固態相變作為材料科學研究的一個基礎領域對于材料的設計和性能優化起著至關重要的作用。位于 B族的鈦、鋯、鉿等金屬的平衡相圖上存在兩種平衡相，即室溫下的密排六方結構（α相）和高溫下的體心立方結構（β相）。除了以上兩種平衡相，近年來，面心立方結構（簡稱FCC相）也被陸續報道。目前，報道的FCC相與α相基體存在兩種晶體學位向關系： , ; , ,分別稱為B型和P型FCC相。對于B型FCC相，研究人員一致認為肖克萊不全位錯在{0001}基面上的滑移導致了α→FCC相變。但是對于P型FCC相的形成機理，目前存在很大爭議，還沒有一個模型廣泛地被大家所認可。

近期，金屬所師昌緒先進材料創新中心輕質高強材料研究部李閣平研究組在前期研究結果（Materials Letters 267 (2020) 127551, Scripta Materialia 185 (2020) 170-174）的基礎上，對P型FCC-Zr形成機理取得了新的認知。前期工作表明，α→FCC相變，不僅可以通過應力誘導的方式實現，也可以通過熱誘導的方式形成。李閣平研究組針對完全再結晶鋯基體中的P型FCC-Zr做了深入觀察和探討，發現當沿著 晶帶軸觀察FCC-Zr時，FCC-Zr與基體的長軸界面呈現半共格關系，會在FCC-Zr一側引入周期性的失配位錯（周期為56層{0002}）。再有，通過FCC-Zr與基體的晶格參數比較發現，α→FCC相變的體積膨脹為19.8%，這主要是來源于相變過程沿著 晶格膨脹（約22.0%）。因此，李閣平研究組針對界面失配位錯和晶格膨脹提出了α→FCC-Zr相變的新機制：相變時，FCC-Zr片層的長軸方向通過失配位錯與基體形成半共格界面 ，短軸方向通過晶格膨脹（熱處理時的自發過程），基體中原子堆垛逐漸向FCC結構的堆垛過渡，最后通過原子的局部協調形成了P型FCC-Zr。 

以上提出的模型還可以推廣到鈦、鋯和鉿等金屬及其合金中，對于P型FCC相打開了全新的認知。

上述工作近期發表在Journal of Materials Science。
 

圖1 P型FCC-Zr形成機理

來源：中國科學院金屬研究所