《材料科學(xué)基礎(chǔ)》第四章習(xí)習(xí)題

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)第四章 固體中原子即分子的運(yùn)動1.名詞:擴(kuò)散 自擴(kuò)散 互擴(kuò)散 擴(kuò)散系數(shù) 互擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散激活能 擴(kuò)散通量 上坡擴(kuò)散 間隙擴(kuò)散 空位擴(kuò)散 原子遷移 界面擴(kuò)散 表面擴(kuò)散 柯肯達(dá)爾效應(yīng) 反應(yīng)擴(kuò)散 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散 2. 設(shè)有一條內(nèi)徑為30mm的厚壁管道，被厚度為的鐵膜隔開，通過管子的一端向管內(nèi)輸入氮?dú)?，以保持膜片一?cè)氮?dú)鉂舛葹?200mol/m3，而另一側(cè)的氮?dú)鉂舛葹?00 mol/m3，如在700下測得通過管道的氮?dú)饬髁繛?#215;10-8mol/s，求此時氮?dú)庠阼F中的擴(kuò)散系數(shù)。 解：通過管道中鐵膜的氮?dú)馔繛?膜片兩側(cè)氮濃度梯度為：據(jù)Ficks First Law： 3. 有一硅單晶片，厚

2、，其一端面上每107個硅原子包含兩個鎵原子，另一個端面經(jīng)處理后含鎵的濃度增高。試求在該面上每107個硅原子須包含幾個鎵原子，才能使?jié)舛忍荻瘸蔀?×1026 atoms/m3，硅的點(diǎn)陣常數(shù)為。 4. 950下對純鐵進(jìn)行滲碳，并希望在的深度得到w1(C)=%的碳含量。假設(shè)表面碳含量保持在w2(C)=%，擴(kuò)散系數(shù) 為DFe=10-10m2/s，計(jì)算為達(dá)到此要求至少要滲碳多少時間。5. 在一個富碳的環(huán)境中對鋼進(jìn)行滲碳，可以硬化鋼的表面。已知在1000下進(jìn)行這種滲碳熱處理，距離鋼的表面1-2mm處，碳含量從x 5減到x4。估計(jì)在近表面區(qū)域進(jìn)入鋼的碳原子的流人量J（atoms/m2s）。(-Fe

3、在1000的密度為cm3，碳在-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)Do×10-5 m2/s，激活能Q142kJ/mol)。6. 有兩種激活能分別為Q1mol和Q2251kJ/mol的擴(kuò)散反應(yīng)。觀察在溫度從25升高到600時對這兩種擴(kuò)散的影響，并對結(jié)果進(jìn)行評述。 7. 對碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為%的鋼進(jìn)行滲碳，滲碳時鋼件表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持為%，要求在其表面以下2mm處碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為%，若 ，求滲碳所需的時間，若想將滲碳厚度增加一倍，需多少滲碳時間8. 為什么鋼鐵零件滲碳溫度一般要選擇在-Fe相區(qū)中進(jìn)行若不在相區(qū)進(jìn)行會有什么結(jié)果 答：因-Fe中的最大碳熔解度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))只有，對于含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于的鋼鐵在滲碳時零件

4、中的碳濃度梯度為零，滲碳無法進(jìn)行，即使是純鐵，在相區(qū)滲碳時鐵中濃度梯度很小，在表也不能獲得高含碳層；另外，由于溫度低，擴(kuò)散系數(shù)也很小，滲碳過程極慢，沒有實(shí)際意義。-Fe中的碳固溶度高，滲碳時在表層可獲得較高的碳濃度梯度使?jié)B碳順利進(jìn)行。9.指明菲克第二定律的適用條件。 10. 已知銅在鋁中擴(kuò)散時，, ,計(jì)算27及527時的擴(kuò)散系數(shù)，并用所得數(shù)據(jù)討論溫度對擴(kuò)散系數(shù)的影響。11. 一塊含%C的碳鋼在930滲碳，滲到的地方碳的濃度達(dá)到%。在t>0的全部時間，滲碳?xì)夥毡３直砻娉煞譃?%，假設(shè) =×10-5exp(-140000/RT) (m2/s)，(a) 計(jì)算滲碳時間；(b) 若將滲層加深一倍，則需多長時間(c) 若規(guī)定%C作為滲碳層厚度的量度，則在930滲碳10小時的滲層厚度為870滲碳10小時的多少倍 12. 設(shè)純鉻和純鐵組成擴(kuò)散偶，擴(kuò)散1h后，Matano平面移動了×10-3cm。已知摩爾分?jǐn)?shù)xCr時， 126/m(z為擴(kuò)散距離)，互擴(kuò)散系數(shù) ×10-9 m2/s，試求Matano面的移動速度和鉻、鐵的本征擴(kuò)散系數(shù)DCr，DFe (實(shí)驗(yàn)測得Mata面移動距離的平方與擴(kuò)散時間之比