A UNIFIED THEORY OF MELTING CRYSTALLIZATION AND GLASS FORMATION

Résumé
Ces dernières années des théories faisant appel aux dislocations ont été proposées pour expliquer la fusion, comme modèles de l'état liquide et pour calculer la viscosité des verres. Le modèle de Mott-Guerney est particulièrement digne d'intérêt à cet égard qui décrit un liquide comme étant constitué par un polycristal dont la taille de grain (donc la taille du réseau de dislocation) est de l'ordre des dimensions atomiques ainsi que la démonstration par Kotze et Kulhmann-Wilsdorf suivant laquelle l'énergie interfaciale est proportionnelle à l'énergie de joint de grain pour de multiples éléments. A la suite de ces travaux, on peut envisager l'existence d'un modèle relativement simple pour expliquer la cristallisation et la solidification vitreuse. Pour une densité à saturation, les dislocations sont, dans un liquide, en mouvement constant et la structure microscopique de joint de grain qu'elle forme est en perpétuelle évolution par interaction dislocation-dislocation. Lorsque le liquide est refroidi au-dessous du point de fusion, le minimum d'énergie libre est en faveur de la cristallisation et les grains ayant une taille supérieure à la taille critique de germination vont grossir aux dépens des grains environnants. Si le processus ne se produit pas, les dislocations subsistent et un verre va se former. Expérimentalement, le choix entre ces deux alternatives dépendra, pour un matériau donné, de l'intensité des mouvements de dislocations pendant la période critique où la nucléation et la croissance deviennent thermodynamiquement favorables. Donc l'état vitreux aura des chances de se former si le liquide est particulièrement visqueux ou si la vitesse de refroidissement est particulièrement grande.

Abstract
In recent years, dislocations have been involved in theories of melting, in models of the liquid state, and in calculations of the viscosity of glasses. Particularly noteworthy are the Mott-Gurney model of a liquid as a polycrystal with a grain size (i. e. a dislocation network size) of near-atomic dimensions, and the demonstration by Kotze and Kuhlmann-Wilsdorf that the solid-liquid interfacial energy is proportional to the grain boundary energy for a number of elements. These developments suggest the possibility of a relatively simple picture of crystallization and glass formation. In the liquid state dislocations, at the saturation density, are in constant motion and the microscopic grain boundary structure that they form is constantly changing due to dislocation-dislocation interaction. As the liquid is cooled below the melting point the free energy favors the crystalline form and grains larger than the critical nucleation size at any given temperature will grow at the expense of the surrounding grains. If this process does not occur the dislocations will remain and a glass will be formed. Just which of these alternatives will actually be observed for a given material will depend especially on the amount of dislocation motion that can take place during the critical period when nucleation and growth becomes favored thermodynamically. Thus the glassy form will have a better chance of being formed if either the liquid is particularly viscous or if the cooling rate is particularly rapid.