ke posisi baru dan mengalami suatu proses difusi. Difusivitas bergantung dari jenis atom yang larut, struktur bahan padat dan perubahan suhu. Tabel 3.1 Difusivitas Atom 12
    • Perbedaan nilai difusivitas pada beberapa bahan padatan disebabkan oleh beberapa hal :a. suhu yang lebih tinggi menghasilkan difusivitas yang lebih tinggi pula. Atom-atom memiliki energi termal yang lebih tinggi, oleh karena itu besar kemungkinan untuk mencapai energi yang dapat melampaui hambatan antara atom-atom.b. Karbon memiliki difusivitas yang lebih tinggi dari pada nikel dalam besi karena atom karbon lebih kecil.c. Tembaga lebih mudah berdifusi dalam aluminium daripada tembaga sendiri oleh karena ikatan Cu-Cu lebih kuat daripada ikatan Al-Al. (berdasarkan titik cairnya).d. Atom-atom mempunyai difusivitas yang lebih tinggi dalam besi kpr daripada dalam besi kps karena kpr mempunyai factor tumpukan yang lebih rendah. (lubang sisipan dalam kps lebih besar dibanding lubang sisipan dalam kpr).e. Difusi berjalan lebih cepat melalui batas butir karena merupakan daerah dengan cacat kristal. Hubungan difusi dengan energi aktivasi : D = D0 e −E / kT ln D = ln D0 − E / kTDalam kimia difusi berkaitan dengan Q dengan satuan kal/mol dan R (konstanta gas),sehingga diperoleh hubungan : ln D = ln D0 − Q / RTContoh soal :Difusivitas aluminium dalam tembaga pada 5000C adalah 2,6x10-17m2/s dan 1,6x10-12m2/s pada10000C. Hitung D0, Q dan E serta berapa difusivitas pada suhu 7500C. 13
    • Penyelesaian : ln(2,6 ×10 −17 ) = ln D0 − E /(13,8 ×10 −24 )(773) ln(1,6 ×10 −12 ) = ln D0 − E /(13,8 ×10 −24 )(1273) D0 = 4 ×10 −5 m 2 / s dan E = 0,3 ×10 −18 J / atom Sehingga : ln D = ln D0 − Q / RT → Q = 43000kal / mol Untuk T=7500C maka : ln D = ln(4 × 10 −5 ) − (0,3 ×10 −18 ) /(13,8 ×10 −24 )(1023) D = 2,5 × 10 −1 m 2 / s BAB IV KESIMPULAN1. Kristal merupakan padatan yang atom, molekul, atau ion penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara tiga dimensi. Kristal terbentuk dari zat cair yang mengalami proses pemadatan. Pada keadaan ideal, zat cair yang membentuk Kristal tersebut hasilnya bias berupa Kristal tunggal, tapi secara umum kebanyakan kristal terbentuk secara simultan sehingga menghasilkan padatan polikristalin.2. Kristal merupakan suatu bahan penyusun zat padat, sehingga keadaan Kristal harus diketahui. Adapun macam-macam cacat pada Kristal antara lain cacat titik, cacat garis, cacat bidang dan cacat ruang. 14
    • DAFTAR PUSTAKAA. H. Cottrell dan D. Hull, Proc. Roy. Soc. (London), Vol. A242, 1950.Encyclopedia of Material Science and Engineering, M.I.T. Press, Cambridge, Mass., Vol. h. 6,4760, 1986.L. H. Van Vlack, A Textbook of Material Technology, Addison-Weslley, Reading, Mass., h. 3,1973.J. C. Nuese, J. Materials Education, Vol. 2, h. 140, 1980www.okasatrianovyanto.blogspot.comwww.mechanical.petra.ac.idwww.lischer.wordpress.com 15