(a), J. A. RETCHFORD (a), I). T. GRINS (b), and J. M. CHBISTIE (b)Transmission electron microscopy haa been used to examine single crystals of natural quartz which have been plastically deformed in compression at high temperature (500 to 700 "C) and confining pressure (15 to 20 kbar) with high shear stress on (Oool). I n specimens deformed at 500 "C, the only features found are closely spaced pairs of planar defects parallel to (0001 }. Study of the diffraction contrast fringes reveals that each pair of defects bounds a Brazil twin band which has been produced by the high shear stress. At tho higher temperature there are dislocations in the twin bands and other regions of the crystals Eith disloeaticns only. The dislocations are almost invariably either pure screw ( b = a <1120>) or of a particular mixed character (predominantly edge, but with a 30" screw component). Arrays of the mixed dislocations are observed which would produce stress fields consistent with the stress-optical effects observed by optical microscopy.Eloktronenmikroskopische Durchstrahlungsmcthoden werden zur Untersuchung von natiirlichen Quarzeinkristallen benutzt, die in Kompression bei hohen Temperaturcn (600 bis 700 "C) im Druckbereich 15 bis 20 kbar mit hoher Schubspannung auf (OOO1) plastisch deformiert wurden. I n Proben, die bei 500 "C verformt wurden, sind die einzigen Merkmale eng beieinander liegende Paare von ebenen Defekten parallel zu (0001). Eine Untersuchung der Beugungskontrastbilder zeigt, dal3 jedes Defektpaar ein Zwillingsband vom Brazil-Typ begrenzt, das durch die hohe Schubspannung erzeugt wurde. Bei den hoheren Temperaturen findet man Versetzungen in den Zwillingsbandern und andere Kristallbereiche, die nur Versctzungen enthalten. Die Versetzungen sind meist gleichbleibend von reinem Schrauben-(b = a(1120)) oder von einem speziell gemischten Charakter (hauptsachlich Stufencharakter aber mit einem 30" Schraubenanteil). Anordnungen der gemischten Versetzungen werden beobachtet, die Spannungsfelder hervorrufen konnton in Ubereinstimmung mit dem spannungsoptischen Effekten, die lichtmikroskopisch beobechtet werden. Int,rodactionEarly experimental investigations of the mechanical deformation of quartz showed that it fractures in a brittle manner without evidence of plastic flow [l]. However, it is well known that high (hydrostatic) confining pressure tends to inhibit the fracture of materials thus enhancing the possibility of producing plastic deformation. In view of this Christie, Heard, and La Mori [2] attempted to deform quartz plastically at confining pressures in the region of 25 to 30 kbar at room temperature. In all experiments the quartz fractured as it does at lower confining pressures.

Transmission electron microscopy has been used to study the dislocations associated with the plastic deformation and recovery of single crystals of synthetic quartz. The crystals were deformed in compression at a constant strain ra,te under confining pressure over the temperature range 300 to 900 "C. At 300 "C rapid work-hardening occurs due to the development of a high uniform density of tangled dislocations. The dislocation substructures which are produced during deformation a t higher temperatures correspond closely to the substructures which develop on annealing a work-hardened crystal. There is evidence that the rate of this recovery is strongly dependent upon the concentration of hydrogen present due to the influence of this impurity on dislocation climb. It is suggested, therefore, that the well-established hydrolytic weakening of quartz occurs when the rate of recovery exceeds the rate of work-hardening. This hypothesis predicts the observed variation of the hydrolytic weakening temperature with hydrogen concentration, strain rate, and crystal orientation.I n Einkristallen VOII synthetischem Quarz wnrden die Versetzungen, die mit der plastischen Deformation und Erholung verkniipft sind, mittels Durchstrahlungselektronenmikroskopie untersacht. Die Kristallc wurden in Kompression bei einer konstanten Verformungsgeschwindigkeit unter beschranktem Druck im Temperaturbereich von 300 bis 900 "C deformiert. Bei 300 "C tritt eine schnelle Verfestipng auf, die durch die Entwicklung einer auI3erst gleichmaoigen Dichte verwirrter Versetzungen hervorgerufen wird. Die Subst'ruktureri der Versetzungen. die wahrend der Deformation bei hoheren Temperaturen erzeugt werden, stimmm neitgehend mit den Sabstrukturen iiberein, die bei der Temperung eines verfestigten Kristalls entwickelt werdm. Es gibt Hinweise dafur, da13 die Geschwindigkeit dieser Erholung stark von der Konzentrat,ion des anwesenden Wasserstoffs abhLngt, was durch den EinflitB dieser Verunreinigungen auf das Klettern der Versetzungen hervorgcrufen wird. Es wird deshalb vorgeschlagen, daB die gut bekannte hydrolytische En tfestigung von Quarz dann auftritt, wenn die Erholungarate die Verfestigungsrate iibersteigt. Diese Hypothese sagt die beobachtete Anderung der hydrolytischen Entfestigungstemperatur mit der Wasscrstoffionzentration, Verformiiiigsgeschwindigkeit und Kristallorientierung voraus.

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