固体中的扩散复习题.docVIP

1.????? 能否说扩散定律实际上只要一个，而不是两个？ ? 2.????? 要想在800℃下使通过α－Fe箔的氢气通气量为2×10-8mol/(m2·s),铁箔两侧氢浓度分别为3×10-6mol/m3和8×10-8 mol/m3，若D=2.2×10-6m2/s,试确定： （1）??? 所需浓度梯度； （2）??? 所需铁箔厚度。 ? 3.????? 在硅晶体表明沉积一层硼膜，再在1200℃下保温使硼向硅晶体中扩散，已知其浓度分布曲线为 若M=5×1010mol/m2,D=4×10-9m2/s;求距表明8μm处硼浓度达到1.7×1010 mol/m3所需要的时间。 ? 4.??? 若将钢在870℃下渗碳，欲获得与927℃下渗碳10h相同的渗层厚度需多少时间（忽略927℃和870℃下碳的溶解度差异）？若两个温度下都渗10h，渗层厚度相差多少？ ? 5.??? Cu－Al组成的互扩散偶发生扩散时，标志面会向哪个方向移动？ ? 6.????? 设A,B元素原子可形成简单立方点阵固溶体，点阵常数a＝0.3nm，若A,B原子的跳动频率分别为10-10s-1和10-9s-1，浓度梯度为1032原子/m4,计算A,B原子通过标志界面的通量和标志面移动速度。 ? ? 7.????? 根据无规行走模型证明：扩散距离正比于。 ? 8.????? 将一根高碳钢长棒与纯铁棒对焊起来组成扩散偶，试分析其浓度分布曲线随时间的变化规律。 ? 9.????? 以空位机制进行扩散时，原子每次跳动一次相当于空位反向跳动一次，并未形成新的空位，而扩散激活能中却包含着空位形成能，此说法是否正确？请给出正确解释。 ? 10.? 间隙扩散计算公式为,为相邻平行晶面的距离，为给定方向的跳动几率，为原子跳动频率； （1）??? 计算间隙原子在面心立方晶体和体心立方晶体的八面体间隙之间跳动的晶面间距与跳动频率； （2）??? 给出扩散系数计算公式（用晶格常数表示）； （3）??? 固熔的碳原子在925℃下，20℃下，讨论温度对扩散系数的影响。 ? 11.? 为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择γ相区中进行？若不在γ相区进行会有什么结果？ ? 12.? 钢铁渗碳温度一般选择在接近但略低于Fe－N系共析温度（500℃），为什么？ ? 13.? 对掺有少量Cd2+的NaCl晶体，在高温下与肖脱基缺陷有关有关的Na+空位数大大高于与Cd2+有关的空位数，所以本征扩散占优势；低温下由于存在Cd2+离子而造成的空位可使Na+离子的扩散加速。试分析一下若减少Cd2+浓度，会使图5-5转折点温度向何方移动？ ? 14.? 三元系发生扩散时，扩散层内能否出现两相共存区域，三相共存区？为什么？ ? 15.? 指出以下概念中的错误。 （1）??? 如果固溶体中不存在扩散流，则说明原子没有扩散。 （2）??? 因固体原子每次跳动方向是随机的，所以在没有任何扩散情况下扩散通量为零。 （3）??? 晶界上原子排列混乱，不存在空位，所以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散。 （4）??? 间隙固溶体中溶质浓度越高，则溶质所占的间隙越多，供扩散的空余间隙越少，即z值越小，导致扩散系数下降。 （5）??? 体心立方比面心立方的配位数要小，故由关系式可见，α－Fe中原子扩散系数要小于γ－Fe中的扩散系数。 9．? 此说法不正确。固体中的宏观扩散流不是单个原子定向跳动的结果，扩散激活能也不是单个原子迁：移时每一次跳动需越过的能垒，固体中原子的跳动具有随机性质，扩散流是固体中扩散物质质点(如原子，离子)随机跳动的统计结果的宏观体现，当晶体中的扩散以空位机制进行时，晶体中任何一个原子在两个平衡位置之间发生跳动必须同时满足两个条件： (2)??? 该原子具有的能量必须高于某一临界值?Gf，即原子跳动激活能，以克服阻碍跳动的阻力； (3)??? 该原子相邻平衡位置上存在空位。 根据统计热力学理论，在给定温度T下，晶体中任一原子的能量高于?Gf 的几率Pf，即晶体中能量高于?Gf的原子所占原子百分数为 而晶体中的平衡空位浓度Cv，即任一原子平衡位置出现空位的几率Pv，为 显然，某一瞬间晶体中原子发生一次跳动的几率为 P也等于该瞬间发生跳动原子所占的原子百分数。其中Q＝?Gf＋?Gv，就是空位扩散机制的扩散激活能。 ? 11．????????????? 因α-Fe中的最大碳熔解度(质量分数)只有0.0218％，对于含碳质量分数大于0.0218％的钢铁在渗碳时零件中的碳浓度梯度为零，渗碳无法进行，即使是纯铁，在α相区渗碳时铁中浓度梯度很小，在表也不能获得高含碳层；另外，由于温度低，扩散系数也很小，渗碳过程极慢，没有实际意义。γ-Fe中的碳固溶度高，渗碳时在表层可获得较高的碳浓度梯度使渗碳顺利进行。