1- Descreva o processo de deformação plástica dos metais em termos de energia de ligação, estrutura cristalina e defeitos. Analogamente, descreva os principais desafios para a deformação plástica nos materiais cerâmicos.

Passo 1

O enunciado pede para explicar como ocorre a deformação plástica em metais levando em conta a energia de ligação, a estrutura cristalina e os defeitos cristalinos, e depois apontar por analogia por que é tão difícil obter deformação plástica em cerâmicas. Vamos abordar primeiro o mecanismo metálico e depois comparar com as cerâmicas.

Passo 2

Nos metais a ligação metálica é relativamente pouco direcional e de energia intermediária, o que favorece o deslizamento de planos atômicos uns sobre os outros. A estrutura cristalina mais comum (especialmente FCC e HCP, e em menor grau BCC) apresenta muitos sistemas de escorregamento, por exemplo em FCC há 12 sistemas do tipo \{111\}\langle110\rangle.
Os defeitos mais importantes são as discordâncias (dislocações), que são linhas de defeito ao longo das quais parte dos planos atômicos é deslocada em relação à outra. Quando aplicamos uma tensão de cisalhamento, basta que a tensão resolvida supere a tensão crítica de escorregamento para que as dislocações se movam e causem deformação plástica contínua a baixas energias.

Passo 3

Do ponto de vista da energia, a movimentação de uma dislocação requer vencer a barreira de Peierls, que é relativamente baixa em metais de estrutura compacta, pois a densidade de empacotamento atômico reduz a amplitude da energia periódica ao longo do deslizamento. Além disso, metais puros podem ter alta mobilidade de discordâncias por troca de empilha­mento (cross‐slip) e climb em temperatura elevada, permitindo acomodar deformação mesmo em presença de obstáculos (pontos sólidos, precipitados). Em resumo, a combinação de baixa direção de enlace, alta simetria cristalina, muitos sistemas de escorregamento e defeitos móveis torna os metais dúcteis.

Passo 4

Nas cerâmicas, a ligação é predominantemente iônica ou covalente, com forte caráter direcional e altas energias de ligação. Isso gera duas consequências principais:
  1. A barreira de Peierls fica muito alta, pois deslocar íons ou ligações covalentes exige grande energia.
  2. As estruturas cristalinas cerâmicas (por exemplo, óxidos e nitretos) geralmente têm poucos sistemas de escorregamento ativáveis e muitos planos de alta energia de superfície.
    Além disso, a repulsão eletrostática entre íons de mesma carga ao longo de uma discordação torna sua mobilidade extremamente baixa. O resultado é que, antes de ocorrer deslizamento plástico significativo, as cerâmicas rompem de forma frágil por fratura intergranular ou transgranular.

Resposta

Em metais, a baixa direção das ligações metálicas, a estrutura cristalina compacta com muitos sistemas de escorregamento e a alta mobilidade das discordações permitem deformação plástica eficiente. Já em cerâmicas, a ligação iônica/covalente de alta energia, a direcionalidade dessas ligações e o pequeno número de sistemas de escorregamento dificultam a mobilidade de discordações, levando quase sempre à fratura antes da ductilidade.

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