扩散与固相反应

第十章扩散与固相反应

1.描述在金属固体中发生扩散时，原子是如何运动的。指出扩散的条件。

2.有一球壳，内半径为r1，外半径为r2。在T温度保温，有物质从球壳内

向球壳外扩散，当扩散达到平衡后，球壳内表面扩散物质的浓度为C1，外表面的浓度为C2，并测得在单位时间内从球壳内向球壳外扩散的物质总量为Q。设扩散系数为常数。求：

A，扩散系数。

B，r=(r1+r2)/2处的浓度。

3.指出第一定律、第二定律中的不同适用的场合。

4.钢可以在870℃渗碳也可以在930℃渗碳，问：A)计算钢在870℃和930℃

渗碳时，碳在钢（奥氏体）中的扩散系数。已知D0=2.0×10-5m2s-1，Q=144×103J/mol。B)在870℃渗碳要用多长时间才能获得930℃渗碳10小时的渗层深度？（渗层深度：在浓度－距离曲线中，某一浓度所对应的离表面的距离。）

5.简述置换原子和间隙原子的扩散机制。

6.何谓柯肯达尔效应，简述柯肯达尔效应的意义。

7.简述晶体结构对扩散的影响。

8.若由MgO和Al2O3球形颗粒之间的反应生成MgAl2O4是通过产物层的

扩散进行的：

9.(1) 画出其反应的几何图形并推导出反应初期的速度方程。

10.(2) 若1300℃时DAl3+>DMg2+，O2-基本不动，那么哪一种离子的扩散

控制着MgAl2O4的生成？为什么？

11.镍（Ni）在0.1大气压的氧气中氧化，测得其重量增量（μg/cm2）如

下表：

（1）导出合适的反应速度方程；(2) 计算其活化能。

12.由Al2O3和SiO2粉末反应生成莫来石，过程由扩散控制，扩散活化能为

50千卡/摩尔，1400℃下，一小时完成10%，求1500℃下，一小时和四小时各完成多少？（应用扬德方程计算）

13.粒径为1μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在

恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间。

(1) 用扬德方程计算

(2) 用金斯特林格方程计算

(3) 比较扬德方程、金斯特林格方程优缺点及适用条件。

14.当测量氧化铝－水化物的分解速率时，发现在等温反应期间，重量损失随

时间线性增加到50%左右，超过50%时重量损失的速率就小于线性规

律。速率随温度指数增加，这是一个由扩散控制的反应还是由界面一级控制的反应？当温度从451℃增至493℃时，速率增大到10倍，计算此过程的活化能。

15.由Al2O3和SiO2粉末形成莫来石反应，由扩散控制并符合扬德方程，实

验在温度保持不变的条件下，当反应进行1小时的时候，测知已有15%的反应物起反应而作用掉了。

(1) 将在多少时间内全部反应物都生成产物？

(2) 为了加速莫来石的生产应采取什么有效措施？

16.试分析影响固相反应的主要因素。

17.如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为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？请说明原因。