Pengantar Ilmu Bahan Teknik

Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari bab ini dengan cermat, anda harus mampu:

• Menyebutkan enam klasifikasi properti dari bahan berdasarkan aplikasinya
• Menyebutkan empat hal yang harus dilibatkan dalam desain, produksi, dan penggunaan bahan serta mampu menjelaskan secara singkat keterkaitan antara komponen-komponen tersebut
• Menyebutkan tiga kriteria yang penting dalam proses pemilihan bahan
• Menyebutkan tiga klasifikasi utama bahan padat, dan menyebutkan ciri khas dari bahan-bahan tersebut
• Menyebutkan dua jenis bahan canggih dan ciri khas dari bahan tersebut
• Mendefinisikan secara singkat “bahan / sistem pintar.”
• Menjelaskan secara singkat konsep “nanoteknologi” yang berlaku untuk bahan.

Perspektif Sejarah

Material (bahan) mungkin lebih berpengaruh dalam budaya kita dibandingkan apa yang kita sadari. Transportasi, perumahan, pakaian, komunikasi, rekreasi, dan produksi makanan — hampir setiap segmen kehidupan kita sehari-hari dipengaruhi oleh material (bahan). Secara historis, perkembangan dan kemajuan masyarakat secara erat terkait dengan kemampuan mereka untuk memproduksi dan memanipulasi bahan dalam hal memenuhi kebutuhan mereka. Bahkan, peradaban awal dinamakan dengan tingkat pengembangan material mereka (zaman batu, zaman perunggu, zaman Besi).

Manusia pada awalnya hanya memiliki pengetahuan yang sangat terbatas dalam hal material yaitu hanya mengetahui jenis material yang tersedia secara alami seperti batu, kayu, tanah liat, kulit, dan sebagainya. Seiring waktu mereka menemukan teknik baru untuk menghasilkan bahan yang memiliki sifat lebih unggul daripada yang alami; bahan-bahan baru ini seperti tembikar dan berbagai logam. Selanjutnya, ditemukan bahwa sifat-sifat suatu bahan dapat diubah dengan perlakuan panas dan dengan penambahan zat lain. Pada titik ini, pemanfaatan bahan sepenuhnya merupakan proses seleksi yang melibatkan pengambilan keputusan dari bahan yang tersedia dan dipilih yang paling cocok untuk aplikasi berdasarkan karakteristiknya. Pada akhirnya para ilmuwan memahami hubungan antara elemen struktural bahan dan sifat mereka. Pengetahuan ini, yang diperoleh selama sekitar 100 tahun terakhir, telah memberdayakan mereka untuk membuat sebagian besar karakteristik material (bahan). Jadi, puluhan ribu bahan berbeda telah berevolusi dengan karakteristik yang khusus yang memenuhi kebutuhan masyarakat modern yang kompleks termasuk logam, plastik, kacamata, dan serat.

Perkembangan banyak teknologi yang membuat keberadaan kita begitu nyaman telah dikaitkan secara erat dengan aksesibilitas bahan yang cocok. Kemajuan dalam pemahaman jenis material sering kali merupakan cikal bakal kemajuan teknologi secara bertahap. Misalnya, mobil tidak akan mungkin tercipta tanpa ketersediaan baja murah atau pengganti yang sebanding lainnya. Di era kontemporer kita, perangkat elektronik canggih bergantung pada komponen yang terbuat dari apa yang disebut bahan semikonduktor.

Ilmu Bahan dan Teknik

Terkadang berguna untuk membagi disiplin ilmu material dan teknik menjadi ilmu material dan subdisiplin ilmu teknik material. Sebenarnya, “ilmu material” melibatkan investigasi hubungan yang ada antara struktur dan sifat material. Sebaliknya, “rekayasa bahan” adalah, berdasarkan korelasi struktur-properti ini, merancang atau merekayasa struktur bahan untuk menghasilkan seperangkat sifat yang telah ditentukan. Dari perspektif fungsional, peran ilmuwan bahan adalah untuk mengembangkan atau mensintesis bahan baru, sedangkan seorang insinyur bahan dipanggil untuk membuat produk atau sistem baru menggunakan bahan yang ada, dan / atau mengembangkan teknik untuk memproses bahan. Sebagian besar lulusan dalam program material dilatih untuk menjadi ilmuwan material dan insinyur material.

“Struktur” pada titik ini adalah istilah samar yang perlu penjelasan. Singkatnya, struktur suatu material biasanya berkaitan dengan pengaturan komponen internalnya. Struktur subatomik melibatkan elektron dalam atom individu dan interaksi dengan nukleusnya. Pada tingkat atom, struktur mencakup pengorganisasian atom atau molekul relatif satu sama lain. Ranah struktural yang lebih besar berikutnya, yang berisi kelompok-kelompok besar atom yang biasanya diaglomerasi bersama-sama, disebut “mikroskopis,” yang berarti yang dapat diamati secara langsung menggunakan beberapa jenis mikroskop. Akhirnya, elemen struktural yang dapat dilihat dengan mata telanjang disebut “makroskopik.”

Gagasan “properti” layak untuk diuraikan. Semua bahan/ material terkena rangsangan eksternal yang membangkitkan beberapa jenis respons. Misalnya, spesimen yang mengalami gaya akan mengalami deformasi, atau permukaan logam yang dipoles akan memantulkan cahaya. Properti adalah sifat material dalam hal jenis dan besarnya respons terhadap stimulus yang dipaksakan tertentu. Secara umum, definisi sifat dibuat independen dari bentuk dan ukuran material.