《扩散与固相反应》PPT课件

《《扩散与固相反应》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六、七章扩散与固相反应习题课第五章、第六章习题课1、扩散的动力学方程2、扩散的热力学方程3、扩散机制和扩散系数空位扩散机制：间隙扩散机制：一般形式：D＝D0exp(－G/RT)4、固相中的扩散EFLnD1/T(本征扩散)(非化学计量扩散)(非本征扩散或杂质扩散)5、固相反应的动力学方程化学动力学范围：扩散动力学范围：扩散1非稳定扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化。稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。2无序扩散：无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散。质点的扩散是无序的、随机的。3互扩散：多元系统往往存在着几种离子同时进行的扩散，有浓度差的空

2、间扩散称为互扩散。互扩散推动力：化学位梯度。4间隙扩散：质点沿间隙位置扩散。5本征扩散：主要出现了肖特基和弗兰克尔点缺陷，由此点缺陷引起的扩散为本征扩散（空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移）。非本征扩散：空位来源于掺杂而引起的质点迁移。6.菲克第一定律：J=-Ddc/dx，菲克第一定律应用于稳定扩散菲克第二定律：dc/dt=Dd2c/dx2，菲克第二定律应用于非稳定扩散。7、根据扩散的热力学理论，扩散的推动力是化学位梯度，而发生逆扩散的条件是热力学因子小于零。8本征扩散是由（）而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由（）和（）两部分组成，扩散系数与温度的关系式

3、为：（）。（A）空位来源于晶体结构中本征热缺陷，（B）空位形成能，（C）空位迁移能，（D）D=D0exp[-Q/(RT)]9正扩散和逆扩散正扩散：当热力学因子>0时，物质由高浓度处流向低浓度处，扩散结果使溶质趋于均匀化，Di>0。逆扩散：当热力学因子<0时，物质由低浓度处流向高浓度处，扩散结果使溶质偏聚或分相，Di<0。10简述固体内粒子的迁移方式有几种?易位，环转位，空位扩散，间隙扩散，推填式。11、浓度梯度是扩散的推动力，物质总是从高浓度处向低浓度处扩散。解：在KCl晶体中掺入10-5mo1％CaCl2，缺陷方程为：则掺杂引起的空位浓度为欲使扩散以热缺陷为主，则

4、即即解得T>936.5K例:在KCl晶体中掺入10-5mo1％CaCl2，低温时KCl中的K+离子扩散以非本征扩散为主，试回答在多高温度以上，K+离子扩散以热缺陷控制的本征扩散为主？（KCl的肖特基缺陷形成能ΔHs=251kJ/mol，R=8.314J/mo1·K）（8分）3欲使Ca2+在CaO中的扩散直至CaO的熔点(2600℃)都是非本征扩散，要求三价杂质离子有什么样的浓度？试对你在计算中所作的各种特性值的估计作充分说明。(已知CaO的Schtty缺陷形成能为6eV)解：Ca2+在CaO中的扩散机制为空位扩散，其Schtty缺陷浓度为故当CaO加热至熔点(2600

5、℃)时Schtty缺陷浓度为所以欲使Ca2+在CaO中的扩散到其熔点均是非本征扩散，应使M3＋离子产生的远大于热缺陷空位浓度因为空位扩散机制的扩散系数M3＋进入CaO晶格，将发生下面缺陷反应：因此，杂质离子M3＋的浓度应远大于两倍的热缺陷空位浓度。[M3+]>>2×5.44×10-6＝1.088×10-56试讨论从室温到熔融温度范围内，氯化锌添加剂(10-4mol%)对NaCl单晶中所有离子(Zn、Na和Cl)的扩散能力的影响。定性分析：当NaCl中溶有少量ZnCl2时，Na+的扩散系数一方面受缺陷浓度(Schtty缺陷：V/Na+V.Cl)影响，另一方面受由于引入

6、Zn2+而形成的影响。但可认为：当温度较低时，由Zn2+的引入而产生的对Na+扩散系数影响是主要的；而当温度较高时，Na+的本征扩散将占优势。在整个温度范围内，Cl-的扩散均以本征扩散为主。因为Zn2+的引入并不明显改变Cl-亚点阵的情况。答：低温时,以杂质扩散为主,ZnCl2的加入对Na离子的扩散能力有扩散作用,而对氯离子的扩散能力影响不大,在高温条件下,本征扩散为主要形式,ZnCl2的加入影响可忽略.定量计算：可查得NaCl的SchttKy缺陷形成能E＝2.3eV要使NaCl的SchttKy缺陷浓度达到10-6，则温度必须大于由下式所决定的临界温度Tc：8.答：①

7、Q=48.9kJ,D0=0.39cm2/s②质点处于其他质点作用的三位势阱中作周期性振动,若要摆脱其他质点的束缚,必须具有克服势阱作用的能量,这部分能量称为激活能,激活能包括迁移能和缺陷形成能.③D∝PS2-1/4,硫分压越小,D越大,硫分压增大,D减小.10.答：①扩散流的产生需要一个推动力,但在宏观上不存在扩散流,只要有一定温度,原子之间存在杂乱无章的自扩散.②当有外力作用,如处于电场中,扩散流量不为零,只有在平衡状态下,扩散流量为零.③晶界上原子所受束缚力低,其能量/振动频率搞,迁移能力强,其原子迁移到内部相党羽空位的反向扩散,不仅存在扩散,其