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4材料科学基础习题库-第4章-扩散.doc

发布:2016-06-26约2.5千字共6页下载文档
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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
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