4材料科学基础习题库-第4章-扩散.doc

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℃=8×10-12cm2/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=2.00×10-10exp（-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8×10-8 mol/m3，若D=2.2×10-6m2/s,试确定： （1）??? （2）??? .????? 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。 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）??? （2）??? （3）??? （4）??? z值越小，导致扩散系数下降。 （5）??? 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t0的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设 =2.0×10-5exp(-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(C)=0.8%需要保温多长时间？（在此温度碳的扩散系数为 1.6?10-11 m2/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?10-14 m2/s 和 5.3?10-13 m2/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 么？ 7） 说明间隙原子扩散与置换原子扩散的扩散激活能含义的区别。 8） 为什么刚从高温淬火到某一低温的金属的