O que são planos e direções compactas, e sistemas de deslizamento. Qual a importância destes parâmetros na propriedade mecânica dos materiais metálicos e cerâmicos?
Passo 1
O enunciado pede para definirmos o que são planos compactos, direções compactas e sistemas de deslizamento, e em seguida discutirmos por que esses conceitos são fundamentais para as propriedades mecânicas de metais e cerâmicos. O conteúdo envolve cristalografia e deformação plástica em sólidos cristalinos.
Passo 2
Planos compactos são aqueles planos cristalográficos que apresentam a maior densidade atômica (isto é, mais átomos por área) e, geralmente, a menor energia de superfície. Exemplos comuns:
Nesses planos, os átomos ficam mais “aglomerados”, o que facilita o deslizamento sob tensão.
Passo 3
Direções compactas são as direções dentro de um dado cristal em que os átomos estão mais próximos entre si, permitindo menor barreira ao movimento. Exemplos:
São as direções ao longo das quais as forças de cisalhamento encontram menor resistência.
Passo 4
Um sistema de deslizamento é o par combinación de um plano compacto com uma direção compacta nele contida. Cada sistema é caracterizado por um plano
e uma direção
tais que a direção está contida no plano:
O número de sistemas de deslizamento determina quantas maneiras diferentes o cristal pode deformar-se plasticamente. Por exemplo, FCC tem 12 sistemas
.
Passo 5
Em metais, esses parâmetros controlam diretamente:
- Limite de escoamento: mais sistemas de deslizamento ativáveis significam menor tensão crítica de deslizamento e, portanto, maior ductilidade.
- Ductilidade e tenacidade: estruturas FCC, com 12 sistemas, deformam-se facilmente sem fraturar. Já BCC varia com a temperatura, pois a ativação dos sistemas depende de barreiras de energia.
- Endurecimento por deformação: à medida que o metal se deforma, a densidade de discordâncias aumenta, dificultando novos deslizamentos.
Passo 6
Em cerâmicos, as ligações iônicas e covalentes fortes elevam muito a energia para mover íons carregados ao longo de planos, mesmo nos planos mais densos. Além disso:
- Número reduzido de sistemas ativáveis – frequentemente apenas planos basais ou prismáticos em HCP-cerâmicos.
- Elevada resistência ao cisalhamento – exige tensões muito altas para ativar deslizamento, o que reduz a deformação plástica.
- Fragilidade – como o cerâmico não se deforma plasticamente antes de fraturar, sua tenacidade é baixa.
Resposta
Planos compactos são aqueles de maior densidade atômica (ex.:
em FCC), direções compactas são as linhas de alta densidade atômica nelas contidas (ex.:
em FCC), e sistemas de deslizamento são o par plano–direção
pelo qual ocorre a deformação plástica. Em metais, muitos sistemas de deslizamento levam a alta ductilidade e maior capacidade de endurecimento por deformação; em cerâmicos, ligações fortes e poucos sistemas ativos resultam em alta resistência mas baixa deformação plástica (fragilidade).