差排的观测 间接观测 若材料中的差排线与材料表面相交（俗称差排「露头」），则交点处附近由於差排应力场的存在，其化学稳定性将低於表面的其它部分。若用酸性腐蚀剂（如氢氟酸和硝酸的混合溶液）对这样的表面进行腐蚀，则差排「露头」处的腐蚀速度将远高於其它部分，可形成一个「腐蚀坑」。再利用一些表面显微观察技术（如扫描电子显微镜、干涉显微镜等等）便可以观察到差排的「露头」位置。图6中展示了在干涉显微镜下，经上述方法制备得到矽片表面差排腐蚀坑的形态，根据腐蚀坑边缘的形状可以确定矽片的晶体学取向--椭圆形代表矽片表面为(100)晶面，三角形代表矽片表面 为(111)晶面。 若施加外力令材料发生一系列微小变形，则每次变形後某一特定差排都将处於不同的位置。如果每次变形後都对材料表面进行腐蚀，则同一差排形成的一系列腐蚀坑将粗略地显示出差排运动的轨迹。 进行上述观测的前提是材料表面能加工到具有足够高的光洁度，或者说足够低的粗糙度。 直接观测 利用穿透式电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）可直接观察到材料微结构中的差排。TEM观察的第一步是将金属样品加工成电子束可以穿过的薄膜。在没有差排存在的区域，电子通过等间距规则排列的各晶面时将可能发生衍射，其衍射角、晶面间距及电子波长之间满足布拉格定律（Bragg's law）。而在差排存在的区域附近，晶格发生了畸变，因此衍射强度亦将随之变化，於是差排附近区域所成的像便会与周围区域形成衬度反差，这就是用TEM观察差排的基本原理，因上述原因造成的衬度差称为衍射衬度。 在图7和图8中，中间稍亮区域（晶粒）里的暗线就是所观察到差排的像。由於多晶材料中不同晶粒的晶体学取向不同，因此晶粒之间亦存在衬度差别，这就是图7和图8中中间区域较周围区域更亮的原因。值得注意的是，图中差排像所具有的「蜿蜒」的形态，这是差排线在厚度方向穿过试样（薄膜）的差排在TEM下的典型形态；还需注意的是图中差排像的终结处实际上是因为差排线到达了试样表面，而非终结在了试样内部。所有差排都只能以差排环的形式终结於晶粒的内部。 用TEM观察差排时，放大倍数一般选在5万到30万倍之间，这远未达到TEM放大倍数的极限。部分TEM还配有对试样进行在观察中原位加热/变形的装置，可以直接对差排的运动进行实时观察。 场离子显微镜（Field ion microscopy，简称FIM）和原子探针（atom probe）技术提供了放大倍数更高（一般在300万倍以上）的观测方法，可在原子尺度对材料表面的差排进行直接观测。 差排源 材料中的差排密度会随着塑性形变的进行而增加，其数量大致满足关系：\tau \propto \rho^{1/2}，其中 \tau 为塑性流动应力，\rho 为差排密度。由这一关系可以推测，材料内部必然存在着差排的起源与增殖的机制，这些机制在外加应力的作用下将被激活，以提供增加的差排数。 人们已发现材料中存在以下三种差排的起源（成核）机制：均匀成核、晶界成核和界面成核，其中最後一种包括各种沉淀相、分散相或增强纤维等等。 差排的增殖机制主要也有三种机制：弗兰克-里德差排源（Frank-Read source）机制、双交滑移增殖机制，和爬升增殖机制[2]。 差排的滑移与晶体塑性编辑 在1930年代以前，材料塑性力学行为的微观机理一直是严重困扰材料科学家重大难题。1926年，苏联物理学家雅科夫·弗仑克尔（Jacov Frenkel）从理想完整晶体模型出发，假定材料发生塑性切变时，微观上对应着切变面两侧的两个最密排晶面（即相邻间距最大的晶面）发生整体同步滑移。根据该模型计算出的理论临界分剪应力τm 为[4]： \tau_m = \frac {G} {2 \pi\ } \, 其中G 为剪切模量。一般常用金属的G 值约为104MPa～105MPa，由此算得的理论切变强度应为103MPa～104MPa。然而在塑性变形试验中，测得的这些金属的屈服强度仅为0.5～10MPa，比理论强度低了整整3个数量级。这是一个令人困惑的巨大矛盾。 --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 118.170.114.170