Loading documents preview...
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 dimensi Volume Defect (VOID)
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 sewaktu kristalisasi 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 POINT DEFECT.
Point defect dapat berupa : a. Vacancy (kekosongan) akan : 1. atom pada tempatnya 2. 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 harus mempunyai 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 KOMPRESSIVE – STRESS. Subsitusi oleh atom-atom yang lebih kecil atau besar selalu dapat menyebabkan kompressive dan Tensile Stress. Intertisi menyebabkan strain di sekitar tempat yang diduduki dengan kata lain, cacat titik menyebabkan meningkatnya energi dalam material secara thermodinamik. (Cacat
tidak
akan
besaran ENTHALPY (H) Material).
menyebabkan
peningkatan
Contoh Soal :
Perhatikan Tabel Dibawah ini : UNSUR PILIHAN
JAWABAN
TABEL UNSUR_
( KLIK DISINI )
Tinjauan Khusus Misalkan ED adalah besarnya energi untuk pembentukan suatu cacat titik. Jika kita bandingkan antara kristal sempurna (tanpa cacat) dengan kristal
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 diperoleh grafik sebagai berikut
Maka berdasarkan grafik tersebut diatas bila dijabarkan lebih lanjut persamaan 1 yaitu : ∆G
=
∆H
– T
∆S.
diilustrasikan berikut ini.
akan didapat grafik sebagaimana
Dilihat pada grafik diatas , Maka ada n = ne yang memberikan harga perubahan energi bebas gibbs ∆G minimum .
Selanjutnya akan jadi Pertanyaannya adalah berapa
nilai ne tersebut ?) 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) ! ………………. 3 ne ! n ! Dengan pendekatan
Stierling, maka
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 :
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.
Ada 2 jenis dislokasi, yaitu : - EDGE – DISLOCATION (dislokasi sisi) dan
- SCREW – DISLOCATION
(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 dikarenakan 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
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.
Contoh idealnya: Tetesan cairan yang berbentuk bulat maka luas permukaannya per satuan volume tetesan harus minimal (sehingga E permukaannya minimmal). Penyerapan
permukaan
permukaan tersebut.
merupakan
adanya
perbedaan
energi
pada
Batas Butir Bentuk butir dalam solid material biasanya diatur oleh adanya butir-butir lain di 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.
4. VOLUME DEFECTS Volume 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
dimana dengan adanya pori-pori massa akan
= m V
Dengan adanya fasa kedua maka :
material Dimana
1 V1 + 2 V2
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.