陆佩文_无机材料科学基础_习题.pdf

第七章扩散与固相反应1、名词解释：非稳定扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化；稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化无序扩散：无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散质点的扩散是无序的、随机的本征扩散：主要出现了肖特基和弗兰克尔点缺陷，由此点缺陷引起的扩散为本征扩散（空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移）；非本征扩散：空位来源于掺杂而引起的质点迁移正扩散和逆扩散：正扩散：当热力学因子时，物质由高浓度处流向低浓度处，扩散结果使溶质趋于均匀化， Di>0逆扩散：当热力学因子时，物质由低浓度处流向高浓度处，扩散结果使溶质偏聚或分相， Di936.5K 5、（1）试述晶体中质点的扩散机构及方式2）设体积扩散与晶界扩散活化能间关系为Qgb=Qv/2（Qgb、Qv分别为晶界扩散与体积扩散活化能），试画出 lnD～l/T 曲线，并分析在哪个温度范围内，晶界扩散超过体积扩散？解： （1）晶体中质点的迁移机构主要有两种：空位机构和间隙机构空位机构：晶格结点上的质点跃迁到邻近空位，空位则反向跃迁；间隙机构：处于间隙位置的质点从一个间隙位置迁移到另一个间隙位置；其它在亚间隙机构中，处于间隙位置的质点将晶格结点上的质点弹入间隙位置并占据该位置，其晶格变形程度介于空位机构与间隙机构之间。

2）由扩散系数：00exp()lnlnDDDDRTRT或，晶界扩散有：0lnlngb gbgbQDDRT，体积扩散有：0lnlnV VVQDDRT，欲使gbVDD，即0lngb gbQD RT>0lnV VQD RT，则00ln02gbVVDQDRT，移 项 得002l n ()VVgbQTDRD或00ln()gbVgbQTDRD，令002ln()V c VgbQTDRD，则当cTT 时，以晶界扩散为主，gbVDD ；当cTT 时，以体积扩散为主，gbVDD 6、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，r CaCO3 =0.13mm时，反应由扩散控制当MoO3：CaCO3＝1 : 15； r CaCO3 1455.6K 时，Dgb DV，低温时，晶界扩散占优15、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：Dα=0.0079exp[-83600（J/mol）/RT]cm2/sec ；Dγ=0.21exp[ -141284（J/mol）/RT]cm2/sec，计算 800℃时各自的扩散系数并解释其差别。

解： T=800+273=1073K 时， Dα=0.0079exp （-83600/RT） =6.77 × 10-7cm2/s， Dβ=0.21exp（-141284/RT）=2.1× 10-8 cm2/s，Dα> Dβ，扩散介质结构对扩散有很大影响，结构疏松，扩散阻力小而扩散系数大， 体心较面心疏松；α -Fe 体心立方，β -Fe 面心立方16、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? 解：离子晶体一般为阴离子作密堆积，阳离子填充在四面体或八面体空隙中所以阳离子较易扩散 如果阴离子进行扩散， 则要改变晶体堆积方式， 阻力大从而就会拆散离子晶体的结构骨架17、试从结构和能量的观点解释为什么D表面>D晶面>D晶内解：固体表面质点在表面力作用下，导致表面质点的极化、变形、重排并引起原来的晶格畸变， 表面结构不同于内部， 并使表面处于较高的能量状态晶体的内部质点排列有周期性， 每个质点力场是对称的， 质点在表面迁移所需活化能较晶体内部小， 则相应的扩散系数大 同理，晶界上质点排列方式不同于内部，排列混乱，存在着空位、位错等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量， 质点在晶界迁移所需的活化能较晶内小，扩散系数大。

但晶界上质点与晶体内部相比， 由于晶界上质点受两个晶粒作用达到平衡态，处于某种过渡的排列方式， 其能量较晶体表面质点低， 质点迁移阻力较大因而D晶界