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Cooperative Movement of H2O Molecules and Dynamic Behaviour of Dislocations in Ice Ih

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

J. Perez
Affiliation:
Groupe d’Études de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, E.R.A. no. 463, Bâtiment 502, 20, avenue A. Einstein, F-69621 Villeurbanne-cedex, France
C. MaÏ
Affiliation:
Groupe d’Études de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, E.R.A. no. 463, Bâtiment 502, 20, avenue A. Einstein, F-69621 Villeurbanne-cedex, France
R. Vassoille
Affiliation:
Groupe d’Études de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, E.R.A. no. 463, Bâtiment 502, 20, avenue A. Einstein, F-69621 Villeurbanne-cedex, France
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Abstract

A new model of dislocations glide in ire Ih is proposed. In developing this model certain assumptions are made: (i) dislocations have a non-crystalline extended core, and (ii) transitions occur through cooperative movements of ?2? molecules in the core of dislocations. A relation between the velocity ν d of linear defects and shear stress τ or temperature T is obtained. This relation shows that ν d varies linearly with τ at low values of τ and (or) T but varies more rapidly at higher stresses; this non-linearity is more pronounced the higher the temperature. Such results are in agreement with experimental data.

Résumé

Résumé

Un nouveau modèle de glissement des dislocations dans la glace Ih est développé à partir des deux hypothèses suivantes: (i) les dislocations présentent un coeur étendu de matière non cristalline, et (ii) des transitions entre différentes configurations se produisent grâce à des mouvements coopératifs de molécules d’eau. Nous obtenons une relation entre la vitesse ν d des dislocations la contrainte τ et la température T; celle-ci montre que ν d varie linéairement avec τ aux faibles valeurs de τ et (ou) de T. Cette variation est plus rapide aux fortes contraintes et la non-linéarité est d’autant plus importante que la température est élevée. Cette description est bien en accord avec les résultats portant sur les mesures directes de ν d.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Ein neues Modell der Versetzungsgleitung in Eis Ih wird vorgeschlagen. Dieses Modell wird entwicklet unter der Annahme, dass (i) Versetzungen einen ausgedehnten nicht-kristallinen Kern besitzen und (ii) Übergänge durch kooperative Bewegung von H2O-Molekülen im Versetzungskern erfolgen. Man erhält eine Beziehung zwischen der Geschwindigkeit ν d der linearen Fehlstellen und der Schubspannung τ oder der Temperatur T. Diese Beziehung zeigt, dass sich ν d linear mit τ ändert bei niedrigen Werten von τ und (oder) T, aber dass es sich bei hohen Spannungen stärker ändert. Diese Nichtlinearität ist umso bedeutender, je höher die Temperatur ist. Diese Ergebnisse stimmen mit experimentellen Werten überein.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978
Figure 0

Fig. 1.Theoretical values of r*versus temperature with γ1 = 4 × 10-3J m-2(A), 7 × 10-3J m-2(B), 10 × 10-3J m-2(C) and ΔS1 = 5 × 105J m-3K-1(a), 3 × 105J m-3K-1(b), 105J m-3K-1(c).

Figure 1

Fig. 2.Variation of ΔG and of its components with r (γ1 = 7 × 10-3J m-2, ΔS1 = 3 × 105J m-3K-1and T = 260 K).

Figure 2

Fig. 3.Potential energy profile (a) in crystalline solid and (b) in a non-crystalline material with N0bonds; (c) linear distribution law of the values εlof bond energy.

Figure 3

Fig. 4.Movement of an extended dislocation: (a) initial position, (b) activated position, after which the dislocation is extended again (c).

Figure 4

Fig. 5.Dislocation velocity plotted against shear stress for various temperatures between 251 K and 27O K (experimental points and theoretical curves).