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The Influence of the Rate of Deformation on the Electrical Properties of Ice Monocrystals

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

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Abstract

The influence of plastic deformation on the electrical properties of ice monocrystals has been measured in the frequency range 10-2 to 105 Hz as a function of strain-rate and strain. The crystals have been tested mainly under uniaxial compression, their orientation being for glide in the basal glide system (0001)[1120]. The resolved shear strain-rate ranged from 2 × 10-5 to 1 × 10-3 s-1, the resolved shear strain from 3 to 60%u. Transient as well as bridge methods have been used for the electrical measurements before, during and after the deformation, Plastic deformation reduces the electrical conductivity in the space-charge dispersion range. The decrease depends strongly on the strain-rate; the size of the strain has practically no influence. After the end of the deformation recovery processes have been observed, which restored the original conductivity if the total strain was small. Rapid and large deformations however leave permanent changes. The changes of the d.c. conductivity and of the dispersion strength in the space-charge region are discussed and attributed to the increase of the dislocation density and the change of character of the dislocation network.

Résumé

Résumé

L’influence de la déformation plastique sur les propriétés électriques de monocristaux de glace a été étudiée en fonction de la vitesse de déformation et du taux de déformation dans le domaine de fréquence 10-2-105 Hz. Les cristaux ont été soumis essentiellement, à une compression uniaxiale, leur orientation correspondant au glissement dans le système (0001)[1120]. La vitesse de déformation effective en cisaillement se situait entre 2×10 -5 et 1 × 10-3 s-1, le taux de déformation effective en cisaillement entre 3 et 60%. Nous avons effectué les mesures électriques avant, pendant et après la déformation aussi bien avec une méthode transitoire qu’avec des ponts. La déformation plastique diminue la conductivité électrique dans le domaine de dispersion lié aux charges d'espace. Cette diminution dépend fortement de la vitesse de déformation; le taux de déformation n'a pratiquement aucune influence. Après la fin de la déformation, des phénomènes de restauration ont été observés, la conductivité initiale étant retrouvée si la déformation totale avait été faible. Par contre, des déformations importantes et rapides sont suivies de modifications permanentes. Les variations de conductivité en courant continu et de l'intensité de relaxation dans le domaine lié aux charges d'espace, sont analysées et nous les avons attribuées à l'augmentation de la densité de dislocations et à la modification du réseau de dislocations.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Der Einfluss der plastischen Verformung auf die elektrischen Eigenschaften von Eis-Einkristallen wurde im Frequenzbereich 10-2 bis 105 Hz in Abhängigkeit der Yerformungsgeschwindigkeit und des V erformungsbetrages gemessen. Die Kristalle wurden hauptsächlich unter einachsigem Druck verformt und waren für Abgleitung im basalen Gleitsystem (0001)[1120] orientiert. Die Abgleitgeschwindigkeit erstreckte sich von 2 × 10-5 bis 1 × 10-3s-1, die Abgleitung von 3 bis 60%. Fur die eleklrischen Messungen vor, während und nach Verformung wurden Transienten- und Brückenverfahren verwendet. Plastische Verformung verringert die elektrische Leitfähigkeit im Raumladungsdispersionsbereich. Die Abnahme hängt stark von der Verformungsgeschwindigkeit ab, die Grösse der Verformung hat nahezu keinen Einfluss. Nach Beendigung der Verformung wurden Erholungsvorgänge beobachtet. welche die ursprüngliche Leilfahigkeit wiederherstellten, sofern die gesamte Verformung klein war. Schnelle und grosse Verformungen jedoch hinterlassen bleibende Änderungen. Die Änderungen der Gleichstromleitfähigkeit und des Dispersions-betrages im Raumladungsbereich werden diskutiert und der Erhöhung der Versetzungsdichte und der veränderten Eigenart des Versetzungsnetzwerkes zugeschrieben.

Information

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

Fig. 1.Apparatus for uniaxial compression test.

Figure 1

Fig. 2.Circuit diagram for transient measurements.

Figure 2

Table I.Survey of samples and test conditions

Figure 3

Fig. 3.Resolved shear stress τ s against resolved shear strain γs, resolved shear strain-rateγs = const.

Figure 4

Fig. 4.Dielectric spectrum; frequency dependence of dielectric permittivity and electrical conductivity before (Eqn) during (Eqn) plastic deformation by uniaxial compression.

Figure 5

Fig.5.Change of d.c. conductivity σ0: (a) as a function of resolved shear strain-rateγs, as a function of resolved shear strainγs. Symbols given in Table I.

Figure 6

Fig.6.Space-charge process R1: change of dispersion strength Δσ1: (a) as a function of resolved shear strain-rate γ’s, (b) as a function of resolved shear strain γs.Symbols given in Table I.

Figure 7

Fig. 7.Space-charge process R1: change of dispersion strength Δ?1: (a) as a function of resolved shear strain-rate γs, (b) as a function of resolved shear strain γs. Symbols given in Table I.

Figure 8

Fig. 8.Time dependence of the changes in the space-charge parameters after the end of deformation. Test D7(1) γs = 3.2%, test D7(2)γs = 10%, γs = 1.3 × 10-3s-1 for both tests.