Makalah : Ikatan Dalam Keramik

 

I.                   Ikatan dalam keramik

Material Keramikadalah material non logam dan anorganik yang  terdiri atas unsur-unsur logam dan non logam yang terikatbersamaan secara primer dengan ikatan ion dan/atau ikatan logam.

Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkannya digunakan untuk berbagai aplikasi termasuk :

• kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah.
• Tahan korosi
• Sifat listriknya dapat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor
• Sifatnya dapat magnetik dan non-magnetik
• Keras dan kuat, namun rapuh.

Untuk mendapatkan sifat-sifat keramik biasanya diperoleh dengan pemanasan pada suhu tinggi. Keramik: - tradisional

                - modern

Keramik tradisional: biasanya dibuat dari tanah liat

Contoh: porselen, bata ubin, gelas dll.

Keramik modern: mempunyai ruang lingkup lebih luas dari keramik tradisional dan mempunyai efek dramatis pada kehidupan manusia seperti pemakaian pada bidang elektronik, komputer, komunikasi, aerospace dll. Ikatan atom pada keramik umumnya ikatan ion, walaupun ada sebagian mempunyai kovalen

Dua jenis ikatan dapat terjadi dalam keramik, yakni ikatan ionik dan kovalen. Sifat keseluruhan material bergantung pada ikatan yang dominan. Klasifikasi  Bahan keramik dapat dibedakan menjadi dua kelas : kristalin dan amorf (non kristalin). Dalam material kristalin terdapat keteraturan jarak dekat maupun jarak jauh, sedang dalam material amorf mungkin keteraturan jarak pendeknya ada, namun pada jarak jauh keteraturannya tidak ada. Beberapa keramik dapat berada dalam kedua bentuk tersebut, misalnya SiO2, (lihat gambar, a struktur yang kristalin, b amorf).

Jenis ikatan yang dominan (ionik atau kovalen) dan struktur internal (kristalin atau amorf) mempengaruhi sifat-sifat bahan keramik. Sifat termal

Sifat termal penting bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansi termal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan oleh padatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatan tersebut.

Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan. Jadi getaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya kuat maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak pada kisi kristalnya.

Hantaran panas dalam padatan melibatkan transfer energi antar atom-atom yang bervibrasi. Vibrasi atom akan mempengaruhi gerakan atom-atom lain di tetangganya dan hasilnya adalah gelombang yang bergerak dengan kecepatan cahaya yakni fonon. Fonon bergerak dalam bahan sampai terhambur baik oleh interaksi fonon-fonon maupun cacat kristal. Keramik amorf yang mengandung banyak cacat kristal menyebabkan fonon selalu terhambur sehingga keramik merupakan konduktor panas yang buruk. Mekanisme hantaran panas oleh elektron, yang dominan pada logam, tidak dominan di keramik karena elektron di keramik sebagian besar terlokalisasi.

Contoh paling baik penggunaan keramik untuk insulasi panas adalah pada pesawat ruang angkasa. Hampir semua permukaan pesawat tersebut dibungkus keramik yang terbuat dari serat silika amorf. Titik leleh aluminium adalah 660 oC. Ubin menjaga suhu tabung pesawat yang terbuat dari Al pada atau dibawah 175 oC, walaupun eksterior pesawat mencapau 1400 oC. Sifat Optik

Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, atau dipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, dan biasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas, mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelas terfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan cahaya.

Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalah polarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalah distorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi, sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas.

Seperti dalam atom elektron-elektron dalam bahan berada dalam tingkat-tingkat energi tertentu. Absorbsi energi menghasilkan perpindahan elektron dari tingkat dasar ke tingkat tereksitasi. Ketika elektron kembali ke keadaan dasar disertai dengan pemancaran radiasi elektromagnetik.

Dalam padatan elektron yang energinya tertinggi ada dalam orbital-orbital dalam pita valensi dan orbital-orbital yang tidak terisi biasanya dalam pita konduksi. Gap antara pita valensi dan pita konduksi disebut gap energi.

Range energi cahaya tampak 1,8 sampai 3,1 eV. Bahan dengan gap energi di daerah ini akan mengabsorbsi energi yang berhubungan. Bahan itu akan tampak transparan dan berwarna. Contohnya, gap energi CdS sekitar 2,4 eV dan mengabsorbsi komponen cahaya biru dan violet dari sinar tampak. Tampak bahan tersebut berwarna kuning-oranye.

Bahan dengan gap energi kurang dari 1,8 eV akan opaque, sebab semua cahaya tampak akan diabsorbsi. Material dengan gap energi lebih besar 3,1 eV tidak akan menyerap range sinar tampak dan akan tampak transparan dan tak berwarna. Cahaya yang diemisikan dari transisi elektron dalam padatan disebut luminesensi. Bila terjadi dalam selang waktu yang pendek disebut flouresensi, bila didalam selang waktu yang lebih panjang disebut fosforisensi.

Cahaya yang ditransmisikan dari satu medium ke medium lain, misalnya dari gelas ke air akan mengalami pembiasan. Pembelokan cahaya ini adalah akibat perubahan kecepatan rambat yang asal mulanya dari polarisasi elektronik. Karena polarisasi meningkat dengan naiknya ukuran atom. Gelas yang mengandung ion-ion berat (seperti kristal timbal) memiliki indeks bias yang lebih besar dari gelas yang mengandung atom-atom ringan (seperti gelas soda).

Hamburan cahaya internal dalam bahan yang sebenarnya transparan mungkin dapat mengakibatkan bahan menjadi translusen atau opaque. Hamburan semacam ini terjadi antara lain di batas butiran, batas fasa, dan pori-pori.

Banyak aplikasi memanfaatkan sifat optik bahan keramik ini. Transparansi gelas membuatnya bermanfaat untuk jendela, lensa, filter, alat masak, alat lab, dan objek-objek seni. Pengubahan antara cahaya dan listrik adalah dasar penggunaan bahan semikonduktor seperti GaAs dalam laser dan meluasnya penggunaan LED dalam alat-alat elektronik. Keramik fluoresensi dan fosforisensi digunakan dalam lampu-lampu listrik dan layar-layar tv. Akhirnya serat optik mentransmisikan percakapan telepon dan data komputer yang didasarkan atas refleksi internal total sinyal cahaya. (Keramik, n.d.)

II.                SIFAT-SIFAT KERAMIK

Secara umum kramik merupakan paduan antara logam dan non logam , senyawa paduan tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen . untuk lebih jelasnya mengenai sifat-sifat kramik berikut ini akan dijelaskan lebih detail.

a. Sifat Mekanik

Keramik merupakan material yang kuat, keras dan juga tahan korosi. Selain itu keramik memiliki kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi. Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Di dalam keramik, karena kombinasi dari ikatan ion dan kovalen, partikel-partikelnya tidak mudah bergeser.

Faktor  rapuh terjadi bila pembentukan dan propagasi keretakan yang cepat.Dalam padatan kristalin, retakan tumbuh melalui butiran (trans granular) dan sepanjang bidang cleavage (keretakan) dalam kristalnya. Permukaan tempat putusyang dihasilkan mungkin memiliki tekstur yang penuh butiran atau kasar. Material yang amorf tidak memiliki butiran dan bidang kristal yang teratur, sehingga permukaan putus kemungkinan besar terjadi. Kekuatan tekan penting untuk keramik yang digunakan untuk struktur seperti bangunan. Kekuatan tekan keramik biasanya lebih besar dari kekuatan tariknya. Untuk memperbaiki sifat ini biasanya keramik di-pretekan dalam keadaan tertekan

b. Sifat Termal

Sifat termal bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansitermal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan olehpadatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatantersebut.

Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan. Jadigetaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya kuat maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak padakisi kristalnya.

Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah.

c.  Sifat elektrik

Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi. Keramik dikenal sangat baik sebagai solator. Beberapa isolator keramik (seperti BaTiO 3) dapat dipolarisasi dan digunakan ebagai  kapasitor.  Keramik  lain  menghantarkan  elektron  bila  energi  ambangnya dicapai, dan oleh karena itu disebut semikonduktor. Tahun 1986, keramik jenis baru, yakni superkonduktor temperatur kritis tinggi ditemukan. Bahan jenis ini di bawah suhu  kritisnya  memiliki  hambatan  = 0.Akhirnya, keramik  yang  disebut  sebagai piezoelektrik  dapat  menghasilkan  respons  listrik  akibat  tekanan  mekanik  atau sebaliknya.

Elektron valensi dalam keramik tidak berada di pita konduksi,sehingga sebagian besar keramik adalah isolator. Namun, konduktivitas keramik dapat ditingkatkan dengan memberikan ketakmurnian. Energi termal juga akanmempromosikan elektron ke pita konduksi, sehingga dalam keramik, konduktivitasmeningkat (hambatan menurun) dengan kenaikan suhu.

Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan. Sifat ini merupakan bagian bahan “canggih” yang sering digunakan sebagai sensor. Dalambahan piezoelektrik, penerapan gaya atau tekanan dipermukaannya akan menginduksipolarisasi dan akan terjadi medan listrik, jadi bahan tersebut mengubah tekananmekanis menjadi tegangan listrik. Bahan piezoelektrik digunakan untuk tranduser,yang ditemui pada mikrofon, dan sebagainya.

Dalam bahan keramik, muatan listrik dapat juga dihantarkan oleh ion-ion. Sifat ini dapat diubah-ubah dengan merubah komposisi, dan merupakan dasar banyakaplikasi komersial, dari sensor zat kimia sampai generator daya listrik skala besar.Salah satu teknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar.

d.  Sifat Optik

Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, ataudipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, danbiasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas,mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelasterfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan cahaya.Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalahpolarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalahdistorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi,sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas.

e. Sifat kimia

Salah  satu  sifat  khas  dari  keramik  adalah  kestabilan  kimia.  Sifat  kimia  dari permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif. Karbon aktif, silika gel, zeolit, dsb, mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan pengabsorb. Kalau oksida logam dipanaskan pada kira-kira 500 C, permukaannya menjadi bersifat asam atau bersifat basa. Alumina g , zeolit, lempung asam atau S 2O 2 – TiO 2 demikian juga berbagai oksida biner dipakai sebagai katalis, yang memanfaatkan aksi katalitik dari titik bersifat asam dan basa pada permukaan.

f. Sifat fisik

Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan. Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain.

Contoh

Keramik adalah  material  anorganik  dan non-metal.  Umumnya  keramik  adalah senyawa antara logam dan non logam.  Untuk mendapatkan sifat-sifat  keramik biasanya diperoleh dengan pemanasan pada suhu tinggi. Keramik:tradisional , modern .

Keramik tradisional :biasanya dibuat dari tanah liat .
Contoh: porselen, bata ubin, gelas dll.

Keramik modern : mempunyai ruang lingkup lebih luas dari keramik tradisional dan mempunyai  efek  dramatis  pada  kehidupan   manusia  seperti pemakaian  pada  bidang  elektronik,  komputer,  komunikasi, aerospace dll. (Keramik, n.d.)

 

III.             TEKNIK PEMEROSESAN KERAMIK

a.      Pembubukan

Bahan-bahan dasar keramik umumnya berbentuk bubukan. Bahan dasar tersebut dapat diperoleh dengan metode konvensional atau non konvensional. Metode konvensional misalnya kalsinasi; yaitu menguraikan suatu bahan  padatan menjadi beberapa bagian yang lebih sederhana; Milling yaitu menggiling atau menghaluskan bahan; mixing yaitu mencampurkan beberapa bahan menjadi satu bahan. Sedangkan metode nonkonvensional misalnya teknik larutan sepaerti metode sol-gel, metode fase uap, atau dekomposisi garam. Dalam proses pembubukan tersebut , seringkali harus ditambahkan bahan penstabil agar suhu dapat diturunkan atatu bahan organik yang berfungsi sebagai pengikat atau pelunak bubukan sehingga mudah dibentuk.

b.      Pembentukan

Metode pembentukan ini bermacam-macam, misalnya metode pres isostatik dan aksial; metode cetak lepas, yaitu dicetak hingga kering lalu dilepas; metode cetak balut yaitu bahn dibiarkan tetap berada daalm cetakn atau cetak injeksi yaitu bahan dimasukan ke dalam cetakan dengan cara diinjeksikan ke dalamnya.

c.       Penekanan

Penekanan atau disebut juga kompaksi dilaukan untuk membentuk serbuk keramik menjadi suatu bentuk padatan berupa pelet mentah. Pelet mentah adalah serbuk yang telah menjadi bentuk padat tetapi belum disinter. Prosedur dasar penekanan dibagi menjadi 3 yaitu:

• Uniaxial

Serbuk dibentuk dalam cetakan logam dengan penekanan satu arah. Penenkanan ini dapat memproduksi banyak pelet dan tidak mahal dibanding metode lain. Berdasarka cara kerjanya, penekanan ini dibagi menjadi 3 yaitu : single action uniaxial pressing, double action uniaxial pressing, dan uniaxial pressing with a floating mould or die.

• Isostatik: Penekanan serbuk dilakukan dengan menggunakan cairan.
• Hot pressing:Penekanan dilakukan secar simultan denga perlakuan panas pada serbuk.

d.      Sintering

Sintering adalah metode pemanasan yang dilakukan terhadap suatu material ( biaasnya dalam bentuk serbuk) pada suhu dibawah titik lelehnya sehingga menjadi bentuk padatan . Serbuk berubah menjadi padatan karena pada suhu tersebut partikel-partikel akan saling melekat. Setelah disintering bentuk porositas berubah cenderung berbrntuk bola. Selain itu semakin lama dipanaskan bentuk pori akan semakin kecil. Karena itu ukuran sampel yang telah disinter akan semakin kecil juga.

Sintering terbagi menjadi 2 jenis, yaitu berdassarkan ada tidaknya fase cair selama proses sintering. Sintering yang terjadi disertai adanya fase cair disebut sintering fase cair, dan sintering yang terjadi tanpa fase cair disebut sintering padat.
Tahap sintering dilakukan untuk memadat kompakan bahan, yang sudah dicetak dan dikeringkan dengan suhu tinggi.

e.       Anneling dan Aging

Anealing adalah proses pemanasan yang lebih rendah dari sebelumnya. Dengan maksud agar parameter dan sifat yang diinginkan mencapai optimum. Sedangkan aging adalah proses pendinginan selama beberapa waktu tertentu.

f.        Tahap akhir

Pada tahap ini, bahan keramik dikenakan berbagai perlakuan akhir sehingga sipa dipalikasika sesuai dengan sifat bahan yang diinginkan. Perlakuan tersebut misalnya mengasah, memoles, memberi lapisan logam, memberi mantel untuk perlindungan dan lain-lain.

Secara bagan proses pembuatan bahan keramik adalah :

Proses pembubukan atau penghalusan –> Pembentukan –> Pengeringan —> sintering –> anealing dan aging –> Aplikasi akhir.(Hawgood & Shiffer, 1991)

 

IV.             STRUKTUR KERAMIK

Struktur kristal keramik (terdiri dari berbagai ukuran atom yang berbeda atau minimal terdiri dari 2 jenis unsur) merupakan salah satu yang paling kompleks dari semua struktur bahan. Ikatan antara atom-atom ini umumnya ikatan kovalen (berbagi elektron, sehingga ikatan ini kuat) atau ion (terutama ikatanantara ion bermuatan, sehingga ikatan ini kuat). Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik dari pada logam. Keramik dapat berikatan kristal tunggal ataudalam bentuk polikristalin. Ukuran butir mempunyai pengaruh besar terhadap kekuatan dan sifat-sifat keramik; ukuran butir yang halus (sehingga dikatakan keramik halus), semakin tinggi kekuatan dan ketangguhannya.

Kebanyakan bahan pembentuk keramik memiliki ikatan ion, ikatan kovalen dan ikatanantara. Sebagai missal, bagian ikatan ion dalam sistem Mg-O, Al-O, Zn-O dan Si-O dapat dikatakan masing-masing 70%, 60%, 60% dan 50%. Yang sangat menarik adalah bahwa pada

ReO₃,V₂O₃ dan TiO, yang merupakan oksida dan tidak pernah menunjukkan sifat liat ataudapat di deformasikan, tetapi memiliki hantaran listrik yang relatif dapat disamakan dengan logam biasa.

Dalam Kristal yang rumit, berbagai macam atom berperan dan ikatannya merupakan ikatan campuran dalam banyak hal. Struktur Kristal demikian dapat dimengerti apabila mengingat bahwa Kristal tersusun oleh kombinasi dari polyhedron koordinasi, dimana satuan kecil dari kation dikelilingi oleh beberapa anion. Salah satu contoh adalah silikat yang merupakan bahan baku penting bagi keramik.

 

Struktur kristal

Ikatan  atom : ion

-  atom bermuatan positif (atom logam) : kation

-  atom bermuatan negatif (non logam) : anion

Contoh : calcium fluoride (CaF₂)

kation :Ca⁺ anion : F^-

Struktur kristal keramik dipengaruhi oleh karakteristik ion-ionnya seperti: besar muatan listrik pada setiap ion, dan besar relatif antara ion (gb 13.1)

Kristal keramik akan stabil jika anion yang mengelilingi kation jika semuanya bersinggungan dengan kation.

                                                 

STABIL                             STABIL                          TAK STABIL

Gambar 13.1 Stable and unstable anion-cation coordination configuration. Open circles anions : closed circles denote cation.

 

Struktur kristal keramik (terdiri dari berbagai ukuran atom yang berbeda atau minimal terdiri dari 2 jenis unsur) merupakan salah satu yang paling kompleks dari semua struktur bahan. Ikatan antara atom-atom ini umumnya ikatan kovalen (berbagi elektron, sehingga ikatan ini kuat) atau ion (terutama ikatanantara ion bermuatan, sehingga ikatan ini kuat). Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan logam. Akibatnya, sifat-sifat seperti kekerasan dan ketahanan panas dan listrik secara signifikan lebih tinggi keramik dari pada logam. Keramik dapat berikatan kristal tunggal ataudalam bentuk polikristalin. Ukuran butir mempunyai pengaruh besar terhadap kekuatan dan sifat-sifat keramik; ukuran butir yang halus (sehingga dikatakan keramik halus), semakin tinggi kekuatan dan ketangguhannya.

Kebanyakan bahan pembentuk keramik memiliki ikatan ion, ikatan kovalen dan ikatanantara. Sebagai missal, bagian ikatan ion dalam sistem Mg-O, Al-O, Zn-O dan Si-O dapat dikatakan masing-masing 70%, 60%, 60% dan 50%. Yang sangat menarik adalah bahwa pada ReO₃,V₂O₃ dan TiO, yang merupakan oksida dan tidak pernah menunjukkan sifat liat ataudapat di deformasikan, tetapi memiliki hantaran listrik yang relatif dapat disamakan dengan logam biasa.

Dalam Kristal yang rumit, berbagai macam atom berperan dan ikatannya merupakan ikatan campuran dalam banyak hal. Struktur Kristal demikian dapat dimengerti apabila mengingat bahwa Kristal tersusun oleh kombinasi dari polyhedron koordinasi, dimana satuan kecil dari kation dikelilingi oleh beberapa anion. Salah satu contoh adalah silikat yang merupakan bahan baku penting bagi keramik.

Bilangan koordinasi:

Jumlah anion tetangga yang paling dekat dengan kation dan bisa dihubungkan dengan dengan perbandingan jari-jari kation dan anion.

Bilangan koordinasi = (r_c /r_a)

 

r_c =  jari-jari kation

r_a =  jari-jari anion

 

Tabel 1 memperlihatkan macam-macam bilangan koordinasi

 

Tabel 1 Coordination and geometries for various cation – anion radius ration (r_c/r_a) coordination                                               cation-anion                                  coordination

number                              radius ratio                                    geometri

2                                    < 0.55                                         

 

3                                  0.155-0.225

 

 

 

4                                  0.225-0.414

 

 

6                                  0.414-0.732

 

 

8                                  0.732-1.0                                      

Tabel 13.3 memperlihatkan jari-jari ion untuk beberapa kation dan anion.

Tabel 13.4 summary of some commom ceramic crystal structure

 

STRUCTURE                STRUCTURE NAME                                 TYPE                 ANIONPACKING			COORDINATION NUMBER KATION                  ANION		EXAMPLE
ROCK SALT( SODIUM CHLORRIDE)	AX	FCC	6	6	NaCl, MgO, Fe
CASIUM CHLORRIDE	AX	SIMPLE	S	S	CsCl
ZINC BLENDE   (SPHALERIT   E) FLUORITE	AX   AX2	FCC   SIMPLE CUBIC	4   8	4   4	ZnS, SiC   CaF2, UO2, THO2
PEROYSKIE	ABX3	FCC	12(A)	6	BaTiO2, SrZrO3, SrSnO3

 

A.    Struktur kristal tipe AX:

A= kation           X=anion

Dibagi atas kelompok-kelompok berikut:

Struktur rock-salt:

Contoh: NaCl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bilangan koordinasi untuk anion dan kation +6 Senyawa lain : MgO, MnS, LiF, FeO

Struktur: FCC

1.  Struktur cesium chlorida:

 

                                                                

CONTOH: CsCl,

Bilangan koordinasi : 8. Anion terletak ditengah-tengah kubus 3, struktur zinc blende:

Bilangan kombinasi = 4 Contoh: ZnS, ZnTe, SiC

Umummnya ikatan atom: kovalen

 

B.    Struktur kristal tipe AmXp

muatan antara anion dan kation tidak sama A dan/atau p ≠ 1 Misal: tipe AX₂ : CaF₂, UO₂, PuO₂

 

C.                 Struktur kristal AmBnXp

 Adalah mungkin bagi keramik untuk mempunyai lebih dari satu kation A,B = kation

X    = anion

Contoh :BaTiO3 (barium titanat) kation :Ba²⁺,Ti⁴⁺anion : O^2- Struktur

kristal: perovskite (Nuridah, 2016)

 

V.                Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Struktur Kristal Keramik

Struktur senyawa keramik dapat berbentuk kristal, glas,serta kombinasi antara kristal dan glas. Namun pada umumnya struktur keramik berbentuk kristal. Tiga faktor penting yang menentukan struktur dari campuran keramik: stoikiometri kristal, rasio jari-jari, dan kecenderungan untuk kovalen dan berkoordinasi tetrahedral.

1.   Stoikiometri kristal

Secara umum, formula kimia keramik dinyatakan:

·         MaXc

·         MaNbXc

Pada formula di atas M dan N dapat digantikan dengan suatu logam, sedangkan X merupakan unsur nonlogam yang dapat membentuk senyawa stabil dengan logam. Dalam keramik elektronik komersial, umumnya X adalah O (Oksigen), tetapi juga bisa unsur yang lain seperti: Cl (Cloroda atau unsure halide yang lain), N (Nitrogen), C (Carbon), S (Sulfur).

2.      Konsep Rasio Jari-Jari

Rasio ukuran ion kecil r dan ukuran ion besar R akan menentukan jumlah ion-ion besar yang dapat dikemas (dipak) disekitar ion kecil. Dengan dua asumsi bahwa ion-ion berbentuk bola dan sel electron ion-ion yang bertanda sama tidak saling tumpang tindih, maka susunan pengemasan dan bentuk geometri kristal dapat diprediksikan. Akibat dari asumsi ini adalah bahwa ruji ion kecil akan selalu lebih besar daripada jari-jari maksimum terhitung dari suatu pengemasan tertentu. Dengan kata lain, ion-ion kecil akan selalu menjaga sel-sel electron ion besar dari tumpang tindih. Apabila keadaan ini dicapai, susunan pengemasan akan menjadi stabil.

Untuk mencapai keadaan energi terendah, kation dan anion akan cenderung memaksimalkan daya tarik yang terjadi dan meminimalkan tolakan. Jika jari-jari ion kecil lebih besar daripada 0,155R akan memungkinkan bagi ion kecil untuk menjaga empat ion besar dari tumpang tindih.Misalnya empat atom yang mengandung kation berada disekitar sebuah atom anion, sehingga jari-jari meningkat seperti yang ditunjukkan pada Gambar.1.Susunan atom pada Gambar. 1 (a) tidak stabil karena anion-anion tolak menolak.Bila anion hanya menyentuh (Gambar 1b), konfigurasi disebut kritis stabil dan digunakan untuk menghitung jari-jari kritis dimana satu struktur menjadi tidak stabil dengan yang lain.

3.      Kecenderungan Kristal untuk Kovalensi dan koordinasi tetrahedral

Dalam banyak senyawa, koordinasi tetrahedral diamati meskipun faktanya jari-jari akan memprediksi sebaliknya.Kecenderungan kristal untuk kovalensi dan koordinasi tetrahedral dipengaruhi oleh kuat ikatan antara kation dan anion.Kuat ikatan didefinisikan sebagai valensi ion dibagi bilangan koordinasi. Semisal dalam MgO memiliki koordinasi octahedral dan bilangan koordinasi CN = 6.Atom Mg memiliki valensi 2. Sedangkan kuat ikatan MgO adalah 2/6.Ini berarti Mg2+ terkoordinasi secara tetrahedron dengan kekuatan ikatan 2/6.Secara kualitatif ini mengukur fraksi relative muatan 2+ yang dialokasikan atau diberikan pada masing-masing koordinasi Anion.Anion O2- dikoordinasikan oleh kation Mg2+ sehingga valensinya memenuhi 2-.Jadi dalam MgO, masing-masing atom oksigen dikoordinasi oleh 6 ion Mg2+ = 6x (2/6) = 2.

Untuk memprediksikan bentuk struktur kristal senyawa keramik yang terbentuk dari hasil sintesis biasanya dengan mempertimbangkan ketiga faktor diatas.Selain itu untuk memprediksi struktur senyawa keramik yang belum diketahui biasanya dengan menerapkan aturan-aturan pauli.

Aturan pauli berbentuk lima statemen (pernyataan) umum.Aturan ini didasarkan pada stabilitas geometri pengemasan ion-ion dengan ukuran berbeda, dipadukan dengan stabilitas elektrostatis.

Aturan 1

Masing-masing kation akan dikoordinasikan oleh polyhedran anion, dengan jumlah ion ditentukan oleh ukuran relative kation dan anion melalui penetuan rasio jari-jari r_c/r_a.

Aturan 2

Koordinasi polyhedron dasar disusun dalam 3 dimensi, sebagi cara untuk mempertahankan kenetralan muatan lokal (listrik).

Aturan 3

Koordinasi polykedron lebih suka menghubungkan sudut ketepi, tepi ke muka. Aturan ini didasarkan pada kenyataan bahwa kation lebih suka memaksimalkan jaraknya terhadap kation yang lain sebagai upaya meminimalkan tolakan elektrostatis.

Aturan 4

Menyatakan bahwa aturan 3 menjadi sangat penting ketika bilangan koordinasi kecil dan valensi kation tinggi.

Aturan 5

Susunan sederhana umumnya lebih disukai daripada susunan yang komleks.

Cara menerapkan aturan pauli untuk memprediksi senyawa yang belum diketahui:

·         Jika kation lebih kecil dari anion, pada umumnya strukturnya FCC atau HCP

·         Rasio energy kation atau anion membantu untuk memutuskan tempat sela mana yang ditempati, dan sejauh ini umumnya tempat octahedral dan tetrahedral

·         Rasio tempat sela dan jumlah atom menentukan stoikiometri senyawa

 

4.  Kisi Terkemas Padat

Aturan struktur menjadi dasar dalam memahami struktur keramik. Terdapat lima aturan yang mengatur tata letak atom-atom yang secara umum terkemas dengan dasar FCC (face centered cubic) dan HCP (hexagonal closed package).Kebanyakan senyawa keramik berbentuk kristal dalam struktur terkemas padat. FCC dan HCP merupakan dua jenis kisi yang terkemas padat, terdiri atas tumpukan lapisan bidang-bidang atom terkemas padat.

Pada umunya ion-ion yang lebih besar (anion) membentuk struktur terkemas padat, dan ion-ion lebih kecil (kation) menempati sela-selanya. Dalam keramik, anion umumnya oksida. Anion yang lain dari ion halogen yakni: F, CL, Br, l dan nitrogen,sulfur. Ketikaanion memiliki ukuran yang lebih besar dari oksigen, contohnya zirconium dan uranium, strukturnya dapat dipandang sebagai susunan kation terkemas padat dengan oksigen sela-selanya.

Struktur terkemas padat terdiri atas tumpukan lapisan bidang-bidang atom terkemas padat.Diasumsikan suatu lapisan bidang oksigen dalam kristal logam oksida.Dalam lapisan ini setiap oksigen memiliki 6 tetangga terdekat ion oksigen. Ion-ion oksigen ini tidak saling bersentuhan, yang mengilustrasikan situasi dalam kristal nyata dengan anion sedikit terpisah dari yang lain karena adanya intervernsi kation. Lapisan oksigen yang pertama ini diasumsikan sebagai lapisan A. Tempat atom-atom dalam lapisan terkemas padat berikutnya disebut dengan lapisan B, yang berada diatas lapisan pertama, dengan syarat bahwa pada setiap susunan segitiga pada lapisan A, ditempati diatasnya oleh atom dari lapisan B.

Penumpukan selanjutnya lapisan terkemas padat diatas lapisan B menghasilkan kisi FCC dan HCP. Kisi FCC terbentuk ketika lapisan ketiga (lapisan C) ditumpuk diatas lapisan B, dengan atom-atom menempati diatas susunan segitiga atom-atom pada lapisan B. Kisi FCC berulang ketika lapisan keempat ditambahkan diatas lapisan C, dengan atom-atom langsung diatas atom-atom lapisan A. Jadi kisi FCC tersusun dengan urutan tumpukan (ABCA . . .) yang berulang secara tak hingga. Meskipun kisi ini dibuat dengan urutan tumpukan lapisan bidang heksagonal, dalam 3 dimensi membentuk sel satuan kubik.

Dibawah ini gambar struktur kristal FCC

Gambar : Struktur kristal FCC

Sedangkan untuk kisi HCP dibentuk oleh tumpukan lapisan A yang lain langsung diatas urutan lapisan A-B.lapisan A kedua ini ditumpuk diatas susunan segitiga atom-atom dalam lapisan B. Sehingga kisi HCP tersusun dengan urutan tumpukan (ABA) yang berulang secara tak hingga membentuk kisi ABABAB…..

Struktur HCP memiliki sel primitip kisi heksagonal, tetapi dengan basis dua atom. Sedangkan sel primitip FCC berbasis satu atom.Baik HCP maupun FCC mempunyai perbandingan c/a = 2/3 a akar 6 = 1,633 dan jumlah tetangga terdekat 12 buah atom, serta energy ikatan yang hanya bergantung pada jumlah ikatan tetangga terdekat peratom.

a.       Strukur CsCl

CsCl memiliki struktur SC (simple cubic) dengan basis satu atom Cs satu atom Cl. Dalam struktur Cscl, yang ditunjukan dalam gambar.5, anion berada dalam pengaturan kubik sederhana, dan kation menepati pusat dari setiap cell.

Di bawah ini adalah gambar Struktur CsCl

Gambar 5 : Struktur CsCl

Setiap sel satuan mengandung satu molekul CsCl, dengan posisi atom

Cs : 0 0 0                     Cl : ½ ½ ½

Kedua atom Cs dan Cl pada struktur CsCl terpisah sejauh 1/2 akar 3a (setengah diagonal ruang).Jumlah titik terdekat setiap atom adalah 8 atom yang berbeda jenis.CsCl memiliki konstanta kisi 4,11 Ǻ.

Keelektronegatifan atom Cs dan atom Cl dalam skala pauling adalah 0,79 dan 3,16.perbedaan keelektronegatifan antara kedua atom tersebut adalah 2,37.Dengan demikian CsCl merupakan senyawa ionik yang terdiri dari ion-ion Cs+ dan Cl-. Kisi Kristal dari sesium klorida adalah kubus sederhana atau kubus primitif (primitive cubic) seperti ditunjukkan pada gambar... kelompok ruang dari kisi CsCl adalah Pm3m (nomor 221). Panjang sisi sel satuan dari kisi CsCl adalah a = 412,3 pm.

Di bawah ini adalah gambar kisi kubus sederhana dari CsCl dengan (a) ion Cl^-sebagai origin dan (b) ion Cs⁺ sebagai origin

Gambar 6 : Kisi Kubus Sederhana CsCl

Kisi Kristal sesium klorida bukan kubus berpusat badan  (body centered cubic) karena ion yang terdapat pada pusat kubus berbeda dengan ion-ion yang terdapat di pojok-pojok kubus. Pada gambar diatas ion Cs+  dikelilingi oleh 8 ion Cl- seharga dengan geometri kubus sederhana, ion Cl- dikelilingi oleh 8 ion Cs+ seharga dengan geometri yang sama. Bilangan koordinasi ion Cs+ dan ion Cl- yang terdapat dalam kisi Kristal CsCl adalah 8. Di dalam sel satuan Kristal CsCl hanya terdapat satu spesies CsCl. Beberapa senyawa yang mengkristal dengan struktur sesium klorida adalah CsCl, CsBr, CsI, CsCN, NH4Cl, NH4Br, TlCl, TlBr, TlI. 

b.      Struktur Rutile

Rutile adalah salah satu polimert mineral Ti02, memiliki suatu struktur yang didasarkan pada pengamasan kuasi HCP dari atom-atom  oksigen. Meskipun kation mengisi separo tempat oktahedral yang tersedia dalam HCP, hasil sel satunya adalah teragonal.

Di bawah ini adalah gambar Struktur Rutile 

 

Keelektronegatifan atom Ti dan atom O dalam skala pauling adalah 1,54 dan 3,44. Perbedaan keelektronegatifan antara kedua atom tersebut adalah 1,90. Dengan demikian TiO2 merupakan senyawa ionik yang terdiri dari ion-ion Ti4+ dan O2-. Kisi Kristal dari rutil adalah tetragonal primitive seperti ditunjukkan pada gambar... kelompok ruang dari kisi rutil adalah P4/mmm (nomor 136). Panjang sisi sel satuan dari kisi TiO2 adalah a = 459,37 pm dan c = 295,81 pm.

Di bawah ini adalah Gambar 2.8 kisi Kristal rutil (TiO2), ion Ti4+ dikelilingi oleh 6 ion O2- terdekat dengan geometri oktahedral. Ion O2- dikelilingi oleh 3 ion Ti4+  dengan geometri trigonal planar

5.  Struktur Kristal Komposit

Struktur alami menjadi kompleks karena ukuran muatan persyaratan seyiap ion berbeda.Dua dari struktur kompleks yang lebih penting adalah spindel dan perovskitas; dijelaskan dibawah ini.

a.    Struktur Perovskit

Perovskit adalah mineral alami dangan komposit CaTiO3. Itu  dinamai mineralog pada abad ke-19 Rusia, Count Perovski. Para rumus umum adalah ABX₃; dimana semakin besar kation, Ca dalam hal ini, dikelilingi oleh 12 oksigen, dan B lebih kecil (Ti^{4 +}) ion dikoordinasikan oleh 6 oksigen

Perovskites, seperti spinel dibahas dalam sub bagian berikutnya dapat menampung sejumlah besar kombinasi kationik selama keselruhan Kristal netral. Misalnya; NaWo_3, CaSnO_3, dan YA1O₃ semua mengkristal dalam struktur itu atau versi yang dimodifikasi itu.Yang dimodifikasi versi biasanya terjadi ketika kation yang lebih besar adalah kecil, yang cenderung untuk memiringkan sumbu B oktahedra sehubungan dengan tetangga mereka.

b.    Struktur Spinel

Struktur ini diberi nama setelah ditemukanya mineral alam MgAl₂O₄, dan Rumus umumnya adalah AB₂O₄. Dimana kation A dan B berada di pada keadaan oksidasi +2 dan +3. dimana penekanan adalah pada stacking 31 FCC dari ion oksigen, kation, pada sisi lain, menempati seperdelapan dari situs tetrahedral dan satu-setengah dari situs oktahedral

Di bawah ini adalah gambar (a) struktur spinel (b) struktur spinel yang ditunjukkan oleh tumpukan atom O dalam kisi terkemas

Ketika menempati lokasi oktahedral, spinel ini disebut spinel normal. Biasanya kation yang lebih besar cenderung untuk mengisi situs oktahedral lebih besar, dan wakil sebaliknya. Spinel invers Dalam, ion + A2 dan satu-setengah B^{3 +} ion menempati situs oktahedral, sementara separuh lainnya dari ion + B3 menempati tetrahedral situs.

Seperti yang dibahas secara lebih rinci dalam Bab. 6, biloks dari kation di spinel tidak perlu terbatas pada +2 dan +3, namun mungkin kombinasi apapun asalkan kristal tetap netral.

VI.             CACAT PADA KERAMIK

Berdasarkan geometrinya, cacat/defect  pada material dapat dibagi dalam 4 (empat) katagori , yaitu:

1.        Cacat titik (cacat 0 dimensi  ® Point Defect)

2.        Cacat garis (cacat 1 dimensi ® Line Defect / Diclocation)

3.        Cacat Bidang (cacat 2 diimensi ® Planar/ Surface Defect)

        4.       Cacat Volume (cacat 3 dimensi ® Volume Defect   (VOID)

 

1. CACAT TITIK

Cacat titik yang paling sederhana adalah kekosongan (vacancy)  disini ada atom yang hilang dalam kristal.  Cacat titik ini merupakan hasil dari penumpukan yang salah sewaktu kristalisasi atau juga dapat terjadi  pada suhu yang tinggi  oleh  karena energi thermal meningkat.  Bila energi thermal tinggi, ada kemungkinan bagi atom-atom untuk melompat meninggalkan tempatnya (dimana energi terendah akan ikut naik pula). Maka akan terdapat kekosongan tunggal saat kristalisasi. Dan bila terdapat kekosongan ada 2 (dua) maka dapat disebut sebagai kekosongan ganda .  Perhatikan gambar dibawah ini

Bila ketidak-sempurnaan seperti kekosongan jumlahnya meliputi 1 (satu) atau beberapa atom maka ketidak sempurnaan tersebut biasa-nya disebut dengan nama cacat titik atau POINT DEFECT.
Point defect dapat berupa :
a. Vacancy (kekosongan) akan :
                                        1. atom pada tempatnya
                                        2. pasangan ion (schottky)
b. Subsitusi oleh atom asing.
c. Intertisi oleh atom asing dengan ukuran relatif kecil.
Self intertisial pada umumnya biasa dikenal sebagai Frenkel-defect dan vacancy akan pasangan ion dikenal sebagai Schootky – Defect.
Kekosongan pasangan ion (disebut juga cacat schottky) terdapat pada senyawa yang harus mempunyai keseimbangan muatan.

Cacat ini mencakup kekosongan pasangan ion berlawanan, kekosongan pasangan ion dan kekosongan tunggal mempercepat diffusifitas atom

Cacat titik (point defect) menyebabkan distorsi lokal  dalam kristal. Misalnya : Vacancy dapat menyebabkan KOMPRESSIVE – STRESS. Subsitusi oleh atom-atom yang lebih kecil atau besar selalu dapat menyebabkan kompressive dan Tensile Stress.          

Intertisi menyebabkan strain di sekitar tempat yang diduduki dengan kata lain, cacat titik menyebabkan meningkatnya energi dalam material secara thermodinamik.

(Cacat tidak akan menyebabkan peningkatan besaran  ENTHALPY  (H)  Material).

2. CACAT GARIS

    Cacat Garis / Line Defect (Dislocation) Dislokasi merupakan suatu pergeseran atau pegerakan atom – atom  didalam sistem kristal logam akibat tegangan mekanik yang dapat menciptakan deformasi plastis (perubahan dimensi secara permanen). Ikatan interatomik signifkan terdistorsi han ya dalam d aerah 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 seharusn ya memperkenalkan vector Burger b. Untuk m enentukan  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. Dislokasi dengan arah vector Burger tegak lurus dengan dislokasi disebut  dislokasi tepi atau dislokasi edge. Ada tipe dislokasi kedua ya ng 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 keduan ya atau disebut  mix dislocation. edge dislocation screw dislocation Gerak dislokasi mengikuti slip - deformasi plastis ketika ikatan interatomik  patah dan terbentuk kembali. Sebenarn ya, 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 han ya fraksi   kecil dari ikatan yang patah dan hal ini membutuhkan ga ya yang cukup kecil.

Pada  proses pergeseran ini dislokasi terbentuk dan men yebar melalui Kristal. Penyebaran satu dislokasi melalui bidang men yebabkan setengah bidang atas  tersebut bergerak terhadap bagian bawahn ya tetapi kita tidak memecah semua  ikatan pada tengah b idang secara simultan (dimana akan membutuhkan ga ya yang  sangat besar). Gerak dislokasi dapat dianalogikan dengan perpindahan ulat bulu.  Ulat bulu harus mengadakan ga ya yang besar untuk memindahkan seluruh  tubuhn ya pada waktu yang sama. Untuk itu bagian betubuh akan bergerak  ke depan sedikit dan membentuk punggung bukit. Punggung bukit lalu men yebar  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.

Macam dislokasi:

a.)Dislokasi Ulir

Terjadin ya dislokasi ulir akibat gerakan garis dislokasi yang saling tegak lurus dengan tegangan geser.

b.) Dislokasi TepiTerjadinya dislokasi tepi ini akibat tegangan geser (τ) searah dengan garis

dislokasi.

c.)Dislokasi Campuran

Di dalam material biasan ya ditemukan gabungan antara edge dislocation dan screw  diclocation yang biasa disebut dislokasi campuran.Dislokasi dapat berpindah-pindah ataupun bergerak. Proses dimana deformasi plastis dikarenakan gerakan gerakan dislokasi ya ng berpindah- pindah tersebut biasan ya dinamakan dengan slip

 

3. CACAT PERMUKAAN

Cacat permukaan akan memisahkan material tersebut atas beberapa bagian yang mana tiap-tiap bagian akan memiliki struktur kristal yang sama tetapi berbeda arah kristalnya. 

a.      Permukaan Material

Salah satu batas yang selalu ada adalah permukaan luar atau permukaan eksternal, dimana permukaan ada disetiap ujung Kristal. Di permukaan, atom tidak memiliki jumlah tetangga maksimum sehingga jumlah ikatanya lebih kecil dan memiliki keadaan energy yang lebih besar dari atom atom yang berada dibagian dalam. Ikatan atom pada permukaan Kristal yang tidak terikat memberikan energy permukaan yang diekspresikan dalam satuan energy persatuan luas permukaan (J/m² atau org/cm²). Untuk mengurangi energy tersebut, suatu bahan cenderung untuk memperkecil permukaannya. Namun untuk zat padat hal ini sulit karena memiliki sifat yang kaku.

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.

 

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 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 ditemukan dalam metal yang berstruktur FCC dan mechanic twin dapat di observasi pada logam berstruktur BCC dan HCP.

 

4. cacat ruang

Cacat ruang adalah ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom yaitu timbulnya rongga antara batas butir karena orientasi butir dan dapat dilihat secara langsung. 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). Cacat ruang pada material dapat berupa : crack (retak)/pori-pori, inklusi, presipitat, fasa kedua, porositas , retak dan rongga. (Caramanica et al., 2002)

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Caramanica, L., Taylor, S. K., Macrae, J. B., & Beland, D. K. (2002). Part 2 派生的関係式 概要 Part 2 目次. 32(2), 1–23.

 

Hawgood, S., & Shiffer, K. (1991). Structures and Properties of. 1, 414–459.

 

Keramik, S. (n.d.). Material Keramik.

 

Nuridah. (2016). Sifat dan Struktur Kristal Pada Material Padatan Keramik. Keramik Padatan, 14.