第六章扩散

1第六章扩散6-1试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况并以pD2形式写出其扩散系数（设点阵常数为a）。注：式中为跃迁自由程；p迁几率；为跃迁频率。6-2设有一种由等直径的A，B原子组成的固溶体。该固溶体具有简立方的晶体结构，点阵常数a=3Å，且A原子在固溶体中分布成直线变化，在0.12nm距离内由0.15％增至0.63％（原子）。又设A原子跃迁颇率)(sec1016，试求每秒内通过单位截面A的原子数。6-3碳原子在体心立方铁中的扩散系数)/1084exp(100.256RTD，求当振动频率为13sec10,迁移自由程＝1.43Å时的RS/6-4氢在金属中容易扩散，当温度较高、压强较大时，用金属容器贮存氢气极易渗漏。试讨论稳定状态下金属容器中的氢通过器壁扩散渗漏的情况并提出减少氢扩散逸失的措施。6-5欲使2MgO在MgO中的扩散直至MgO的熔点都是本征扩散，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的说明。6-6若认为晶界的扩散通道宽度一般为5Å，试证明原子通过晶界扩散和晶格扩散的重量之比为VgbQDd910。其中d晶体扩散系数。VgbQD,分别为晶界扩散系数和晶体扩散系数。6-7（a）已知银的体积自扩散系数125sec102.7mDr,1310190molJQV晶界扩散系数125sec104.1mDgb，131090molJQgb。试求银在927℃及727℃时gbD和rD的比值。（b）若实验误差为5％,试讨论当晶粒平均直径d=10－4m时，于927℃和727℃下能否察觉到纯银的晶界扩散效应。6-8试从D－T图查出（1）CaO在1145℃和1393℃时的扩散系数，（2）A12O3在1396℃和1716℃时的扩散系数。并计算CaO和A12O3中Ca2＋和A13＋的扩散活化能Q和系数D0。6-9在一定温度下，若扩散退火的时间加倍，那么扩散物质的平均渗透深度将2增加几倍？6-10试计算在相应于D＝1.0×10－8cm2/sec的温度下经40小时真空脱气处理后下列物体中残留氢的相对含量（假定物体中原始氢浓度分布均匀）：（a）3×1.2×0.1m的钢板（b）3×0.1×0.1m的钢坯（c）0.2×0.1×0.1m的钢坯6-11已知CoO正离子面心立方亚点阵。现由电导法姆得CoXO般化学扩散系数与温度有如下关系:)/24000exp(1033.4~3RTD并测得氧分压对结构中Co2+离子浓度影响的对数关系为310877.6loglogooaXc试计算Co2+离子自扩散系数以及预计若用示踪法测试Co2+离子自扩散系数之可能值为多少？6-12试讨论从室温到熔融温度范围内，氧化锌添加剂(10-4mol％)对NaCl单晶中所有离子（Zn,Na,Cl）的扩散能力的影响。6-13利用电导与温度的依赖关系求得的扩散系数和用示踪原子等方法直接测得的值常常不一样，试分析其原因。6-14由MgO和Fe2O3时，预先在界面上埋入标志物，然后让其进行反应,（a）若反应是由Mg2＋和Fe3+互扩散进行的，标志物的位置将如何改变？（b）当只有Fe3＋和O2－共同向MgO中扩散时，情况又如何？（c）在存在氧化还原反应的情况下，Fe3＋和Mg2＋互扩散时，标志物又将如何移动？6-15根据ZnS烧结的数据测定了扩散系数，在563℃时，测得扩散系数为3×10－4cm2/sec；在450℃时则为1.0×10－4cm2/sec,（1）试确定活化能Q和系数DO；（2）根据你对ZnS结构的了解，请从缺陷的产生和运动的观点来推断活化能的含义；（3）根据ZnS和ZnO相互类似，预测D随硫分压改变而变化的关系。6-16（1）试推测在贫铁的Fe3O4中铁离子扩散系数与氧分压的关系。（2）推测在铁过剩的Fe2O3中氧分压与氧扩散的关系。6-17设体积扩散与晶界扩散活化能间关系为gbQ=1/2VQ，试画出其1nD～1/T曲线，并分析在哪个温度范围内，晶界扩散超过体积扩散。6-18碳、氮和氢在体心立方铁中的活化能分别为20、18和3kcae/mol，试对此差异进行分析。6-19Co2+在CoO中Fe2＋在FeO中扩散活化能异常低离子的扩散系数（见下3表），请分析其原因。一些离子材料中离子扩散活化能（Kcal/mol）离子/基质激活能离子/基质激活能Fe2＋/FeO23Mg2＋/MgO83O2－/UO236Ca2＋/CaO77U2＋/UO276Al3+/A12O3114Co2＋/CoO25Be2＋/BeO66Fe3＋/Fe2O348Ti4＋/TiO260Cr3＋/NiCr2O376Zr4＋/ZrO2746-20在一种柯肯达尔扩散中，假定（1）晶体为简单立方结构；（2）单位体积内原子数为品常数1023；（3）A原子的跃迁频率为1010see－1，B原子跃迁频率为l09sec-1；（4）点阵常数a=2.5Å；（5）浓度梯度为103％（原子）cm－1；（6）截面面积为0.25cm2试求A，B原子通过标志界面的扩散通量，以及标志界面移动速度。