MAKALAH
ILMU LOGAM
CACAT
KRISTAL dan MANFAATNYA
Disusun oleh :
1. Wahyu
Fitra (F1C011092)
2. Yusmawi
Ashary (F1C011094)
3. M.
Qadrihan Mandhita (F1C011054)
4. Khadaffi
Akbar (F1C011038)
5. Sopiandi (F1C011088)
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS
MATARM
2011
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Istilah "kristal" memiliki makna yang sudah ditentukan dalam ilmu
logam, 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.
B. Tujuan
Tujuan
dari penyusunan makalah tentang Cacat Kristal dan Manfaatnya 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.
3.
Mengetahui dan memahami manfaat dari
cacat kristal yang terjadi.
C. Permasalahan
Permasalahan yang mendukung disusunnya makalah ilmu logam
tentang “Cacat Kristal dan Manfaatnya” ini
adalah menjelaskan komponen penyusun material pada zat padat yang berupa
kristal, macam-macam cacat kristal dan penyebabnya serta manfaat dari cacat
kristal.
D. Sistematika Laporan
Makalah
ilmu logam dengan judul “CACAT KRISTAL dan MANFAATNYA” ini terdiri dari empat
bab. Makalah secara garis besar berisi tentang komponen penyusun kristal,
macam-macam dan penyebab terbentuknya cacat kristal serta manfaat dari cacat
kristal yang terjadi 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 singkat tentang teori -teori dasar penyusun material yang
berupa kristal, macam-macam dan penyebab dari cacatnya kristal serta manfaat
dari cacat kristal tersebut. Bab III pembahasan, dalam penyusunan makalah ini
tentunya akan memperoleh data-data dari berbagai referensi yang ada sehingga
perlu adanya penganalisaan dan pembahasan lebih lanjut Bab IV kesimpulan,
memberikan kesimpulan dari keseluruhan makalah yang didasarkan pada tujuan.
BAB
II
DASAR
TEORI
A. Pengertian Kristal
Kristal
merupakan susunan atom-atom yang teratur dalam ruang tiga dimensi.
Keteraturan
susunan tersebut terjadi karena kondisi geometris yang harus memenuhi adanya ikatan atom yang berarah dan
susunan yang rapat. Walaupun tidak mudah untuk menyatakan bagaimana atom
tersusun dalam padatan, namun ada hal-hal yang diharapkan menjadi faktor
penting yang menentukan terbentuknya polihedra koordinasi susunan atom-atom.
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. 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)
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 sel
BABA III
PEMBAHASAN
Kristal
yang sempurna adalah kristal yang susunan atomnya seluruhnya teratur mengikuti
susunan atom dalam krista pola tertentu. Cacat yang dimaksud disini adalah
cacat/ ketidaksempur sempurnaan sususnan atom dalam kristal (lattice). Cacat
dapat terjadi karena adanya solidifikasi (pendinginan) ataupun akibat dari luar.
Dalam
kenyataan, kristal tidaklah selalu merupakan susunan atom-atom identik yang
tersusun
secara berulang di seluruh volumenya. Kristal biasanya mengandung
ketidak-sempurnaan,
yang kebanyakan terjadi pada kisi-kisi kristalnya. Karena kisikisi
kristal merupakan
suatu konsep geometris, maka ketidak-sempurnaan kristal
juga
diklasifikasikan secara geometris. Kita mengenal ketidak-sempurnaan
berdimensi nol
(ketidak-sempurnaan titik), ketidak-sempurnaan berdimensi satu
(ketidak-sempurnaan garis), ketidak-sempurnaan berdimensi dua
(ketidaksempurnaan bidang).
Selain itu terjadi pula ketidak-sempurnaan volume.
1. Cacat Titik (Point Defect)
Ketidak-sempurnaan
titik terjadi karena beberapa sebab, seperti ketiadaan atom matriks (yaitu atom
yang seharusnya ada pada suatu posisi dalam kristal yang sempurna), hadirnya
atom asing, atau atom matriks yang berada pada posisi yang tidak semestinya.
Ketidak-sempurnaan yang umum terjadi pada kristal unsur murni adalah seperti
digambarkan pada gambar.
Kekosongan: tidak ada atom pada
tempat yang seharusnya terisi.
Interstisial: atom dari unsur yang sama
(unsur sendiri) berada di antara atom
matriks
yang seharusnya tidak terisi atom, atau atom asing yang menempati
tempat
tersebut (pengotoran).
Substitusi: atom asing menempati
tempat yang seharusnya ditempati oleh unsur
sendiri
(pengotoran).
Dalam
kristal ionik, kation dapat meninggalkan tempat di mana seharusnya ia
berada
dan masuk ke tempat di antara anion; tempat kosong yang ditinggalkan
dan
kation yang meninggalkannya disebut ketidak-sempurnaan Frenkel. Jika
kekosongan
kation berpasangan dengan kekosongan anion, pasangan ini disebut
ketidak-sempurnaan
Schottky. Ketidak-sempurnaan Schottky lebih umum terjadi
dibandingkan
dengan ketidak-sempurnaan Frenkel.
Gambar
cacat titik pada kristal
2. Cacat
garis (line defect)
Dislokasi merupakan ketidak-sempurnaan
kristal karena penempatan atom yang tidak pada tempat yang semestinya.
Dislokasi
dinyatakan dengan vektor Burger yang menggambarkan baik besarmaupun arah
dislokasi. Suatu untaian atom ke atom mengelilingi sumbudislokasi akan terputus
oleh vektor Burger. Hal ini diperlihatkan pada gambar.
 |
G
ambar dislokasi
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 di bawah. Daerah depan bagian
atas kristal tergeser sebesar satu atom kekanan relatif terhadap bagian bawah.
Dislokasi ini disimbolkan dengan (.).
Dislokasi Ulir
Dislokasi
sisi/pinggir adalah
terdapatnya bidang atom ekstra atau setengah bidang, dimana sisinya terputus di
dalam kristal. Gambar di bawah memperlihatkan skematik dari dislokasi sisi.
Dislokasi sisi disimbolkan dengan ┴
Gambar
dislokasi Sisi/Pinggir
Jika pada material dijumpai kedua
jenis dislokasi diatas maka disebut material mempunyai dislokasi campuran. Contoh
dislokasi campuran bisa dilihat pada gambar di bawah.
Gambar
Dislokasi Campuran
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 : antara butiran satu dengan butiran lainnya merupakan
cerminan) dan ini menimbulkan cacat pada daerah batas butir, sehingga disebut
cacat batas butir.
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.
Cacat
pada Kristal dapat mengubah sifat listrik dan mekanik bahan. Kekosongan pada
Kristal dapat mengubah sifat listrik
bahan. Sebagai contoh, kita memanfaatkan kekosongan pada Kristal silicon untuk
pendopingan oleh phospor sehingga terbentuk semikonduktor tipe n. Selain itu
cacat Kristal seperti kekosongan, dislokasi, dan boundaries dapat meingubah
sifat mekanik bahan. Grain Boundaries dapat menghambat difusi atom dan gerak
dislokasi sehingga deformasi bahan sulit terjadi. Semakin kecil grain, semakin
kuat bahan tersebut.
Ukuran
grain dapat diatur dengan laju pendinginan. Laju pendinginan yang cepat
menghasilkan grain-grain yang kecil sedangkan proses-proses pendinginan yang
lambat menghasilkan grain-gran yang besar.
Terdapat
beberapa jenis cacat Kristal pada susunan atom dalam Kristal. Kita perlu
ketahui bahwa kehadiran cacat Kristal yang sedikit memiliki pengaruh yang
sangat besar dalam menentukan sifat suatu bahan dan pengaturan cacat sangat
penting dalam pemrosesan bahan.
Contoh
relevansi cacat Kristal dalam kehidupan pada umumnya dan dalam bahan pada
khususnya yaitu, ketika kita membeli cincin berlian, sebenarnya kita membayar
banyak dan tipe cacat pada Kristal pada cincin berlian tersebut. Pembuatan
device semikonduktor tidak hanya membutuhkan Silikon murni tetapi juga meliputi
cacat Kristal tertentu pada sample. Menempa suatu logam akan menghasilkan cacat
pada logam tersebut dan meningkatkan kekuatan dan kelenturan logam. Catatan,
sifat-sifat tersebut dicapai tanpa mengubah komposisi penyusun bahan tetapi
hanya manipulasi cacat Kristal.
BAB IV
KESIMPULAN
- 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.
- 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.
- Cacat kristal ternyata dapat memberikan manfaat, misal kita memanfaatkan kekosongan pada Kristal silicon untuk pendopingan oleh phospor sehingga terbentuk semikonduktor tipe n.
