金属所科研人员提出晶体堆垛层错形成机理的新认识

　　堆垛层错（Stacking faults）是晶体结构中不同于正常排列顺序的堆垛错排，是金属材料中经常出现的一种面缺陷。对于结构相对复杂的金属间化合物（Intermetallics），其内部也会出现堆垛层错，例如，常见的Laves相金属间化合物中，其密排面往往出现层错。层错的引入会导致材料局部晶体结构的改变，进而影响到其性能。Zircaloy-4（Zr-4）合金是一种核反应堆燃料包壳材料，其显微组织由微米尺寸的等轴α-Zr基体和纳米尺寸的Laves析出相组成。Laves相共有三种晶体结构，分别为C14六方结构、C15立方结构以及C36六方结构，Zr-4合金中的第二相结构多为前两种。

　　近期，金属所沈阳先进材料研究发展中心钛合金研究部李阁平研究组发现，Zr-4合金中C14结构Laves析出相中往往包含层错，并且，层错的出现会使Laves相的晶体结构类型发生改变，具体为C14结构向C36结构的转变。之所以发生这样的转变，是由于C14结构与C36结构Laves相在{0001}面堆垛方式的差异。当C14结构Laves相的{0001}面出现堆垛层错时，局部晶体结构会转变为C36结构。这一转变是平行于{0001}面的同步剪切导致的，而这一剪切力的来源，一直是科研人员讨论的话题。李阁平研究组发现，第二相与α-Zr晶界之间的相互作用产生的钉扎力，恰好提供了Laves第二相形成层错的驱动力，这一发现打开了理解层错形成机理的全新思路。

　　由此可见，晶界与纳米第二相颗粒的相互作用，是值得被关注的。例如，晶粒长大、晶粒变形时导致的晶界迁移，可能会影响第二相中的亚结构，导致第二相中线缺陷、面缺陷分布的变化，进而可能导致第二相颗粒中晶体结构的改变。该研究也为第二相/晶界工程相关研究提供了参考。