석영 집합체의 유동 강도: 수화 약화로 인한 입자 크기와 압력 효과

노바쿨라이트와 석영암은 1.2–211μm의 입자 크기로, 압축 압력이 350–1620MPa인 조건에서 일정한 변위 속도 및 일정한 비편차 응력 하에 실험적으로 변형되었다. 이는 석영암의 유변학에 대한 입자 크기와 압력의 효과를 결정하기 위함이었다. 샘플에 사용할 수 있는 물의 양은 여러 개의 대체적으로 동일한 물 농도에서 모든 샘플의 유동 강도를 비교할 수 있도록 다양하게 조정되었다; 샘플은 800°C에서 진공 건조되어 12시간 동안 방치되거나, 있는 그대로 두거나, 0.03–0.4 중량 %의 물이 추가된 Pt 재킷에 밀봉되었다. 800°C 및 10−6/s−1의 조건에서 0.4 중량 %의 물 존재 하에 변형된 노바쿨라이트는 압축 압력이 350–1590MPa 범위에서 증가하는 압축 압력에 따라 유동 강도가 지속적으로 감소하는 것을 보인다. 높은 압축 압력인 950–1600MPa에서, 일정한 변위 속도 실험은 세 가지 뚜렷한 입자 크기 효과를 보여주는데, 이는 세 가지 수준의 물 농도에 해당한다: (1) 진공 건조 샘플에 대한 '입계 경화', (2) 있는 그대로의 샘플에 대한 입자 크기 독립적인 강도, 그리고 (3) 물 존재 하에 변형된 샘플에 대한 '입계 약화'이다. 입계-변위 상호작용이 입계 경화로 이어지거나 입계 미끄러짐이 약화로 이어질 수 있지만, 기계적 데이터의 세부 사항은 미세 구조 관찰과 결합하여 기존의 내재적 입계 효과 모델과 일치하지 않는다. 대신, 강도-입자 크기 관계는 구조적으로 포함된 물의 변화로 해석되는데, 이는 입계로부터 물의 확산에 의해 통제된다. 마지막으로, 일정한 응력 실험은 크리프에 대한 활성화 에너지 Q와 응력 지수 n이 입자 크기에 의존하지 않음을 보여준다. 따라서 관찰된 서로 다른 강도는 비율지수 항에 포함되어야 한다. 하지만 Q와 n은 사용 가능한 물의 양이 증가함에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 보이며, 진공 가열 샘플의 경우 Q = 300 kJ/mol 및 n ≃ 4에서 물 추가 샘플의 경우 Q = 130 kJ/mol 및 n = 2.6로 감소한다.