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1、第四章-擴散第四章-擴散1在恒定源條件下820時，鋼經(jīng)1小時的滲碳，可得到一定厚度的表面滲碳層，若在同樣條件下要得到兩倍厚度的滲碳層需要幾個小時?2在不穩(wěn)定擴散條件下800時，在鋼中滲碳100分鐘可得到合適厚度的滲碳層，若在1000時要得到同樣厚度的滲碳層，需要多少時間（D 0=2.410-12m 2sec ：D 1000=310-11m 2sec ）?4在制造硅半導體器體中，常使硼擴散到硅單品中，若在1600K 溫度下保持硼在硅單品表面的濃度恒定(恒定源半無限擴散)，要求距表面10-3cm 深度處硼的濃度是表面濃度的一半，問需要多長時間（已知D1600=810-12cm 2/sec ；當5.

2、02=Dt xerfc 時，5.02Dt x ）？5Zn2+在ZnS 中擴散時，563時的擴散系數(shù)為310-14cm2/sec;450時的擴散系數(shù)為1.010-14cm2/sec ，求：1）擴散的活化能和D 0；2）750時的擴散系數(shù)。6實驗冊的不同溫度下碳在鈦中的擴散系數(shù)分別為210-9cm2/s(736)、510-9cm2/s(782)、1.310-8cm2/s(838)。a)請判斷該實驗結(jié)果是否符合)exp(0RT G D D ?-=，b)請計算擴散活化能（J/mol ），并求出在500時的擴散系數(shù)。7在某種材料中，某種粒子的晶界擴散系數(shù)與體積擴散系數(shù)分別為Dgb=2.0010-10ex

3、p （-19100/T ）和Dv=1.0010-4exp(-38200/T)，是求晶界擴散系數(shù)和溫度擴散系數(shù)分別在什么溫度范圍內(nèi)占優(yōu)勢？8. 能否說擴散定律實際上只要一個，而不是兩個？9. 要想在800下使通過Fe 箔的氫氣通氣量為210-8mol/(m 2s),鐵箔兩側(cè)氫濃度分別為310-6mol/m 3和810-8 mol/m 3，若D=2.210-6m 2/s,試確定：（1） 所需濃度梯度；（2） 所需鐵箔厚度。10. 在硅晶體表明沉積一層硼膜，再在1200下保溫使硼向硅晶體中擴散，已知其濃度分布曲線為)4ex p(2),(2Dt x DT Mt x c -=若M=51010mol/m2

4、,D=410-9m2/s;求距表明8m處硼濃度達到1.71010 mol/m3所需要的時間。11. 若將鋼在870下滲碳，欲獲得與927下滲碳10h相同的滲層厚度需多少時間（忽略927和870下碳的溶解度差異）？若兩個溫度下都滲10h，滲層厚度相差多少？12. CuAl組成的互擴散偶發(fā)生擴散時，標志面會向哪個方向移動？14. 將一根高碳鋼長棒與純鐵棒對焊起來組成擴散偶，試分析其濃度分布曲線隨時間的變化規(guī)律。15. 為什么鋼鐵零件滲碳溫度一般要選擇相區(qū)中進行？若不在相區(qū)進行會有什么結(jié)果？16. 指出以下概念中的錯誤。（1）如果固溶體中不存在擴散流，則說明原子沒有擴散。（2）因固體原子每次跳動方向

5、是隨機的，所以在沒有任何擴散情況下擴散通量為零。（3）晶界上原子排列混亂，不存在空位，所以空位機制擴散的原子在晶界處無法擴散。（4）間隙固溶體中溶質(zhì)濃度越高，則溶質(zhì)所占的間隙越多，供擴散的空余間隙越少，即z值越小，導致擴散系數(shù)下降。（5）體心立方比面心立方的配位數(shù)要小，故由261fzPaD關系式可見，F(xiàn)e中原子擴散系數(shù)要小于Fe中的擴散系數(shù)。14. 一塊含0.1%C的碳鋼在930滲碳，滲到0.05cm的地方碳的濃度達到0.45%。在t0的全部時間，滲碳氣氛保持表面成分為1%，假設=2.010-5exp(-140000/RT) (m2/s)，(a) 計算滲碳時間；(b) 若將滲層加深一倍，則需多

6、長時間？(c) 若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚度的量度，則在930滲碳10小時的滲層厚度為870滲碳10小時的多少倍？15. 有兩種激活能分別為E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的擴散反應。觀察在溫度從25升高到600時對這兩種擴散的影響，并對結(jié)果作出評述。16. 回答以下問題1）擴散過程一定需要有濃度梯度存在嗎？擴散一定是原子從濃度高處向濃度低處流動嗎？2）原始成分w(C)=0.2%的碳鋼，在950C 滲碳氣氛中滲碳，距表面0.5mm 處碳濃度達到w(C)=0.8%需要保溫多長時間？（在此溫度碳的擴散系數(shù)為-11 m2/s，工件尺寸比0.5mm 大得多，工件可視為無限大）3）

7、在500C 和600C 下Cu 在Al 中的擴散系數(shù)分別為-14 m2/s 和-13 m2/s。問在600C 擴散獲得與500C 擴散10小時大約相同的效果，應該保溫多長時間？4）Kirkendall 效應說明什么問題？為什么Kirkendall 效應能間接證明擴散機制是原子與空位換位機制？5）為什么換發(fā)生上坡擴散？在什么條件下會發(fā)生上坡擴散？6）擴散系數(shù)近似看作與濃度無關時，擴散方程通常有哪幾種解？它們各自使用的條件是什么？7）說明間隙原子擴散與置換原子擴散的擴散激活能含義的區(qū)別。8）為什么剛從高溫淬火到某一低溫的金屬的擴散系數(shù)要比原來放置在此溫度的金屬的擴散系數(shù)大很多？9）為什么多晶體的擴

8、散系數(shù)比單晶體的擴散系數(shù)大？它們之間的差異在低溫大些還是在高溫時大些？為什么？10）離子晶體中擴散有哪些不同與金屬晶體擴散的特點？11）影響擴散系數(shù)的主要因素有哪些？17. 一塊厚鋼板，w(C)=0.1，在930滲碳，表面碳濃度保持w(C)=1，設擴散系數(shù)為常數(shù)，D=0.738exp-158.98(kJ/mol)/RT（cm2?s-1）。（1）問距表面0.05cm 處碳濃度w(C)升至0.45所需要的時間。（2）若在距表面0.1cm 處獲得同樣的濃度（0.45%）所需時間又是多少?導出在擴散系數(shù)為常數(shù)時，在同一溫度下滲入距離和時間關系的一般表達式。（3）問要在什么溫度下滲碳才能在上題求出距表面0.05cm 處獲得碳濃度w(C)為0.45%所需要的相同時間內(nèi)使距表面0.1cm 處獲得0.45%的碳濃度?18. -Fe 薄板中含有一定量的氫，均勻分布。在20下脫氫。設表面濃度為零，若薄板厚度為10mm，問把全部氫的90除掉要多長時間?氫在-Fe 中的擴散系數(shù)：D0=0.0011cm2/s-1，Q=11.53kJ/mol-1。除了用解析解外，設計一個程序，用計算機求解，對比所得結(jié)果。