位錯速率

A. 原子遷移速度加快,位錯通道減小為什麼

半原子面就是正常的原子面（晶面）由於受到切應力作用，上下部分發生分離，對於正刃位錯，晶面失去了下半部，剩下半個原子面。

B. 構造應力大小

成岩成礦古構造應力值的研究測算方法主要有，岩石力學實驗資料的推斷法（Griggs et al.，1960；Clark，1966；Paterson，1976；Peterson，1978）、數學解析估演算法（王維襄等，1977；Nicoals et al.，1977）、古應力岩石聲發射測量法（北京國土資源遙感公司，2000）和顯微構造估演算法。顯微構造估演算法又包括礦物機械雙晶測演算法（Jamison et al.，1976）、重結晶顆粒大小計演算法（Luton et al.，1969；Glover et al.，1973；Twiss，1977）、亞顆粒大小計演算法（Ardell et al.，1973）和位錯密度統計法（Geoetze et al.，1977；Takeuchi et al.，1976；Twiss，1977；萬天豐，1988）。

位錯密度統計法適用范圍廣泛，在構造活動強度中等以上的條件下和中深變質程度的岩類中均可使用，位錯構造不僅可以出現在韌性變形中，也可出現在脆性變形中（呂古賢等，1999）。另外，岩石力學實驗對超微構造的研究發現，晶體內的位錯密度與古構造應力大小呈一種穩定的比例關系（Durham et al.，1977；Briegel et al.，1978），基本不受應力作用時的溫度和應變速率的影響（萬天豐，1988）。筆者對礦區成礦期構造應力（差應力）大小的估算即採用了位錯密度統計方法。

在礦區選取脈狀石英（黃鐵礦-石英成礦階段），先加工成普通薄片，再用離子轟擊器來減薄其厚度，製作成超微薄片（厚十分之幾至幾微米），然後用透射電鏡進行觀察拍照（照片22～24），在照片上採用厚度-線條法（Murr，1970；萬天豐，1988）統計其位錯密度：

祁雨溝隱爆角礫岩型金礦床構造應力、成礦流體及元素地球化學

式中：ρ——位錯密度；N——隨機線與位錯的交點數；t——超微薄片的厚度，平均為0.5 μm；L——隨機線的總長度。

一般每個樣品統計10～15張照片，求出其平均位錯密度，然後採用 McCormick（1977）所得出的利用石英位錯密度計算差應力（Δσ）大小的公式：

祁雨溝隱爆角礫岩型金礦床構造應力、成礦流體及元素地球化學

計算出差應力值的大小（表4-2）。

表4-2 礦區構造應力（差應力）測算結果

從測算結果看，在礦區不同部位由石英位錯密度計算的差應力值變化較大，為47.9～108.8 MPa。總體而言，角礫岩體中石英的位錯密度較小，由此計算出的差應力值也較小，最小者僅為47.9 MPa，平均67.8 MPa；石英脈中石英的位錯密度較大，由此計算出的差應力值也較大，最大者達到108.8 MPa，平均93.2 MPa，這種變化可能與角礫岩體內部的冷凝收縮，從而導致差應力的降低有關。

差應力變化的另外一大特點是在礦體部位差應力值明顯增大，在J4號角礫岩體內，賦存礦體部位的差應力值大於68 MPa，而弱礦化地段的差應力值僅為47.9～50.7 MPa。在公峪礦區F120石英脈內也是如此，在礦體部位差應力值大於90 MPa，而在弱礦化地段的差應力值均小於90 MPa。

與膠東地區石英黃鐵礦脈（形成時間為100～120 Ma）的差應力值（77～95 MPa，萬天豐，1995）相比較，祁雨溝礦區石英脈所測得的差應力值明顯偏大。若不考慮兩地當時的埋深等因素，則本區構造應力場表現得更為強烈。

C. 上地幔流變狀態參數及其構造意義

板塊構造的興起和對岩石圈板塊驅動力等地球動力學問題研究的深入，使地球科學家們致力於尋找獲得地球內部力場信息的途徑。上地幔來源的岩類，特別是由上地幔構造侵位來源的橄欖岩類岩石，其中的自由位錯等顯微和超顯微構造記錄的是岩石圈上地幔的流動應力狀態和流變速率等上地幔動力學信息。松樹溝超鎂鐵質雜岩，作為金伯利岩、鹼性玄武岩內橄欖岩包體和蛇綠岩中的橄欖岩及阿爾卑斯橄欖岩這三種主要類型的地幔源岩石之一，其中自然包含有豐富的上地幔動力學信息。采自松樹溝幔源超鎂鐵質雜岩體中方輝輝橄岩和輝橄岩等樣品，採用高倍透射電子顯微鏡（TEM）檢測、照相。8個樣品，50多個視域，試樣的顯微和超顯微構造主要表現為（100）位錯傾斜壁（圖6-1b）、（010）位錯扭轉壁（圖6-1d）位錯組織（圖6-1c）、位錯列等（圖6-1a）。

圖6-1松樹溝橄欖岩顯微構造

A—位錯列；B—（100）位錯傾斜壁；C—位錯組織；D—（010）位錯扭轉壁

松樹溝阿爾卑斯型超鎂鐵岩中橄欖石較多的出現（100）位錯傾斜壁、（010）扭轉壁沿（100）壁間的螺位錯等顯微構造，反映變形是一種高溫、低應變率環境中發生的，基本屬穩態變形。穩態變形中的位錯構造，其密度與流動差應力具有如下函數關系：

北秦嶺中－新元古代構造地球化學研究

式中，μ為結晶物質的剪切模量，b為位錯的柏格斯矢量，α是數量級為一位數的材料系數，ρ為位錯密度（cm²）。對橄欖石而言，其流動差異應力與位錯密度的關系為：

Δσ＝2·10^-3ρ^0.50

由位錯密度的結果（表6-2）計算得到松樹溝超鎂鐵岩源區地幔環境的流動應力為0.28-0.47×10⁸Pa。

表6-2

註：9102-1、2、3的σ、T、p均為二個樣平均；9102-9、10、11的TpH為9102-1、2、3的平均。

溫度和壓力是反映上地幔流變學特徵的重要的熱力學參數。Mercier（1975）在確定了Sp相（尖晶石相）與Ga相（石榴石相）中Cpx與Opx組成上的相互依賴性後導出了以下用單種輝石計算溫度－壓力的方法，即Mercier的溫度－壓力公式：

北秦嶺中－新元古代構造地球化學研究

式中

北秦嶺中－新元古代構造地球化學研究

t₁、t₂、p₁、p₂、d₁、d₂見表6-4；ΔH_α、ΔH_w、V_w′、V_w＂、V′_α、ΔS_α、ΔS_w見表6-3 。

表6-3t、p、d、c常數

d₀=2.26;p₀=706×10⁸Pa（Mercier,1980）。

表6-4反應的熱力學參數值

（Mercier,1980）

由電子探針分析的輝石化學成分（表6-5、6）計算松樹溝方輝輝橄岩的溫度、壓力。計算結果見表6-7。由Ave』lallemant等（1980）提出的P-Z、ε－δ等公式可求出相應的深度、流動速率和等效粘度等參數（表6-2）：

北秦嶺中－新元古代構造地球化學研究

式中：R——1.9874.1868J/mol,k氣體常數；T開氏溫度（K）；壓力P和差應力σ，以10^-8Pa為單位。

表6-5

註：表中Ca、Mg等元素均表示以0₆為基礎Py礦物中的原子（離子）數。

表6-6

表6-7

Mercier等（1980）和Ave』lallemant等（1980）計算了產出於不同大地構造環境幔源橄欖岩反映的上地幔流動速率和等效粒度等流變學參數，並作出深度－流動速率、深度－粘度關系圖解。他們發現，洋脊－裂谷帶、大陸拉張帶和克拉通之下的幔源岩石在圖解中佔有不同位置，即不同構造環境的幔源岩石反映的上地幔流動速率和粘性系數各有特徵：洋脊－裂谷帶和大陸拉張帶幔源岩石的源區深度一般小於100km，而克拉通幔源岩石源區深度要大得多，最深可達200km以上；洋脊－裂谷帶、大陸拉張帶、克拉通之下類似深度的上地幔流動速率依次遞減，並且前二者流動速率明顯比克拉通高2-3個數量級；洋脊－裂谷帶、大陸拉張帶、克拉通之下相似深度的等效粘度依次遞增，克拉通的粘度明顯比洋脊－裂谷帶和大陸拉張帶高2-3個數量級。將上述松樹溝雜岩體的流變特徵參數投入Mercier（1980）的流變速率剖面和等效粘度剖面（見圖6-2A、B）。所有數據投點反映流動速率和等效粘度隨深度變化具洋脊裂谷特徵，表明松樹溝幔源超鎂鐵岩體代表古洋殼上地幔。超顯微構造的流動速率在1.4×10^-3-8.6×^-3（s-1）之間，表明超鎂鐵岩代表的那部分新元古代上地幔就以這樣的速率作區域性流動。Coisy和Nicolas（1978）從法國中央地塊包體中獲得地幔的流動速率數據，並認為這種數據意味著地幔的垂直向上運動的速率。目前沒有數據能夠確定流動應力的方向矢量，因而還沒有足夠的證據說明松樹溝超鎂鐵岩代表的上地幔就以這樣的速率馱著消失了的古洋殼板塊運動。

圖6-2流動速率、等效粘滯度相對深度的關系曲線（A、B）

（Mercier,1980）

D. 常溫、常壓下岩石的力學性質

人們常用常溫、常壓下岩石單軸力學試驗獲得該條件下岩石力學特性。圖3-24是常溫、常壓下花崗岩單軸壓縮實驗的應力-應變曲線。

圖3-24 花崗岩應力-應變全過程曲線

(據陳子光，1986)

曲線中A點以下的OA段呈微向下彎曲狀。這是由於岩石中往往存在天然孔隙和裂隙，當初載入荷時孔隙和微裂隙被壓緊，應變較大，但壓緊後，岩石抵抗外力的能力有所增強的緣故。有圍壓條件下的岩石力學實驗沒有出現OA段，緻密岩石的力學試驗出現的OA段很小或沒有。

(一)彈性變形階段

AB段曲線幾乎呈直線狀，說明應力與應變之間呈線性關系。直線的斜率為岩石的彈性模量(E)。在B點以前任何一點卸載，變形將消失。因此B點以前是彈性變形階段。而B點的應力值稱為岩石的彈性極限(σ_s)。

彈性變形階段的應力與應變之間為線性關系，即符合胡克定律：

σ=E·ε (3-33)

式中：σ是應力；ε是應變；E是彈性系數或彈性模量。

岩石是礦物的集合體。礦物是晶體，其內部質點規律排列構成空間格子構造。未受應變的晶體中，相鄰質點間的相互作用力(鍵力)使其處於平衡位置。當施加應力後，質點將會移動一定距離，從而造成晶體體積或(和)形狀的改變。彈性變形階段的應力值小於晶體質點間的結合力。因此，當應力去掉(卸載)後，質點將返回原來的平衡位置(圖3-25)。

圖3-25 晶體的體積變形(A)和彈性剪切變形(B)

在彈性變形階段，晶格的大小或形狀是發生變化的，但是這種變化是可恢復的。

(二)塑性變形階段

超過B點以後，曲線呈向下彎曲狀，說明應力增加不大的情況下即能產生較大的變形。在BC段內任意一點卸載，當應力為0 時，應變不能完全恢復，即產生了永久變形，稱保留部分的應變為塑性應變。因此，BC段代表岩石的塑性變形階段。

塑性變形是一種不可恢復的變形。對於單一晶體來說，塑性變形已經使晶體的質點移動到一個新的平衡位置(圖3-26)。如前所述，晶體的彈性變形包含了晶格的大小或形狀的改變。但是，在晶體的塑性變形中，晶格參數不發生任何改變，這是塑性變形機制所決定的。對於單一晶體來說，塑性變形以晶內滑移為主。

圖3-26 晶體的塑性變形

晶內滑移：是指晶體沿著某一滑移面的某一方向(總稱為滑移系)兩側相互滑動。可以分為平移和雙晶滑移：①平移或平移滑動是滑移面兩側的晶體相對滑動距離是晶格距離的整數倍(圖3-27B)；②雙晶滑移是滑移面兩側的晶體相對滑動距離是晶格距離的非整數倍，造成滑移面兩側的晶體以滑移面為對稱面呈鏡向對稱，形成機械雙晶(圖3-27C)。機械雙晶亦稱變形雙晶或滑移雙晶，是晶體塑性變形的典型特徵之一。

圖3-27 晶體的平移滑動和雙晶滑移

位錯：在晶內滑移過程中，位錯起到了關鍵性作用。位錯是指晶格內質點排列的周期性破壞成為一條線的情況。位錯的基本類型是刃型位錯(棱位錯)和螺型位錯。①刃型位錯是在晶體的兩層面網之間多一層半原子面，位錯出現在半原子面的邊緣(圖3-28A)；②螺型位錯是沿著晶體的某一層結晶面網被撕開，位錯出現在撕裂的尖端附近(圖3-28B)。

圖3-28 位錯的基本類型

(據劉瑞珣，1988)

事實上，晶體的滑移是通過位錯沿著滑移面的擴展完成的，或者說晶內滑移是由滑移面上的已經滑動區的邊界向外擴展而傳播的。A.Nicolas和J.P.Poirier(1976)將位錯的擴展過程形象地比喻成毛毛蟲的爬行。正是這一過程，使晶體的實驗彈性極限較理論彈性極限小幾個數量級(圖3-29)。

圖3-29 刃型位錯的遷移

(據Nicolas＆Poirier，1976)

在只有一個滑移系的礦物中(如雲母)，解理面經常就是唯一的滑移面。當沿著解理面的滑移受到阻礙時，解理面會形成尖棱狀彎曲——扭折。與宏觀尺度的膝折一樣，扭折也經常由長翼和短翼組成。短翼叫做扭折帶。扭折帶相當於一個新的滑移系，是只有一個滑移系統的礦物和滑移系統較少的礦物產生塑性變形的重要機制。

對於作為礦物集合體的岩石來說，在塑性變形中，除了晶體的晶內滑移外，晶粒邊界滑移也具有重要意義。

晶粒邊界滑移：是通過相鄰顆粒邊界之間的調整達到岩石塑性變形的機制。朱志澄(1999)將這一過程形象地比喻為受力砂袋中砂粒之間的調整過程(圖3-30)。但是岩石中的礦物顆粒是不能自由轉動的，因此晶粒邊界滑移也很難發生。晶粒邊界滑移經常出現在超塑性變形中。

超塑性變形：也叫超塑性流動，最初是指多相細粒合金在一定溫度和應變速率條件下拉伸變形的應變數可達1000%以上而不出現縮頸和斷裂的現象。超塑性變形出現在高溫(T≥0.5T_m，T_m是熔融溫度)，細粒(幾微米或幾十微米)和低應變速率速率條件下。

圖3-30 晶粒邊界滑動過程示意圖

(三)破裂變形階段

在塑性變形時，岩石試件內已產生一些微破裂。當曲線非常接近C點時(圖3-24)，試件表面開始出現宏觀破裂。C點是曲線的最高點，代表岩石所能承受的最大應力值。如果保持試件上的C點應力值不變，試件將突然破壞。因此C點應力值稱為破壞強度。

到C點時，岩石已不能承受再大的壓力。如果從C點開始逐步卸載，則應力-應變曲線上將出現如圖3-24中的CD段。在CD段，岩石強度逐漸下降，當岩石試件中某些破裂面上的內聚力完全喪失時，試件將破裂成幾塊，岩石發生破壞。

因此，岩石的變形可歸結為三個階段：彈性變形階段、塑性變形階段和破裂變形階段。這三個變形階段依次發生。但對於不同岩石，這三個階段發育的程度很不同。有些岩石在破壞前能產生較大的塑性應變(ε＞5%)，稱為延性；有些岩石在破壞前只能產生很小的塑性應變(ε＜3%)，稱為脆性。但當溫度、圍壓等條件發生變化時，岩石的力學性質將會發生較大變化。

E. 如何根據蝕坑排列方向來判斷位錯性質如何用蝕坑法來測定位錯的運動速度

金屬材料的強度與位錯在材料受到外力的情況下如何運動有很大的關系。如果位錯運動受到的阻礙較小，則材料強度就會較高。實際材料在發生塑性變形時，位錯的運動是比較復雜的，位錯之間相互反應、位錯受到阻礙不斷塞積、材料中的溶質原子、第二相等都會阻礙位錯運動，從而使材料出現加工硬化。

因此要想增加材料的強度就要通過諸如細化晶粒（晶粒越細小晶界就越多，晶界對位錯的運動具有很強的阻礙作用）、有序化合金、第二相強化、固溶強化等手段使金屬的強度增加。以上增加金屬強度的根本原理就是想辦法阻礙位錯的運動。

(5)位錯速率擴展閱讀：

注意事項：

當以適當的化學浸蝕法、電解浸蝕法進行浸蝕，以及在真空或其他氣氛中進行加熱時，位錯線在晶體表面的露頭處會由於位錯應力場而發生腐蝕或由於晶體表面張力與位錯線張力趨於平衡狀態的作用而使金屬被擴散掉，在位錯的位置形成蝕坑，藉助一般金相顯微鏡或掃描電鏡觀察蝕坑便能判斷位錯的存在。

為了證明蝕坑與位錯的一致對應關系，可將晶體製成薄片，若在兩個相對的表面上形成幾乎一致的蝕坑，便說明蝕坑即位錯。此外在台階、夾雜物等缺陷處形成的是平底蝕坑，很容易地區別於位錯露頭處的尖底蝕坑。

F. 屈服現象與位錯運動有什麼關系

我先po兩個公式，有個東西在word上我實在不知道怎麼打出來，所以就手寫了：

通過內公式可知，要容提高位錯運動速度，就需要較高的應力，塑性變形一旦開始，位錯就大量增殖，使可移動位錯密度增加，從而使位錯運動速率下降，相應的應力也突然降低，從而產生了明顯的屈服現象。這就是屈服現象和位錯運動的關系

G. 如何簡單的確定可移動位錯和固定位錯在變形合金中的比例

對層抄錯能高的金屬而言，在變襲形過程中，全位錯不易分解，在遇到阻礙時，可以通過交滑移繼續運動，直到與其他位錯相遇形成纏結；而層錯能低的金屬，由於其全位錯易於分解為兩個不全位錯加層錯的組態，難以交滑移，位錯組態的運動性差。
對於螺型位錯，通過交滑移，當同一滑移面上的兩個異號(左、右)螺型位錯相遇時，可以相互抵消，從而降低位錯增殖速率。對於層錯能低的金屬，位錯難以發生交滑移，因此變形過程中位錯增殖速率大，加工硬化速率增大。

H. 請簡單說明層錯能高低對螺型位錯交滑移的影響及其對金屬加工硬化速率的影響。

層錯能高，位錯容易滑移，塑性更強，同時更容易產生加工硬化，既加工硬化速率上升

I. 位錯胞是什麼

位錯胞是在材料變形狀態下（微觀結構）形成的胞狀組織，尤其是在金屬內或其合容金的變形下產生錯位胞，由於材料中存在缺陷（錯位），由於塑性變形，錯位移動而形成錯位胞。在不同的應變速率下錯位胞的大小不同，應變速率越大，錯位胞越小，因而錯位密度越大，材料的強度越大。

J. 【材料科學】鐵中的C原子沿刃位錯擴散和沿螺位錯擴散那種速度更快為什麼

感覺應該是位錯的空隙較大