material teknik - materi - 3 2015
TRANSCRIPT
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
1/41
Dr. Eko Pujiyanto , S.Si., M.T.Homepage : eko.staff.uns.ac.id/3-material-teknik
Material Teknik
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
2/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Pendahuluan
Cacat titik
Beberapa jenis cacat lainnya
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
3/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Susunan yang sempurna ada dikeseluruhan material kristal pada skalaatom tidaklah ada.
Semua material padat mengandungsejumlah besar cacat atauketaksempurnaan.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
4/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Why are defects important?
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
5/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Defects have a profound impact onthe various properties of materials:◦
Defects are responsible for color (&price) of a diamond crystal.
◦ Forging a metal tool introduces defectsand increases strength of the tool.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
6/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Defects can beintroduced/
removedduringprocessing
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
7/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Defects in Crystals
A 2D representation of aperfect single crystal withregular arrangement of atoms.
But … structures of realmaterials can be betterrepresented by the schematicdrawing to the left.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
8/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Types of efects
◦ 0 , Point defects: atoms missing or in irregularplaces in the lattice (lattice vacancies,
substitutional and interstitial impurities, self-interstitials)
◦ 1 , Linear defects: groups of atoms in irregularpositions (e.g. screw and edge dislocations)
◦ 2 , Planar defects: the interfaces between
homogeneous regions of the material (e.g. grainboundaries, stacking faults, external surfaces)
◦ 3 , Volume defects: extended defects (pores,cracks)
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
9/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
10/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Vakansi adalah kekosongan sisi kisi, yaitu sisiyang seharusnya ditempati atom,kehilanganatomnya .
Vakansi terbentuk selama proses pembekuan,dan juga karena getaran atom yangmengakibatkan perpindahan atom dari sisikisi normalnya.
Interstisi-Diri(self-interstitial) adalah sebuahatom dari bahan kristal yang berdesakan kedalam sisi interstisi, yaitu ruang kosong kecildimana dalam kondisi normal tidak diisi atom.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
11/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
12/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Impuritas◦ Impuritas adalah atom asing yang hadir pada
material. Logam murni yang hanya terdiri dari
satu jenis atom adalah tidak mungkin.◦ Impuritas bisa menyebabkan cacat titik pada
kristal.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
13/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
14/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
• Dislokasi adalah cacat linier atausatu dimensi dimana didekatnyabeberapa atom tidak segaris.
• Ada 3 jenis dislokasi yaitu :1. dislokasi sisi2. dislokasi ulir
3. dislokasi campuran.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
15/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
1. Dislokasi sisi/pinggir adalah terdapatnyabidang atom ekstra atau setengah bidang,dimana sisinya terputus di dalam kristal.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
16/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
2. Dislokasi ulirterbentuk karenagaya geser yangdiberikanmenghasilkan
distorsi sepertiyang ditunjukkanGambar disamping.Daerah depanbagian atas kristaltergeser sebesar
satu atom kekananrelatif terhadapbagian bawah.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
17/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
3. Dislokasicampuran : Jika padamaterialdijumpaikedua jenisdislokasidiatas
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
18/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
3. Dislokasi campuran
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
19/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
• Cacat antar muka adalah batas yang mempunyaidua dimensi yang biasanya memisahkan daerah-daerah pada material yang mempunyai strukturkristal dan/atau orientasi kristalografi yangberbeda.
• Cacat jenis ini antara lain:1. Permukaan luar2. Batas butir3. Batas kembar4. Kesalahan tumpukan5. Batas fasa.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
20/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
Figure 4.16 (a) The atoms near the boundaries of
the three grains do not have an equilibrium
spacing or arrangement. (b) Grains and grain
boundaries in a stainless steel sample. (
Courtesy
r. A. eardo
.)
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
21/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
22/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
23/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
• Cacat lainnya yang ada pada semuamaterial padat dimana cacat ini lebihbesar dari yang sudah dibicarakan adalahpori, retak, inklusi benda asing dan fasa-fasa lainnya.
• Cacat-cacat ini timbul biasanya selamatahap-tahap proses dan pabrikasi.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
24/41
Ketidaksempurnaan Material Padat
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
25/41
Difusi
Pendahuluan
Mekanisme difusi
Flux difusi Difusi stabil dan non-stabil
Faktor yang mempengaruhi difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
26/41
What isdiffusion?
Diffusion ismaterialtransportby atomicmotion
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
27/41
Interdiffusion (or impurity diffusion)occurs in response to a concentrationgradient.
Self-diffusion is diffusion in one-component material, when all atoms thatexchange positions are of the same type.
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
28/41
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
29/41
Difusi
Self-diffusion - The random movement ofatoms within an essentially pure material.
Vacancy diffusion - Diffusion of atoms
when an atom leaves a regular latticeposition to fill a vacancy in the crystal.
Interstitial diffusion - Diffusion of smallatoms from one interstitial position to
another in the crystal structure.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
30/41
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
31/41
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
32/41
Difusi
Steady state diffusion: the diffusion flux does notchange with time.
Nonsteady-State Diffusion: In many realsituations the concentration profile and the
concentration gradient are changing with time.
The changes of the concentration profile can bedescribed in this case by a differential equation,Fick’s second law.
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
33/41
Difusi
Temperature and the Diffusion Coefficient (D)
Types of Diffusion - volume diffusion, grainboundary diffusion, Surface diffusion
Time
Dependence on Bonding and Crystal Structure
Dependence on Concentration of DiffusingSpecies and Composition of Matrix
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
34/41
Difusi
© 2 0 0 3
B r o o k s / C o l e , a d i v i s i o n o f T h o m s o n L e a r n i n g ,
I n c . T h o m
s o n L e a r n i n g ™
i s a t r a d e m a r k u s e d h e r e i n u n d e r
l i c e n s e .
Figure 5.18 The
diffusion coefficient
as a function of
reciprocal temperature
for some metals and
ceramics. In the
Arrhenius plot,
represents the rate of
the diffusion process. A
steep slope denotes a
high activation energy
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
35/41
Difusi
Figure 5.19 iffusion
coefficients for different
dopants in silicon. (Source:
From ‘‘ iffusion and
iffusion Induced efects in
Silicon,’’ by U. GÖsele. In R.
Bloor, M. Flemings, and S.
Mahajan (Eds.), Encyclopedia
of Advanced Materials, Vol.
1, 1994, p. 631, Fig. 2.
Copyright © 1994 Pergamon
Press. Reprinted with
permission of the authors
.)
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
36/41
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
37/41
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
38/41
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
39/41
1. W. D. Callister, Jr. and D. G. Rethwisch, 2010, MaterialsScience and Engineering: An Introduction, 8th edition, JohnWiley.( Chapter 4)
2. Leonid Zhigile, Lecture Note, MSE 209: Introduction to theScience and Engineering of Materials,http://www.people.virginia.edu/~lz2n/mse209/( Chapter 4)
3. Donald R. Askeland and Pradeep P. Phulé, The Science andEngineering of Materials, 4th edition
( Chapter 4)
Ketidaksempurnaan Material Padat
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
40/41
1. W. D. Callister, Jr. and D. G. Rethwisch, 2010, MaterialsScience and Engineering: An Introduction, 8th edition, JohnWiley.( Chapter 5)
2. Leonid Zhigile, Lecture Note, MSE 209: Introduction to theScience and Engineering of Materials,http://www.people.virginia.edu/~lz2n/mse209/( Chapter 5)
3. Donald R. Askeland and Pradeep P. Phulé, The Science andEngineering of Materials, 4th edition
( Chapter 5)
Difusi
-
8/18/2019 Material Teknik - Materi - 3 2015
41/41
Referensi :Callister dan Rethwisch , 2010 , Bab6 - 7
Ketidaksempurnaan Material Padat