第七章扩散与固相反应一、名词解释1.扩散;2.扩散系数与扩散通量;3.本征扩散与非本征扩散;4.自扩散与互扩散;5.无序扩散与晶格扩散;6.稳定扩散与不稳定扩散:7.反常扩散(逆扩散);8.固相反应二、填空与选择1.晶体中质点的扩散迁移方式有、、、和。2.当扩散系数的热力学因子为时,称为逆扩散。此类扩散的特征为,其扩散结果为使或。3.扩散推动力是。晶体中原子或离子的迁移机构主要分为两种:和。4.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碳层,同样条件下,要得到两倍厚度的渗碳层需小时.5.本征扩散是由而引起的质点迁移,本征扩散的活化能由和两部分组成,扩散系数与温度的关系式为。6.菲克第一定律适用于,其数学表达式为;菲克第二定律适用于,其数学表达式为。7.在离子型材料中,影响扩散的缺陷来自两个方面:(1)肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷(热缺陷),(2)掺杂点缺陷。由热缺陷所引起的扩散称,而掺杂点缺陷引起的扩散称为。(自扩散、互扩散、无序扩散、非本征扩散)8.在通过玻璃转变区域时,急冷的玻璃中网络变体的扩散系数,一般相同组成但充分退火的玻璃中的扩散系数。(高于、低于、等于)9.在UO2晶体中,O2-的扩散是按机制进行的。(空位、间隙、掺杂点缺陷)10.杨德尔方程是基于模型的固相方程,金斯特林格方程是基于模型的固相方程。三、浓度差会引起扩散,扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么?四、试分析离子晶体中,阴离子扩散系数-般都小于阳离子扩散系数的原因。五、试从结构和能量的观点解释为什么D表面>D晶面>D晶内。六、碳、氮氢在体心立方铁中扩散的激活能分别为84、75和13kJ/mol,试对此差异进行分析和解释。七、欲使Ca2+在CaO中的扩散直至CaO的熔点(2600℃)都是非本征扩散,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说明(已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV)。八、已知氢和镍在面心立方铁中的扩散系数为:和,试计算1000℃的扩散系数,并对其差别进行解释。九、假定碳在α-Fe(体心立方)和γ-Fe(面心立方)中的扩散系数分别为:;,计算800℃时各自的扩散系数,并解释其差别。十、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,)?十一、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:(a)扩散的活化能和D0;(b)750℃时的扩散系数;(c)根据你对结构的了解,请从运动的观点和缺陷的产生来推断活化能的含义;(d)根据ZnS和ZnO相互类似,预测D随硫的分压而变化的关系。十二、铁870℃与927℃的渗碳相比较,其优点是热处理后可获得细小晶粒。(a)计算以上两种温度下C的扩散系数(已知C在铁中扩散系数D0=2.0×10-5m2/s,扩散激活能Q=140×103J/mol);(b)计算870℃渗碳需要多少时间才可以达到927℃渗碳10小时的渗层厚度;(c)若渗层厚度测至C含量为0.30%处,试问870℃渗碳10小时所达到的渗层厚度为927℃渗碳相同时间所得的渗层厚度的比值。十三、试述固体材料中扩散的特点。十四、说明扩散与固相反应的影响因素有哪些。十五、MoO3和CaCO3反应时,反应机理受到CaCO3颗粒大小的影响,当MoO3:CaCO3=1:1;rMoO3=0.036mm,rCaCO3=0.13mm时,反应是扩散控制的。CaCO3:MoO3=15:1;rCaCO3<0.03mm时,反应由升华控制,试解释这种现象。十六、由MgO和Al2O3固相反应生成MgAl2O4时,什么离子是扩散离子?请写出界面反应方程。十七、NiO和Cr2O3的球形颗粒通过固相反应形成NiCr2O4。在颗粒上形成产物层后,是什么控制着反应?在1300℃时,NiCr2O4中DCr>DNi>DO,试问哪一个控制着NiCr2O4的形成速率?为什么?十八、如果要合成镁铝尖晶石,可提供的原料有MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发,选择什么原料较好?说明原因。十九、NiO和Al2O3反应生成NiAl2O4。假设反应是通过Ni2+离子和Al3+离子的扩散进行的,你认为这个反应在N2中进行得快,还是在O2中快?为什么?已知NiO为非化学计量化合物。