位错（dislocation）理论。

或许是晶体材料学中最重要的理论，没有之一！但什么是位错？缺陷！对于晶体来说，材料内部的原子都是按照一定规律排列的，如果近距离看，就会发现无数个一模一样的小单元（晶胞）无限地重复。但是好死不死，有一个原子发脾气跑掉了，留下了一个空位，晶体排列就不完美了，传说中的点缺陷就产生了；同样，如果有个调皮的原子跑过来看亲戚，在不该它出现的地方出现了，把周围其他原子挤到一边去，这也是一种点缺陷。点缺陷其实还好，如果正赶上放假，有一整排的原子过来看亲戚，就出现了一排的点缺陷，那么它就被叫做线缺陷，也就是位错（下图所示）。

对于我们这种完美主义者来讲，这种不完美的东西真的令人抓狂。但实际上，正是因为有了位错，我们才能使用晶体材料，有时为了获得一些力学性能，我们还要人为地增加这种缺陷。

生活中的常见的金属材料，钢，铜，铝等，都属于晶体材料，其内部大量存在着位错，而我们在把它们加工成各种乱七八糟的形状时，主要利用的就是位错的滑移。

可以想象，如果一块晶体近乎完美，那么当我们想要拉长或者压扁它，就需要打断原子间的金属键，这不仅需要巨大的能量，而且无法实现塑性形变，材料内部将会产生大量裂纹，甚至断裂；而有了位错，这一切就会变得非常简单，大量位错向着应力方向滑移，足以使材料形变而不损坏。

所以，材料的塑性形变，其本质就是位错的产生和滑移。当然，位错的数量也不是可以无限增加，当位错密高到一定程度，位错之间的距离变小，相互勾连缠结，位错滑移反而变得困难，这时材料就会变得更硬更强（就像把一根铁丝扭来扭去，变形的地方就会越来越难扭），这就是加工硬化的道理。著名的 Taylor equation 就给出了材料强度（）和位错密度（）之间的关系：

钢淬火形成的马氏体，非常坚固，正是因为里面的位错密度高达  ，这是什么概念呢？就是把 1 立方米的马氏体里所有的位错拉出来，其长度能从地球到太阳走 1 万多个来回。

当然，还有很多其他的方法来阻止位错的滑移，比如加入一些合金原子来锁住位错或者减小晶粒尺寸用晶界来阻挡位错。

总而言之，是位错赋予了材料可塑性，金属材料之所以能为人类完成各种高难度的任务，恰恰是因为它们的不完美。如果晶体材料一个个都是顽固的处女座，不肯产生一点不完美，那么我们的生活，将永远停留在石器时代……