位错理论基础

位错的运动与增殖：滑移、攀移、交滑移和位错源

解释位错怎样承载应变、为何会增殖，以及温度、应变速率和点缺陷如何影响不同运动方式。

基础9 min修订于 2026-09-16编辑责任：材相 Lab 编辑组

阅读设置

先记住这三点

滑移是位错在相应滑移面内运动，使已经滑移的区域扩大。单一滑移系的塑性剪应变率可写 γ̇ = ρm b v̄，ρm 是可动位错线长除以体积，单位 m⁻²；b 为滑移矢量长度，v̄ 为平均有向运动速度。量纲为 m⁻²×m×m/s = s⁻¹。

位错很多但都被钉扎时，ρm 或速度很小，塑性流动仍可能很慢。多滑移系和多晶材料要把各系剪切投影并求和，不能不经取向转换就把 γ̇ 当作拉伸应变率。该关系是运动学联系，不独自给出位错密度和速度的演化规律。

刃型分量吸收或发射空位／间隙原子，可以离开原滑移面，这就是攀移。它依赖扩散、缺陷化学势和温度，常参与高温蠕变、恢复与障碍绕过。纯螺型线段没有由 b 和 ξ 唯一定义的滑移面，不能直接套用额外半面的攀移图像。

交滑移是螺型线段转移到另一个含有同一 b 的允许滑移面。在 FCC 中，分解的螺位错通常要先局部收缩再交滑移，所以层错能和局部应力很重要。刃位错不能通过同一种几何机制任意改变滑移面。

一段两端固定的位错在剪应力下弓出，线张力抵抗弯曲。近似平衡给出 τb = T/R；当弓出接近半圆时 R≈L/2，启动应力 τc≈2T/(bL)。取 T≈Gb²/2 可得 τc≈Gb/L，因此较短源通常需要更高应力。

在持续加载和合适的钉扎条件下，线段绕出闭合环后留下可继续工作的源。真实材料还存在表面形核、晶界源和其他增殖机制；观察到塑性并不意味着已直接观察到 Frank–Read 源，微小样品还可能由位错逸出和重新形核控制。

位错运动要跨越晶格周期能垒以及溶质、森林位错等障碍。低温下热激活不足，高温下某些障碍更容易越过；BCC 螺位错的核心与扭折对形核常带来明显的温度、应变速率和非 Schmid 效应，不能仅凭一个临界剪应力描述全部情形。

在合适的高迁移率或较高速区间，可用 Bv≈τb 近似描述拖曳，B 的单位为 Pa·s。声子和电子与运动位错的相互作用可贡献阻力；位错应变场也影响散射和输运。拖曳系数随材料、温度和速度变化，不能把所有慢速钉扎过程都简化为线性拖曳。

以下链接用于核对概念、标准状态或原始文献。本页为中文教学整理，不复制受版权保护的标准正文。