第八章-擴(kuò)散答案

第八章擴(kuò)散一、是非題1.

（錯(cuò)）擴(kuò)散一定從高濃度到低濃度。2.（對(duì)）原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)位梯度。3．（對(duì)）菲克第一定律適用于穩(wěn)定擴(kuò)散過程。4.

（對(duì)）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(shí)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(cuò)）對(duì)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(cuò)）菲克第二定律適用于穩(wěn)定擴(kuò)散過程。7.（對(duì)）對(duì)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(cuò)）菲克第一定律適用于不穩(wěn)定擴(kuò)散。9．（對(duì)）晶體結(jié)構(gòu)對(duì)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。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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)間4.受固溶引入的雜質(zhì)離子的電價(jià)和濃度等外界因素所控制的擴(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(shí)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(shí)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(shí)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(jià)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．?dāng)U散通量單位時(shí)間通過單位面積的質(zhì)點(diǎn)數(shù)。四、計(jì)算題1．Zn2+在Zn0中擴(kuò)散時(shí)，563℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為3×10-4cm2/s;450℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為1.0×10-4cm2/s，求：

(1）擴(kuò)散的活化能和D0；

(2）750℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)。

解：(1)D=D0exp(-Q/RT)

T=563+273=836K時(shí)，D=3×10-4cm2/s

T=450+273=723K時(shí)，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）=3.3922.當(dāng)鋅向銅內(nèi)擴(kuò)散時(shí)，已知在x點(diǎn)處鋅的含量為2.5×1017個(gè)鋅原子/cm3，300℃時(shí)每分鐘每cm2要擴(kuò)散60個(gè)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=0.34×10-14m2／s；Q=18.85kJ／7.在不穩(wěn)定擴(kuò)散條件下820℃時(shí)，在鋼中滲碳100min可得到合適厚度的滲碳層，若在1000℃時(shí)要得到同樣厚度的滲碳層，需要多少時(shí)間（D820℃=2.4×10-12m2／s；D1000℃=3×10-11m2／s）?（6分）D=D0exp（-Q/RT）Q=8.實(shí)驗(yàn)測(cè)的不同溫度下碳在鈦中的擴(kuò)散系數(shù)分別為2×10-9cm2/s(736℃)、5×10-9cm2/s(782℃)、1.3×10-8cm2/s(838℃)。（8分）

(a)請(qǐng)判斷該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合解LnD=LnDo-△G/RT(基本符合)4分LnD與1/T做圖-△G/R為斜率（736LnD=-20.03011/T=9.90×10-4）（782LnD=-19.11381/T=9.48×10-4）（838LnD=-18.15831/T=9.00×10-4）（b）活化能（2分）擴(kuò)散系數(shù)（2分）9.已知Al-Cu合金（wCu＝0.04）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Q＝136×103J/mol。如果為了達(dá)到最高硬度，在150℃進(jìn)行時(shí)效需要10h，問在100℃時(shí)效需要多長(zhǎng)時(shí)間？已知R＝8.31J/(mol解：根據(jù)公式可知（2分）銅在150℃、100℃時(shí)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α—Fe(體心立方)和γ—Fe（面心立方）中進(jìn)行擴(kuò)散，碳在α—Fe中的D0和擴(kuò)散活化能為0.0079、83600J/mol，碳在γ—Fe中的D0和擴(kuò)散活化能為0.21和141284J/mol，計(jì)算800℃時(shí)各自的擴(kuò)散系數(shù)并解釋其差別。（7分）解、由公式D=D0exp(-Q/RT)