为什么有的固体容易变形，有的固体不容易变形？ 第1页

没想到这个问题还有蛮多人感兴趣的啊，有时间的话我会写的再细一点，顺便更新一下孪晶变形的内容。

——————————————————

这是一个很长很长很长很长的话题

材科基那么厚一本书，基本上有至少一半内容也就是为讲了个这个问题。

现代的结构材料研究有很大一块基本上也就集中在研究如何让一个东西又能变形量大，又能强度大这件事情上。

固体也分很多种嘛，有金属、陶瓷、高分子，形变类型也不一样，有弹性变形和塑形变形。我简单的讲一下。

先说弹性变形，弹性变形的定义就是受力变形了以后，将外力去掉可以自动恢复原本的形状。描述弹性变形有以下公式：

, 是应变， 是应力， 是杨氏模量。

应变你就理解为变形量，应力你就理解为受力大小。一般衡量一个物质容不容易发生弹性形变就是用杨氏模量，你观察这个式子的话就能看出来，一种固体的杨氏模量大了你发生一定量的应变就要用更大的力，就说明它不容易弹性形变，反之就容易弹性形变。

杨氏模量这个东西和具体的晶体结构，晶体所含元素有关的。一个固体内部的原子结合的越紧密，杨氏模量就越大。至于具体结合的有多紧密那就得具体问题具体分析了，不过一般熔点高的物质，原子间结合力强，所以一般来说熔点越高杨氏模量越大。所以无机非金属的固体是最难发生弹性形变的，因为这些固体原子间结合力很强，金属次之，高分子最次，因为高分子可以靠共价键旋转发生一些变形。

再来就是塑形变形，塑形变形就比较复杂了，首先要明白固体是怎么塑形变形的你要知道一个概念叫位错，什么叫位错呢，这就得从晶体中原子是怎么排列讲起了。一个正常的晶体中，原子是周期性排列的，长下图这个样子（网图，侵删）：

这是一个铜的晶体结构的模型，你可以看到原子是呈某种规律性的排列。当然这是一个理想的晶体结构，实际晶体是有缺陷的，而塑形变形就和晶体中的一类缺陷——位错有关。那位错是什么呢，我又找了一张图（网图，侵删）：

图中红色的就是有位错的区域，实际上你就可以理解为原本整齐排列的原子有一列和别的列错开了，不同的错开方式会分别形成螺位错和刃位错。这些位错一旦受力以后会在晶体里面移动，就会让晶体发生塑性形变。至于是怎么运动的，我不太好描述，我这里也没有动图，但是我们以上图右边的刃位错来举例想象一下，你可以想象是那个红色的由原子组成的面沿着垂直于这个面的方向向右移动，每向右运动一下，就有一列键断开和红色面最下面的那一列原子接上，这样循环往复这个位错就可以移动很长的距离了。

晶体就是通过这样的方式变形的，事实上我们生活中见到的多数材料都是多晶体，不是单晶，但是多晶体也是通过不同晶粒里的位错移动产生的协调变形来发生塑性形变的。

知道固体怎么塑性形变我们就可以调整它的变形能力了，可以通过把晶粒砸碎（锻造）来让晶界变多，来阻碍位错的移动，也可以掺杂，杂质会把位错钉扎住，让位错难以开动。通过各种各样的方式来调节固体中位错的可动能力就可以产生有不同变形能力的固体。而无机非金属的固体因为多数是离子键和共价键，在位错滑移的过程中要保持局域的电荷平衡是比较困难的事情，要让共价键断了再接上也是比较难的事情，所以位错比较难开动，也就比较难塑性变形。

当然塑形变形还可以通过孪晶变形，还可以像马氏体那样通过畴翻转（其实也算是一种特殊的孪晶变形吧），但是我们日常能接触到的东西，各种钢啊、合金啊、其实都是主要通过位错滑移来变形，其他的变形机制我就不多说了，毕竟固体变形这玩意细写能写好几本书。你要是有更深入的兴趣可以自己查一下。

这个晶体变形的位错理论发展出来其实也没多久，因为有了透射电子显微镜以后人们才能看到位错在材料中的运动。透射电子显微镜发明出来也就是不到一百年的时间，所以这个理论我估计发展出来也没多久。至于这个理论的完善程度我觉得已经挺完善的了，剩下的就是不同的应用问题（其实应用问题才是大头）。