TUGAS 5 BARU
-
Upload
wahyu-untag -
Category
Documents
-
view
221 -
download
9
Transcript of TUGAS 5 BARU
DAFTAR ISI
Daftar Isi 1
Bab I Cacat Dalam Material 2
1. Cacat Titik 3
2. Cacat Linear 6
3. Cacat Interfacial 8
4. Cacat Volume 11
Manfaat Cacat 12
Bab II Dislokasi Logam 13
1. Teori Dislokasi 13
2. Macam-Macam Dislokasi 13
2.1. Dislokasi Geometri 13
2.2. Dislokasi Sisi 14
2.3. Dislokasi Ulir 15
2.4. Dislokasi Campuran 16
3. Observasi Dislokasi 16
4. Sumber Dislokasi 18
4.1 Sumber Dislokasi 18
4.2 Dislokasi Terpeleset Dan Plastisitas 20
4.3 Dislokasi Memanjat 21
Daftar Pustaka23
Page 1 of 23
BAB I
CACAT DALAM MATERIAL
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 untuk 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.
gambar diatas merupakan representasi dua dimensi kristal sempurna dengan susunan atom yang
benar. Namun kenyataannya tidak ada yang sempurna
Page 2 of 23
Gambar diatas merupakan skematik polikristal dengan berbagai macam cacat. Kita dapat lihat
bahwa ada beberapa grain Kristal yang dipisahkan oleh batas-batas dan juga terdapat atom-atom
yang hilang dan ada juga atom tambahan. Gambar diatas dari Helmut Föll, University of Kiel,
Germany
Berdasarkan geometrinya, cacat/defect pada material dapat dibagi dalam 4 (empat) katagori ,
yaitu:
1. Cacat titik (cacat 0 dimensi / Point Defect)
2. Cacat linear (cacat 1 dimensi / Diclocation)
3. Cacat interfacial (cacat 2 dimensi )
4. Cacat Volume (cacat 3 dimensi / Volume Defect)
1. CACAT TITIK
Cacat titik terdiri dari kekosongan, interstisial dan subtitutional, cacat Schottky dan cacat Frenkel
a. Kekosongan
Di alam ini tidak terdapat Kristal yang sempurna dengan susunan atom yang teratur. Selalu
terdapat cacat dalam suatu Kristal, dan yang paling sering dijumpai adalah cacat titik. Hal ini
terutama ketika temperature Kristal cukup tinggi dimana atom-atom bergetar dengan frekuensi
tertentu dan secara acak dapat meninggalkan kisi, lokasi kisi yang ditinggalkan disebut vacancy
atau kekosongan. Dalam kebanyakan kasus difusi atau transportasi massa oleh gerak atom juga
dapat disebabkan oleh kekosongan.
Semakin tinggi suhu, semakin banyak atom yang dapat meninggalkan posisi kesetimbangannya
dan semakin banyak kekosongan yang dapat dijumpai pada Kristal. Banyaknya kekosongan yang
terjadi Nv meningkat dengan meningkatnya suhu Kristal dan banyaknya kekosongan ini dapat
diperoleh dengan persamaan berikut (distribusi Boltzman)
Rj=Ro exp(-Em/kT)
Page 3 of 23
Dalam persamaan ini, N adalah banyaknya atom dalam Kristal, Qv adalah energy yang
dibutuhkan untuk membentuk vacancy atau kekosongan, T adalah suhu kristal dalam Kelvin, dan
k adalah konstanta Boltzman yang bernilai 1.38 x 10-23 J/atom-K, atau 8.62 x 10-5 eV/atom-K
bergantung pada satuan Qv. Dengan menggunakan persamaan tersebut kita dapat mengestimasi
bahwa pada suhu kamar terdapat satu kekosongan dalam 1015 kisi Kristal dan pada suhu tinggi
atau suhu mendekati titik leleh zat padat terdapat satu kekosongan dalam 10000 atom.
Pada Kristal,atom membutuhkan energy untuk bergerak ke posisi kekosongan (misalnya energi
termal) untuk lepas dari tetangga-tetangganya. Energi tersebut disebut energy aktivasi
kekosongan, Em. Energi termal rata-rata atom biasanya lebih kecil dari energy aktivasi Em dan
fluktuasi energy yang besar dibutuhkan untuk loncat. Peluang untuk fluktuasi atau frekuensi
loncatan atom Rj, tergantung secara eksponensial terhadap suhu dan dapat digambarkan oleh
persamaan yang ditemukan kimiawan Swedia Arrhenius:Dimana R0 adalah frekuensi percobaan
yang sebanding dengan frekuensi getaran atom
Skema representasi kekosongan pada Kristal dalam 2 dimensi.
Skema representasi difusi atom dari posisi asalnya ke posisi kosong. Energy aktivasi Em telah
diberikan pada atom sehingga atom dapat memutuskan ikatan antar atom dan pindah ke posisi
yang baru
Page 4 of 23
b. Interstitial dan Subtitutional
Interstitial yaitu Penekanan atau penumpukan antara tempat kisi teratur. Jika atom interstitial
adalah atom yang sejenis dengan atom-atom pada kisi maka disebut self interstitial. Terciptanya
self-interstitial menyebabkan distorsi besar disekeliling kisi dan membutuhkan energy lebih
dibandingkan dengan energy yang dibutuhkan untuk membuat vacancy atau kekosongan
(Ei>Ev), dan dibawah kondisi kesetimbangan, self-interstitial hadir dengan konsentrasi lebih
rendah dari kekosongan. Jika atom-atom interstitial adalah atom asing, biasanya lebih kecil
ukurannya (karbon, nitrogen, hydrogen, oksigen) disebut interstitial impurities. Mereka
memperkenalkan distorsi kecil pada kisi dan banyak terdapat pada material nyata. Subtitutional
yaitu Penggantian atom pada matriks Kristal. Jika atom asing mengganti atau mensubtitusi
matriks atom, maka disebut subtitusional impurity
Gambar diatas menunjukan skema representasi macam-macam cacat titik dalam Kristal (1)
kekosongan, (2) self-interstitial, (3) Interstitial impurity, (4) (5) subtitutional impurities. Tanda
panah menunjukan tekanan local yang dihasilkan oleh cacat titik.
c. Cacat Schottky dan Cacat Frenkel
Dalam Kristal ionic (misalnya garam dapur- Na+Cl-), ikatannya disebabkan oleh gaya Coulomb
antara ion positif dan ion negatif. Cacat titik dalam Kristal ion adalah muatan itu sendiri. Gaya
Coulomb sangat besar dan setiap muatan yang tidak seimbang memiliki kecenderungan yang
kuat untuk menyeimbangkan diri. Untuk membuat muatan netral, beberapa cacat titik akan
terbentuk. Cacat Frenkel adalah kekosongan pasangan ion dan cation interstitial. Atau
kekosongan pasangan ion dan anion interstitial. Namun ukuran anion jauh lebih besar dari pada
kation maka sangat sulit untuk membentuk anion interstitial. Cacat Schottky adalah kekosongan
pasangan kation dan anion. Keduanya cacat Frenkel dan Schottky, pasangan cacat titik tetap
berdekatan satu sama lain karena tarikan coulomb yang kuat antara muatan yang berlawanan.
Page 5 of 23
Gambar diatas merupakan skema representasi dari (1) cacat Frenkel (kekosongan dan pasangan
interstitial) dan cacat schottky (kekosongan pasangan kation dan anion) dalam Kristal ionic
2. CACAT LINEAR
Mengapa logam dapat terdeformasi plastis dan mengapa sifat deformasi plastis dapat diubah
sangat besar dengan ditempa tanpa mengubah komposisi kimia adalah sebuah misteri pada ribuan
tahun yang lalu. Hal ini menjadi misteri yang sangat besar ketika awal tahun 1900an para ilmuan
memperkirakan bahwa logam mengalami deformasi plastis jika diberi gaya yang lebih kecil dari
gaya yang mengikat atom-atom logam bersama, .
Kejelasan muncul pada tahun 1934 ketika Taylor, Orowan dan Polyani menemukan dislokasi.
Dislokasi garis dapat dikenal dan dipikiran sebagai bidang kisi tambahan dimasukan kedalam
Kristal, tetapi tidak diperpanjang ke seluruh Kristal tapi berakhir di dislokasi garis.
Gambar tiga dimensi penyisipan setengah bidang tambahan melalui pusat gambar.
Dislokasi adalah cacat garis. Ikatan interatomik secara signifkan terdistorsi hanya dalam daerah
sekitar dislokasi garis yang cepat. Dislokasi juga membentuk deformasi elastic kecil kisi pada
jarak yang jauh. Untuk menggambarkan ukuran dan arah distorsi kisi utama disebabkan oleh
dislokasi, kita seharusnya memperkenalkan vector Burger b. Untuk menentukan vector burger ,
kita dapat membuat lintasan dari atom ke atom dan menghitung masing-masing jarak antar atom
dalam segala arah. Jika lintasan melingkupi dislokasi, lintasan tidak akan ditutup. Vektor yang
menutup loop merupakan vector Burger b.
Page 6 of 23
Dislokasi dengan arah vector Burger tegak lurus dengan dislokasi disebut dislokasi tepi atau
dislokasi edge. Ada tipe dislokasi kedua yang disebut screw dislocation. Screw dislocation
sejajar dengan arah Kristal yang dipindahkan atau yang digeser (vector Burger sejajar dengan
dislokasi garis). Hampir seluruh dislokasi yang ditemukan pada Kristal bahan tidak terdiri daru
edge dislocation saja atau screw dislocation saja tetapi terdiri dari campuran keduanya atau
disebut mix dislocation.
Gerak dislokasi mengikuti slip-deformasi plastis ketika ikatan interatomik patah dan terbentuk
kembali. Sebenarnya, slip selalu terjadi melalui gerak dislokasi
Lihatlah pada diagram diatas, kita akan mengerti mengapa dislokasi mengijinkan slip pada
tekanan yang kecil yang diberikan pada Kristal yang sempurna. Jika setengah bagian atas Kristal
di geser dan pada saat itu hanya fraksi kecil dari ikatan yang patah dan hal ini membutuhkan gaya
yang cukup kecil. Pada proses pergeseran ini dislokasi terbentuk dan menyebar melalui Kristal.
Penyebaran satu dislokasi melalui bidang menyebabkan setengah bidang atas tersebut bergerak
terhadap bagian bawahnya tetapi kita tidak memecah semua ikatan pada tengah bidang secara
simultan (dimana akan membutuhkan gaya yang sangat besar). Gerak dislokasi dapat
dianalogikan dengan perpindahan ulat bulu. Ulat bulu harus mengadakan gaya yang besar untuk
memindahkan seluruh tubuhnya pada waktu yang sama. Untuk itu bagian belakang tubuh akan
bergerak ke depan sedikit dan membentuk punggung bukit. Punggung bukit lalu menyebar terus
dan memindahkan ulat bulu. Cara yang sama digunakan untuk memindahkan karpet yang besar.
Daripada memindahkan seluruhnya pada waktu yang bersamaan, kita dapat membuat punggung
bukit pada karpet dan mendorongnya menyebarangi lantai.
Page 7 of 23
3. CACAT INTERFACIAL
Kristal tunggal terkadang dapat ditemukan dalam material nyata yang tidak sedikit kondisi
pertumbuhannya secara khusus di desain dan di atur sebagai contoh ketika memproduksi Kristal
tunggal silicon untuk device mikroelektronik atau bilah untuk turbin yang terbuat dari super
alloy. Zat padat pada umumnya terdiri dari beberapa Kristal-kristal kecil atau grain. Grain dapat
berukuran dari ordo nanometer hingga millimeter dan orientasi bidang atom diputar terhadap
grain tetangganya. Material ini disebut polikristal. Grain-grain tunggal dipisahkan oleh batas
grain atau grain Boundaries, yaitu daerah yang berdensitas kecil dan twin boundaries.
a. Permukaan Eksternal 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.
Page 8 of 23
.
b. Grain Boundaries
Jenis lain dari cacat interfacial adalah grain boundaries yaitu batas yang memisahkan dua grain
kecil atau Kristal yang memiliki struktur Kristal yang berbeda dalam bahan polikristalin. Didalam
daerah batas, dimana terdapat jarak cukup lebar diantara atom, terdapat beberapa atom yang
hilang dalam transisi dari orientasi Kristal dalam satu grain ke grain yang berdekatan.
Bermacam-macam ketidak sejajaran kristalografi diantara grain yang berdekatan merupakan hal
yang mungkin. Ketika orientasi yang tidak cocok ini diabaikan atau derajatnya kecil maka bentuk
sudut kecil grain boundaries digunakan.Batas ini dapat digambarkan dalam bentuk susunan
dislokasi. Salah satu contoh sederhana dari sudut kecil grain boundaries dibentuk ketika dislokasi
tepi disejajarkan seperti pada gambar 1. Jenis ini disebut tilt boundaries atau batas kemiringan.
Jika sudut kecil dibentuk dari susunan dislokasi screw maka disebut twist boundaries.
Atom-atom disekitar batas diikat dengan jumlah kurang dari yang diperlukan dan konsekuensinya
terdapat energy grain boundary yang serupa dengan energy permukaan eksternal. Besarnya
Page 9 of 23
energy ini merupakan fungsi dari derajat misorientasi dan menjadi besar jika sudut batasnya
besar. Grain boundaries sifat kimianya lebih reaktif dari grain-grain itu sendiri sebagai akibat dari
kehadiran energy tersebut. Lebih jauh lagi atom-atom yang tidak murni terpisahkan secara khusus
karena tingkat energinya yang lebih besar. Energi interfacial total material bergrain kasar lebih
kecil daripada material bergrain halus karena pada grain kasar memiliki area batas grain total
yang kecil. Jumlah grain meningkat dengan meningkatnya suhu untuk mengurangi energy total
batas.
Kita dapat membedakan antara sudut batas grain kecil dan sudut batas grain besar. Hal ini
mungkin untuk menjelaskan sudut batas kecil grain sebagai kesatuan dislokasi. Gambar
disamping merupakan transmisi mikroskop electron dari kemiringan sudut batas grain kecil
silicon. Garis merah menandakan dislokasi tepi atau edge dislocation dab garis biru
mengindikasikan kemiringan sudut. Jenis lain dari cacat permukaan dalam kisi adalah stacking
fault dimana rentetan bidang atom memiliki kesalahan.
Walaupun susunan atom tidak teratur dan ikatan yang seharusnya sangat kurang, material
polikristalin sangat kuat. Gaya kohesif didalam dan sepanjang batas terbentuk. Lebih jauh,
densitas polikristalin sebenarnya serupa dengan Kristal tunggal pada bahan yang sama
c. Twin Boundaries
Twin boundaries atau batas kembar merupakan jenis khusus dari grain boundaries dimana
terdapat cermin kisi yang simetri. Atom dalam satu sisi batas ditempatkan sebagai cermin atom
pada sisi yang lainnya. Daerah diantara dua sisi tersebut terbentuk bidang twin. Batas kembar
dihasilkan dari perpindahan atom yang diproduksi oleh gaya mekanik yang dikerjakan pada
bahan (mechanic twin) dan juga terbentuk selama proses annealing panas yang mengikuti
deformasi (annealing twins). Perkembaran terjadi pada bidang Kristal tertentu dan arah tertentu
juga dan keduannya tergantung pada struktur Kristal. Annealing twin adalah tipe yang
Page 10 of 23
ditemukan dalam metal yang berstruktur FCC dan mechanic twin dapat di observasi pada logam
berstruktur BCC dan HCP.
4. CACAT VOLUME
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 :
rmaterial < rtheoritisnya
r = m dimana dengan adanya pori-pori massa akan ¯¯
V
Dengan adanya fasa kedua maka :
rmaterial = r1 V1 + r2 V2
Dimana r1 = densitas fasa utama (1)
V1 = fraksi volume fasa utama
r2 = densitas fasa kedua
V2 = fraksi volume fasa kedua
Page 11 of 23
Secara illustratif akan ditinjau efek dari kehadiran cacat volume tersebut (seperti retak) terhadap
kekuatan material, dimana ingin dilihat perbandingan s (kekuatan tarik retakan)
dengan sth (kekuatan tarik teoritis) suatu material yang sama.
MANFAAT CACAT KRISTAL
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
Page 12 of 23
BAB II
DISLOKASI PADA LOGAM
1. Teori Dislokasi
Dislokasi adalah suatu pergeseran atau pegerakan atom-atom di dalam sistem kristal logam akibat
tegangan mekanik yang dapat menciptakan deformasi plastis (perubahan dimensi secara
permanen). Kekuatan (strength) dan keuletan (ductility) atom di dalam melalui tingkat kesulitan
atau kemudahan gerakan dislokasi di dalam sistem kristal logam. Misalya pada proses pengerjaan
dingin (cold work) terjhadi peningkatan dislokasi di dalam kristal logam sehingga kekuatan
logam meningkat, namun keuletan menurun. Ada dua tipe utama: dislokasi tepi dan dislokasi ulir.
Mixed dislokasi penengah antara ini.
Gambar 1.1 Ujung Dislokasi (b = Burgers vektor)
Secara matematis, dislokasi adalah jenis topologi cacat, kadang-kadang disebut soliton. Dua
dislokasi berlawanan orientasi, ketika dibawa bersama-sama, dapat membatalkan satu sama lain
(ini adalah proses penghancuran), tetapi satu dislokasi biasanya tidak dapat menghilang dengan
sendirinya
2. MACAM-MACAM DISLOKASI
2.1 Dislokasi Geometri
Page 13 of 23
Gambar 2.1 Crystal Kisi-Kisi Menunjukkan Atom dan Pesawat
Dua jenis utama dislokasi adalah tepi dan sekrup. Dislokasi ditemukan dalam bahan nyata
biasanya dicampur, yang berarti bahwa mereka memiliki karakteristik dari keduanya. Sebuah
bahan kristal terdiri dari atom array biasa, disusun dalam bidang kisi.
Gambar 2.2 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan dislokasi sisi. Vektor Burgers
hitam, garis dislokasi dengan warna biru.
2.2 Dislokasi Sisi
Sebuah dislokasi sisi merupakan suatu cacat di mana setengah ekstra bidang atom diperkenalkan
pertengahan jalan melalui kristal, distorsi pesawat dekat atom. Bila kekuatan yang cukup
diberikan dari satu sisi struktur kristal, pesawat tambahan ini melewati atom pesawat pecah dan
bergabung dengan ikatan bersama mereka sampai mencapai batas butir. Sebuah diagram
skematik sederhana seperti pesawat atom dapat digunakan untuk menggambarkan cacat kisi
seperti dislokasi. Dislokasi memiliki dua sifat, garis arah, yang merupakan arah berjalan
sepanjang dasar setengah ekstra pesawat, dan vektor Burgers yang menggambarkan besar dan
arah distorsi ke kisi. Dalam sebuah dislokasi tepi, Burgers vektor tegak lurus terhadap arah garis.
Tekanan yang disebabkan oleh dislokasi sisi sangat kompleks karena asimetri yang terkandung di
dalamnya. Tegangan tersebut dijelaskan oleh tiga persamaan:
Page 14 of 23
di mana:
μ = modulus geser dari bahan
b = adalah vektor Burgers
ν = adalah rasio Poisson
x dan y = koordinat
Persamaan ini menyarankan halter berorientasi vertikal tegangan yang mengelilingi
dislokasi, dengan kompresi yang dialami oleh atom dekat ekstra pesawat, dan ketegangan yang
dialami oleh orang-atom dekat hilang pesawat.
2.3 Dislokasi Ulir
Gambar 2.3 Kanan Bawah Menunjukkan Dislokasi Ulir
Gambar 2.4 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan Dislokasi Ulir
Sebuah dislokasi ulir jauh lebih sulit untuk memvisualisasikan. Bayangkan memotong
kristal sepanjang pesawat dan tergelincir satu setengah melintasi kisi lain dengan sebuah vektor,
yang setengah-setengah akan cocok kembali bersama-sama tanpa meninggalkan cacat. Jika hanya
Page 15 of 23
pergi bagian memotong jalan melalui kristal, dan kemudian tergelincir, batas dari memotong
adalah dislokasi ulir. Ini terdiri dari sebuah struktur di mana heliks dilacak di sekitar jalan adalah
cacat linear (garis dislokasi) oleh pesawat atom dalam kisi kristal (Gambar 2.3). Mungkin analogi
yang paling dekat adalah spiral-iris ham. Dislokasi ulir murni, vektor Burgers sejajar dengan
garis arah.
Meskipun kesulitan dalam visualisasi, tekanan yang disebabkan oleh dislokasi ulir kurang
kompleks daripada sebuah dislokasi sisi. Tegangan tersebut hanya perlu satu persamaan, seperti
simetri memungkinkan hanya satu koordinat radial untuk digunakan:
di mana:
μ = modulus geser dari bahan
b = adalah vektor Burgers
r = koordinat
Persamaan ini menunjukkan silinder panjang stres yang memancar keluar dari silinder dan
menurun dengan jarak. Model sederhana ini menghasilkan nilai yang tak terhingga untuk inti
dislokasi pada r = 0 dan sehingga hanya berlaku untuk menekankan di luar inti dislokasi.
2.4 Dislokasi Campuran
Dalam banyak bahan, dislokasi dapat ditemukan di mana garis arah dan Burgers vektor
yang tidak tegak lurus atau paralel dan dislokasi ini disebut dislokasi campuran, yang terdiri dari
karakter ulir dan karakter tepi.
3. OBSERVASI DISLOKASI
Gambar 3.1 Transmisi Mikrograf Elektron Dislokasi
Page 16 of 23
Ketika garis dislokasi memotong permukaan bahan logam, medan regangan yang terkait
secara lokal meningkatkan kerentanan relatif dari material tersebut untuk asam etsa dan lubang
etch format geometris secara teratur. Jika bahan tegang (cacat) dan berulang tergores,
serangkaian etch lubang-lubang yang dapat diproduksi secara efektif melacak gerakan dislokasi
bersangkutan.
Mikroskopi elektron transmisi dapat digunakan untuk mengamati dislokasi dalam
mikrostruktur material. Foil tipis digunakan untuk membuat untuk membuat transparan berkas
elektron mikroskop. Elektron-elektron yang mengalami berkas difraksi oleh kisi kristal reguler
bidang atom logam, relatif berbeda sudut antara balok dan bidang kisi dari setiap butir dalam
mikrostruktur logam dan menghasilkan gambar kontras (antara butir orientasi kristalografi yang
berbeda). Struktur atom yang kurang teratur antara batas butir dan medan regangan di sekitar
garis dislokasi Diffractive berbeda sifat dari kisi biasa dalam butir, dan karena itu efek kontras
yang berbeda dalam mikrograf elektron. (dislokasi dipandang sebagai garis gelap dalam terang,
wilayah pusat mikrograf di sebelah kanan). Transmisi mikrograf elektron dislokasi biasanya
memanfaatkan magnifications dari 50.000 sampai 300.000 kali.
Gambar 3.2 Transmisi mikrograf elektron Dislokasi
Perhatikan karakteristik 'Wiggly' kontras pada garis dislokasi ketika mereka melalui
ketebalan material. Perhatikan juga bahwa dislokasi tidak berakhir dalam kristal, garis dislokasi
dalam gambar ini berakhir pada permukaan sampel. Dislokasi hanya dapat terdapat dalam kristal
sebagai sebuah loop.
Field ion microscope dan atom probe menawarkan metode teknik memproduksi
magnifications jauh lebih tinggi (biasanya 3 juta kali) dan memungkinkan pengamatan dislokasi
pada tingkat atom. Permukaan di mana bantuan dapat diselesaikan dengan tingkat langkah atom,
dislokasi ulir spiral yang muncul sebagai fitur unik mengungkapkan mekanisme penting
Page 17 of 23
pertumbuhan kristal, ada langkah permukaan, dimana atom dapat lebih mudah menambah kristal,
dan permukaan langkah terkait dengan dislokasi ulir tidak pernah hancur tidak peduli berapa
banyak atom yang ditambahkan ke dalamnya.
Setelah etsa kimia, terbentuk lubang-lubang kecil di mana solusi etsa serangan
preferentially permukaan sampel di mencegat dislokasi permukaan ini, karena keadaan tegang
lebih tinggi dari materi. Dengan demikian, fitur gambar yang menunjukkan titik-titik di mencegat
dislokasi permukaan sampel. Dengan cara ini, dislokasi dalam silikon, misalnya, secara tidak
langsung dapat diamati dengan menggunakan mikroskop interferensi. Orientasi kristal dapat
ditentukan dengan bentuk lubang-lubang etch terkait dengan dislokasi.
Dislokasi dalam silikon,
orientasi 100
Dislokasi dalam silikon,
orientasi 111
Dislokasi di silikon,
orientasi 111
Gambar 3.3 100 elips, 111 - segitiga / piramidal)
4. SUMBER DISLOKASI
4.1 Sumber Dislokasi
Kerapatan dislokasi dalam suatu material dapat ditingkatkan oleh deformasi plastik oleh
hubungan berikut:
Karena kerapatan dislokasi meningkat dengan deformasi plastik, sebuah mekanisme
untuk menciptakan dislokasi harus diaktifkan dalam materi. Tiga mekanisme untuk pembentukan
dislokasi dibentuk oleh homogen nukleasi, inisiasi batas butir, dan interface kisi dan permukaan,
presipitat, tersebar fase, atau memperkuat serat.
Page 18 of 23
Penciptaan dislokasi oleh nukleasi homogen adalah hasil dari pecahnya ikatan atom sepanjang
garis dalam kisi. Sebuah pesawat dalam kisi dicukur, sehingga dihadapi setengah pesawat atau
dislokasi. Dislokasi ini menjauh antara yang satu dan lainnya melalui kisi. Dalam homogen
nukleasi bentuk kristal dislokasi dari sempurna dan melewati simultan dari banyak ikatan, energi
yang diperlukan untuk nukleasi homogen tinggi. Misalnya stres diperlukan untuk homogen
nukleasi tembaga
,
Di mana:
G = modulus geser tembaga (46 GPa)
= stres 3,4 Gpa
Oleh karena itu, dalam deformasi konvensional homogen nukleasi memerlukan
terkonsentrasi stres, dan sangat tidak mungkin. Batas butir inisiasi dan antarmuka interaksi yang
lebih umum sumber dislokasi.
Langkah-langkah dan tepian di batas butir merupakan sumber penting dislokasi pada
tahap awal deformasi plastik, permukaan kristal dapat menghasilkan dislokasi di dalam kristal.
Karena langkah-langkah kecil di permukaan kristal, stres di daerah tertentu di permukaan jauh
lebih besar daripada rata-rata stres dalam kisi. Dislokasi kemudian disebarkan ke kisi dengan cara
yang sama seperti dalam batas butir inisiasi. Dalam monocrystals, mayoritas dislokasi terbentuk
di permukaan. Kerapatan dislokasi 200 mikrometer ke permukaan material, telah terbukti
menjadi enam kali lebih tinggi daripada kepadatan dalam massal. Namun, dalam bahan
polikristalin sumber permukaan tidak dapat memiliki pengaruh yang besar karena sebagian besar
butir tidak berhubungan dengan permukaan.
Batas antara logam dan oksida dapat sangat meningkatkan jumlah dislokasi yang terjadi.
Lapisan oksida menempatkan permukaan logam dalam ketegangan karena memeras atom
oksigen ke dalam kisi, dan atom oksigen di bawah kompresi. Hal ini sangat meningkatkan
tekanan pada permukaan logam dan akibatnya jumlah dislokasi terbentuk pada permukaan.
Tekanan yang dihasilkan oleh sumber dislokasi dapat divisualisasikan dengan photoelasticity
Page 19 of 23
dalam Lif iradiasi gamma-kristal tunggal. Tegangan tarik sepanjang bidang luncur merah. Stres
kompresi hijau gelap.
4.2 Dislokasi Terpeleset dan Plastisitas
Salah satu tantangan dalam ilmu material adalah untuk menjelaskan plastisitas dalam
istilah mikroskopis. Sebuah usaha untuk menghitung tegangan geser pada bidang yang atom
tetangga dapat melewati satu sama lain dalam kristal yang sempurna menunjukkan bahwa, untuk
bahan dengan modulus geser G, kekuatan geser τ m diberikan kira-kira oleh:
Modulus geser = 20.000-150.000 MPa,
Tegangan geser = 0,5-10 Mpa
Pada tahun 1934, Egon Orowan, Michael Polanyi dan GI Taylor, secara simultan
menyadari bahwa deformasi plastis dapat dijelaskan dalam kerangka teori dislokasi. Dislokasi
dapat bergerak jika atom dari salah satu pesawat sekitar melanggar obligasi dan rebond dengan
atom di tepi terminating. Akibatnya, pesawat setengah atom bergerak dalam menanggapi
tegangan geser dengan melanggar dan mereformasi garis obligasi, pada satu waktu. Energi yang
dibutuhkan untuk memecahkan ikatan tunggal kurang dari yang dibutuhkan untuk memutuskan
semua ikatan pada seluruh bidang atom sekaligus. Bahkan model sederhana ini gaya yang
dibutuhkan untuk memindahkan dislokasi plastisitas menunjukkan bahwa mungkin pada
tegangan jauh lebih rendah dibandingkan dengan kristal yang sempurna. Dalam banyak bahan,
terutama bahan ulet, dislokasi adalah pembawa deformasi plastik, dan energi yang dibutuhkan
untuk memindahkan kurang dari energi yang dibutuhkan untuk patah tulang material. Dislokasi
menimbulkan sifat lunak karakteristik logam.
Ketika logam menjadi sasaran untuk bekerja dingin (deformasi pada suhu yang relatif
rendah dibandingkan dengan bahan temperatur leleh absolut, T m, yaitu biasanya kurang dari 0,3 T
m) meningkatkan kerapatan dislokasi akibat pembentukan dislokasi baru dan dislokasi perkalian.
Akibatnya meningkatkan ketegangan tumpang tindih antara bidang dislokasi yang berdekatan
secara bertahap meningkatkan ketahanan terhadap gerakan dislokasi lebih lanjut. Ini
menyebabkan pengerasan logam sebagai deformasi kemajuan. Efek ini dikenal sebagai
Page 20 of 23
pengerasan regangan. Kusut dislokasi ditemukan pada tahap awal deformasi dan muncul sebagai
non batas-batas yang terdefinisi dengan baik. Proses dinamis pemulihan pada akhirnya mengarah
pada pembentukan struktur selular yang berisi batas-batas dengan salah orientasi lebih rendah
dari 15°. Selain itu, menjepit menambahkan poin yang menghambat gerak dislokasi, seperti
elemen paduan, dapat memperkenalkan bidang stres yang pada akhirnya memperkuat materi
dengan mengharuskan tegangan yang lebih tinggi untuk mengatasi stres dan terus menjepit
pergerakan dislokasi.
Efek pengerasan regangan oleh akumulasi dislokasi dan struktur gandum terbentuk pada
tekanan tinggi dapat dihilangkan dengan perlakuan panas yang tepat (anil) yang mendorong
pemulihan dan selanjutnya recrystallisation material.
Gabungan teknik pemrosesan pekerjaan pengerasan dan anil memungkinkan untuk mengontrol
kerapatan dislokasi, dislokasi derajat keterlibatan, dan akhirnya kekuatan luluh material.
4.3 Dislokasi Memanjat
Dislokasi dapat menyelinap dalam bidang yang mengandung dislokasi dan Burgers
Vector. Untuk dislokasi ulir, dislokasi dan vektor Burgers sejajar, sehingga dislokasi mungkin
akan terpeleset di setiap bidang yang mengandung dislokasi. Untuk dislokasi sisi, dislokasi dan
vektor Burgers tegak lurus, sehingga hanya ada satu pesawat di mana dislokasi dapat tergelincir.
Ada mekanisme alternatif gerakan dislokasi, yang secara fundamental berbeda dari slip,
yang memungkinkan sebuah dislokasi tepi untuk bergerak keluar dari slip, yang dikenal sebagai
memanjat dislokasi. Memanjat memungkinkan dislokasi dislokasi sisi untuk bergerak tegak lurus
pada bidang slip. Kekuatan pendorong untuk mendaki dislokasi adalah gerakan kekosongan
melalui kisi-kisi kristal. Jika kekosongan bergerak di samping batas bidang tambahan setengah
atom yang membentuk dislokasi sisi, atom dalam pesawat setengah terdekat dengan kekosongan
dapat melompat dan mengisi kekosongan. Pergeseran atom ini bergerak kekosongan sesuai
dengan bidang setengah atom, menyebabkan pergeseran, atau mendaki positif dari dislokasi.
Proses kekosongan terserap di batas setengah bidang atom, bukan diciptakan, dikenal sebagai
memanjat negatif. Sejak dislokasi memanjat hasil dari masing-masing atom melompat ke
kekosongan, memanjat terjadi pada diameter atom tunggal bertahap.
Page 21 of 23
Selama memanjat positif, kristal menyusut dalam arah tegak lurus terhadap bidang
tambahan setengah atom atom karena dikeluarkan dari setengah pesawat. Sejak negatif memanjat
melibatkan penambahan atom untuk setengah pesawat, kristal tumbuh dalam arah tegak lurus
terhadap pesawat setengah. Oleh karena itu, kompresi stres dalam arah tegak lurus terhadap
pesawat setengah mempromosikan memanjat positif, sedangkan tegangan tarik mempromosikan
memanjat negatif. Ini adalah salah satu perbedaan utama antara slip dan memanjat, karena slip
hanya disebabkan oleh tegangan geser.
Salah satu perbedaan tambahan antara dislokasi slip dan memanjat adalah temperatur
ketergantungan. Memanjat terjadi jauh lebih cepat pada temperatur tinggi daripada suhu rendah
akibat kenaikan kekosongan gerak. Slip, di sisi lain, hanya memiliki sedikit ketergantungan pada
suhu.
Page 22 of 23
DAFTAR PUSTAKA
Estein, yazid. 2005. Kimia fisika untuk para medis. Yogyakarta : Andi.
Oxloby, DW, Billis, HP. Prinsip – prinsip kimia moderen edisi ke 4. Jakarta : Erlangga.
Petrucci, ralph. 1987. Kimia dasar prinsip dan terapan moderen. Jakarta : Erlangga.
Cotton, F. A. dan Wilkinson, Geoffrey, (2009), Kimia Anorganik Dasar, Jakarta: Penerbit
Universitas Indonesia
http://www.wikipedia.org/teori_medan_kristal
Miessler, G. L. and Tarr, D. A. (2003), Inorganic Chemistry 3rd edition, New Jersey: Pearson
Prentice Hall
Saito, Taro, (1996), ebook Kimia Anorganik, Tokyo: Iwanami Publishing Company
Suyanta, (2010), BAB II: Ikatan Dalam Senyawa Koordinasi
Page 23 of 23