晶體的范性

晶體的范性（crystals, plasticity of）是指晶體在外力作用下可進行範性形變的性質。又稱晶體的塑性。晶體受到足夠大的外力作用時會發生永久性的形變，即外力撤去後其形狀的改變可保存下來，稱為范性（亦稱塑性）形變。範性形變有滑移和形變孿生兩種方式。某些情況下晶體還可通過扭折和旋轉滑移而變形。

基本介紹

• 中文名：晶體的范性
• 外文名：crystals, plasticity of
• 特徵：晶體在外力作用下可進行範性形變

概念解釋

按照位錯理論，晶體的範性形變乃是位錯增殖和運動的結果。由於位錯直接觀測技術的發展，關於存在於晶體中的位錯組態已有了相當詳盡的了解。以這些實驗為基礎，對於晶體的屈服和加工硬化現象已經建立了一些理論，基本上可以解釋觀測到的實驗現象，但是每一種理論都需要對位錯模型做一定的假設，而且有些問題的細節尚待深入探討。

滑移

滑移是晶體範性形變的主要方式。滑移過程是在一定晶面兩側的晶體沿一定的晶向發生相對的平移。平移的量是晶體的布喇菲點陣中最短矢量的整倍數。因此，在滑移過程中晶體的結構和位向均保持不變。平移的晶面稱為滑移面，而平移的方向則稱為滑移方向。滑移面一般為原子排列最密或較密的晶面，而滑移方向則總是原子最密排的方向。哪些晶面作為實際的滑移面而出現，受形變溫度、速度，雜質的摻入，以及載入條件等因素的影響 。作用在滑移面沿滑移方向的切應力分量達到某一臨界值（即臨界切應力）時，晶體即開始發生巨觀上可測出的範性形變，稱為晶體的屈服。屈服可逐漸地發生，面心立方的金屬屬於這種情況。也可突然地發生，出現這種情況的有含填隙式雜質的體心立方金屬，以及共價鍵合和離子鍵合的晶體等。明顯屈服點的出現與雜質對位錯的釘扎和位錯速度對應力的強烈敏感性有關。晶體屈服以後繼續變形所需的流變應力隨預先形變數的增加而增加，此即加工硬化現象，它是晶體範性研究的核心問題。

形變孿生

形變孿生是晶體範性形變的第二種基本方式，也是一種切變過程。它與滑移的差別在於：晶體發生形變的區域中，雖仍保留原來的晶體結構，但其位向關係發生了變化。在常見的情況下，晶體中經形變孿生的部分相對於母體呈鏡像關係，鏡面即所謂孿生面。和滑移一樣，也可以定義孿生方向。在形變孿生過程中，也要求相鄰的晶面發生依次的相對平移，不過與滑移過程不同之點是，在這裡平移的量不是最近原子間距的整倍數，而是它的一個分數，現在已知，形變孿生的成核要求存在一定的應力集中，但其長大則不需要過大的應力。關於形變的這種方式，目前尚有許多疑點，諸如是否存在臨界切應力等。

工程材料多為多晶體，內部多包括復相結構。晶界對晶體的范性的影響是很複雜的。多晶體在一般溫度下，晶界是不變形的。晶界對滑移和形變孿生過程起阻礙作用。多晶體的加工硬化過程遠比單晶體為快。另外，滑移過程阻塞在晶界處可造成應力集中，這樣可導致微裂紋的形成和材料的脆斷。在高溫條件下，可出現相反的情況，沿晶界的粘滯性滑動可構成範性形變的主要部分。60年代以後發現，某些金屬、合金和陶瓷材料在一定條件下其范性應變可高達1000%。這種性質一般稱為超范性（超塑性）。根據現在的理論，低應力下超范性的機制為由擴散過程控制的晶界滑動。