材料科学基础扩散习题解答.doc

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1、扩散习题1.说明下列概念的物理意义：（1）扩散通量；（2）扩散系数；（3）稳态扩散和非稳态扩散；（4）克根达耳效应；（5）互扩散系数；（6）间隙式扩散；（7）空位机制；（8）扩散激活能；（9）扩散驱动力；（10）反应扩散；（11）热力学因子。2.如图所示，在Ni和Ta中间插入一个0.05cm厚的MgO层作为扩散屏障以阻止Ni和Ta两种金属之间的相互作用。在1400℃时，Ni原子能穿过MgO层扩散到Ta中。计算：①每秒钟通过MgO层的Ni原子数；②Ni原子层减少一微米厚度所需的时间是多少？已知Ni原子在MgO中的扩散系数是9×10－12cm2/s，且1400℃时Ni原子的晶格常数为3.6×1

2、0－8cm。被MgO层隔离开的Ni和Ta扩散偶解：在Ni和MgO界面上Ni的浓度为：在Ta和MgO界面上Ni的浓度应为0，所以浓度梯度为：Ni通过MgO的扩散通量为：因此，每秒钟透过界面的Ni原子总数为：在一秒钟之内，从Ni/MgO界面扩散出去的Ni原子的体积为：则Ni层每秒钟减少的厚度为：由此可得，Ni层减少一微米所需的时间为：3.设碳原子在铁中的八面体间隙三维空间中跃迁。(1)试证明碳原子在在γ铁中扩散系数，其中a为点阵常数，Γ为间隙原子的跳动频率。(2)跃迁的步长为2.53×10－10m。γ铁在925℃渗碳4h，碳原子跃迁频率为Γ＝1.7×109/s，求碳原子总迁移路程S和碳原子总迁

3、移的均方根位移。4.对含碳0.1％的碳钢工件在900℃进行渗碳处理。表面保持1.2％C的渗碳气氛。要求距工件表面0.2cm处含碳0.45％，已知碳在奥氏体中扩散系数。计算：(1)渗碳时间；(2)如果要求距工件表面0.3cm处含碳0.45％，渗碳时间延长多少倍。(3)如果渗碳温度为800℃，示意画出工件相分布与碳浓度分布。