位向關(guān)系是描述兩晶體在空間的位置關(guān)系或者相變過(guò)程晶體取向關(guān)系最直接的特征。
B族的鈦、鋯、鉿等金屬的平衡相圖上只存在兩種平衡相，即密排六方結(jié)構(gòu)（HCP）的 相和體心立方結(jié)構(gòu)（BCC） 相。近10年來(lái)，在以上金屬的塊體材料中，一種特殊的面心立方結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱FCC相）也被陸續(xù)報(bào)道。對(duì)于FCC相和HCP基體，目前僅發(fā)現(xiàn)兩種位向關(guān)系：（1）
，
；（2）
，
，分別簡(jiǎn)稱為B型和P型位向關(guān)系。需要指出的是，這些FCC相都是通過(guò)變形引入的。由于鋯及鋯合金中也發(fā)現(xiàn)了FCC相（簡(jiǎn)稱FCC-Zr），作為核反應(yīng)堆的包殼材料，F(xiàn)CC-Zr對(duì)包殼材料在服役時(shí)的力學(xué)性能、腐蝕性能和輻照性能的影響尚不明確。因此，展開(kāi)對(duì)FCC-Zr的晶體學(xué)研究能為將來(lái)充分利用或抑制FCC-Zr提供依據(jù)。
我所師昌緒先進(jìn)材料創(chuàng)新中心輕質(zhì)高強(qiáng)材料研究部李閣平研究組另辟蹊徑，首先在凝固態(tài)Zircaloy-4合金中也發(fā)現(xiàn)了B型FCC-Zr（Materials Letters 267 (2020) 127551; Scripta Materialia 185 (2020) 170-174）；接著在退火態(tài)純鋯中觀察到了P型FCC-Zr，并提出新的相變機(jī)制（Journal of Materials Science 56(3) (2021) 2631-2637）。換言之，F(xiàn)CC相不僅可以通過(guò)應(yīng)力誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，還可以在凝固或熱處理過(guò)程析出。
近期，李閣平研究組在大量透射電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了一種新位向關(guān)系的FCC相。經(jīng)過(guò)選區(qū)電子衍射標(biāo)定，這種類型FCC相與基體的位向關(guān)系為：
，
，很顯然區(qū)別于B型和P型，屬于發(fā)現(xiàn)的第三種位向關(guān)系。李閣平研究組還從
帶軸揭示其形成機(jī)制。首先，通過(guò)計(jì)算FCC-Zr和基體的晶格常數(shù)，發(fā)現(xiàn)在HCP FCC相變過(guò)程，HCP基體必定在
方向經(jīng)歷晶格膨脹。其次比較HCP和FCC的原子堆垛方式，發(fā)現(xiàn)相變過(guò)程還包括HCP基面上，伯氏矢量為1/3
的Shockley不全位錯(cuò)的滑移。因此整個(gè)HCP FCC相變過(guò)程包括晶格膨脹和不全位錯(cuò)的滑移。
以上發(fā)現(xiàn)的新位向關(guān)系的FCC相將并列于B型和P型FCC相，豐富了FCC相“家族”成員，為進(jìn)一步研究FCC相對(duì)宏觀力學(xué)和腐蝕性能的影響提供了強(qiáng)有力的晶體學(xué)支撐。
上述工作以A new type face-centered cubic zirconium phase in pure zirconium為題通過(guò)快報(bào)形式發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology
圖1 新位向關(guān)系的FCC-Zr TEM標(biāo)定結(jié)果
圖2 FCC-Zr形成機(jī)制模型圖
