第八章扩散答案

第八章扩散

一、是非题

1.（错）扩散一定从高浓度到低浓度。

2.（对）原子扩散的驱动力是化学位梯度。

3．（对）菲克第一定律适用于稳定扩散过程。

4. （对）菲克第二定律描述的是在扩散过程中某点的浓度随时间的变化率与浓

度分布曲线在该点的二阶导数成正比。

5．（错）对扩散常数D0的影响因素主要是扩散激活能。（应是形成商与生成商）D0为与晶格结构和扩散方向有关的常数

6．（错）菲克第二定律适用于稳定扩散过程。

7. （对）对扩散系数D的影响因素主要是温度及扩散激活能。

8.（错）菲克第一定律适用于不稳定扩散。

9．（对）晶体结构对扩散有一定的影响，在致密度较小的晶体结构中。原子的扩算系数较大。

二、选择题

1.在扩散系数的热力学关系中，

)

ln

ln

1(

i

i

N

∂

∂

+

γ

称为扩散系数的热力学因子。在

非理想混合体系中：

当扩散系数的热力学因子＞0时，扩散结果使溶质（） A.发生偏聚 B.浓度不改变 C.浓度趋于均匀 A.发生偏聚 B.浓度不改变 C.浓度趋于均匀

2.在扩散系数的热力学关系中，

)

ln

ln

1(

i

i

N

∂

∂

+

γ

称为扩散系数的热力学因子。在

非理想混合体系中：

当扩散系数的热力学因子＜0时，扩散结果使溶质（）

A.发生偏聚

B.浓度不改变

C.浓度趋于均匀

3.原子扩散的驱动力是。

A.组元的浓度梯度

B.组元的化学位梯度

C.扩散的温度

D.扩散的时间

4. 受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散是。

A. 本征扩散

B. 非本征扩散

C. 正扩散

D. 逆扩散

5.由热缺陷所引起的扩散是。

A. 本征扩散

B. 非本征扩散

C. 正扩散

D. 逆扩散

三、名词解释

1.稳定扩散

稳定扩散是指在垂直扩散方向的任一平面上，单位时间内通过该平面单位面积的粒子数一定，即任一点的浓度不随时间而变化，

2.不稳定扩散

不稳定扩散是指扩散物质在扩散介质中浓度随时间发生变化。扩散通量与位置有关。

3负扩散

热力学因子小于0，物质将从低浓度向高浓度扩散，扩散结果使溶质偏聚或分相。

4. 非本征扩散

扩散受固溶引入的杂志离子的电价和浓度等外界因素的影响。

5.本征扩散

由热缺陷引起的扩散为本征扩散。

6．扩散通量

单位时间通过单位面积的质点数。

四、计算题

1．Zn2+在Zn0中扩散时，563 ℃时的扩散系数为3×10-4cm2/s; 450 ℃时的扩散系数为1.0×10-4cm2/s ，求：

(1）扩散的活化能和D0；

(2）750 ℃时的扩散系数。

解：(1) D=D0exp(-Q/RT)

T=563+273=836K时，D=3×10-4cm2/s

T=450+273=723K时，D=1.0×10-4cm2/s

代入上式可求Q=48875J，D0=3.392×10-1cm2/s

(2)D=D0exp（-Q/RT）=3.392×10-exp（-48875/1023R）=1.08×10-3cm2/s

2.当锌向铜内扩散时，已知在x点处锌的含量为2.5×1017个锌原子/cm3，300 ℃时每分钟每cm2要扩散60个锌原子，求与x点相距2mm处锌原子的浓度。（已知锌在铜内的扩散体系中D0=0.34×10-14m2／s ；Q=18.85kJ／mol （9分）

解：看成一维稳定扩散，根据菲克第一定律

)

2(2+---=+X X C C D Jx X X J X =60个/60S·cm 2

C x ＝2.5×1017个锌原子/cm 3

扩散系数宏观表达式 D=D 0exp (-Q/RT)

D 0=0.34×10-14m 2/s

R=8.314J/mol ·K ， T=300+273=573K

D=0.34×10-14exp(-3.88)=0.34×10-14×0.02=6.8×10-17m 2/s 所以m m 2cm /105.2S m 108.6cm 12x 3172172

＋－个＝个C S ⨯⨯⨯•-

2.94×1017个/m 3＝2.5×1023－C x ＋2

C x ＋2＝2.5×1023个/m 3

3．在某种材料中，某离子的晶界扩散系数于体积扩散系数分别为Dg ＝2.00×10-10exp （－19100/T ）和Dv ＝2.00×10-4exp （－38200/T ）。试求晶界扩散系数和体积扩散系数分别在什么温度范围内占优势？

解：当Dg ＞Dv 时，晶界扩散系数占优势。

2.00×10-10exp （－19100/T ）＞2.00×10-4exp （－38200/T ）

得T ＜1382.5K

解：当Dg ＜Dv 时，体积扩散系数占优势。

T ＞1382.5K

当Dg ＝Dv 时，两种扩散系数相等 T=1382.5K

4.设有一条内径为30mm 的厚壁管道，被厚度为0.1mm 的铁膜隔开。通过向管子的一端向管内输入氮气，以保持膜片的一侧氮气浓度为1200mol/m3，而另一侧的氮气浓度为100mol/m3。如在700℃下侧的通过管道的氮气流量为2.8×10-4mol/L, 求此时氮气在铁中的扩散系数。