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=08/10/2019 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=08/10/2019 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=08/10/2019 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=18/10/2019 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=08/10/2019 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=08/10/2019 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=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxtZXRhbHVyZ2lmaXNpa3BhcnQyfGd4OjFhMjNjNDUwYWQyM2IyNDY8/10/2019 Cacat Dalam Material-ok
8/21
https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/hal%206%20sampai%208_Page_1.jpg?attredirects=08/10/2019 Cacat Dalam Material-ok
9/21
https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/cacat-dalam-material/hal%206%20sampai%208_Page_2.jpg?attredirects=08/10/2019 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=08/10/2019 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=08/10/2019 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=08/10/2019 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=08/10/2019 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=08/10/2019 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=08/10/2019 Cacat Dalam Material-ok
18/21
https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_3.jpg?attredirects=08/10/2019 Cacat Dalam Material-ok
19/21
https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_4.jpg?attredirects=08/10/2019 Cacat Dalam Material-ok
20/21
https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_5.jpg?attredirects=08/10/2019 Cacat Dalam Material-ok
21/21
https://sites.google.com/site/metalurgifisikpart2/dislokasi/45%20sd%2050_Page_6.jpg?attredirects=0Top Related