Numéro
J. Phys. Colloques
Volume 48, Numéro C1, Mars 1987
VIIth Symposium on the Physics and Chemistry of Ice
Page(s) C1-163 - C1-173
DOI https://doi.org/10.1051/jphyscol:1987124
VIIth Symposium on the Physics and Chemistry of Ice

J. Phys. Colloques 48 (1987) C1-163-C1-173

DOI: 10.1051/jphyscol:1987124

DISLOCATION MECHANISMS OF PLASTIC DEFORMATION OF ICE

A. FUKUDA1, T. HONDOH2 et A. HIGASHI3

1  Department of Applied Material Science, Muroran Institute of Technology, Muroran, Hokkaïdo 050, Japan
2  Department of Applied Physics, Hokkaïdo University, Sapporo 060, Japan
3  Division of Natural Sciences, International Christian University, Mitaka, Tokyo 181, Japan


Résumé
La nature et les propriétés des dislocations dans la glace sont parfaitement décrites à l'aide d'observations par topographie de rayons X antérieures et d'une étude récente du comportement dynamique. La valeur très faible de l'énergie de faute dans le plan basal trouvée par notre méthode nous amène à conclure que toutes les dislocations dans la glace pourraient être dissociées jusqu'à plusieurs dizaines ou une centaine de nanomètres, suivant leurs vecteurs de Burgers, sur le plan de base. Le mouvement des dislocations, cependant, est limité au plan basal. La forte anisotropie de la déformation plastique du monocristal de glace est due à cette restriction ; le glissement primaire dû au mouvement des dislocations (1/3) <11[MATH]0> sur le plan (0001) est un système de glissement facile dans la glace car les plans de glissement des autres dislocations ne coincident pas avec leur plan dissocié ou le plan basal. Il a été aussi montré que le système de glissement secondaire <11[MATH]0> / {10[MATH]0} est dû au glissement sur les plans prismatiques 1010 de dislocations recombinées (1/3) <11[MATH]0>. Puisque seuls les très courts segments peuvent glisser sur {10[MATH]0} à cause de la tendance des dislocations à rester sur (0001), ce système de glissement est moins facile que le glissement primaire en dépit de la plus grande vitesse des segments par rapport au glissement basal. En plus des deux précédents systèmes de glissement qui ne sont pas responsables de la déformation en traction ou en compression le long de l'axe c, un mécanisme de montée des dislocations [0001] ou (1/3) <11[MATH]3> sur le plan de base est proposé comme troisième système de déformation dans la glace. Par ce mécanisme, le cristal de glace se déforme sous contrainte uniaxiale parallèle à l'axe c avec une vitesse faible limitée par la diffusion mais plus rapide que par un mécanisme diffusionnel de Nabarro-Herring.


Abstract
Characters and properties of dislocations in ice are thoroughly reviewed on the basis of the knowledge hitherto obtained by the X-ray topographic method as well as recently found dynamical behavior. Extremely low energy of the faults on the basal plane found by the method leads us to conclude that al1 of the dislocations in ice should be extended as wide as several tens to one hundred nano-meter, depending upon their Burgers vectors, on the basal plane. The motion of dislocations, therefore, is severely restricted on the basal plane. The strong anisotropy of plastic deformation of ice single crystal is interpreted in terms of this restriction ; i.e., the primary slip caused by glide motion of the (1/3)<11[MATH]0> dislocations on (0001) is a unique easy slip system in ice because glide planes of the other dislocations do not coincide with their extended plane or the basal plane. It is also shown that the secondary slip system <11[MATH]0>/{10[MATH]0} is due to glide motion of the constricted (1/3)<11[MATH]0> dislocations on the-prismatic planes {10[MATH]0}. Since only very short segments can glide on {10[MATH]0} owing to the tendency of the dislocations to lie on (0001), this slip system is far less easier than the primary one in spite of larger velocities of the segments than the basal glide. In addition to the above two slip systems, which are not responsible for the tensile or compressive deformation along the c-axis, climb mechanism of [0001] or (1/3)<11[MATH]3> dislocations on the basal plane is proposed as the third deformation system in ice. By this mechanism, the ice crystal deforms under uniaxial loading parallel to c-axis at a low rate limited by diffusion process but much faster than by Nabarro-Herring diffusional mechanism.