Makalah Material Teknik

MATERIAL TEKNIK

KRISTAL ( ARAH DAN BIDANG KRISTAL )

Add caption

KELOMPOK 1 (1IC02)

NAMA                 : ASRI BAHTIAR (21416144)

NAMA                 : ANDY MUSHLIHIEN (20416831)

NAMA                 : FRIESTIAN HANIF  (22416921)

NAMA                 : ADHI YOGA MUDJOKO (20416138)

NAMA                 : HAFID PRAYOGA (23416129)

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

JURUSAN TEKNIK MESIN

DOSEN : HARIS RUDIANTO

2017

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penyusun panjatkan pada Allah SWT. Karena Dengan rahmat dan karunia Allah SWT-lah penyusun dapat menyelesaikan karya tulis ini.  Mengingat perkembangan jaman yang semakin maju dan penduduk dimuka bumi ini semakin bertambah dari jaman ke jaman tentu dibutuhkan berbagai penunjang demi kelangsungan hidup manusia, karena manusia tidak bias bertahan hidup dalam satu generasi melainkan hidup bergenerasi. Pada generasi-generasi tersebut terdapat berbagai macam  kebutuhan manusia dari berbagai bidang, salahsatunya tak terlepas dari  bidang MATERIAL. Mengapa demikian, sebab manusia dalam memenuhi semua kebutuhan hidupnya dari jaman ke jaman selalu berhubungan dengan material. Sebagai contoh, terciptanya suatu teknologi, transportasi, barang barang rumahtanga, bangunan, infrastruktur dan masih banyak yang lainnya. Itu semua tidak terlepas dari ilmu material. Hingga terdapat beberapa jaman seperti jaman batu, jaman perunggu dan jaman besi. Itu semua menunjukan bahwa manusia dari jaman kejaman selalu butuh engan  material dan ilmu yang mempelajari tentang material bahan tersebut yang berbeda sesuai dengan perkembangan teknologi dari masa ke masa. Kami berterimakasih pada sumua pihak yang terlibat dalam penyusunan, pembuatan, hingga penyerahan makalah ini. Tanpa andil mereka makalah ini tidak akan tersusun dan selesai tepat waktu.

Akhir kata kami ucapkan terimakasih pada semua pihak yang bersangkutan dan semoga bermanfaat untuk para penulis dan pembaca.

depok, maret 2017

KELOMPOK 1

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.. 2

DAFTAR ISI. 3

BAB I. 4

PENDAHULUAN.. 4

1.1  Latar Belakang. 4

1.2 Batasan Masalah. 4

1.3 Tujuan. 4

1.4 Metode Penulisan. 4

1.5 Sistematika Penulisan. 5

BAB II. 6

LANDASAN TEORI. 6

2.1        Pengertian Kristal 6

2.2        Sistem Kristal 6

2.3        Kisi 8

2.4        Struktur Kubik. 9

2.5        Struktur NonKubik. 9

2.6        Ketidaksempurnaan pada Kristal (Cacat Kristal) 11

2.7        Arah Kristal 12

2.8        Bidang Kristal 13

BAB III. 16

KESIMPULAM... 16

SARAN.. 16

DAFTAR PUSTAKA.. 17

BAB I

PENDAHULUAN

1.1              Latar Belakang

Sistem kristal merupakan bagian yang paling terpenting untuk dipelajari dalam Ilmu Material Bahan. Untuk mempelajari Ilmu Material Bahan diperlukan beberapa cabang ilmu pengetahuan yang di satukan yaitu Ilmu Kimia Bahan dan Ilmu Fisika Bahan. Dalam mempelajari suatu susunan Kristal material pada bahan, sangat perlu mempelajari Arah dan Bidang Kristal pada material, dari semua bahan yang akan dipelajari atau dianalisis. Untuk itu disini penulis ingin membahas dan mempelajari lebih mendalam tentang bagaimana mementukan  Arah dan Bidang Kristal pada suatu bahan. Karena dalam mempelajari sistem Kristal sangat penting untuk menentukan arah dan bidang Kristal pada bahan.

1.2 Batasan Masalah

·         Pembahasan masalah hanya mengenai sistem Kristal, arah dan bidang kristal.

·         Mempelajari cara menghitung titik Kristal, cara menentukan arah Kristal  dan cara membacanya.

1.3 Tujuan

·         Agar penulis lebih memahai Ilmu Material Bahan tentang tatanan keristal.

·         Untuk memenuhi tugas kelompok.

·         Menyusun dengan sebaik mungkin agar bermanfaat bagi para pembaca.

·         Memperdalam sistem Kristal, arah dan bidang Kristal pada suatu bahan.

1.4 Metode Penulisan

            Dalam penulisan ini kami menggunakan metode pengutipan dari Buku dan Browsing (pengumpilan beberapa contoh makalah dan artikel di internet) dengan merangkum beberapa pokok bahasan penting dari masing-masing bahasan tersebut.

1.5 Sistematika Penulisan

BAB I PENDAHULUAN

-          Latar belakang

-          Batasan Masalah

-          Tujuan

-          Metode Penulisan

-          Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

-          Pengertian Kristal

-          Sistem Kristal

-          Kisi

-          Struktur Kubik

-          Ketidaksempurnaan Pada Kristal (Cacat Kristal)

-          Arah Kristal

-          Bidang Kristal

BAB III

-          Kesimpulan

-          Saran

DAFTAR PUSTAK

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1       Pengertian Kristal

            Kristal adalah atom-atom atau ion-ion ataupun molekul-molekul  yang tersusun secara ber-ulang dan memiliki keteraturan jarak-jauh dalam ruang 3(tiga) dimensi. Pada hakikatnya semua logam, sebagian besar material keramik, dan beberapa polimer tertentu memiliki berkristalisasi ketika mereka memadat. Kristal mempunyai periodisitas sehingga memiliki tatanan rentang panjang (ling rang order). Maksudnya adalah susunan atomic lokalnya berulang dengan interval yang teratur jutaan kali dalam dimensi ruang.

            Tatanan yang dijumpai dalam keristal dapat digambarkan sebagian dengan mengguanakan koordinasi-koordiansi atomic, seperti terlihat pada gambar dibawah:

Gambar struktur Kristal.koordinasi atomic berulang dan menghasilkan periodisitas rentang panjang. Pada struktur khas ini, pusat dipermukaan kubus menduplikasi pola di sudut kubus.

Setiap ion Na+ hanya memiliki ion-ion Cl- sebagai tetangga terdekat, dan setiap ion Cl- hanya memiliki ion-ion Na+ sebagai tetangga terdekat. Jarak antara tetangga-tetangga terdekat NaCl sudah tetap, dengan kata lain (r= Na+ + R=Cl-) selalu sama dengan 0,097 nm ditambah 0.181 nm. Tetangga-tetangga dari setiap individual selelu ditemukan pada arah yang identic, begitu juga tetangga untuk ion-ion lain yang serupa.

2.2       Sistem Kristal

            Periodisitas 3 dimensi yang merupakan karakteristik Kristal dapat dipahami dengan beberapa geometri yang merbeda. Sel satuan pada gambar diatas merupakan sel kubik, ke tiga dimensinya sama dan saling tegak lurus sesamanya. Keristal yang jenis seperti ini digolongkan kedalam Kristal sistem kubik.

            Untuk mempermudah pemahaman dalam belajar, kita menggunakan sumbu x, y dan z beserta titik aslinya pada sudut belakang kiri bawah. Sudut sudut aksialnya diberi tanda huruf yunani, alpha (α), beta (β) dan gamma (γ). Variasi-variasi sudut aksial dan pariasi ukuran relative dari dimensi a, b, dan c,akan menghasilkan tujuh sistem keistal yaitu seperti yang ditunjukan pada table dibawah:

KONSTANTA  KISI  Adalah jarak yang selalu terulang dalam  pola jangkau kristal yang menentukan sel satuan dalam kristal. Untuk sistem kubik  konstanta kisinya adalah a, sedangkan untuk sistem tetragonal konstanta kisinya adalah a, b, dan c.  Hal ini sesuai dengan sistem kristal sebagaimana tertera dibawah ini :

Sistem	Sumbu (axes)	Sudut sumbu  (axial angles)
Kubik	a  =  b  =  c	a  =  b  =  g   = 900
Tetragonal	a  =  b  ¹  c	a  =  b  =  g   = 900
Ortorombik	a  ¹  b  ¹  c	a  =  b  =  g   = 900
Monoklinik	a  ¹  b  ¹  c	a  -  g   -  900    ¹  b
Triklinik	a  ¹  b  ¹  c	a  ¹  b  ¹  g   = 900
Hexagonal	a  =  a  ¹  c	a  =  b  =  900  ;   g   =  1200
Rombohedral	a  =  b  =  c	a  =  b  =  g   ¹ 900

Konstanta kisi dapat dihitung dan diukur secara analitik dan  dinyatakan dalam jari-jari atom penyusun kristal tersebut. Konstanta kisi kristal juga dapat ditentukan secara experimental, misalnya dengan difraksi sinar X.

Misalnya pada atom-atom BCC  sebagaimana dibawah ini 

Terlihat bahwa  a sebagai konstanta kisi dan R sebagai jari-jari atom akan memiliki hubungan  sebagai berikut :
    ( √2 a )²   +    ( a )²  =  ( 4 R )² 

                           3 a²  =  ( 4 R )²
Sehingga akan didapat bahwa :    a   =   (4/3 ) ( √3 ) R

            Sistem kubik adalah sistem yang akan paling sering kita bahas karena merupakan dasar dari pembelajaran sistem kristalin.

2.3       Kisi

            Kisi keristal dapat dibagi menjadi tujuh ruang sistem pengisian  ruang. Sesuai dengan ketujuh sistem ini terdapat 14 pola titik, disebut kisi-kisi bravais (Bravais Lattices). Tiga diantaranya adalah sistem kubik. Kubik sederhana (sc/Simple Cubic), Kubik Pemuasatan Ruang (bcc), dan Kubik Pemusatan Sisi (fcc). Sistem-sistem ini akan dibahas berulang kali sehingga dapat dipahami dengan baik sebagai modal utama mempelajari sistem keristalin.

            Kisi-kisi dibawah mendefinisikan suatu penglangan titik yang periodic, setiap titik kisi memiliki lingkungan sekitar yang identic dengan titik- titik lingkungan sekitar kisi yang lain. Jarak ke titik tetangga dana rah ke atom tetangga selelu berulang. Pada kisi-kisi kubik yang sederhana, pengulangan terjadi hanya ketiga arah orthogonal dari arah sumbu-sumbu kubik tersebut. Pada kisi kubik pemuasatan ruang, pengulangan juga terdapat di pusat sel satuan. Pada sisi kubik pemusatan sisi pengulangan terjadi pada pusat dari setiap bidang permukaan kubus dan pada sudut-sudut kubus (tidak ada pengulangan dipusat kubus).

           

Gambar Kisi Ruang Ke-14 Kisi Bravais ini berlanjut dalam 3 dimensi, setiap kisi yang ada memiliki daerah sekeliling yang sama.

2.4       Struktur Kubik

            Besi berkristalisasi dalam sistem kubik, dalam suhu ruang terdapat atom besi disetiap sudut dari sel satuan tersebut, dan sebuah atom yang lain dipust pusat sel satua. Setiap atom besi didalam struktur logam bcc ini dikelilingi oleh delapan atom terdekat, apakah atom ytersebut terletak di sudut ataupun dipusat sel satuan. Oleh karena itu, setiap atom memiliki lingkungan sekitar yang sama. Ada dua atom logam dalam setiap sel satuan bcc. Satu atom terletak dipsat dan delapan oktan (seperdelapan bagian dari sebuah lingkaran) terletak pada kedelapan sudut. Coba perhatikan gambar berikut ini :

Gambar struktur Kubik Struktur kubik pemusatan ruang bcc logam dibuat model skematik, struktur ini memiliki dua atom per sel satuandan factor tumpukan atomic dan factor tumpukan atomic sebesar 0,68.

2.5       Struktur NonKubik

            Yaitu memperllihatkan dua representasi dari sel satuan heksagonal, yang artinya non kubik. Sudut-sudut didalam alasnya adalah 120º (dan 60º). Representasi rhombik pada bagian (b) lebih mendasar, karena representasi ini merupakan volume berulang yang terkecil; namun demikian, representasi hexsagonal, yang sesungguhnya terdiri dari tiga sel rehombik, lebih sering digunakan karena representasi ini memperlihatkan karakteristik-karakteristik simetri hexagonal (lipat-enam) yang menjadi alasan bagi nama sel-satuan ini.

 

            Tumpukan Padat Heksagonal.

            Struktur heksagonal yang dibentuk oleh jenis logam, termasuk magnesium, titanium, dan seng. Struktur heksagonal ini disebut stuktr logam tumpukan padat heksagonal.

            Karakteristik struktur logam Hcp (hexagonal close-packed) ialah bahwa setiap atom disatu lapisan tertentu terletak tepat diatas atau dibawah lokasi intersial diantara tiga atom dilapisan berikutnya. Akibatnya, agar CN=12, maka setiap atom dilapisan tertentu bersinggungan dengan enam atom dibidangnya sendiri, tiga atom dilapisan bawahnya, dan tiga atom dilapisan atasnya. Dalam struktur logam hcp, rata-rata terdapat enam atom per-sel, seperti gambar diatas. Karen baik logam hcp maupun fcc mempunyai bilangan koordiansi 12, mereka mempunyai factor penumpukan yang sama yaitu 0,74.

2.6       Ketidaksempurnaan pada Kristal (Cacat Kristal)

Berdasarkan struktur kristal, atom dalam setiap material tersusun secara teratur, tetapi terdapat berbagai ketidaksempurnaan atau sering disebut dengan cacat kristal. Cacat kristal ini terjadi pada suatu bahan padat yang dapat mempengaruhi sifat fisis tertentu seperti mekanik atau sifat listrik. Cacat yang terdapat pada kristal memiliki bermacam-macam bentuk di antaranya:

a)        Cacat titik

Cacat titik terjadi karena adanya penyimpangan susunan periodik kisi terbatas sekitar beberapa atom sehingga terjadi kekosongan atom (vacancy), sispan (interstisi), dan perpindahan kedudukan atom tak murni disela kisi (anti site). Penyimpangan susunan periodik kisi disekitar atom merupakan cacat dalam konsentrasi yang besar dalam kesetimbangan termodinamika seiring meningkatnya temperatur secara eksponensial. Kekosongan adalah kehilangan sebuah atom dalam kristal yang disebabkan penumpukan yang salah ketika pada proses kristalisasi, yaitu pada saat temperatur tinggi. Pada keadaan suhu tinggi, energi thermal akan meningkat letak kisinya ke lokasi atomik terdekat. Sisipan terjadi jika terdapat atom tambahan dalam struktur kristal, sedangkan untuk anti site terjadi jika pemindahan ion dari kisi ke tempat sisipan.

b)        Cacat garis

24 Cacat garis (planar), muncul karena adanya diskontinuitas struktural sepanjang lintasan kristal (dislokasi), atau cacat akibat salah susun struktur kristal. Terdapat dua bentuk dasar dislokasi yaitu: dislokasi tepi dan dislokasi sekrup. Pembentukan dislokasi tepi akibat adanya gesekan antara kristal dengan arah slip secara sejajar. Sedangkan dislokasi sekrup terjadi karena pergeseran atom dalam kristal secara spiral.

c) Cacat planar

Dalam cacat planar terdapat batas butir, yaitu batas sudut kecil secara memadai dapat digambarkan sebagai dinding vertikal terdiri dari dislokasi. Rotasi suatu kristal relatif terhadap kristal lainnya seperti batas puntir, dihasilkan oleh jaringan silang yang terdiri dari dua sel dislokasi ulir. Batas puntir ini adalah batas sederhana yang memisahkan dua kristal yang memiliki perbaedaan orientasi kecil, sedangkan batas butir memisahkan kristal yang mempunyai perbedaan sudut orientasi besar.

d) Cacat volume

Cacat volume terjadi akibat pemanasan, iradiasi, deformasi sehingga terbentuk void, gelembung gas dan rongga dalam kristal dimana sebagian berasal dari energi permukaan (1 sampai 3 J/m3 ). Aliran plastis deformasi yang terjadi secara berkesinambungan mengakibatkan jumlah dislokasi menjadi sangat besar dan saling berkaitan sehingga menghambat gerak masing-masing dan mengakibatkan plastis bahan semakin bertambah. Gejal ini disebut pengerasan, untuk mengembalikan 25 kelentukan bahan yang mengalami pengerasan dilakukan pemanasan kristal atau annealing. Kristal yang mengalami pengerasan mengandung 1016 m dislokasi per meter kubik volumenya, hal ini dapat direduksi dengan annealing menjadi sekitar 106 m (Arthur Beiser, 1992: 361)

2.7       Arah Kristal

            Semua arah parallel menggunakan penandaan atau indeks yang sama oleh karena itu untuk menandai suatu arah, ambil gari parallel yang melalui titik asal, yaitu 0,0,0. Arah diberi tanda dengan koefisien dari suatu titik pad agaris tersebut. Akan tetapi, Karen ajumlah titik pada garis tak terhingga banyaknya, kita secara khusus memilih titik dengan set bilangan bulat terkecil. Jadi, arah [1 1 1] bergerak dari 0, 0, 0 melewati 1, 1, 1 . namun perlu dicatat bahwa arah ini juga melalui       , ,  (2, 2, 2). Begitu pula [ 1 1 2] melalui , , 1; tetapi demi kemudahan, kita menggunakan notasi bilangan bulat. Untuk indeks arah digunakan tanda kurung- siku [uvw], dan huruf u, v, dan w adalah koefisien yang berasal dari tiga arah utama—x, y, dan z.Arah pararel selalu memiliki indeks yang sama.Akhirnya,perhatikanlah bahwa kita mungkin saja memliki koefisien negative,yang kita beri tanda garis atas; arah [   ] memiliki komponen dalam arah minus-z. (Kita tidak menggunakan tanda koma di antara indeks.)

 

            Pada perhitung tertentu (misalnya tegangan geser terurai), kita perlu menghitung sudut antara dua arah Kristal yang berbeda. Untuk kebnyakan perhitungan yang kita jumpai, sudut ini kita cari pemeriksaan sederhana.

2.8       Bidang Kristal

            Suatu kristal mengandung beberapa bidang atom; bidang-bidang ini mempengaruhi sifat dan perilaku material,sehingga bermanfaat untuk mengindentifkasi berbagai bidang dalam kristal.

            Bidang isi yang paling mudah di kenali adalah bidang pembatas sel satuan,tetapi terdapat pula banyak bidang lain.Bidang yang lebih penting bagi pembahasan kita adalah bidang yang di gambarkan pada gambar di bawah.

            Indeks Miller

            Indeks miller adalah kebalikan dari ketiga perpotongan antara bidang dengan sumbu,tanpa pecahan dan tanpa pelipatan yang sama.

           

            Bidang yang mengandung sumbu atau melalui titik asal sepertinya dapat menimbulkan masalah karena titik perpotongannya tidak dapat di identifikasi secara pasti. Namun, karena semua bidang paralel memliki indeks yang sama, kita dapat mengatasi maslah ini dengan titik asal.

BAB III

KESIMPULAM

            System keistal merupakan padatan dengan periodisitas pentang panjang. Kristal-kristal dapat dikelompokan dalam 7 didtem kristal berdasarkan sudut antara sumbu referensi, dan periodisitas pola. Senagkan struktur kubik yaitu pemusatan ruang dan kubik pemusatan sisi mendapatkan perhtian khusus, meski tidak menarik perhatian seluruhnya. Pada bcc pola berulang degan tranlasi ±  , ± , ± . Pada struktur fcc, dua diantara tiga translasi ini menghasilkan replikasi. Berbagai sifat bergantung pada arah kristal. Indeks arah sama dengan indeks garis melalui titik asal dan titik u, v, w. arah ini harus merupakan bilangan bulat dengan kelipatan terkecil. Jadi, garis dari 0,0,0 ketitik pusat sisi atas diberi tanda [1 1 2] karena menuju titik : 1, 1, 2. Semua arah paralel memiliki indeks yang sama. Kelompok arah <uvw> mecakup semua arah yang identic kecuali bila kita memilih koordinat referensi lain. Bidang kristal diberi tanda indeks miller. Indeks miller adalah kebalikan dari tiga perpotongan antara bidang dengan tiga sumbu, tanpa pecahan dan tanpa kelipatan yang sama.

SARAN

          Besar harapan kami terhadap bapak dosen khususnya dan umumnya pada para pembaca untuk memberikan kritik dan saran yang bersifat membangun terhadap kami, agar kami bisa lebih baik lagi dalam mendalami ilmu material bahan untuk kedepannya.

 

DAFTAR PUSTAKA

Lawrence H. Van Vlack Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material 1920-2000

sumber (http://materialcerdas.wordpress.com)

SITUS TERKAIT
http://www.matter.org.uk/matscicdrom/manual/xl.html
http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/intro.cryst.pdf