第四章1有一硅單晶片厚05mm其一端面上每107個(gè)硅原子包含兩

1、第四章1.有一硅單晶片，厚0.5mm，其一端面上每107個(gè)硅原子包含兩個(gè)鎵原子，另一個(gè)端面經(jīng)處理后含鎵的濃度增高。試求在該面上每107個(gè)硅原子需包含幾個(gè)鎵原子，才能使?jié)舛忍荻瘸蔀?1026原子/m3.m 硅的點(diǎn)陣常數(shù)為0.5407nm。2. 在一個(gè)富碳的環(huán)境中對(duì)鋼進(jìn)行滲碳，可以硬化鋼的表面。已知在1000下進(jìn)行這種滲碳熱處理，距離鋼的表面1mm處到2mm處，碳含量從5at%減到4at%。估計(jì)在近表面區(qū)域進(jìn)入鋼的碳原子的流入量J(atoms/m2s)。（-Fe在1000的密度為7.63g/cm3，碳在-Fe中的擴(kuò)散常數(shù)D0=2.010-5m2/s,激活能Q=142kJ/mol）。 3. 為研究穩(wěn)

2、態(tài)條件下間隙原子在面心立方金屬中的擴(kuò)散情況，在厚0.25mm的金屬薄膜的一個(gè)端面（面積1000mm2）保持對(duì)應(yīng)溫度下的飽和間隙原子，另一端面為間隙原子為零。測(cè)得下列數(shù)據(jù)：溫度（K）薄膜中間隙原子的溶解度（kg/m3）間隙原子通過薄膜的速率（g/s）12231440.002511361960.0014計(jì)算在這兩個(gè)溫度下的擴(kuò)散系數(shù)和間隙原子在面心立方金屬中擴(kuò)散的激活能。4. 一塊含0.1%C的碳鋼在930滲碳，滲到0.05cm的地方碳的濃度達(dá)到0.45%。在t0的全部時(shí)間，滲碳?xì)夥毡３直砻娉煞譃?%，假設(shè) =2.010-5exp(-/RT) (m2/s)，(a) 計(jì)算滲碳時(shí)間；(b) 若將滲層加深

3、一倍，則需多長時(shí)間？(c) 若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚度的量度，則在930滲碳10小時(shí)的滲層厚度為870滲碳10小時(shí)的多少倍？ 5. 含0.85%C的普碳鋼加熱到900在空氣中保溫1小時(shí)后外層碳濃度降到零。(a) 推導(dǎo)脫碳擴(kuò)散方程的解，假定t0時(shí)，x=0處，=0。(b) 假如要求零件外層的碳濃度為0.8%，表面應(yīng)車去多少深度？（ =1.110-7cm2/s） 6. 在950下對(duì)純鐵進(jìn)行滲碳，并希望在0.1mm的深度得到0.9wt%的碳含量。假設(shè)表面碳含量保持在1.20wt% ，擴(kuò)散系數(shù)D-Fe=10-10m2/s。計(jì)算為達(dá)到此要求至少要滲碳多少時(shí)間。 7. 設(shè)純鉻和純鐵組成擴(kuò)散偶，擴(kuò)散1小時(shí)

4、后，Matano平面移動(dòng)了1.5210-3cm。已知摩爾分?jǐn)?shù)CCr=0.478時(shí)， =126/cm，互擴(kuò)散系數(shù) =1.4310-9cm2/s，試求Matano面的移動(dòng)速度和鉻、鐵的本征擴(kuò)散系數(shù)DCr，DFe。（實(shí)驗(yàn)測(cè)得Matano面移動(dòng)距離的平方與擴(kuò)散時(shí)間之比為常數(shù)。） 8. 有兩種激活能分別為E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的擴(kuò)散反應(yīng)。觀察在溫度從25升高到600時(shí)對(duì)這兩種擴(kuò)散的影響，并對(duì)結(jié)果作出評(píng)述。 9. 碳在-Ti中的擴(kuò)散速率在以下溫度被確定：測(cè)量溫度擴(kuò)散系數(shù)D（m2/s）736210-13782510-138351.310-12(a) 試確定公式D=D0exp(-

5、Q/RT)是否適用；若適用，則計(jì)算出擴(kuò)散常數(shù)D0和激活能Q。(b) 試求出500下的擴(kuò)散速率。10. 鐵在925滲碳4h，碳原子躍遷頻率為 1.7109/s,若考慮碳原子在鐵中的八面體間隙躍遷，(a) 求碳原子總遷移路程s；(b) 求碳原子總遷移的均方根位移 ；(c) 若碳原子在20時(shí)的躍遷頻率為=2.110-9/s，求碳原子在4h的總遷移路程和均方根位移。11. 根據(jù)實(shí)際測(cè)定lgD與1/T的關(guān)系圖，計(jì)算單晶體銀和多晶體銀在低于700溫度范圍的擴(kuò)散激活能，并說明兩者擴(kuò)散激活能差異的原因。12. 對(duì)于體積擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散，假定擴(kuò)散激活能Q晶界 Q體積，試畫出其InD相對(duì)溫度倒數(shù)1/T的曲線，并指出

6、約在哪個(gè)溫度范圍內(nèi)，晶界擴(kuò)散起主導(dǎo)作用。 13 試?yán)肍e-O分析純鐵在1000氧化時(shí)氧化層內(nèi)的組織與氧化濃度分布規(guī)律，畫出示意圖。14. 在NiO中引入高價(jià)的W6+。（a） 將產(chǎn)生什么離子的空位？（b） 每個(gè)W6+將產(chǎn)生多少個(gè)空位？（c） 比較NiO和滲W的NiO(即NiO-WO3)的抗氧化性哪個(gè)好？15. 已知Al在Al2O3中擴(kuò)散常數(shù)D0=2.810-3(m2/s)，激活能477（KJ/mol），而O（氧）在Al2O3中的D0=0.19(m2/s),Q=636(KJ/mol)。(a) 分別計(jì)算兩者在2000K溫度下的擴(kuò)散系數(shù)D；(b) 說明它們擴(kuò)散系數(shù)不同的原因。16. 在NaCl晶體中摻有少量的Cd2+，測(cè)出Na在NaCl的擴(kuò)散系數(shù)與1/T的關(guān)系，如圖所示。圖中的兩段折現(xiàn)表示什么，并說明DNaCl與1/T不成線性關(guān)系的原因。17. 假定聚乙烯的聚合度為2000，鍵角為109.5(如圖所示)，求伸直鏈的長度為Lmax與自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方根末端距之比值，并解釋某些高分子材料在外力作用下可產(chǎn)生很大變形的原因。（鏈節(jié)長度l=0.514nm, =nl2） 18. 試分析高分子的分子鏈柔順性和分子量對(duì)粘流溫度的影響。 19. 已知聚乙烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg=-68，聚甲醛的Tg=-83,聚二甲基硅氧烷的Tg=-128,試分析高分子鏈的柔順性與它們的Tg的一般規(guī)律。