图30-11 晶面滑移
我们已经说过，金属通常具有一种简立方的晶体结构，现在要来讨论它们的力学性质——那是与这一结构有关的。一般而言金属十分“柔软”，因为很容易使金属晶体中的一层在另一层上滑动，你可能会认为：“那是滑稽可笑的，金属很强硬嘛。”这可不然，因为金属单晶 是很容易变形的。
图30-11 晶面滑移
假设我们考察晶体中受切向力作用的两层，如30-11的简图所示。起初你也许会想到，整层原子会阻碍运动直到所施之力大到足以推动整层“越过隆起”，从而向左移过一个峡谷。尽管滑移的确会沿一个平面发生，但实际却不是那样的（假如是那样的话，你会算出金属比实际的强度要强得多）。实际发生的情况更像是每次只有一个原子在移动，首先左边那个原子跳了过去，然后又轮到第二个、第三个等等，如图30-11（b）所示。事实上，是两个原子间的空穴迅速跑到右边，而净结果则是整个第二层都已移过了一个原子间隔。滑移就是这样进行的，因为每次要把一个原子抬高越过一个隆起所需的能量远低于把整排原子都抬起来所需的能量。一旦力足以启动这一过程，其余的就进行得非常快了。
图30-12 一小块铜晶体受拉伸之后的照片
结果证明：在一实际晶体中，滑移将在一个平面上重复发生，然后就在那里停顿下来，却又在某另一个面上开始。滑动为什么会开始和停止，其细节十分神秘。事实上，滑移相继发生的区域，往往被相当均匀地分隔开，这就很奇怪了。图30-12显示一块细长的铜晶体在受到拉伸后的照片，你能够看到滑移发生的那些不同平面。
如果你把一根其中存在一些大晶体的细锡线拿到耳边，并拉伸它时，则个别晶面的突然滑移会很明显。当那些滑移面一个接着一个嗒地一声移至一个新的位置上去时，你会听到一大堆嘀嗒声。
在一排原子中出现一个“空位”的问题也许比按照图30-11所示的情形较难实现。当有更多的层时，情况就必然有点像图30-13所示的那样。晶体中这样的一种不完整性叫做位错 。推测这种位错或是在晶体形成时就存在，或是在其表面的某些切口或裂缝处产生，一旦它们产生了，就能够相当自由地在晶体里移动。由于大量这样的位错的运动就形成了宏观的畸变。
图30-13 晶体中的一个位错
位错能够自由运动——这就是说，它们要求极少量的额外能量——只要晶体的其余部分都具有理想晶格。但如果位错碰到晶体中别种缺陷的话可能会给“粘住”。若要位错通过这种缺陷则需要很大能量，否则运动就会停歇。这恰好就是赋予不完整 金属晶体以强度的机制。纯铁本来很软，但微小浓度的杂质原子就可以引起足够多的缺陷来有效地束缚住位错。正如你所知道的，钢基本上就是铁，却十分坚硬。要炼成钢，就把小量碳溶解在铁水中了，如果这熔体迅速冷却，碳便会淀积成小晶粒，在晶体里引起了许多微观畸变。位错不能再到处移动，因此金属就变硬。
纯铜十分柔软，但可以进行“加工硬化”。这是通过锤打或来回弯曲而做到的。在这种情况下，许多新的各类位错形成了，从而彼此互相干扰，减低了它们的可动性。也许你曾看过这样一种特技，取一条“极软”的铜带轻轻地将其弯曲成围绕在某人腕上的手镯。在这一过程中，铜镯受到加工硬化，便不能轻易地再被伸直！像铜这样受过加工硬化的金属，可以通过高温退火而再变软。原子的热运动把那些位错都“熨平”了，并再形成一些大块单晶。我们迄今仅仅描述了那种所谓滑移 位错。还有许多其他种类，其中之一就是如图30-14所示的那种螺旋 位错。这种位错经常在晶体生长中起着重要作用。
图30-14 螺旋位错