TUGAS 1 INDIVIDU
STRUKTUR DAN
SIFAT MATERIAL
DISUSUN OLEH:
PASCALIS VALERINO
21050122130072
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
DAFTAR ISI
APA ITU MATERIAL POLIKRISTALIN DAN
SINGLE KRISTALIN?
MENGAPA MATERIAL SINGLE KRISTALIN
DIGUNAKAN PADA SUDU TURBIN?
MENGAPA POLIKRISTALIN LEBIH KUAT
DIBANDINGKAN
SINGLE
KRISTALIN,
BERDASARKAN TEORI DISLOKASI?
MENGAPA MATERIAL BAJA LEBIH KUAT
DIBANDINGKAN BESI, BERDASARKAN
TEORI DISLOKASI?
GAMBARKAN TERJADINYA DEFORMASI
PLASTIS DARI PENDEKATAN GERAK
DISLOKASI SAMPAI KE PERMUKAAN!
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
NO. 1
APA ITU MATERIAL POLIKRISTALIN DAN
SINGLE KRISTALIN?
Kristal adalah Struktur di mana atom terletak dalam susunan berulang atau
periodik pada jarak atom yang besar; Artinya, ada keteraturan jarak jauh, sehingga
setelah pemadatan, atom-atom akan memposisikan diri dalam pola tiga dimensi
berulang, di mana setiap atom terikat pada atom tetangga terdekatnya.
A. Material Monokristalin (Single Crystal):
Definisi: Material monokristalin adalah material padat yang memiliki struktur
kristal tunggal, artinya semua atom atau molekul dalam material ini tersusun
dalam pola kristal yang sama dan berorientasi secara seragam. Semua sel
satuan saling mengunci dengan cara yang sama dan memiliki arah orientasi
yang sama.
Sifat-sifat: Karena semua bagian dari material monokristalin memiliki orientasi
kristal yang sama, mereka memiliki sifat-sifat fisik dan mekanik yang konsisten
dalam semua arah. Ini membuatnya memiliki kekuatan dan konduktivitas yang
sangat baik dalam satu arah tertentu.

Contoh: Kristal-kristal besar seperti berlian, silikon monokristalin, dan sebagian
besar logam yang ditemukan dalam keadaan murni adalah material
monokristalin, Monocrystalline silicon (mono-Si), yang biasa digunakan
sebagai Photovoltaic, bahan penyerap cahaya dalam pembuatan sel surya.
Lalu, material monokristal juga digunakan sebagai material untuk sudu pada
turbin.
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
NO. 1
APA ITU MATERIAL POLIKRISTALIN DAN
SINGLE KRISTALIN?
B. Material Polikristalin (Polycrystalline): 
Definisi: Material polikristalin adalah material padat yang terdiri dari banyak
kristal kecil atau butiran kristal yang disebut butir. Kristal dalam padatan
polikristalin bersifat mikroskopis, dan mereka dikenal sebagai kristalit.
Setiap butir kristal memiliki orientasi kristal yang berbeda dari butir
tetangganya.

Sifat-sifat: Karena butiran kristal memiliki orientasi yang berbeda, sifatsifat
fisik dan mekanik material polikristalin dapat bervariasi dalam berbagai
arah. Material ini cenderung lebih mudah patah dan memiliki konduktivitas
yang kurang baik dibandingkan dengan material monokristalin. 
Contoh: Baja, keramik, dan sebagian besar material logam yang digunakan
dalam pembuatan struktur baja adalah material polikristalin.
Material monokristalin umumnya digunakan ketika diperlukan kestabilan
orientasi kristal yang tinggi, seperti dalam pembuatan perangkat semikonduktor,
sedangkan material polikristalin sering digunakan dalam konstruksi dan
manufaktur umum.
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
NO. 2
MENGAPA MATERIAL SINGLE KRISTALIN
DIGUNAKAN PADA SUDU TURBIN?
Material monokristalin atau single kristalin sering digunakan dalam
pembuatan sudu turbin karena memiliki sifat-sifat khusus yang sangat
menguntungkan dalam lingkungan operasi yang sangat keras seperti turbin gas
dan turbin pesawat terbang. Sudu turbin di dalam mesin turbin gas bisa
mencapai suhu 1.500 °C pada 10.000 RPM. Pada tingkat ini, atom-atom logam
mulai mengatur ulang diri mereka sendiri ke arah gaya sentrifugal yang
diterapkan.
Batas butir mikroskopis menyediakan jalur mudah bagi atom logam untuk
melakukannya, dan pada suhu di dekat titik leleh, atom benar-benar mampu. Ini
dikenal sebagai creep atau kemuluran. Hal ini menyebabkan sudu turbin mulai
memanjang dan tak lama kemudian akan mulai mengenai casing/pelindung
mesin dan menghancurkan mesin.
Material monokristal tidak memiliki batas butir, yang mana butir nya
terstruktur dalam satu arah, struktur ini membuat material menjadi kuat,
dan tahan dari kemuluran pada suhu yang tinggi.
Gambar 2.1 Grafik regangan terhadap waktu
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
NO. 2
MENGAPA MATERIAL SINGLE KRISTALIN
DIGUNAKAN PADA SUDU TURBIN?
Berikut adalah penjelasan mengapa material single kristalin populer dalam
aplikasi ini: 
Kekuatan dan Ketahanan:
Material monokristalin memiliki struktur kristal tunggal dengan orientasi atom
yang seragam. Ini menghasilkan kekuatan dan ketahanan yang lebih konsisten
dan prediktif dalam semua arah. Ketahanan yang tinggi sangat penting dalam
lingkungan turbulensi tinggi di dalam mesin turboprop dan jet, di mana balingbaling dan sudu turbin mengalami beban berulang yang besar. 
Tahan Suhu Tinggi:
Turbin gas dan mesin jet beroperasi pada suhu yang sangat tinggi. Material
monokristalin, terutama yang terbuat dari superalloy seperti nikel atau kobalt,
memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap suhu tinggi dan perubahan suhu
yang cepat. Ini memungkinkan mereka untuk menjaga kekuatan mereka
bahkan dalam kondisi operasi yang sangat panas. 
Resistensi Terhadap Deformasi:
Material monokristalin cenderung memiliki koefisien termal yang lebih rendah
daripada material polikristalin. Hal ini mengurangi risiko deformasi atau
perubahan bentuk yang tidak diinginkan ketika material dipanaskan atau
didinginkan secara ekstrem selama operasi. 
Ketahanan Terhadap Keroposan dan Oksidasi:
Material monokristalin sering dilengkapi dengan lapisan perlindungan untuk
mengurangi keroposan dan oksidasi saat beroperasi dalam kondisi yang
agresif, seperti lingkungan beroksigen tinggi dan paparan gas panas.
Kekuatan Tarik Tinggi:
Material monokristalin sering memiliki kekuatan tarik yang sangat tinggi, yang
penting dalam aplikasi di mana kekuatan tarik adalah pertimbangan utama,
seperti pada sudu turbin.
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
NO. 3
MENGAPA POLIKRISTALIN LEBIH KUAT DIBANDINGKAN
SINGLE KRISTALIN, BERDASARKAN TEORI DISLOKASI?
Material polikristalin lebih kuat dibandingkan dengan material single kristalin
karena struktur kristal mereka mengandung banyak batas butiran (grain
boundaries) di antara kristal-kristal yang berbeda. Konsep ini dapat dijelaskan
dengan teori gerakan dislokasi, yang menggambarkan bagaimana deformasi
plastik terjadi dalam material kristalin.
Gerak dislokasi adalah gerak pergeseran atau pergerakan atom-atom di dalam
sistem kristal logam akibat tegangan mekanik serta cacat kisi linear yang dapat
menciptakan deformasi plastis. Adanya batas butir dalam struktur kristal,
menyebabkan gerak dislokasi sulit bergerak. Semakin banyak batas butir,
semakin sulit gerak dislokasi bergerak, karena gaya gesek yang terjadi semakin
besar sehingga membutuhkan gaya mekanik yang lebih besar untuk gerak
dislokasi.
Kekuatan material polikristalin dapat ditingkatkan dengan mengendalikan
ukuran butiran, distribusi orientasi kristal, dan penggunaan perlakuan panas
yang tepat.
Single kristal tidak terdapat batas butir di dalam
strukturnya, karena disebabkan orientasi dan
pertumbuhan kristalnya sama. Sehingga gerak
dislokasi lebih mudah bergerak karena tidak ada
penghalang untuk gerak dislokasi bergerak.
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
NO. 4
MENGAPA MATERIAL BAJA LEBIH KUAT DIBANDINGKAN
BESI, BERDASARKAN TEORI DISLOKASI?
Pada besi murni, struktur atomnya dapat mudah bergerak atau fleksibel.
Pergerakan tersebut disebut dislokasi. Hal ini menyebabkan celah di antara
atom besi dapat bergeser. Baja merupakan paduan besi dengan karbon.
Dengan tambahan atom karbon, celah di antara atom besi dapat diisi oleh atom
karbon tersebut, karena ukuran dari atom karbon lebih kecil daripada atom besi
Keadaan dimana atom karbon dapat mengisi celah di antara rongga utama
dinamakan intersisi atom. Hal tersebut menjadikan gerak dislokasi sulit
bergerak, karena atom karbon menghentikan atom besi untuk bergerak satu
sama lain, sehingga menyebabkan material baja lebih kuat dibandingkan besi.
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
NO. 5
GAMBARKAN TERJADINYA DEFORMASI PLASTIS DARI
PENDEKATAN
GERAK
DISLOKASI
SAMPAI
KE
PERMUKAAN!
Dislokasi adalah cacat kisi/lattice linear yang berperan dan memberikan
dampak bagi deformasi plastis pada logam. Dislokasi terbagi menjadi dua
macam, yaitu dislokasi tepi dan sekrup. Dislokasi tepi adalah keadaan dimana
terjadi distorsi kisi di sepanjang ujung setengah bidang atom tambahan,
sedangkan dislokasi sekrup terjadi akibat dari distorsi geser. Gerakan dislokasi
yang besar hingga mencapai permukaan disebut deformasi plastis.
Deformasi plastis dalam konteks gerak dislokasi dapat diilustrasikan sebagai
berikut:
Awal Deformasi: 
Awalnya, struktur kristal material memiliki beberapa dislokasi yang terbatas di
dalamnya. Dislokasi ini bisa terbentuk akibat tegangan sebelumnya atau cacat
kristal lainnya.  Ketika tegangan diterapkan pada material, dislokasi mulai
bergerak. Mereka bergeser melalui kristal atau berinteraksi satu sama lain.
Pergerakan Dislokasi: 
Dislokasi bergerak melalui kristal secara berangsur-angsur. Mereka bisa
meluncur, bergeser, atau bahkan berputar tergantung pada jenis dislokasi dan
struktur kristal material.  Pergerakan dislokasi ini memungkinkan material
untuk mengalami deformasi plastik. Atom-atom dalam kristal juga dapat
bergeser untuk mengakomodasi gerakan dislokasi.
Deformasi Menyebar ke Permukaan: 
Ketika gerakan dislokasi terus berlanjut, deformasi plastik menyebar dari dalam
material ke permukaan.  Deformasi ini mengubah bentuk material secara
permanen, sehingga material mengalami deformasi plastik yang tidak dapat
dikembalikan ke bentuk awalnya tanpa perlakuan tambahan.
Permukaan Deformasi: 
Pada akhirnya, deformasi plastik mencapai permukaan material.  Pada
permukaan, deformasi ini dapat tampak dalam bentuk retakan, lipatan, atau
penanda lain dari deformasi plastik.
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
NO. 5
GAMBARKAN TERJADINYA DEFORMASI PLASTIS DARI
PENDEKATAN
GERAK
DISLOKASI
SAMPAI
KE
PERMUKAAN!
penataan ulang atom yang menyertai gerakan dislokasi tepi.
(a) Setengah bidang atom tambahan diberi label A.
(b)Dislokasi bergerak sejauh satu jarak atom ke kanan saat A menghubungkan
ke bagian bawah bidang B; dalam prosesnya, bagian atas B menjadi ekstra
setengah bidang.
(c) Sebuah langkah terbentuk di permukaan kristal saat setengah bidang ekstra
keluar.
Proses terjadinya deformasi plastis akibat gerakan dislokasi adalah disebut slip.
Bidang kristalografi yang dilalui garis dislokasi adalah bidang slip. Deformasi
plastik makroskopik hanya sesuai hingga deformasi permanen yang dihasilkan
dari pergerakan dislokasi dalam menanggapi tegangan geser yang diterapkan.
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
REFERENSI
tycorun666. (2022, July 29). High nickel material polycrystalline vs
Monocrystalline - why Monocrystalline Better. The Best lithium ion battery
suppliers | lithium ion battery Manufacturers - TYCORUNENERGY.
https://www.takomabattery.com/high-nickel-material-polycrystalline-vsmonocrystalline-why-monocrystalline-better/
"Polycrystalline and Single Crystal Silicon Solar Cells: A Technology Overview"
oleh A.Goetzberger dan W. Greubel (2012).
Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2010). Materials Science and Engineering:
An Introduction (8th ed.). John Wiley & Sons, Inc.
Home. Aeroengineering.co.id. (n.d.).
https://www.aeroengineering.co.id/2022/03/dislokasi-dan-deformasi-plastispada-material/
UNIVERSITAS
DIPONEGORO