Ilmu Logam : Kristalisasi

Kristalisasi adalah proses pembentukan kristal, yang terjadi pada saat pembekuan yakni perubahan dari fase cair ke fase padat. Dilihat dari mekanismenya, kristalisasi terjadi melalui dua tahap:

1. Pembentukan inti atau pengintian (nucleation)
2. Pertumbuhan kristal (crystal growth)

Dalam keadaan cair atom-atom tidak memiliki susunan teratur tertentu, selalu atau mudah bergerak. Dalam keadaan cair, temperaturnya relatif tinggi dan atom memiliki energi cukup banyak sehingga mudah bergerak, tidak ada pengaturan letak atom relatif terhadap atom lain.

Dengan turunnya temperatur maka energi atom juga turun dan makin sulit bergerak dan mulai mencari/mengatur kedudukannya relatif terhadap atom lain, beberapa atom mulai menyusun diri membentuk inti kristal. 

Inti-inti ini akan menjadi pusat dari proses kristalisasi selanjutnya. Dengan makin turunnya temperatur makin banyak atom yang ikut bergabung dengan inti yang sudah ada atau membentuk inti baru. Setiap inti akan tumbuh dengan menarik atom lain dari cairan atau dari inti yang tidak sempat tumbuh, untuk mengisi tempat kosong pada lattice yang akan dibentuk. Dikatakan inti tersebut mengalami pertumbuhan. Pertumbuhan ini tidak hanya bergerak lurus saja tetapi mulai membentuk cabang-cabang dan ranting-ranting, struktur seperti ini disebut struktur dendritik. Dendrit ini terus bertumbuh ke segala arah, sehingga cabang/ranting dendrit hampir bersentuhan dan sisa cairan yang terakhir akan membeku di sela-sela dendrit ini.

Gambar. (A), (B), dan (C) menunjukkan 3 tahapan pembekuan dendritik suatu logam murni. (D) gambaran 3 dimensi dari dendrit yang sedang tumbuh.

Pada suatu benda dari logam pada umumnya akan terdiri dari banyak butiran kristal, tidak hanya satu. Pertemuan satu kristal dengan kristal lain dinamakan batas butir kristal (grain boundary) yang merupakan bidang yang membatasi atara 2 kristal. Batas butir adalah tempat dimana terdapat ketidak-teraturan susunan atom (mismatch), sehingga merupakan tempat yang tegang. Di samping juga biasanya batas butir mengandung unsur-unsur ikutan (impurity) lebih banyak.