material teknik - materi - 3 2015

Upload: aldy-fajrianto

Post on 07-Jul-2018

215 views

Category:

Documents


0 download

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