modul.2. struktur kristal
DESCRIPTION
struktur kristalTRANSCRIPT
Structure of metalsStructure of metals
CRYSTAL STRUCTURESCRYSTAL STRUCTURES
Why Study Structures of Metals and Why Study Structures of Metals and Ceramics?Ceramics?
• The properties of some materials are directly related to their crystal structures.
• For example, pure and undeformed magnesium and beryllium, having one crystal structure, are much more brittle (i.e., fracture at lower degrees of deformation) than are pure
• and undeformed metals such as gold and silver that have yet another crystal structure
Why Study Structures of Metals Why Study Structures of Metals and Ceramics?and Ceramics?
• Furthermore, significant property differences exist between crystalline and noncrystalline materials having the same composition.
• For example, noncrystalline ceramics and polymers normally are optically transparent; the same materials in crystalline (or semicrystalline) form tend to be opaque or, at best, translucent.
Learning ObjectivesLearning Objectives
After studying this chapter you should be able to do the following:1. Describe the difference in atomic/molecular structure between
crystalline and noncrystalline materials.2. Draw unit cells for face-centered cubic, bodycentered cubic, and
hexagonal close-packed crystal structures.3. Derive the relationships between unit cell edge length and atomic
radius for face-centered cubic and body-centered cubic crystal structures.
4. Compute the densities for metals having facecentered cubic and body-centered cubic crystal structures given their unit cell dimensions.
5. Sketch/describe unit cells for sodium chloride, cesium chloride, zinc blende, diamond cubic, fluorite, and perovskite crystal structures. Do likewise for the atomic structures of graphite and a silica glass
Learning ObjectivesLearning Objectives
6. Given the chemical formula for a ceramic compound, the ionic radii of its component ions, determine the crystal structure.
7. Given three direction index integers, sketch the direction corresponding to these indices within a unit cell.
8. Specify the Miller indices for a plane that has been drawn within a unit cell.
9. Describe how face-centered cubic and hexagonal close-packed crystal structures may be generated by the stacking of close-packed planes of atoms. Do the same for the sodium chloride crystal structure in terms of close-packed planes of anions.
10. Distinguish between single crystals and polycrystalline materials.
11. Define isotropy and anisotropy with respect to material properties
66
Struktur kristalStruktur kristal
•Struktur kristal adalah pola susunan tiga dimensi yang teratur dari atom-atom dalam suatu ruang.
•Struktur kristal diidealisasikan sebagai kisi ruang atau kisi kristal dengan pola susunan 3D dari titik-titik lain yang sama/identik..
•Pola terkecil dari susunan atom/titik dalam suatu ruang disebut sel satuan.
Sel satuan BCC Sel satuan FCC
77
Sistim kristal
Menurut AJ Bravais, jenis kristal terbagi atas 7 sistem kristal, yaitu:
1. Kubik 2. Tetragonal 3. Rombohedral
4. Heksagonal 5. Ortorombik 6. Monoklik
7. Triklinik
Dari masing-masing sistem kristal terdapat beberapa sel satuan hingga semuanya ada 14 sel satuan.
Tetapi pada umumnya logam memiliki sel satuan:
1. BCC (body centered cubic/kubus pusat badan)
2. FCC (face centered cubic/kubus pusat muka)
3. HCP (hexagonal close packed/heksagonal susunan padat)
88
99
HCP
FCC
BCC
1010
1111
1212
Kubus Pusat Badan/body centered cubic (BCC)
Pada sel satuan tersebut terlihat bahwa ada satu atom yang dikelilingi oleh 8 atom lainnya sehingga kita bisa hitung berapa jumlah atom pada sel satuan ini.
Pada BCC, ada satu atom lengkap bentuknya, kemudian ada 8 atom pada masing-masing ujung kisi.
Maka jumlah atom per sel satuan:
1 + (8 x 1/8) = 2 atom per sel satuan
1313
1414
Contoh logam-logam dengan sel satuan BCCContoh logam-logam dengan sel satuan BCC
Logam Panjang kisi
(a, nm)
Radius atom
(R, nm)
Krom 0.289 0.125
Besi 0.287 0.124
Molibdenum 0.315 0.136
Potasium 0.533 0.231
Natrium 0.429 0.186
Tantalum 0.330 0.143
Tungsten 0.316 0.137
Vanadium 0.304 0.132
1515
Ra 43
3
4Ra
atau
Panjang kisi (a):
R = radius atom
1616
Kubus Pusat Muka/face centered cubic (FCC)
Pada sel satuan FCC terdapat 4 atom yang terdiri dari:
6 x ½ =3 atom dan
8 x 1/8 = 1 atom
Ra 42
2
4Ra
Panjang kisi (a):
atau
1717
1818
1919
Contoh logam-logam dengan sel satuan FCCContoh logam-logam dengan sel satuan FCC
Logam Panjang kisi
(a, nm)
Radius atom
(R, nm)
Aluminium 0.405 0.143
Tembaga 0.3615 0.128
Emas 0.408 0.144
Timah hitam 0.495 0.175
Nikel 0.352 0.125
Platina 0.393 0.139
Perak 0.409 0.144
2020
Heksagonal Susunan Padat/hexagonal close packed (HCP)
Pada sel satuan HCP terdapat 6 atom yang terdiri dari:
3 atom dibagian tengah,
2 x 6 x 1/6 = 2 atom
Dibagian atas dan bawah: 2 x ½ = 1 atom
2121
2222
LogamPanjang kisi, nm Jari-jari atom
rasio c/a
a c R, nm
Cadminum 0.2973 0.5618 0.149 1.89
Seng 0.2665 0.4947 0.133 1.856
Magnesium 0.3209 0.5209 0.16 1.623
Cobalt 0.2507 0.4069 0.125 1.623
Zirkon 0.3231 0.5148 0.16 1.593
Titanium 0.295 0.4683 0.147 1.587
Berilium 0.2286 0.3584 0.113 1.568
Contoh logam-logam dengan sel satuan HCPContoh logam-logam dengan sel satuan HCP
2323
Perbandingan volume atom didalam sel satuan terhadap volume sel satuan dinyatakan sebagai faktor kepadatan atom atau atomic packing factor (APF).
APF = volume atom pada sel satuan
volume sel satuan
Contoh:
Pada sel satuan BCC
Volume atom pada BCC: 2(4/3 R3) = 8,373R3
Volume sel satuan BCC = a3 ; atau
Volume sel satuan BCC = 12,32R33
4Ra Ra 43
68,032,12
373,83
3
R
RAFP
2424
Kedudukan atom dalam sel satuan
Untuk mengetahui posisi atom didalam suatu sel satuan digunakan sumbu x, y dan z.
2525
Mengetahui keberadaan atom-atom dalam suatu sel satuan sangatlah penting, karena dengan mengetahuinya dapat diketahui mudah tidaknya logam dideformasi.
Akibat adanya gaya dari luar, maka atom-atom logam akan bergerak dimana pergerakannya sangat tergantung dari kerapatan dan posisi atom didalam sel satuan sehingga perlu diketahui dimana arah dan bidangnya.
2626
Contoh beberapa arah didalam sel satuan kubus:
2727
Indeks Miller
Untuk mengetahui bidang suatu bidang kisi dari sel satuan digunakanlah notasi Miller atau Indeks Miller.
Indeks Miller: kebalikan dari perpotongan suatu bidang dengan ketiga sumbu yang dinyatakan dengan bilangan untuk bukan pecahan atau kelipatan bersama.
Langkah yang dilakukan:
1.Tentukan titik potong yang akan diberi indeks dengan sumbu(x, y, z).
2.Tentukan harga kebalikannya (resiprokal).
Contoh:No. Langkah yang harus dilakukan X Y Z
1 Tentukan titik potong yang akan diberi indeks dengan sumbu
a ~ ~
1 ~ ~
2 Tentukan harga kebalikannya 1/1 1/~ 1/~
3 Harga indeks Miller 1 0 0
2828
Notasi dalam indeks Miller:( ) = indeks bidang yang bersangkutan[ ] = indeks dari arah bidang yang bersangkutan< > = semua kumpulan arah yang sama{ } = semua bidang yang samaContoh:[100], [010], [010], [001], [100] = <100>
2929
3030
Titik potongnya = 1/3, 2/3, 1.
Resiprokalnya = 3, 3/2, 1
Kalikan dengan 2 untuk menghilangkan pecahan 3/2 sehingga diperoleh 6, 3, 2., sehingga Indeks Millernya = (632)
3131
3232
3333
3434
3535