差排與線缺陷

滑移系統(slip system)

差排不能隨便在哪裡、朝任何方向滑移——它在某個特定平面上、沿該平面內某個特定方向滑動。把這兩者配成一對——一個滑移面加上一個位於其中的滑移方向——你就得到一個滑移系統。它完整回答了這個問題:這個晶體在哪個面上、朝哪個方向剪切?一個晶體通常因對稱而擁有數個等價的滑移系統,而它有幾個、如何取向,決定了晶體能多容易地、朝哪些方向被塑性成形。

兩半的規則相同:挑最容易的。滑移「面」是最密堆積面(間距最大、滑動最平順),滑移「方向」是位於該面內的最密堆積方向(最短的柏格斯向量,原子沿此方向緊貼堆疊)。在面心立方金屬中,這給出 {111} 面配 <110> 方向;4 個相異的 {111} 面各帶 3 個最密堆積 <110> 方向,所以有 4 乘 3 = 12 個滑移系統。體心立方金屬沿 <111> 方向在 {110}、{112}、{123} 面上滑移,提供約 48 個系統但每個都較難啟動;六方最密堆積金屬常常只有基面 (0001) 配 3 個 <11-20> 方向——系統非常少。

滑移系統的數目有實際後果。馮·米塞斯論證:多晶要自由改變形狀,至少需要五個獨立的滑移系統;銅、鋁等面心立方金屬系統充裕,所以以延展性著稱,而鋅、鎂等六方最密堆積金屬缺少容易的系統,較脆,必須動用雙晶或較難的次要系統才能變形。當單晶被拉伸時,最先啟動的滑移系統是沿其分解剪應力最高的那個——由施密特定律描述——這就是為什麼同一種金屬會因取向不同而在不同的施加應力下降伏。

面心立方的鋁:4 個最密堆積 {111} 面乘以各 3 個最密堆積 <110> 方向 = 12 個滑移系統,例如 (111) 面配 [1-10] 方向。該方向位於面內(驗算內積:(1)(1)+(1)(-1)+(1)(0) = 0,所以 [1-10] 含於 (111) 中)。系統眾多意味許多獨立的剪切模式,這正是鋁如此具延展性的原因。

滑移系統 = 最密堆積面 + 其中的最密堆積方向;面心立方有 12 個,六方最密堆積常只有 3 個,這決定了延展性。

滑移方向必須「位於」滑移面內——兩者不是各自獨立的選擇。常見的錯誤是隨便挑一個低指標面配一個低指標方向;唯有滿足此條件、且為最密堆積的「面加方向」配對,才是真正活躍的滑移系統。

又稱
glide system滑移系