材料科学基础习题库第章扩散

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1、第四章--扩散1．在恒定源条件下820℃时，钢经1小时的渗碳，可得到一定厚度的表面渗碳层，若在同样条件下．要得到两倍厚度的渗碳层需要几个小时?2．在不稳定扩散条件下800℃时，在钢中渗碳100分钟可得到合适厚度的渗碳层，若在1000℃时要得到同样厚度的渗碳层，需要多少时间（D0=2.4×10-12m2／sec：D1000℃=3×10-11m2／sec）?4．在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单品中，若在1600K温度下．保持硼在硅单品表面的浓度恒定(恒定源半无限扩散)，要求距表面10-3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时间（已知D1600℃=8×1

2、0-12cm2/sec；当时，）？5．Zn2+在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-14cm2/sec;450℃时的扩散系数为1.0×10-14cm2/sec，求：1）扩散的活化能和D0；2）750℃时的扩散系数。6．实验册的不同温度下碳在钛中的扩散系数分别为2×10-9cm2/s(736℃)、5×10-9cm2/s(782℃)、1.3×10-8cm2/s(838℃)。a)请判断该实验结果是否符合，b)请计算扩散活化能（J/mol℃），并求出在500℃时的扩散系数。7．在某种材料中，某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为Dgb=2.00×10-10

3、exp（-19100/T）和Dv=1.00×10-4exp(-38200/T)，是求晶界扩散系数和温度扩散系数分别在什么温度范围内占优势？8.能否说扩散定律实际上只要一个，而不是两个？9.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8×10-8mol/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。10.     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、4×10-9m2/s;求距表明8μm处硼浓度达到1.7×1010mol/m3所需要的时间。11.   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？12.  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？14.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。15. 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？16. 指出以下概念中的错误。（1）   如果固溶体中不存在扩散

5、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。14.一块含0.1%C的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%。在t>0的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设=2.0×10-

6、5exp(-140000/RT)(m2/s)，(a)计算渗碳时间；(b)若将渗层加深一倍，则需多长时间？(c)若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？15.有两种激活能分别为E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的扩散反应。观察在温度从25℃升高到600℃时对这两种扩散的影响，并对结果作出评述。16.回答以下问题1）扩散过程一定需要有浓度梯度存在吗？扩散一定是原子从浓度高处向浓度低处流动吗？2）原始成分w(C)=0.2%的碳钢，在950°C渗碳气氛中渗碳，距表面0.5mm处碳浓度达到w(

7、C)=0.8%需要保温多长时间？（在此温度碳的扩散系数为1.6´10-11m2/s，工件尺寸比0.5mm大得多，工件可视为无限大）3）在500°C和600°C下Cu在Al中的扩散系数分别为4.8´10-14m2/s和5.3´10-13m2/s。问在600°C扩散获得与500°C扩散10小时大约相同的效果，应该保温多长时间？4）Kirkendall效应说明什么问题？为什么Kirkendall效应能间接证明扩散机制是原子与空位换位机制？5）为什么换发生上坡扩散？在什么条件下会发生上坡扩散？6）扩散系数近似看作与浓度无关时，扩散方程通常有哪几种解？它们各自使用的条件是什

8、么？7）说