位错

在材料科学中，位错或泰勒位错是晶体结构中的线性晶体缺陷或不规则性，其中包含原子排列的突然变化。位错的运动允许原子在低应力水平下相互滑动，称为滑移或滑移。晶序在滑移位错的任一侧恢复，但一侧的原子移动了一个位置。部分位错不会完全恢复晶序。

位错定义了材料的滑移和未滑移区域之间的边界，因此，它必须形成一个完整的环，与其他位错或缺陷相交，或者延伸到晶体的边缘。位错的特征在于它对原子造成的运动距离和方向，由柏氏矢量定义。

材料的塑性变形是由于许多位错的产生和移动而发生的。 位错的数量和排列会影响材料的许多特性。

两种主要类型的位错是不动的固着位错和可移动的滑位错。固着位错的例子是阶梯杆位错和面角位错 ( Lomer-Cottrell ) 交界处。可动位错的两种主要类型是刃型位错和螺型位错。

刃位错可以看作是由晶体中间的原子平面终止引起的。 在这种情况下，周围的平面不是直的，而是围绕终止平面的边缘弯曲，因此晶体结构在任一侧都是完美有序的。这种现象类似于将一张纸的一半插入一叠纸中，其中纸叠中的缺陷仅在半张纸的边缘处可见。

描述缺陷弹性场的理论最初由伏尔特拉 ( Vito Volterra ) 于 1907 年提出。1934 年，埃贡·欧罗万 ( Egon Orowan )，迈克尔·波拉尼 ( Michael Polanyi ) 和 G.I. 泰勒 ( G. I. Taylor ) 提出，与当时的理论预测相比，观察到的产生塑性变形的低应力可以解释在位错理论方面。

描述缺陷弹性场的理论最初由伏尔特拉 ( Vito Volterra ) 于 1907 年提出。术语“位错”是指原子尺度上的缺陷，由G.I. 泰勒 ( G. I. Taylor ) 于 1934 年创造。

在 1930 年代之前，材料科学的持久挑战之一是用微观术语解释可塑性。 计算完美晶体中相邻原子平面相互滑动时的剪切应力的简单尝试表明，对于具有剪切模量 G {displaystyle G} 的材料，剪切强度 τ m {displaystyle tau _ {m}} 大约由下式给出：

τ m = G 2 π 。{displaystyle tau _{m}={frac {G}{2pi }}。}

金属的剪切模量通常在 20 000 至 150 000 MPa 范围内，表明预测的剪切应力为 3 000 至 24 000 MPa。 这很难与 0.5 至 10 MPa 范围内的测得剪切应力相协调。

1934 年，埃贡·欧罗万 ( Egon Orowan )，迈克尔·波拉尼 ( Michael Polanyi ) 和 G.I. 泰勒 ( G. I. Taylor ) 独立提出塑性变形可以用位错理论来解释。如果来自周围平面之一的原子打破它们的键并与终止边缘的原子重新键合，位错可以移动。

实际上，通过一次一个（或几个）键的断裂和重组，原子的半平面响应剪切应力而移动。 打破一排键所需的能量远小于一次打破整个原子平面上的所有键所需的能量。

即使是这个移动位错所需力的简单模型也表明，在比完美晶体低得多的应力下，塑性是可能的。

在许多材料中，特别是韧性材料中，位错是塑性变形的载体，移动它们所需的能量小于使材料断裂所需的能量。

位错是晶体结构中的线性晶体缺陷或不规则性，其中包含原子排列的突然变化。 晶序在位错的任一侧恢复，但一侧的原子已经移动或滑动。位置错误定义了材料的滑移和未滑移区域之间的边界，并且不能在晶格内结束并且必须延伸到自由边缘或在晶体内形成环路。

位错的特征在于它对晶格中的原子造成的运动距离和方向，称为柏格斯矢量。即使位错的形状可能发生变化，位错的柏格斯矢量仍然保持不变。

存在多种位错类型，移动位错称为滑动位错，固定位错称为固着位错。移动位错的运动允许原子在低应力水平下相互滑动，称为滑移或滑移。