滑移面

研究指出，滑移面通常是原子密度最大的晶面，滑移方向也是滑移面上原子密度最大的方向。這是因為原子密度最大的晶面或晶向之間的原子間距最大，原子間結合力最弱，故沿著這些晶面及晶向進行滑移所需的外力最小，最容易實現。右圖（1）所示為不同原子密度晶面問的距離，圖中標註Ⅰ的晶面其原子密度大於標註Ⅱ的晶面，由幾何關係可知Ⅰ晶面之間的距離也大於Ⅱ晶面。當有外力作用時，Ⅰ晶面則會首先開始滑移。

此外，如右圖（2）所示，刃型位錯在稱作滑移面的ABCD面內運動。對於這一位錯來說，這是由位錯線及其柏氏矢量組成的唯一確定的平面。所以，刃型位錯只限於在一個特殊平面上滑動。螺型位錯的運動，例如從圖。中的。AA’運動到BB’，也可設想它們是在一個滑移面，即LMNO面內進行，同時形成一個滑移台階。然而，螺型位錯線及其b並不決定一個唯一的平面，因而螺型位錯的移動也不全限定一個特定晶面上。應當注意，與螺型位錯運動相關的原子位移以及因此而產生的滑移台階是平行與位錯線的，也就是它的柏氏矢量方向的。這可以利用圖（3）來進一步說明。圖中展示了螺型位錯滑移面上、下原子的排列情況。螺型位錯的運動產生了平行於其位錯線的原子位移b。

位錯的滑移只有在該位錯線與它的柏氏矢量b構成的晶面上才可能進行。位錯線與它的柏氏矢量構成的晶面，稱為該位錯的滑移面，又叫可滑移面。

位錯的可滑移面與晶體的滑移面不是一回事。我們知道，一定晶體的滑移面，是指該晶體中的原子密排面。因為在這種晶面上，滑移才容易進行。相對於位錯的可滑移面，晶體的滑移面又叫易滑移面。位錯線不一定都恰好在晶體的滑移面上，所以，它的可滑移面不一定是易滑移面。顯然，只有在可滑移面上的位錯才可能進行滑移；只有當可滑移面同時又是易滑移面時，滑移才容易進行。

由於刃型位錯線垂直於它的柏氏矢量，它們只能構成一個晶面，所以，一定的刃型位錯，只有一個確定的可滑移面。如果這個晶面正好是晶體的滑移面，滑移在很小的外力作用下便很容易進行。如果此晶面不是晶體滑移面，則需要很大的外力推動，才能進行。螺型位錯線平行子其柏氏矢量b，因為與位錯線（恆為直線）和位錯的柏氏矢量平行的晶面是無限多的，而這些晶面都是它的可滑移面，因而螺型位錯應有無限多的可滑移面。這一點，對於分析交滑移現象很有用。當然，對於一定晶體，這些可滑移晶面中的易滑移面仍是有限的，因而螺型位錯也只能在有限的晶面上滑移。

混合位錯的滑移面，就是位錯線所在的晶面，具體地說，也就是它的刃型位錯分量的可滑移面。

滑移面的測定，就是要測定滑移面的面指數。具體的作法是：將單晶試樣磨出相互間成一定角度φ的兩個磨面，利用極射赤面投影方法，將兩個磨面的極射赤面投影和滑移面在兩個磨面上出露的滑移線或孿生帶的極射赤面投影，通過轉換投影面方法，同時描繪在以某個磨面為投影面的極射赤面投影圖上，由此可定出滑移面極射赤面投影的位置。然後用背射勞厄定向方法測定兩個磨面的指數，從而可確定滑移面或孿生面的面指數。

下圖（a）繪出的是單晶試樣的A、B兩個金相磨面上的滑移線。A、B兩面間的夾角為φ（通常φ為90°），令SN與A、B兩面的交線WE垂直，作為投影時的參考線。ab和bc分別為滑移面P在A、B磨面上出露的滑移線。滑移線ab與SN和WE的夾角分別為α和β，滑移線bc與WE的夾角為γ。以A磨面為投影面所作的極射赤面投影，如下圖（b）所示。A面的極射赤面投影位於投影基圓中心。從極點N和S沿投影基圓分別量α角得a，b兩點，即為滑移線ab的極射赤面投影。這時只能確定滑移面P的極射赤面投影位於距a、b點90°的e、f點連成的大圓直徑上，但還不能確定它的具體位置。因此還必須將B面上滑移線bc的極射赤面投影，通過轉換投影面的方法也繪到A投影面上來。由於A、B兩面間的夾角為φ，所以，在A投影基圓上從S點沿SN向上量φ角得g點，過WgE的大圓弧即為B面投影基圓在A投影面的位置，它表示B面的空間位置。從WgE大圓弧沿SN向上量90°得B點，即為B面的極射赤面投影。由E點沿EgW大圓弧量γ角得c點，即為B面上滑移線bc的極射赤面投影。因此c點位於滑移面P上。由此可以確定，過acb的大圓弧即為滑移面P的空間位置，從acb大圓弧沿fef句內量90°得P點，即為滑移面P的極射赤面投影。這樣，就在A投影面上繪出了A磨面、B磨面和滑移面P的極射赤面投影A、B和P。當用背射勞厄定向方法測定出A和B點的指數之後，便可在極射赤面投影圖上標定出滑移面P的面指數。

原子間發生相對滑移，即位錯的運動，是材料發生塑性變形（屈服）的機理。但材料的屈服並不是破斷，因此屈服的機理並不是塑性破斷的機理。如果原子間的結合在滑移過程中發生斷開（稱為滑移面分離），如下圖（b）所示，則分離部分將起到微裂紋的作用，引起新的應力集中，或由裂紋擴展，或導致塑性變形過程中的孔洞生長與連成而導致破壞。因此，滑移面分離是材料破斷的一種重要機理。值得指出，滑移面分離並不一定必須伴有宏觀塑性變形，這是因為少量的原子間相對滑移並不會引起宏觀塑性變形的緣故。例如鑄鐵試件在承受壓縮載荷時，發生斷面與軸線約成45°角的脆性破壞，其破壞機理就是滑移面分離。此時試件在總體上呈現塑性變形特性前，滑移面上的原子間結合就斷開了。一般性地，壓縮應力狀態下發生的脆性破壞，其機理大多為滑移面分離（正因為如此，所以其破壞準則往往與滑移條件有關，即具有屈服準則的形式）。當然，滑移面分離也可在有較大宏觀塑性變形后或在塑性變形過程中發生，此時它導致新的微裂紋或孔洞，或者使已有的孔洞生長，但並不一定馬上會發生斷裂，而只有當微小孔洞生長與連成到一定程度時才會最終引起韌性破壞。滑移面分離可以發生在材料內部，也可以發生在材料的表面。特別地，由於滑移而產生的表面段差，如下圖（c）所示，因產生了新的材料表面，故也是一種滑移面分離。但這種形式的滑移面分離，導致的是頸縮或孔洞的生長，一般不會馬上導致材料的破斷。因此，滑移面分離既可以是脆性破壞的微觀機理，也可以是韌性破壞的起因，但它是一種既不同於劈開，也不同於屈服的機理。

滑移面分離既可是脆性破壞的微觀機理，也可是韌性斷裂的微觀機理，但在這兩種情況下發生滑移面分離的條件是不同的。前者發生在基本沒有宏觀塑性變形的情況下，雖有滑移的傾向但並沒有發生大量的原子間相對滑移，即滑移面分離前材料微觀組織結構並沒有明顯的變化，因此可認為滑移面上的滑移應力達到某個固有臨界值時發生滑移面分離，分離條件可以表示成 的形式。但必須指出，這裡的 並不對應於產生滑移的理想屈服強度，而是對應於滑移面分離的一個材料強度特性。後者則由於分離前已有較大的塑性變形，大量的原子間相對滑移已導致材料的微組織結構發生明顯的變化，根據其變化的程度，抵抗滑移面分離的極限 顯然將有所不同（因為既有局部微結構變化引起的應力集中，又有材料特性本身變化的影響）。因此，此時發生滑移面分離的剪應力極限並不一定具有固定的臨界值，而是與此前的塑性變形及周圍的三維應力約束度有關的。實際上，對於韌性斷裂時的滑移面分離條件，目前還沒有簡單的表達式。

根據滑移面的定向和滑移的距離、方向，可分為：

①a 滑移（面）：滑移面平行於（010）或（001），或結晶軸a在滑移面內，質點經鏡面反映后，沿a軸移動a軸結點間距的；

②b 滑移（面）：滑移面平行於（100）或（001），或結晶軸b在滑移面內，質點經鏡面反映后，沿b軸移動b軸結點間距的；

③c 滑移（面）：滑移面平行於（100）或（010），或結晶軸c在滑移面內，質點經鏡面反映后，沿c軸移動c軸結點間距的；

④d 滑移（面）：質點經鏡面反映后，平行於鏡面滑移，滑移距離為晶格的兩個或三個基本矢量（晶胞的兩個或三個棱）的矢量和的，或者，兩個或三個基本矢量的差值。這種型式的滑移面只出現在以斜方面心格子、正方體心格子和立方面心格子或立方體心格子為基礎的空間群中；

⑤n 滑移（面）：質點經鏡面反映后，平行於鏡面滑移，滑移距離為晶格的兩個或三個基本矢量的矢量和的。