第八章擴(kuò)散答案(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 第八章 擴(kuò)散一、是非題1.（錯）擴(kuò)散一定從高濃度到低濃度。2. （對）原子擴(kuò)散的驅(qū)動力是化學(xué)位梯度。3（對）菲克第一定律適用于穩(wěn)定擴(kuò)散過程。4.（對）菲克第二定律描述的是在擴(kuò)散過程中某點(diǎn)的濃度隨時間的變化率與濃度分布曲線在該點(diǎn)的二階導(dǎo)數(shù)成正比。5（錯）對擴(kuò)散常數(shù)D0的影響因素主要是擴(kuò)散激活能。（應(yīng)是形成商與生成商）D0為與晶格結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散方向有關(guān)的常數(shù)6（錯）菲克第二定律適用于穩(wěn)定擴(kuò)散過程。7. （對）對擴(kuò)散系數(shù)D的影響因素主要是溫度及擴(kuò)散激活能。8. （錯）菲克第一定律適用于不穩(wěn)定擴(kuò)散。9（對）晶體結(jié)構(gòu)對擴(kuò)散有一定的影響，在致密度較小的晶體結(jié)構(gòu)中。原子的擴(kuò)算系數(shù)較大

2、。二、選擇題1. 在擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)關(guān)系中，稱為擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子。在非理想混合體系中： 當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子0時，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì) （ ） A. 發(fā)生偏聚 B. 濃度不改變 C. 濃度趨于均勻 A. 發(fā)生偏聚 B. 濃度不改變 C. 濃度趨于均勻2. 在擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)關(guān)系中，稱為擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子。在非理想混合體系中： 當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子0時，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì) （ ） A. 發(fā)生偏聚 B. 濃度不改變 C. 濃度趨于均勻3.原子擴(kuò)散的驅(qū)動力是 。 A.組元的濃度梯度 B. 組元的化學(xué)位梯度 C. 擴(kuò)散的溫度 D.擴(kuò)散的時間4. 受固溶引入的雜質(zhì)離子的電價和濃度等外界因素所控制的擴(kuò)散是

3、 。A. 本征擴(kuò)散 B. 非本征擴(kuò)散 C. 正擴(kuò)散 D. 逆擴(kuò)散5. 由熱缺陷所引起的擴(kuò)散是 。A. 本征擴(kuò)散 B. 非本征擴(kuò)散 C. 正擴(kuò)散 D. 逆擴(kuò)散 三、名詞解釋1.穩(wěn)定擴(kuò)散穩(wěn)定擴(kuò)散是指在垂直擴(kuò)散方向的任一平面上，單位時間內(nèi)通過該平面單位面積的粒子數(shù)一定，即任一點(diǎn)的濃度不隨時間而變化，2.不穩(wěn)定擴(kuò)散不穩(wěn)定擴(kuò)散是指擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散介質(zhì)中濃度隨時間發(fā)生變化。擴(kuò)散通量與位置有關(guān)。3負(fù)擴(kuò)散熱力學(xué)因子小于0，物質(zhì)將從低濃度向高濃度擴(kuò)散，擴(kuò)散結(jié)果使溶質(zhì)偏聚或分相。4. 非本征擴(kuò)散 擴(kuò)散受固溶引入的雜志離子的電價和濃度等外界因素的影響。5.本征擴(kuò)散由熱缺陷引起的擴(kuò)散為本征擴(kuò)散。6擴(kuò)散通量 單位時間通過

4、單位面積的質(zhì)點(diǎn)數(shù)。四、計(jì)算題1Zn2+在 Zn0中擴(kuò)散時，563 時的擴(kuò)散系數(shù)為310-4cm2/s; 450 時的擴(kuò)散系數(shù)為1.010-4cm2/s ，求： (1）擴(kuò)散的活化能和D0； (2） 750 時的擴(kuò)散系數(shù)。 解：(1) D=D0exp(-Q/RT) T=563+273=836K時，D=310-4cm2/s T=450+273=723K時，D=1.010-4cm2/s 代入上式可求 Q=48875J，D0=3.39210-1cm2/s (2)D=D0exp（-Q/RT）=3.39210-exp（-48875/1023R）=1.0810-3cm2/s2. 當(dāng)鋅向銅內(nèi)擴(kuò)散時，已知在x點(diǎn)處

5、鋅的含量為2.51017個鋅原子/cm3， 300 時每分鐘每cm2要擴(kuò)散60個鋅原子，求與x點(diǎn)相距2mm處鋅原子的濃度。（已知鋅在銅內(nèi)的擴(kuò)散體系中D0=0.3410-14m2s ； Q=18.85kJmol （9分）解：看成一維穩(wěn)定擴(kuò)散，根據(jù)菲克第一定律 JX=60個/60Scm2Cx2.51017個鋅原子/cm3擴(kuò)散系數(shù)宏觀表達(dá)式 D=D0exp(-Q/RT) D0=0.3410-14m2/sR=8.314J/molK， T=300+273=573K D=0.3410-14exp(-3.88)=0.3410-140.02=6.810-17m2/s所以2.941017個/m32.51023C

6、x2Cx22.51023個/m33在某種材料中，某離子的晶界擴(kuò)散系數(shù)于體積擴(kuò)散系數(shù)分別為Dg2.0010-10exp（19100/T）和Dv2.0010-4exp（38200/T）。試求晶界擴(kuò)散系數(shù)和體積擴(kuò)散系數(shù)分別在什么溫度范圍內(nèi)占優(yōu)勢？解：當(dāng)DgDv時，晶界擴(kuò)散系數(shù)占優(yōu)勢。 2.0010-10exp（19100/T）2.0010-4exp（38200/T）得T1382.5K解：當(dāng)DgDv時，體積擴(kuò)散系數(shù)占優(yōu)勢。T1382.5K當(dāng)DgDv時，兩種擴(kuò)散系數(shù)相等 T=1382.5K4.設(shè)有一條內(nèi)徑為30mm的厚壁管道，被厚度為0.1mm的鐵膜隔開。通過向管子的一端向管內(nèi)輸入氮?dú)?，以保持膜片的一?cè)

7、氮?dú)鉂舛葹?200mol/m3，而另一側(cè)的氮?dú)鉂舛葹?00mol/m3。如在700下側(cè)的通過管道的氮?dú)饬髁繛?.810-4mol/L, 求此時氮?dú)庠阼F中的擴(kuò)散系數(shù)。 解：此時通過管子鐵膜的氮?dú)馔繛?（2分）膜片兩側(cè)的氮濃度梯度為 （2分）根據(jù)菲克第一定律 （3分）5.在恒定源條件下820 時，鋼經(jīng)1小時的滲碳，可得到一定厚度的表面滲碳層，若在同樣條件下，要得到兩倍厚度的滲碳層需要幾個小時 ? 解: 根據(jù)恒定源擴(kuò)散深度 要得到兩倍厚度的滲碳層，需4h。6碳在-Fe中擴(kuò)散，D02.0105m2/s，Q140103J/mol，求碳在-Fe中927時的擴(kuò)散系數(shù)。并計(jì)算為了得到與927滲碳10h相同厚

8、度的滲碳層，在870滲碳需要多長時間？（8分）解： =2.0105exp（140103/(8.3141200) （T=1200K） =16.110-12 m2/s (2分)D2=2.0101 exp（140103/(8.3141143.15)解：不穩(wěn)定擴(kuò)散中恒定源擴(kuò)散問題： （2分） 已知x不變， （1分） D1200 t1=D1143t2 已知D1，D2，t1，求t2 D1=2.0105exp（140103/(8.3141200) D2=2.0105 exp（140103/(8.3141143)exp（140103/(8.3141200)10hexp（140103/(8.3141143) t

9、2 t114320.15h （ 3分）7.在不穩(wěn)定擴(kuò)散條件下 820時，在鋼中滲碳 100 min可得到合適厚度的滲碳層，若在 1000時要得到同樣厚度的滲碳層，需要多少時間（D820=2.410-12m2s ； D1000 =310-11m2s ） ? （6分） 解：不穩(wěn)定擴(kuò)散中恒定源擴(kuò)散問題 已知x不變， D=D0exp（-Q/RT） Q=8. 實(shí)驗(yàn)測的不同溫度下碳在鈦中的擴(kuò)散系數(shù)分別為210-9cm2/s(736) 、510-9cm2/s(782) 、1.310-8cm2/s(838)。（8分）(a) 請判斷該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合 (b) 請計(jì)算擴(kuò)散活化能（J/mol ），并求出在500 時

10、碳的擴(kuò)散系數(shù)。 解LnD=LnDo-G/RT (基本符合) 4分 LnD與1/T做圖 -G/R 為斜率 （736 LnD=-20.0301 1/T=9.9010-4） （782 LnD=-19.1138 1/T=9.4810-4）（838 LnD=-18.1583 1/T=9.0010-4） （b）活化能 （2分） 擴(kuò)散系數(shù)（2分）9. 已知Al-Cu合金（wCu0.04）中的析出反應(yīng)受擴(kuò)散所控制，銅在鋁中的擴(kuò)散激活能Q136103J/mol。如果為了達(dá)到最高硬度，在150進(jìn)行時效需要10h，問在100時效需要多長時間？已知R8.31J/(molK)。（8分）解： 根據(jù)公式 可知 （2分）銅在150、100時的擴(kuò)散系數(shù)之比為 （2分）擴(kuò)散距離為 （2分）所以h （2分）10.假定碳在Fe(體心立方)和Fe（面心立方）中進(jìn)行擴(kuò)散，碳在Fe中的D0和擴(kuò)散活化能為0.0079、83600J/mol，碳在Fe中的D0和擴(kuò)散活化能為0.21和