Struktur Kristal Logam (FCC, BCC, HCP)

Industrial Engineering Teknik Material dan Metalurgi
1

Ada 14 jenis struktur unit kristal yang ditemukan di alam. Namun sebagian besar logam dan banyak padatan lainnya memiliki struktur unit sel yang digambarkan sebagai Body-Centered Cubic (BCC), Face Centered Cubic (FCC) atau Hexagonal Close Packed (HCP). Karena struktur ini paling umum, mereka akan dibahas secara lebih rinci.

Struktur Body-Centered Cubic (BCC)
Sel unit kubus yang berpusat pada tubuh memiliki atom di masing-masing dari delapan sudut kubus (seperti sel unit kubik) ditambah satu atom di tengah kubus (gambar kiri di bawah). Setiap atom sudut adalah sudut kubus lain sehingga atom sudut dibagi di antara delapan sel satuan. Dikatakan memiliki jumlah koordinasi 8. Sel unit BCC terdiri dari total bersih dua atom; satu di tengah dan delapan per delapan dari atom sudut seperti yang ditunjukkan pada gambar tengah di bawah (gambar tengah di bawah). Gambar di bawah ini menyoroti sel satuan di bagian yang lebih besar dari strukrur kristal.

Body-Centered Cubic (BCC)

Pengaturan BCC tidak memungkinkan atom untuk dikemas bersama-sama sedekat pengaturan fcc atau hcp. Struktur BCC sering berupa logam bersuhu tinggi yang dikemas rapat pada suhu rendah. Volume atom dalam sel per total volume sel disebut faktor pengepakan . Sel unit BCC memiliki faktor pengemasan 0,68.

Beberapa bahan yang memiliki struktur BCC termasuk litium, natrium, kalium, kromium, barium, vanadium, alfa-besi dan tungsten. Logam yang memiliki struktur BCC biasanya lebih keras dan lebih lunak dari logam yang dikemas rapat seperti emas. Ketika logam berubah bentuk, bidang-bidang atom harus saling tergelincir, dan ini lebih sulit dalam struktur BCC. Perlu dicatat bahwa ada mekanisme penting lainnya untuk bahan pengerasan, seperti memasukkan kotoran atau cacat yang membuat tergelincir lebih sulit. Mekanisme pengerasan ini akan dibahas belakangan.

Struktur Face Centered Cubic (FCC)
Struktur kubus centered wajah (FCC) memiliki atom yang terletak di setiap sudut dan pusat semua wajah kubik (gambar kiri di bawah). Setiap atom sudut adalah sudut kubus lain sehingga atom sudut dibagi di antara delapan sel satuan. Selain itu, masing-masing dari enam atom yang berpusat pada wajah dibagi dengan atom yang berdekatan. Karena 12 atomnya terbagi, dikatakan memiliki angka koordinasi 12. Sel satuan FCC terdiri dari total bersih empat atom; delapan per delapan dari sudut atom dan enam bagian dari atom wajah seperti yang ditunjukkan pada gambar tengah di atas. Gambar di bawah ini menyoroti sel satuan di bagian yang lebih besar dari struktur kristal.

Face Centered Cubic (FCC)

Dalam struktur FCC (dan struktur HCP) atom-atom dapat berkemas lebih dekat daripada yang mereka dapat dalam struktur BCC. Atom-atom dari satu lapisan bersarang di ruang kosong antara atom-atom dari lapisan yang berdekatan. Untuk menggambarkan pengaturan pengemasan, bayangkan sebuah kotak berisi lapisan bola yang disejajarkan dalam kolom dan baris. Ketika beberapa bola tambahan dilemparkan ke dalam kotak, mereka tidak akan menyeimbangkan langsung di atas bola di lapisan pertama tetapi sebaliknya akan datang untuk beristirahat di saku yang dibuat antara empat bola dari lapisan bawah. Karena lebih banyak bola ditambahkan, mereka akan dikemas bersama untuk mengisi semua kantong. Faktor pengepakan (volume atom dalam sel per total volume sel) adalah 0,74 untuk kristal FCC. Beberapa logam yang memiliki struktur fcc termasuk aluminium, tembaga, emas, iridium, timah, nikel, platinum, dan perak.

Struktur Hexagonal Close Packed (HCP)
Struktur lain yang tertutup rapat adalah paket tutup heksagonal. Struktur heksagonal dari lapisan bolak-balik bergeser sehingga atom-atomnya sejajar dengan celah lapisan sebelumnya. Atom-atom dari satu lapisan bersarang di ruang kosong antara atom-atom dari lapisan yang berdekatan seperti dalam struktur FCC. Namun, alih-alih menjadi struktur kubik, polanya adalah heksagonal. (Lihat gambar di bawah.) Perbedaan antara struktur HCP dan FCC dibahas kemudian di bagian ini.

Hexagonal Close Packed (HCP)

Struktur hcp memiliki tiga lapisan atom. Di setiap lapisan atas dan bawah, ada enam atom yang mengatur diri mereka sendiri dalam bentuk segi enam dan atom ketujuh yang duduk di tengah-tengah segi enam. Lapisan tengah memiliki tiga atom bersarang di “alur” segitiga dari bidang atas dan bawah. Perhatikan bahwa ada enam “alur” yang mengelilingi masing-masing atom dalam bidang heksagonal, tetapi hanya tiga di antaranya yang dapat diisi oleh atom.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar tengah di atas, ada enam atom dalam sel unit HCP. Masing-masing dari 12 atom di sudut-sudut lapisan atas dan bawah menyumbang 1/6 atom ke unit sel, dua atom di pusat segi enam dari lapisan atas dan bawah masing-masing menyumbang ½ atom dan masing-masing dari tiga atom di lapisan tengah berkontribusi 1 atom. Gambar di kanan atas mencoba menampilkan beberapa sel unit hcp dalam struktur kristal yang lebih besar.

Jumlah koordinasi atom dalam struktur ini adalah 12. Ada enam tetangga terdekat di lapisan yang sama, tiga di lapisan di atas dan tiga di lapisan di bawah. Faktor pengepakan adalah 0,74, yang sama dengan sel satuan FCC. Struktur HCP sangat umum untuk logam unsur dan beberapa contoh termasuk berilium, kadmium, magnesium, titanium, seng dan zirkonium.

SUMBER : https://www.sekolah007.com/2020/03/pengertian-fcc-bcc-dan-hcp-pada.html?m=1

2

berdasarkan struktur kristal logam tersebut, cacat apa saja yang dapat terjadi pada tiap tiap jenisnya? masing masing memiliki faktor pengemasan yang berbeda, darimana didapatkan hasil tersebut ?

3
  1. Cacat Titik (Point Defect)

Ketidak-sempurnaan titik terjadi karena beberapa sebab, seperti ketiadaan atom matriks (yaitu atom yang seharusnya ada pada suatu posisi dalam kristal yang sempurna), hadirnya atom asing, atau atom matriks yang berada pada posisi yang tidak semestinya. Ketidak-sempurnaan yang umum terjadi pada kristal unsur murni adalah seperti digambarkan pada gambar.

Kekosongan : tidak ada atom pada tempat yang seharusnya terisi.

Interstisial : atom dari unsur yang sama (unsur sendiri) berada di antara atom

matriks yang seharusnya tidak terisi atom, atau atom asing yang menempati

tempat tersebut (pengotoran).

Substitusi : atom asing menempati tempat yang seharusnya ditempati oleh unsur sendiri (pengotoran).

Dalam kristal ionik, kation dapat meninggalkan tempat di mana seharusnya ia

berada dan masuk ke tempat di antara anion; tempat kosong yang ditinggalkan

dan kation yang meninggalkannya disebut ketidak-sempurnaan Frenkel . Jika

kekosongan kation berpasangan dengan kekosongan anion, pasangan ini disebut

ketidak-sempurnaan Schottky . Ketidak-sempurnaan Schottky lebih umum terjadi dibandingkan dengan ketidak-sempurnaan Frenkel .

  1. Cacat garis (line defect)

Dislokasi merupakan ketidak-sempurnaan kristal karena penempatan atom yang tidak pada tempat yang semestinya.

Dislokasi dinyatakan dengan vektor Burger yang menggambarkan baik besarmaupun arah dislokasi. Suatu untaian atom ke atom mengelilingi sumbudislokasi akan terputus oleh vektor Burger .
Cacat yang menimbulkan distorsi pada lattice yang berpusat pada suatu garis. Sering pula disebut dengan dislokasi. Secara umum ada 3 jenis dislokasi, yakni : dislokasi ulir, dislokasi sisi/pinggir, dan dislokasi campuran. Dislokasi ulir terbentuk karena gaya geser yang diberikan menghasilkan distorsi . Daerah depan bagian atas kristal tergeser sebesar satu atom kekanan relatif terhadap bagian bawah.

Dislokasi sisi/pinggir adalah terdapatnya bidang atom ekstra atau setengah bidang, dimana sisinya terputus di dalam kristal. Gambar di bawah memperlihatkan skematik dari dislokasi sisi.
Jika pada material dijumpai kedua jenis dislokasi diatas maka disebut material mempunyai dislokasi campuran.

  1. Cacat bidang (interfacial defect)

Pada bahan polikristal, zat padat tersusun oleh kristal-kristal kecil yang disebut butir (grain). Setiap butir dapat berukuran mulai dari nanometer hingga mikrometer. Pada setiap butir atom-atom tersusun pada arah tertentu, dan arah keteraturan atom ini bervariasi dari satu butir ke butir lain. Batasan antara 2 buah dimensi dan umumnya memisahkan daerah dari material yang mempunyai struktur kristal berbeda dan atau arah kristalnya berbeda, misalnya : Batas Butir (karena bagian batas butir inilah yang membeku paling akhir dan mempunyai orientasi serta arah atom yang tidak sama. Semakin banyak batas butir maka akan semakin besar peluang menghentikan dislokasi. Kemudian contoh yang berikutnya adalah Twin (Batas butir tapi special, maksudnya : antara butiran satu dengan butiran lainnya merupakan cerminan) dan ini menimbulkan cacat pada daerah batas butir, sehingga disebut cacat batas butir.

  1. Cacat Ruang (Bulk defect)

Perubahan bentuk secara permanen disebut dengan Deformasi Plastis, deformasi plastis terjadi dengan mekanisme :

a. Slip, yaitu : Perubahan dari metallic material oleh pergerakan dari luar sepanjang Kristal. Bidang slip dan arah slip terjadi pada bidang grafik dan arah atom yang paling padat karena dia butuh energi yang paling ringan atau kecil.

b. Twinning terjadi bila satu bagian dari butir berubah orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami twinning

Mohon maaf jika ada yang kurang

4

Ijin bertanya apakah di Struktur Kristal Logam ada namanya Sel satuan Body Centered Tertagonal?

lalu bagaimana cara menghitung sistem slip pada sel satuan ?

Terimaksih

5

Sebagian besar logam diekstrak dari bijih yang ditambang dari kerak bomi. Metode ekstraksinya bergantung pada reaktivitas kimia masing-masing logam tersebut.

6

kak, selain BCC, FCC, dan, HCP struktur unit sel apa lagi yang banyak terdapat pada logam dan padatan lainnya?