堆垛層錯（Stacking faults）是晶體結(jié)構(gòu)中不同于正常排列順序的堆垛錯排，是金屬材料中經(jīng)常出現(xiàn)的一種面缺陷。對于結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的金屬間化合物（Intermetallics），其內(nèi)部也會出現(xiàn)堆垛層錯，例如，常見的Laves相金屬間化合物中，其密排面往往出現(xiàn)層錯。層錯的引入會導(dǎo)致材料局部晶體結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而影響到其性能。Zircaloy-4（Zr-4）合金是一種核反應(yīng)堆燃料包殼材料，其顯微組織由微米尺寸的等軸 -Zr基體和納米尺寸的Laves析出相組成。Laves相共有三種晶體結(jié)構(gòu)，分別為C14六方結(jié)構(gòu)、C15立方結(jié)構(gòu)以及C36六方結(jié)構(gòu)，Zr-4合金中的第二相結(jié)構(gòu)多為前兩種。
近期，金屬所沈陽先進(jìn)材料研究發(fā)展中心鈦合金研究部李閣平研究組發(fā)現(xiàn)，Zr-4合金中C14結(jié)構(gòu)Laves析出相中往往包含層錯，并且，層錯的出現(xiàn)會使Laves相的晶體結(jié)構(gòu)類型發(fā)生改變，具體為C14結(jié)構(gòu)向C36結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。之所以發(fā)生這樣的轉(zhuǎn)變，是由于C14結(jié)構(gòu)與C36結(jié)構(gòu)Laves相在{0001}面堆垛方式的差異。當(dāng)C14結(jié)構(gòu)Laves相的{0001}面出現(xiàn)堆垛層錯時，局部晶體結(jié)構(gòu)會轉(zhuǎn)變?yōu)镃36結(jié)構(gòu)。這一轉(zhuǎn)變是平行于{0001}面的同步剪切導(dǎo)致的，而這一剪切力的來源，一直是科研人員討論的話題。李閣平研究組發(fā)現(xiàn)，第二相與 -Zr晶界之間的相互作用產(chǎn)生的釘扎力，恰好提供了Laves第二相形成層錯的驅(qū)動力，這一發(fā)現(xiàn)打開了理解層錯形成機理的全新思路。
由此可見，晶界與納米第二相顆粒的相互作用，是值得被關(guān)注的。例如，晶粒長大、晶粒變形時導(dǎo)致的晶界遷移，可能會影響第二相中的亞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致第二相中線缺陷、面缺陷分布的變化，進(jìn)而可能導(dǎo)致第二相顆粒中晶體結(jié)構(gòu)的改變。該研究也為第二相/晶界工程相關(guān)研究提供了參考。
該研究成果已由Nanoscale期刊在線發(fā)表（DOI: 10.1039/C7NR08963E）。
圖1 -Zr晶界與納米第二相顆粒的相互作用
圖2 Laves相中C14與C36晶體結(jié)構(gòu)的晶胞參數(shù)及二維點陣圖
