強化機構與差排

在完全的晶體中,以 τ ≈ G/2π 估算使滑移面上下的原子面一次錯動所需的剪應力(理論剪切強度),銅(剛性模數 G = 48 GPa)約為7.6 GPa。實際的銅單晶開始滑移的剪應力約為1 MPa,小了好幾個數量級,其原因下列何者正確?

  1. A晶體中的差排移動時,只需逐列依序重組滑移面上原子的鍵結,不必一次錯動整個面
  2. B晶體中的空位擴散並聚集到滑移面,原子面從空位多處一次分離,因此要切斷的鍵結數減少
  3. C單晶表面的氧化膜在原子面之間作為潤滑劑,因此以比內部鍵結弱的力就開始錯動
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正確答案:A. 晶體中的差排移動時,只需逐列依序重組滑移面上原子的鍵結,不必一次錯動整個面

理論剪切強度是假設滑移面上下的原子全部同時錯動到相鄰位置的值,為 G/2π ≈ 7.6 GPa,即使使用較符合實際的原子間力形式,也約為G/30,即約1.6 GPa。實際的降伏在其數千分之一以下的應力就發生,是因為晶體中有差排,差排移動時只有差排線處的鍵結依序重組,錯動一點一點地傳遞。空位擴散不是室溫滑移的承擔者,而是在高溫潛變等情形中起作用的機制。表面的氧化膜反而有時會妨礙差排從表面逸出。在幾乎沒有差排的鬚晶中,已測得接近理論值的強度。

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