第七章 擴散與固相反應(yīng)

1、第七章第七章擴散與固相反應(yīng)擴散與固相反應(yīng)1、名詞解釋：非穩(wěn)定擴散：擴散過程中任一點濃度隨時間變化；穩(wěn)定擴散：擴散質(zhì)點濃度分布不隨時間變化。無序擴散：無化學(xué)位梯度、濃度梯度、無外場推動力，由熱起伏引起的擴散。質(zhì)點的擴散是無序的、隨機的。本征擴散：主要出現(xiàn)了肖特基和弗蘭克爾點缺陷，由此點缺陷引起的擴散為本征擴散（空位來源于晶體結(jié)構(gòu)中本征熱缺陷而引起的質(zhì)點遷移）；非本征擴散：空位來源于摻雜而引起的質(zhì)點遷移。正擴散和逆擴散：正擴散：當(dāng)熱力學(xué)因子

2、時，物質(zhì)由高濃度處流向低濃度處，擴散結(jié)果使溶質(zhì)趨于均勻化，Di0。逆擴散：當(dāng)熱力學(xué)因子時，物質(zhì)由低濃度處流向高濃度處，擴散結(jié)果使溶質(zhì)偏聚或分相，Di0。2、簡述固體內(nèi)粒子的遷移方式有幾種答易位，環(huán)轉(zhuǎn)位，空位擴散，間隙擴散，推填式。3、說明影響擴散的因素？化學(xué)鍵：共價鍵方向性限制不利間隙擴散，空位擴散為主。金屬鍵離子鍵以空位擴散為主，間隙離子較小時以間隙擴散為主。缺陷：缺陷部位會成為質(zhì)點擴散的快速通道，有利擴散。溫度：D=D0exp（QR

3、T）Q不變，溫度升高擴散系數(shù)增大有利擴散。Q越大溫度變化對擴散系數(shù)越敏感。雜質(zhì)：雜質(zhì)與介質(zhì)形成化合物降低擴散速度；雜質(zhì)與空位締合有利擴散；雜質(zhì)含量大本征擴散和非本征擴散的溫度轉(zhuǎn)折點升高。擴散物質(zhì)的性質(zhì)：擴散質(zhì)點和介質(zhì)的性質(zhì)差異大利于擴散；擴散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊密不利擴散。4、在KCl晶體中摻入105mo1％CaCl2，低溫時KCl中的K離子擴散以非本征擴散為主，試回答在多高溫度以上，K離子擴散以熱缺陷控制的本征擴散為主？（KCl的肖特基

4、缺陷形成能ΔHs=251kJmol，R=8.314Jmo1K）解：在KCl晶體中摻入105mo1％CaCl2，缺陷方程為：222KClKKclCaClCaVCl????????則摻雜引起的空位濃度為710KV??????MoO3：CaCO3＝1:15；rCaCO30.03mm時，反應(yīng)由MoO3升華控制，試解釋這種現(xiàn)象。答：當(dāng)CaCO3:MoO3由1:1升高到15:1以及CaCO3顆粒逐漸變細后，MoO3升華到CaCO3表面反應(yīng)所生成的產(chǎn)

5、物擴散層很薄，故擴散極為迅速。因此整個反應(yīng)的速度將由MoO3升華到CaCO3表面的速度決定。反應(yīng)的動力學(xué)過程由如下方程描述：。23()1(1)FGGKt????7、濃度差會引起擴散，擴散是否總是從高濃度處向低濃度處進行為什么解：擴散的基本推動力是化學(xué)位梯度，只不過在一般情況下以濃度梯度的方式表現(xiàn)出來；擴散是從高化學(xué)位處流向低化學(xué)位處，最終系統(tǒng)各處的化學(xué)位相等。如果低濃度處化學(xué)勢高，則可進行負(fù)擴散，如玻璃的分相過程。8、當(dāng)鋅向銅內(nèi)擴散時，

6、已知在x點處鋅的含量為2.51017個鋅原子cm3，300℃時每分鐘每mm2要擴散60個鋅原子，求與x點相距2mm處鋅原子的濃度。（已知鋅在銅內(nèi)的擴散體系中D0=0.341014m2／s；Q=18.5kJ／mol）解：看成一維穩(wěn)定擴散，根據(jù)菲克第一定律：，Cx=2.51017個cm3，xx2=2mm，Jx=60個xdCJDdx??22xxCCJDxx????60Smm2，擴散系數(shù)宏觀表達式，D0=0.3410?0exp()QDDRT??

7、14m2s，Q=1.85104Jmol，R=8.314JmolK，T=300273=573K，D=0.341014exp（3.88）=0.3410140.02=6.81017m2s，，，Cx=2.510171022xxCCJDmm???163222.9410xxJmmCCmD??????個6=2.51023，C2=cx2.941019=2.510239、在鋼棒的表面，每20個鐵的晶胞中含有一個碳原子，在離表面1mm處每30個鐵的晶胞中含

8、有一個碳原子，知鐵為面心立方結(jié)構(gòu)（a=0.365nm）1000℃時碳的擴散系數(shù)為3101m2／s，求每分鐘內(nèi)因擴散通過單位晶胞的碳原子數(shù)是多少解：dx=1mm=103m，a=3.651010m，VFe=a3，20112310deJDDmsdx?????個Fe的晶胞體積：20a3m3，30個Fe的晶胞體積：30a3m3，濃度差：，J=1.021019個Sm2，1個晶胞面積a2，n=Jx60a2=82個。33112030aa?10、在恒定源