厦门大学材料科学基础课后习题1

第四章--扩散

1．在恒定源条件下820℃时，钢经1小时的渗碳，可取得必然厚度的表面渗碳层，假设在一样条件下．要取得两倍厚度的渗碳层需要几个小时?

2．在不稳固扩散条件下800℃时，在钢中渗碳100分钟可取得适合厚度的渗碳层，假设在1000℃时要取得一样厚度的渗碳层，需要多少时刻（D0=×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，假设在1600K温度下．维持硼在硅单品表面的浓度恒定(恒定源半无穷扩散)，要求距表面10-3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时刻（已知D1600℃=8×10-12cm2/sec；当5.02Dtxerfc时，5.02Dtx）？

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×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别离为2×10-9cm2/s(736℃)、5×10-9cm2/s(782℃)、×10-8cm2/s(838℃)。

a)请判定该实验结果是不是符合)exp(0RTGDD，

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别离为Dgb=×10-10exp（-19100/T）和Dv=×10-4exp(-38200/T)，是求晶界扩散系数和温度扩散系数别离在什么温度范围内占优势？

8. 可否说扩散定律事实上只要一个，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),铁箔双侧氢浓度别离为3×10-6mol/m3和8×10-8

mol/m3，假设D=×10-6m2/s,试确信：

（1） 所需浓度梯度；

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1页 第3章固体中的扩散

班级学号： 姓名： 时间：

1、 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增加几倍？

2、 硅表面沉积了一层硼薄膜，经短时间扩散后硼的浓度分布情况如下图所示，试考虑若硅表面硼浓度达到饱和并恒定不变（Cs=3x1026cm-3），要求于1200°C下扩散深度为8 mm处硼的浓度为1024cm-3，则所需扩散时间为多少？

已知DB（1200 oC）= 4x10-13cm2sec-1。

3 、 如右图所示，两块全等方块氧化物陶瓷1和2，其组成分别是，压紧后加热保温40小时（144,000秒）快速冷却至室温。化学分析表明，从接缝往陶瓷2内2毫米处的成分为

4、 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形式写出其扩散系数（设点阵常数为a0）

5、 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=3A，且A原子在固溶体中分布成直线变化，0.12 mm距离内由0.15%增至0.63%（原子）。又设A原子频率G=10-6(sec-1)，试求每秒内通过单位截面A的原子数。

6 、 在NaCl单晶中添加10-4 mol%的ZnCl2，已知NaCl的Schottky缺陷形成能为2.3 eV，试分析在高温和低温时分别是由本征和非本征扩散机制的哪一种控制的？并求出转变温度。(k=8.616x10-5 eV/Ｋ)

7、根据ZnS的烧结数据，在563°C时，测得扩散系数为3x10-4cm2/sec；在450°C时，扩散系数为1x10-4cm2/sec。1、试确定扩散活化能DE和系数D0；2、ZnS与ZnO的性质相似，有类似的缺陷反应。试求扩散系数D与硫分压的关系。

8、 （1）贫铁的Fe3O4，结构式可写成Fe1-xO，相当于FeO体系中氧增加，且有铁的空位形成。试推导铁离子扩散系数与氧分压的关系。（2）铁过剩的Fe2O3，结构式可写成Fe2+xO3，相当于Fe2O3体系中氧缺少，且有氧的空位形成。试推导氧扩散系数与氧分压的关系。 陶瓷1 陶瓷2 如有你有帮助，请购买下载，谢谢！

材料科学与基础习题集

1 含 12.3wt% Mn 、1.34wt%C的奥氏体钢，其点阵常数为

0.3624nm， 密度为 7.83g/cm3，已知 C、Fe、Mn 的原子量分别为 12，55.84，54.92， 试计算此奥氏体钢晶胞内的实际原子数，并分析 C、Mn 在此奥氏体 钢的固溶方式。

2 分别计算面心立方、体心立方、简单立方结构中（ 100）、（ 110）、 （111）面上的原子密度和面间距，并归纳原子密度与面间距间的定 性关系，获得不同结构的密排面。

3 当 Fe从 fcc 结构转变为 bcc 结构时， a）按晶体的钢球模型，若球的直径不变，计算其体积膨胀多少？ b）经 x 射线衍射测定在 912℃时， α -Fe的 a=0.2892nm， γ -Fe的

a=0.3633nm, 计算从 γ -Fe转变为 α -Fe时，其体积膨胀为多少？与 a）相比，说明导致差别的原因。

4 已知元素的原子半径如下：碳 --0.077nm ， -Fe--0.124nm，

-Fe-- 0.126nm。回答以下问题：

⑴ 定性分析碳在 -Fe 和 -Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的 位置和固溶度大小。

⑵ 渗碳的目的是进一步提高钢制品表面的性能，请根据已有知识分 析渗碳的理想温度范围。

5 Zn 原子的摩尔分数为 3%的 Cu-Zn合金是固溶体，铜的原子半径为 0.128nm，Zn 的原子半径为 0.133nm。假设点阵常数随 Zn 原子加入呈

线性变化，求此合金的密度。

6 CsI晶体具有体心立方结构， 且 Cs在( 000)位置，I 在

(1/2 1/2 1/2) 位置，若 Cs和 I 的原子(离子) 半径分别为

0.172nm 和 0.227nm，求 它的致密度。

7 CuZn 具有体心立方结构，其 Zn 与 Cu 原子之比为 46∶

54，在 450℃时若有 90%的 (1/2 1/2 1/2) 位置被铜原子占据，问有多少百 分数的 (0 0 0)位置被铜原子占据 ?(注意：CuZn属固溶体？化合物？)

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材料科学与工程基础 课后习题答案

习题1

题目：什么是材料的物理性质？举例说明。

解答：材料的物理性质是指材料在没有发生化学变化的情况下所表现出的性质。这些性质可以通过物理测试来测量和确定。举例来说，导电性和热导性就是材料的物理性质之一。例如，金属材料具有良好的导电性和热导性，能够传递电流和热量。而绝缘材料则具有较低的导电性和热导性，不易传递电流和热量。

习题2

题目：简述晶体结构和晶体缺陷的区别。

解答：晶体结构是指材料中原子或离子的排列方式和规律。晶体结构可以分为晶格、晶胞和晶体点阵等几个层次。晶格是指晶体内部原子或离子排列的周期性重复性。晶胞是晶格的一个最小重复单元，由晶体中少数几个原子或离子构成。晶体点阵是指晶格的三维空间排列方式。 未知驱动探索，专注成就专业

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晶体缺陷是指晶体结构中存在的瑕疵或缺陷。晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。点缺陷是指晶体结构中原子或离子的位置发生了失序或替代，造成了空位、间隙原子、杂质原子等。线缺陷是指晶体结构中存在了位错或脆性裂纹等缺陷。面缺陷是指晶体结构中存在了晶界或孪晶等缺陷。

习题3

题目：为什么变形会引起材料性能的改变？

解答：变形是指材料在外力作用下发生的形状和大小的改变。变形可以导致材料性能的改变主要有以下几个原因：

1. 晶体结构改变：变形会导致晶体结构中原子或离子的位置发生移动和重排，从而改变了晶体的结构和性质。

2. 结晶颗粒的尺寸和形状改变：变形会导致晶体中晶界的移动和晶体颗粒的形状改变，这会影响材料的力学性能和导电性能等。

3. 动态再结晶：变形过程中，材料中原来存在的缺陷和结构不完善的区域可能会发生动态再结晶，从而改善了材料的性能。 未知驱动探索，专注成就专业

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4. 内应力的释放：变形会导致材料内部产生应力，这些应力可能会引起材料的开裂、断裂和强度变化等。

综上所述，变形会引起材料性能的改变是由于晶体结构、结晶颗粒、动态再结晶和内应力等因素的综合作用所导致的。