黃金無足赤，白玉有微瑕，缺陷存在于各種晶體中。堆垛層錯(cuò)（Stacking faults）作為晶體中常見的面缺陷，是低層錯(cuò)能晶體在塑性變形或輻照過程一種非常重要的微觀特征。堆垛層錯(cuò)主要與不全位錯(cuò)的滑移有關(guān)，其能有助于提高金屬和合金的強(qiáng)度。對于面心立方和密排六方等密堆結(jié)構(gòu)而言，堆垛層錯(cuò)分別是通過不全位錯(cuò)（
）在密排面（{111}）上的滑移和不全位錯(cuò)（
）在密排面（{0001}）上的滑移形成的。有趣的是，面心立方結(jié)構(gòu)包含4個(gè)獨(dú)立的密排面并且這些密排面相互交叉，如果不全位錯(cuò)在這些獨(dú)立的密排面上同時(shí)開啟，那么將可能出現(xiàn)交叉滑移或者交叉堆垛層錯(cuò)等現(xiàn)象。
近期，金屬研究所沈陽先進(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)，Zircaloy-4合金在剪切變形后，合金中面心立方結(jié)構(gòu)（C15）的Zr(Fe,Cr)2 Laves相納米顆粒往往包含交叉堆垛層錯(cuò)，并且，交叉堆垛層錯(cuò)形成于面心立方結(jié)構(gòu)的交叉密排面上。每個(gè)密排面上的堆垛層錯(cuò)結(jié)構(gòu)可以描述為：面心立方結(jié)構(gòu)的基體在層錯(cuò)區(qū)會(huì)引入密排六方結(jié)構(gòu)的疇結(jié)構(gòu)（Domain structure）。并且，由于Laves相的特殊結(jié)構(gòu)，這些疇結(jié)構(gòu)都是通過同步剪切（Synchroshear）形成的。不僅如此，李閣平研究組還特別關(guān)注了交叉堆垛層錯(cuò)的形成條件。通過標(biāo)定納米顆粒所在的 -Zr基體晶粒的位錯(cuò)，發(fā)現(xiàn)基體晶粒位錯(cuò)的驅(qū)動(dòng)力與納米顆粒的[001]晶向平行。再結(jié)合納米顆粒的形狀，可以認(rèn)為此納米顆粒受到單向壓縮的載荷，載荷方向平行于[001]方向。眾所周知，當(dāng)晶體在單向壓縮條件下，45度面會(huì)承受最大剪切應(yīng)力，而交叉堆垛層錯(cuò)線與單向壓縮模型下的45度最大分切應(yīng)力所在平面具有較小的角度（<12.9 ）。換句話說，當(dāng)外載荷平行或接近[001]方向時(shí)，面心立方結(jié)構(gòu)的交叉密排面上正好可以同時(shí)獲得較大的分切應(yīng)力，從而出現(xiàn)了交叉堆垛層錯(cuò)。
以上提出的模型還可以推廣到一般的面心立方結(jié)構(gòu)中，對晶體中的交叉堆垛層錯(cuò)打開了全新的認(rèn)知。
該研究成果已由Applied Surface Science期刊在線發(fā)表（DOI: /10.1016/j.apsusc.2020.145716）。
圖1 面心立方結(jié)構(gòu)的Laves相納米顆粒中交叉堆垛層錯(cuò)形成機(jī)理
