MODUL 5 Karakterisasi Material 1. Sarana Karakterisasi Penentuan karakter struktural material, baik dalam bentuk pejal atau partikel, kristalin atau mirip gelas, merupakan kegiatan inti dari ilmu material. Pendekatan umum yang diambil adalah meneliti materia dengan berkas radiasi atau partikel berenergi. Radiasi bersifat elektromagnetik dan dapat bersifat monokromatik atau polikromatik: spektrum elektromagnetik (Gambar dibawah) dengan jelas menunjukkan rentang energi yang dapat digunakan.gelombang. Panjang gelombang ( ) mempunyai rentang mulai dari panas, rentang kasat mata ( 700 – 400 nm) hingga penetrasi radiasi sinar X. Dengan memanfaatkan hubungan de Brogue = h/mv mengenai dualitas frekuensi radiasi dan momentum partikel, maka gagasan tentang panjang gelombang dapat diterapkan pada aliran elektron. Mikroskop dengan keragaman bentuknya, merupakan alat utama ahli ilmu material. Perbesaran citra yang dihasilkan mikroskop elektron sangat tinggi; namun ada kalanya perbesaran yang dihasilkan mikroskop optik cukup memadai untuk menyelesaikan suatu masalah. Dari segi praktis, ahli mikroskup lebih mengutamakan resolusi daripada perbesaran; yaitu kemampuan mikroskop untuk membedakan detil detil halus. Pada mikroskop tertentu, peningkatan perbesaran melebihi limit tertentu gagal memberikan rincian struktural lebih lanjut, perbesaran seperti ini dikatakan "kosong". Mata manusia, tanpa alat bantu, mempunyai resolusi sekitar 0,1 mm: resolusi mikroskup optik dan mikroskop elektron masing-masing sekitar 200 nm dan 0,5 nm. Agar dapat mendalami atau menggambarkan sifat struktural, panjang gelom- bang radiasi yang digunakan harus mempunyai tingkat setara dengan sifat yang diteliti. Dengan kata lain, dan akan diperjelas lagi nanti, resolusi merupakan fungsi panjang gelombang. Di dalam bab ini kita menelaah cara utama untuk meneliti struktur logam dengan bantuan cahaya, sinar –X, elektron, dan neutron. Pilihan tertentu tidak dapat dihindari. Meskipun tujuan utama mikroskopi adalah menyediakan informasi kualitatif mengenai struktur, tersedia berbagai teknik pelengkap untuk menghimpun data kuantitatif kimia dan fisika mengenai sifat material. 2 Mikroskopi cahaya http://www.mercubuana.ac.id

meningkatkan transmisi cahaya meningkatkan transmisi cahaya. Dengan meningkatnya perbesaran, kedalaman medan objektif mengecil, turun dari 250 um pada perbesaran 15 kali hingga 0,08 um pada perbesaran 1200 kali, sehingga kedataran spesimen sangat kritis. Jarakk fokus dan jarak kerja (jarak yang memisahkan permukaan lensa dengan spesimen) berbeda untuk suatu objektif. Hal utama yang menjadi perhatian para ahli mikrokopi yang terampil adalah resolusi dan bukan perbesaran. Yang dimaksud dengan resolusi adalah jarak pemisah terdekat yang dapat membedakan antara dua garis pada citra. Mata telanjang pada jarak terdekat dengan penglihatan yang tidak melelahkan (sekitar 250 mm), dapat membedakan jarak sebesar 0,1mm diantara dua garis. Nilai resolusi untuk lensa dengan kemampuan resolusi tinggi justru kecil. Resolusi ditentukan oleh panjang gelombang radiasi ( )dan apertur numerik (NA). Perbesaran adalah istilah subjektif, sebagai contoh, perbesaran berubah dengan jarak citra atau jarak objektif ke mata. Oleh karena itu para ahli mikroskup mengatasi kesulitan ini dengan menggunakan istilah ”skala reproduksi” yang dianggap lebih tepat, yaitu rasio ukuran linier dari citra (pada layar atau foto-mikrograf) terhadap objek aslinya. Singkatnya pernyataan 500x yang tertera di bawah foto-mikrograf menunjukkan skala reproduksi, bukan perbesaran. Okuler memperbesar citra yang dibentuk oleh objektif, citra akhir ini bersifat maya. 2.2 Beberapa Teknik Mikroskopi 2.2.1 Mikroskopi kontras fasa Mikroskopi kontras fasa merupakan teknik yang digunakan untuk mempelajari ciri permukaan khusus meskipun tidak diperoleh kontras warna atau refleksifitas. Cahaya yang dipantulkan oleh depresi kecil dalam spesimen metalografi akan meninggalkan fasa sebesar fraksi panjang gelombang cahaya tertentu, relatif terhadap cahaya yang dipantulkan oleh matriks disekelilingnya. Pelat fasa dengan ukuran yang sesuai harus ditempatkan tepat di bidang ini, tetapi untuk mempermudah per= rukaran pelat fasa, lebih diutamakan posisi Q di depan lensa mats E. Pelat fasa ini mempunyai anulus, yang dibuat dengan mengetsa atau deposisi, sedemikian sehingga cahaya yang ditransmisikan mendahului atau tertinggal seperempat panjang gelombang relatif terhadap cahaya yang ditransmisikan oleh bagian lain dari pelat tersebut. Karena cahaya yang dipantulkan dari ciri permukaan juga mendahului atau tertinggal sekitar .1/4, maka berkas akan sefasa atau berbeda http://www.mercubuana.ac.id

bayangan yang cenderung mengaburkan efek kontras butir. memantulkan cahaya yang jatuh tegak lurus dan menghasilkan cahaya terpolarisasi- eliptik. Namun demikian, berkas seperti ini tidak dapat ditiadakan secara mutlak oleh analisator dalam posisi manapun, sehingga akan diperoleh iluminasi Tatar pada bayangan yang cenderung mengaburkan efek kontras butir. jadi jelas bahwa salah sate penggunaan utama cahaya terpolarisasi ialah untuk membedakan daerah dengan variasi orientasi, dan hal ini tampak sebagai perbedaan intensitas pada polar silang. Oleh karena itu, teknik ini sangat bermanfaat untuk mempelajari efek deformasi, khususnya mengenai terjadinya orientasi yang diutamakan. Selain itu dapat pula diperoleh informasi mengenai permukaan rengkah, pitakembaran dan subbatas butir. Bila di antara durninator vertikal dan analisator disisipkan pelat "peka warns", setiap butir spesimen dapat diidentifikasi dengan warna karakteristik yang berubah apabila spesimen diputar pada dudukannya. Penerapan ini bermanfaat dalam pengkajian derajat orientasi yang diutamakan dan untuk penelitian rekristalisasi. Penggunaan lain dari cahaya terpolarisasi mencakup pembedaan dan identifikasi fasa dalam paduan multi-fasa. Penggelapan mendekati-sempurna terjadi bila polar transmisi mikroskop disilangkan. Apabila irisan tipis keramik, mineral, atau batuan dimasukkan dan dudukan diputar perlahan-lahan, kristal dengan sifat anisotropik optik akan menampilkan warna polarisasi, clan menghasilkan intensitas maksimum pada 45° terhadap setiap posisi di antara empat posisi penggelapan simetris yang ads. Warns kristal bergantung pada birefringens, atau kapasitas pembiasan-ganda, dan ketebalan. Dengan standarisasi ketebalan irisan sebesar 30-50 jim dan bantuan daftar warna Michel-Levy dapat dilakukan identifikasi jenis kristalin. Pads material tahan api, relatif mudah mengidentifikasi periklas (MgO), kromit tridimit (S'02) dan (FeCr04)I zirkon (ZrSiO4) berdasarkan bentuk dan warna khasnya. Dengan terjadinya pembias-ganda "am Icrtstal, tiap berkas yang mengenai spesimen membentuk berkas ordinari dan ekstraordinari terpolarisasi 2.2.2 Mikroskopi cahaya-terpolarisasi Cahaya terpolarisasi digunakan untuk membedakan daerah dengan variasi orientasi, dan hal ini tampak sebagai perbedaan intensitas pada polar silang. Teknik ini sangat bermanfaat untuk mempelajari efek deformasi, khusunya mengenai terjadinya orientasi yang diutamakan. Selain itu dapat pula diperoleh informasi mengenai http://www.mercubuana.ac.id