### 如何观测材料中的差排
1. **直接观察**：
   - 使用**穿透式电子显微镜（TEM）**：
     - 将金属样品加工成薄膜以便电子束穿透。
     - 在差排存在区域，晶格畸变导致衍射强度变化，从而形成衬度差。
     - 观察到的暗线即为差排的像，表现为蜿蜒形态。
   - **场离子显微镜（FIM）**和**原子探针技术**：
     - 提供高达300万倍以上的放大倍数，能在原子尺度直接观察差排。

2. **间接观察**：
   - 通过**差排"露头"**：
     - 若差排线与材料表面相交，应用酸性腐蚀剂（如氢氟酸和硝酸混合溶液）可观察到腐蚀速度增高的“腐蚀坑”。
     - 结合显微观察技术（如扫描电子显微镜）以确定差排位置。

### 差排的滑移与爬升有哪些不同
1. **运动方式**：
   - **滑移**：
     - 发生在包含伯格斯向量和差排线的平面内。
     - 允许多种滑移面，特别是螺差排可以在任意平面内滑移。
   - **爬升**：
     - 主要发生在垂直于滑移面方向。
     - 通过吸收或放出晶格中的空位，造成多余半原子面的伸缩。

2. **驱动力**：
   - **滑移**：
     - 由剪应力驱动，需要较低的外加应力。
   - **爬升**：
     - 驱动力来自于晶格中空位的运动，对应施加的正应力或拉应力。

3. **温度依赖性**：
   - **滑移**：
     - 温度对滑移的影响相对较小。
   - **爬升**：
     - 温度升高显著增加差排爬升的概率，爬升对温度的敏感性更强。
如何观测材料中的差排
差排的滑移与爬升有哪些不同
文章標題:位错
文章內文:差排（英語：dislocation），在材料科學中，指晶體材料的一種內部微觀缺陷，即原子的局部不規則排列（晶體缺陷）。從幾何角度看，差排屬於一種線缺陷，可視為晶體中已滑移部分與未滑移部分的分界線，其存在對材料的物理性能，尤其是力學性能，具有極大的影響。「差排」這一概念最早由義大利數學家和物理學家維托·伏爾特拉於1905年提出。
理想差排主要有兩種形式：刃差排（edge dislocation）和 螺旋差排（screw dislocation）。混合差排（mixed dislocation）兼有前面兩者的特徵。
數學上，差排屬於一種拓撲缺陷，有時稱為「孤立子」或「孤子」。這一理論可以解釋實際晶體中差排的行為：可以在晶體中移動位置，但自身的種類和特徵在移動中保持不變；方向（伯格斯向量）相反的兩個差排移動到同一點，則會雙雙消失，或稱「湮滅」，若沒有與其他差排發生作用或移到晶體表面，那麼任何單個差排都不會自行「消失」（即伯格斯向量始終保持守恆）。

差排的幾何概念

刃差排和螺差排是主要的兩種差排類型。然而實際晶體中存在的差排往往是混合型差排，即兼具刃型和螺型差排的特徵。
晶體材料由規則排列的原子構成，一般把這些原子抽象成一個個體積可忽略的點，把它們排列成的有序微觀結構稱為空間點陣。逐層堆垛的原子構成一系列點陣平面的，稱為晶面（可以將晶體中原子的排列情況想像成把橙子規則地裝進箱子裡的樣子）。具體的排列情況如圖2所示。在無差排的晶體（完整晶體）中，晶面（圖2中的紅色平行四邊形）以等間距規則地排列。

混合差排

如前所述，刃差排的伯氏向量垂直於差排線的方向，螺差排的伯氏向量平行於其差排線方向。但實際材料中差排的伯氏向量往往既非平行又非垂直於差排線方向，這些差排兼具了刃差排和螺旋差排的特徵，稱為混合差排。

間接觀測

若材料中的差排線與材料表面相交（俗稱差排「露頭」），則交點處附近由於差排應力場的存在，其化學穩定性將低於表面的其它部分。若用酸性腐蝕劑（如氫氟酸和硝酸的混合溶液）對這樣的表面進行腐蝕，則差排「露頭」處的腐蝕速度將遠高於其它部分，可形成一個「腐蝕坑」。再利用一些表面顯微觀察技術（如掃描電子顯微鏡、干涉顯微鏡等等）便可以觀察到差排的「露頭」位置。圖6中展示了在干涉顯微鏡下，經上述方法製備得到矽片表面差排腐蝕坑的形態，根據腐蝕坑邊緣的形狀可以確定矽片的晶體學取向——橢圓形代表矽片表面為(100)晶面，三角形代表矽片表面為(111)晶面。
若施加外力令材料發生一系列微小變形，則每次變形後某一特定差排都將處於不同的位置。如果每次變形後都對材料表面進行腐蝕，則同一差排形成的一系列腐蝕坑將粗略地顯示出差排運動的軌跡。
進行上述觀測的前提是材料表面能加工到具有足夠高的光潔度，或者說足夠低的粗糙度。

直接觀測

利用穿透式電子顯微鏡（transmission electron microscope，簡稱TEM）可直接觀察到材料微結構中的差排。TEM觀察的第一步是將金屬樣品加工成電子束可以穿過的薄膜。在沒有差排存在的區域，電子通過等間距規則排列的各晶面時將可能發生衍射，其衍射角、晶面間距及電子波長之間滿足布拉格定律（Bragg's law）。而在差排存在的區域附近，晶格發生了畸變，因此衍射強度亦將隨之變化，於是差排附近區域所成的像便會與周圍區域形成襯度反差，這就是用TEM觀察差排的基本原理，因上述原因造成的襯度差稱為衍射襯度。
在圖7和圖8中，中間稍亮區域（晶粒）里的暗線就是所觀察到差排的像。由於多晶材料中不同晶粒的晶體學取向不同，因此晶粒之間亦存在襯度差別，這就是圖7和圖8中中間區域較周圍區域更亮的原因。值得注意的是，圖中差排像所具有的「蜿蜒」的形態，這是差排線在厚度方向穿過試樣（薄膜）的差排在TEM下的典型形態；還需注意的是圖中差排像的終結處實際上是因為差排線到達了試樣表面，而非終結在了試樣內部。所有差排都只能以差排環的形式終結於晶粒的內部。
用TEM觀察差排時，放大倍數一般選在5萬到30萬倍之間，這遠未達到TEM放大倍數的極限。部分TEM還配有對試樣進行在觀察中原位加熱/變形的裝置，可以直接對差排的運動進行實時觀察。
場離子顯微鏡（field ion microscopy，簡稱FIM）和原子探針（atom probe）技術提供了放大倍數更高（一般在300萬倍以上）的觀測方法，可在原子尺度對材料表面的差排進行直接觀測。

差排源

材料中的差排密度會隨著塑性形變的進行而增加，其數量大致滿足關係：，其中  為塑性流動應力， 為差排密度。由這一關係可以推測，材料內部必然存在著差排的起源與增殖的機制，這些機制在外加應力的作用下將被激活，以提供增加的差排數。
人們已發現材料中存在以下三種差排的起源（成核）機制：均勻成核、晶界成核和界面成核，其中最後一種包括各種沉澱相、分散相或增強纖維等等。 
差排的增殖機制主要也有三種機制：弗蘭克-里德差排源（Frank-Read source）機制、雙交滑移增殖機制，和爬升增殖機制。

差排的滑移與晶體塑性

在1930年代以前，材料塑性力學行為的微觀機理一直是嚴重困擾材料科學家重大難題。1926年，蘇聯物理學家雅科夫·弗侖克爾（Jacov Frenkel）從理想完整晶體模型出發，假定材料發生塑性切變時，微觀上對應著切變面兩側的兩個最密排晶面（即相鄰間距最大的晶面）發生整體同步滑移。根據該模型計算出的理論臨界分剪應力τₘ 為：
其中G 為剪切模量。一般常用金屬的G 值約為10⁴MPa～10⁵MPa，由此算得的理論切變強度應為10³MPa～10⁴MPa。然而在塑性變形試驗中，測得的這些金屬的屈服強度僅為0.5～10MPa，比理論強度低了整整3個數量級。這是一個令人困惑的巨大矛盾。
1934年，埃貢·歐羅萬（Egon Orowan）、麥可·波拉尼（Michael Polanyi）和傑弗里·因格拉姆·泰勒（Geoffrey Ingram Taylor）三位科學家幾乎同時提出了塑性變形的差排機制理論，解決了上述理論預測與實際測試結果相矛盾的問題，，。差排理論認為，之所以存在上述矛盾，是因為晶體的切變在微觀上並非一側相對於另一側的整體剛性滑移，而是通過差排的運動來實現的。一個差排從材料內部運動到了材料表面，就相當於其差排線掃過的區域整體沿著該差排伯格斯向量方向滑移了一個單位距離（相鄰兩晶面間的距離）。這樣，隨著差排不斷地從材料內部發生並運動到表面，就可以提供連續塑性形變所需的晶面間滑移了。與整體滑移所需的打斷一個晶面上所有原子與相鄰晶面原子的鍵合相比，差排滑移僅需打斷差排線附近少數原子的鍵合，因此所需的外加剪應力將大大降低。
在對材料進行「冷加工」（一般指在絕對溫度低於0.3 Tₘ下對材料進行的機械加工，Tₘ 為材料熔點的絕對溫度）時，其內部的差排密度會因為差排的萌生與增殖機制的激活而升高。隨著不同滑移系差排的啟動以及差排密度的增大，差排之間的相互交截的情況亦將增加，這將顯著提高滑移的阻力，在力學行為上表現為材料「越變形越硬」的現象，該現象稱為加工硬化（work hardening）或應變硬化（strain hardening）。纏結的差排常能在塑性形變初始發生時的材料中找到，纏結區邊界往往比較模糊；在發生動態回復（recovery）過程後，不同的差排纏結區將分別演化成一個個獨立的胞狀結構，相鄰胞狀結構間一般有小於15°的晶體學取向差（小角晶界）。 
由於差排的積累和相互阻擋所造成的應變硬化可以通過適當的熱處理方法來消除，這種方法稱為退火。退火過程中金屬內部發生的回復或再結晶等過程可以消除材料的內應力，甚至完全恢復材料變形前的性能。

刃差排的爬升

差排可以在包含了其伯格斯向量和差排線的平面內滑移。螺差排的伯氏向量平行於差排線，因此它可以在差排線所在的任何平面內滑移。而刃差排的伯氏向量垂直於差排線，所以它只有一個滑移面。但刃差排還有一種在垂直於其滑移面方向上的運動方式，這就是爬升，即構成刃差排的多餘半原子面的伸長或縮短。 
爬升的驅動力來自於晶格中空位的運動。如圖9所示，若一個空位移到了刃差排滑移面上與差排線相鄰的位置上，則差排核心處的原子將有可能「躍遷」到空位處，造成半原子面（差排核心）向上移動一個原子間距，這一刃差排「吸收」空位的過程稱為正爬升。若反之，有原子填充到半原子面下方，造成差排核心向下移動一個原子間距，則稱為負爬升。
由於正爬升導致了多餘半原子面的退縮，所以將使晶體在垂直半原子面方向收縮；反之，負爬升將使晶體在垂直半原子面方向膨脹。因此，在垂直半原子面方向施加的壓應力會促使正爬升的發生，反之拉應力則會促使負爬升的發生。這是爬升與滑移在力學影響上的主要差別，因為滑移是由剪應力而非正應力促成的。
差排的滑移與爬升另一處差異在於溫度相關性。溫度的升高能大大增加差排爬升的概率。相比而言，溫度對滑移的影響則要小得多。
刃差排和螺差排是主要的兩種差排類型。然而實際晶體中存在的差排往往是混合型差排，即兼具刃型和螺型差排的特徵。
晶體材料由規則排列的原子構成，一般把這些原子抽象成一個個體積可忽略的點，把它們排列成的有序微觀結構稱為空間點陣。逐層堆垛的原子構成一系列點陣平面的，稱為晶面（可以將晶體中原子的排列情況想像成把橙子規則地裝進箱子裡的樣子）。具體的排列情況如圖2所示。在無差排的晶體（完整晶體）中，晶面（圖2中的紅色平行四邊形）以等間距規則地排列。

混合差排

如前所述，刃差排的伯氏向量垂直於差排線的方向，螺差排的伯氏向量平行於其差排線方向。但實際材料中差排的伯氏向量往往既非平行又非垂直於差排線方向，這些差排兼具了刃差排和螺旋差排的特徵，稱為混合差排。

間接觀測 文章標題:位错
文章內文:差排（英語：dislocation），在材料科學中，指晶體材料的一種內部微觀缺陷，即原子的局部不規則排列（晶體缺陷）。從幾何角度看，差排屬於一種線缺陷，可視為晶體中已滑移部分與未滑移部分的分界線，其存在對材料的物理性能，尤其是力學性能，具有極大的影響。「差排」這一概念最早由義大利數學家和物理學家維托·伏爾特拉於1905年提出。
理想差排主要有兩種形式：刃差排（edge dislocation）和 螺旋差排（screw dislocation）。混合差排（mixed dislocation）兼有前面兩者的特徵。
數學上，差排屬於一種拓撲缺陷，有時稱為「孤立子」或「孤子」。這一理論可以解釋實際晶體中差排的行為：可以在晶體中移動位置，但自身的種類和特徵在移動中保持不變；方向（伯格斯向量）相反的兩個差排移動到同一點，則會雙雙消失，或稱「湮滅」，若沒有與其他差排發生作用或移到晶體表面，那麼任何單個差排都不會自行「消失」（即伯格斯向量始終保持守恆）。

差排的幾何概念 **潛變**（英語：**Creep**），也稱**蠕變**，是在應力作用下固體材料緩慢且永久的變形。它的發生是低於材料屈服強度的應力長時間作用的結果。當材料長時間處於高溫或者在熔點附近時，潛變會更加劇烈。潛變速率常常隨著溫度升高而加劇。

潛變速率與材料性質、加載時間、加載溫度和加載結構應力有關。取決於加載應力和它的持續時間，這種變形可能變得很大，以至於一些部件可能會失效。例如，渦輪葉片的潛變將會使葉片與外殼相接觸，導致葉片的失效。潛變常常是工程上和冶金上評價在高應力或高溫下工作的部件所需要關注的。潛變可能是組成失效模型的變形機制，也可能不是。混凝土中適中的潛變有時是受歡迎的，因為它會減輕可能另外引發斷裂的拉應力。

不像脆性斷裂，潛變變形並不會隨著應力作用而突然出現。相反，應變會在長時間的應力作用下積累。因此，潛變是一種「與時間相關的」變形。

潛變變形發生的溫度範圍因材料不同而不同。例如，鎢需要幾千度才能發生潛變變形，然而冰可以在冰點下潛變。通常，在金屬熔點的大約 30% 和陶瓷熔點的 40%-50% 時，潛變的影響開始變得顯著。事實上，任何材料在接近其熔點的時候都會發生潛變。由於潛變的最低溫度和熔點有關，潛變可以在相對較低的溫度下在一些材料上發生，如塑料和低熔點金屬，包括許多焊料。室溫潛變可以很明顯的發生在舊的鉛熱水管上。冰河流也是個常見的潛變例子。 除了在需要保持高溫的系統中，例如核電站、噴氣發動機和熱交換機，對於許多日常用品的設計，考慮潛變變形也是很重要的。例如，金屬紙夾比塑料強度大，因為塑料在室溫下發生潛變。老化的玻璃窗常常錯誤的被用來當成這個現象的例子：可觀測的潛變僅僅在高於玻璃轉變溫度（900°F/500°C）下發生。儘管玻璃在正確的條件下展現出潛變，然而舊窗戶上明顯的下垂現象可能來自廢棄的製造工藝，例如用於製造冕牌玻璃而引發不均一厚度的工藝。

一個潛變變形應用的例子是鎢燈絲的設計。支柱之間燈絲圈的下垂隨時間不斷增長，原因是燈絲自身重量而引發的潛變變形。如果過多的變形發生，鄰近圈的燈絲相互接觸，將引發短路和局部過熱，從而很快導致燈絲失效。因此燈絲形狀和支柱被設計用來限制由燈絲重量引發的應力，而且一種摻雜了氧在晶界中的特殊的鎢被用來減緩 Coble 潛變的速率。

在蒸汽渦輪發電站中，管道在高溫（566°C/1050°F）和高壓（24.1MPa/3500psi 或更高）下運輸蒸汽。在噴氣發動機中，溫度可以達到 1400°C/2550°F，會在渦輪葉片上引發潛變變形。因此，理解材料的潛變變形行為是很重要的。