The physics of plastic behaviour of crystalline and amorphous solids

La physique du comportement plastique des solides cristallins et amorphes

Laboratoire des Structures et Propriétés de l’État Solide (L. A., C. N. R. S., n° 234) Université des Sciences et Techniques de Lille, B. P. 36 — F 59650 Villeneuve-d’Ascq, France.

Abstract

The plastic behaviour of solids is reviewed in terms of defect motions, with the aim to include both crystalline and amorphous solids. The notion of defects is first extended to mean any localized atomic misfit, or density fluctuation, with a certain life time. Their localized character makes them easy to move with thermal aid, so that a strongly thermally activated plastic flow generally results. The thermodynamics of it is surveyed with an emphasis on activation parameters accessible to experiment (activation volume and energy) together with appropriate experimental methods (stress-relaxation test). The various possible stress-strain behaviours are classified depending on the type of defect motions they involve: anelasticity and internal friction, micro- or macroplasticity. Finally, the viscosity of materials under active atomic diffusion conditions is presented with the view to discuss from the same frame (the Eyring flow theory) both the crystal and the liquid viscosities, the origin of their large differences, and their connections with glass viscosities.

Résumé

Le comportement plastique des solides est analysé en vue de discuter aussi bien le cas des solides cristallisés que celui des amorphes. La notion de défauts atomiques et de leur mouvement est prise comme point de départ ; ceci permet l’analyse thermodynamique de l’écoulement plastique de façon générale, en insistant sur les paramètres accessibles à l’expérience : volume et énergie d’activation, et sur leur mesure. Ceci permet aussi de classer les différents types de relations contrainte-déformation : anélastiques (et frottement interne), microplastiques, macroplastiques. Enfín, la viscosité des matériaux en présence d’une diffusion atomique active peut être abordée en discutant dans le même cadre — celui de la théorie des écoulements de Eyring — à la fois le cas des cristaux et celui des liquides, l’origine profonde de leurs différences et leurs rapports avec la viscosité des verres, beaucoup moins bien connue.