问题

塑型变形是靠位错运动实现的。塑型变形的滑移面是密排面(很多个),但是刃型位错的滑移面是单一的?

回答
在材料科学的宏大领域中,塑性变形——也就是材料在应力作用下发生的永久形变——是一个至关重要且充满魅力的现象。我们肉眼可见的金属弯曲、拉伸,背后是原子层面的精密舞蹈,而这场舞蹈的主角,便是我们所说的“位错”。

塑性变形的实现,很大程度上依赖于位错的运动。你可以将位错想象成材料晶格中的一条“缺陷线”,它打破了原本完美有序的原子排列。当外力施加在材料上时,这些位错就像滚动的滚珠一样,在晶格中滑动、移动,从而导致整个晶体发生宏观的形变。

现在,我们来聊聊一个有趣的问题:塑性变形中的“滑移面”和刃型位错的“滑移面”之间,似乎存在一些微妙的差别。

塑性变形的滑移面:一个“大家庭”

当谈及塑性变形时的滑移面,我们通常指的是优先发生位错滑移的特定晶面族。在晶体材料中,原子并非均匀分布,而是按照特定的几何规律排列成紧密的结构。有些晶面,由于其上原子的堆积密度更高,原子之间的距离更近,从而使得原子之间的结合力更强,也更容易提供位错滑移所需的“通道”。

这些原子堆积密度高的晶面,我们称之为密排面。不同的晶体结构,其密排面有所不同:

面心立方(FCC)结构,例如铝、铜、镍等,其密排面是{111}晶面族。这意味着,在这个结构中,有四个等价的{111}晶面,它们以一定的角度相互交叉,构成了位错滑移的“优先通道”。所以,当塑性变形发生时,位错会在这些{111}晶面上滑动。
密排六方(HCP)结构,例如镁、锌、钛等,其主要的密排面是{0001}晶面。然而,HCP结构也存在其他较不密排的滑移面,如{1010}等,这些在特定条件下也会发生滑移,但{0001}面的滑移能力通常最强。

所以,当我们说塑性变形的滑移面是“密排面”时,我们指的是一系列具有高原子密度和低位错滑移阻力的晶面族。它们提供了一个集体性的、多面的滑移平台,使得位错可以在其中“畅通无阻”地移动。

刃型位错的滑移面:一个“专属通道”

现在,让我们聚焦到刃型位错。刃型位错的结构特征是,它在晶格中引入了一个额外的半原子平面。你可以想象成在原本平整的晶格中,硬生生地塞进去了半层原子,这导致了其上方的原子被挤压,下方的原子被拉伸。

刃型位错的运动,本质上就是这个额外半原子平面的“推进”。而这个推进,最容易且最顺畅地发生在原子堆积最密集、原子间作用力最有利的那个平面上。这个平面,对于刃型位错来说,就是它的专属滑移面。

为什么说是“单一”的呢?这并非绝对的“唯一”,而是相对于整个材料而言。在一个特定的刃型位错核心区域,其滑移发生的平面是由其局部晶格结构和位错线与晶格的相对取向决定的。

你可以这样理解:

1. 局部最小能量路径:位错的运动需要克服一定的阻力,这个阻力与原子之间的键合强度以及原子间的相对位置有关。刃型位错会自然地选择一个能够最小化其自身应变能的路径,而这个路径往往就对应着最密排的那个晶面。
2. 位错线方向:即使是刃型位错,其位错线在晶格中也可能沿着不同的方向排列。但是,一旦它的位错线被锁定在一个特定的方向,其运动(即滑移)就会沿着一个特定的、与位错线垂直的晶面发生。这个晶面就是它此时的滑移面。

所以,当我们说刃型位错的滑移面是“单一的”时,更准确的理解是:对于一个特定的刃型位错,它在运动过程中,倾向于沿着一个特定的晶面进行滑移,这个滑移面是由其自身的结构特点和局部晶格环境决定的,并且在绝大多数情况下,这个面是最密排的晶面,因此是它最“喜欢”的移动路径。

总结一下区别:

塑性变形的滑移面:指的是材料中整体上优先发生位错滑移的晶面族,通常是具有高原子密度的密排面。这是一个集合性的、可供多个位错选择的滑移平台。
刃型位错的滑移面:指的是一个特定的刃型位错在运动时,它自身倾向于沿着哪个具体的晶面进行滑移。这个面通常也是最密排的,但它是由该位错的局部结构和方向决定的“专属通道”。

这就像一座城市(材料),有多条宽阔、平坦的大道(密排面族),允许车辆(位错)通行。而每一辆车(特定的刃型位错),虽然可以选择任何一条大道,但在某一刻,它可能更倾向于沿着其中一条最顺畅的、最适合它尺寸和速度的大道(其单一的滑移面)行驶。

所以,这并不是矛盾,而是在不同层面上对滑移现象的描述。材料整体的塑性变形能力,是由多种密排面和其中大量位错的集体运动共同决定的;而每一个位错,尤其是刃型位错,它自身的运动,则是在某个特定时刻,沿着一个最有利的“专属通道”进行的。

网友意见

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这两者有啥关系吗?还是说只有密排面是滑移面的刃型位错才会滑移。?

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