Sifat – sifat fisik keramik standard ISO Table.2.5. Sifat – sifat fisik keramik standard ISO
Keramik AluminaTinggi
Standar ISO 6474 Alumina
Kandungan berat Al
2
O
3
Al 99,8
2
O
3
99,5 Rapatan gramcm
3
3,98 3,90
Ukuran butiran micron 3-6
7 Kekasaran permukaan micron 0,02
- Kekerasan Vickers
2300 2000
Kuat tekan MPa 4500
- Kuat tekuk MPa setelah diuji
dengan larutan Ringer 550
400 Modulus Young GPa
380 -
Anton J, Hartono
2.4 Struktur Kristal
2.4.1 Fasa Kristalin
Dalam konteks ilmu dan rekayasa material ,fasa adalah bagian dari suatu material yang berbeda dengan bagian bagian lainnya dalam hal struktur atau komposisi . Perhatikan ‘’ es –
air’’ . Meskipun keduanya memiliki komposisi yang sama,air adalah cairan yang fluid sedangkan es adalah padatan yang kristalin. Batas fasa antara keduanya menunjukkan adanya
diskontiniutas pada strukturnya ; ke duanya merupakan fasa yang berbeda. Demikian pula halnya,baik garam biasa maupun garam laut ,keduanya mengandung NaCl tetapi keduanya
merupakan fasa yang berbeda diskontiniutas pada batas yang mereka miliki menandakan adanya perubahan baik dalam hal komposisi maupun struktur. Sekarang perhatikan suatu
kombinasi 50-50 antara air dan alkohol ; keduanya dapat saling melarutkan soluble atau saling tercampur miscible,sehingga hanya ada satu fasa. Akan tetapi ,suatu campuran 50-50
antara air dan minyak tidak saling tercampur immiscible ; pasangan yang disebut belakangan ini terdiri dari dua fasa yang berbeda dengan diskontiniutas komposional pada
batas fasanya.
2.4.2 Kristal
Pada hakekatnya semua logam ,sebagian besar material keramik ,dan beberapa polimer tertentu berkristalisasi ketika mereka memadat. Bagi orang awam ,kata Kristal mengandung
makna suatu material yang memiliki permukaan,transparan,bahkan bernilai tinggi. Namum demikian ,fasa kristalin memiliki satu karakteristik yang lebih mendasar lagi,yang harus kita
telaah jika kita ingin memahami struktur internal dari logam dan material material lainnya. Kristal mempunyai perioditas sehinnga menghasilkan tatanan rentang-panjanglong-
range order. Maksud nya adalah susunan atomik lokalnya berulangdengan interval yang teratur jutaan kali dalam ketiga dimensi ruang.
Tatanan yang di jumpai pada Kristal dapat digambarkan sebagian dengan menggunakan koordinasi-koordinasi atomic yang sketsa nya di perlihat kan pada gambar
2.4.1,dimana 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 terdekat pada Naclsudah tetap,dengan kata lain r
Na +
+ R
Cl -
Meskipun semua hubungan lokal ini penting,yang lebih penting lagi adalah bahwa salah satu perpanjangan dari koordinasikoordinasi atomik atau ionik dalam tiga dimensi ini
menghasilkan periodisitas rentang panjang yang khas. Perpanjangan itu menggambarkan ekstrapolasi yang tak terbatas. Atom atau ion dari suatu volumeberukuran kecil yang
disebut sel satuanunit cell berulang pada interval yang spesifik. Semua sel satuan di dalam suatu kristal identik . jika kita mendiskripsikan salah satunya,berarti kita telah
mendiskripsikan semuanya. Ini akan mempermudah proses analisis dan deskripsi struktur internal kita nantinya.
selalu sama dengan 0,097 nm ditambah 0,181 nm,atau 0,278 nm, tetangga tetangga dari setiap ion individual selalu
ditemukan pada arah yang identik begitu juga tetangga untuk ion ion lainnya yang serupa.
Gambar 2.4.1 Struktur Kristal Nacl. 2.4.3 Sistem Kristal
Periodisitas tiga dimensi yang merupakan karakteristik kristal , dapat dipahami dengan menggunakan beberapa geometri yang berbeda . Sel satuan pada gambar 2.4.1 adalah sel
kubik : ke tiga dimensinya sama dan saling tegak lurus sesamanya. Kristal ini di golongkan kedalam sistem kubik.
Sebelum membahas sistim-sistim Kristal yang lain ,kita harus memilih kerangka referensi. Sesuai konvensi ,kita menempatkan sumbu x,y,dan z beserta titik asalnya pada
sudut belakang kiri bawah. Sudut sudut aksialnya di beri tanda huruf yunani , alpha α ,
beta β , gamma γ . Juga sesuai konvensi ,dimensi dimensi sel satuan nya masing
masing dinamai sebagai a,b,dan c untuk ketiga arah sumbu.
Gambar 2.4.2 Sumbu Kristal
Variasi variasi sudut aksial dan variasi ukuran relatif dari dimensi a ,b, danc akan menghasilkan tujuh dan hanya tujuh sistim kristal. Sistim ini di muat dalam Tabel 2.6.
Tabel 2.6 Sistim Kristal SISTIM
SUMBU SUDUT SUMBU
Kubik a=b=c
° =
= =
90
γ β
α Tetragonal
a=b c
≠
° =
= =
90
γ β
α Ortorhombik
a c
b ≠
≠
° =
= =
90
γ β
α Monoklinik
a c
b ≠
≠ γ
α
=
=90 β
≠
Triklinik a
c b
≠ ≠
° ≠
≠ ≠
90
γ β
α Heksagonal
a=b c
≠
° =
° =
= 120
; 90
γ β
α Rombohedral
a=b=c
° ≠
= =
90
γ β
α
2.4.4. Kisi
Sesuai dengan ringkasan tabel 2.6 , kita dapat membagi ruang menjadi tujuh sistim pengisian ruang. Sesuai dengan ke tujuh sisti ini terdapat 14 pola titik ,disebut kisi kisi Bravais
Bravais lattices. Tiga diantara nya adalah sistim kubik sederhana sc : simple cubik, kubik pemusat ruang bcc, dan kubik pemusat sisi fcc
Secara abstrak ,kisi mendefenisikan suatu pengulangan titik yang periodik ,yang mana setiap titik kisi memiliki lingkungan sekitar yang identik dengan lingkungan sekitar dari titik
titik kisi yang lain. Jarak ke titik tetangga ,dan arah atom tetangga selalu berulang. Pada kisi kisi kubik sederhana ,pengulangan terjadi hanya pada ke tiga arah orthogonal dari sumbu
sumbu kubik tersebut. Pada sisi kubik pemusat ruang, pengulangan juga terjadi di pusat setiap sel satuan. Pada kisi kubik pemusat sisi ,pengulangan terjadi pada pusat dari setiap
bidang permukaan kubus dan pada sudut sudut kubus tidak ada pengulangan pada pusat kubus.
Kita dapat dapat menggantung atom atom ,molekul molekul ,atau kombinasi atom lain di titik kisi,namun demikian ketika melakukan keadaan tersebut keadaannya akan
semakin kompleks. Akan tetapi ,sel satuannya tetap menyediakan modul struktural untuk fasa yang bersangkutan.
Gambar 2.4.3 Kisi Ruang. Ke -14 kisi Bravais
2.4.5 Struktuk Kubik 2.4.5.1 Logam Kubik Pemusat Ruang bcc
Besi berkristalisasi dalam sistim kubik. Pada suhu ruang ,terdapat sebuah atom besi di setiap sudut dari sel satuan sel tersebut , dan sebuah atom lain di pusat ruang sel satuan. Besi
merupakan jenis logam berstruktur kubik pemusat ruang bcc yang paling sering ditemui,namun bukan satu satu nya. Kromium dan tungsten wolfram,termasuk logam logam
lain yang juga memiliki struktur logam bcc. Setiap atom besi di dalam strukrur logam bccini dikelilingi oleh delapan atom besi
terdekat, apakah atom tersebut terletak di sudut ataupun di pusat sel-satuan. Oleh karena itu, setiap atom memiliki lingkungan sekitar yang sama. Ada dua atom logam dalam setiap sel
stuan bcc. Satu atom terletak di pusat dan delapan oktanseperdelapan bagian dalam sebuah lingkaran, terletak pada kedelapan sudut.
Gambar 2.4.4 Struktur Kubik Pemusat Ruang bcc Material dengan struktur logam bcc memiliki kontak atom di sepanjang diagonal
ruangd.r dari sel satuan. Jadi kita dapat menulis : d.r
logam bcc
= 4R = a 3
logam bcc
Atau …………………………….2.6
a
logam bcc
3 = 4R
…………………………………………..2.7 dimana a adalah konstanta kisi .
Kita dapat mengembangkan konsep mengenai faktor penumpukanPF, packing factoratomic dari suatu logam bcc dengan mengasumsikan atom-atomnya berbuntuk bola
model bola-keras dan kemudian menghitung fraksi volume dari sel satuan yang ditempati oleh atom-atom tersebut:
Faktor penumpukan =
atuan volumesels
volumeatom
……………………….2.8 Ada dua atom per sel satuan di dalam suatu logam bcc, dan kita menganggap atom berbentuk
bola, sehingga:
FP =
[ ]
[ ]
[ ]
3 3
3 3
3 4
3 4
2 3
4 2
R R
a R
π π
= = 0,68…………………………2.9
2.4.5.2 Logam Kubik Pemusat Sisi fcc
Susunan atomik dalam tembaga tidak sama dengan susunan atomic dalam besi, meski keduanya berstruktur kubik. Selain sebuah di setiap sudut sel satuan tembaga, ada satu atom
lagi di pusat setiap sisi kubus, tetapi tidak ada satu atom pun di pusat kubus.
Struktur kubik pemusatan-sisi fcc ini,seperti halnya bcc, meerupakan struktur umum dari berbagai logam. Aluminium, tembaga, timbale, perak, dan nikel memiliki struktur ini
begitu pula besi pada suhu tinggi. Struktur logam fcc memiliki empat atom per sel satuan. Kedelapan oktan sudutnya
jika dijumlah menghasilkan satu atom, dan masing-masing dari keenam pemusatan-sisi menambahkan setengah atom sehingga jumlah atom totalnya adalah empat atom per sel
satuan . karena atom-atom tersebut salaing bersinggungan di sepanjang diagonal sisi d.s, kita dapaat menuliskan:
d.s
logam fcc
= 4R = a 2
logam fcc
Atau ,untuk konstanta kisi, ……………………...2.10
A
logam fcc
2 = 4R
…………………………………….2.11
Gambar 2.4.5 Struktur kubik Pemusat sisi. Factor penumpukan untuk suatu logam fcc adalah 0,74,yang lebih besar daripada
factor penumpukan untuk logam bcc yang besarnya 0,68. Perbedaan ini memang dapat dipahami ,karena setiap atom dalam suatu logam bcc hanya memiliki delapan tetangga saja.
Setiap atom didalam suatu logam fcc memiliki 12 tetangga. Atom pemusat sisi bagian depan memiliki empat tetangga terdekat,empat tetangga saling bersinggungan pada bagian
belakang,dan empat bagian lainnya berada di depan.
2.5 Struktur Mikro Keramik