無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)擴(kuò)散

1、第7章 擴(kuò)散一、名詞解釋1擴(kuò)散：2擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散通量：3本征擴(kuò)散與非本征擴(kuò)散：4自擴(kuò)散與互擴(kuò)散：5穩(wěn)定擴(kuò)散與不穩(wěn)定擴(kuò)散：名詞解釋答案：1、 擴(kuò)散是指在梯度的作用下，由于熱運(yùn)動而使粒子定向移動的過程2、 擴(kuò)散通量：單位時間內(nèi)通過單位面積粒子的數(shù)目擴(kuò)散系數(shù)：單位濃度梯度下的擴(kuò)散同倆個3、 本征擴(kuò)散：由熱缺陷所引起的擴(kuò)散非本征擴(kuò)散：由于雜質(zhì)粒子的電引入而引起的擴(kuò)散4、 自擴(kuò)散：原子或粒子在本身結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散互擴(kuò)散：兩種的擴(kuò)散通量大小相等，方向相反的擴(kuò)散5、 穩(wěn)定擴(kuò)散：單位時間內(nèi)通過單位面積的粒子數(shù)一定 不穩(wěn)定擴(kuò)散：單位面積內(nèi)通過單位面積的粒子數(shù)不一定二、填空與選擇1.晶體中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散遷移方式有： 、

2、、 、 和 。2當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)因子為 時，稱為逆擴(kuò)散。此類擴(kuò)散的特征為 ，其擴(kuò)散結(jié)果為使 或 。3擴(kuò)散推動力是 。晶體中原子或離子的遷移機(jī)制主要分為兩種： 和 。4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碳層，同樣條件下，要得到兩倍厚度的滲碳層需 小時.5本征擴(kuò)散是由 而引起的質(zhì)點(diǎn)遷移，本征擴(kuò)散的活化能由 和 兩部分組成，擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系式為 。6菲克第一定律適用于 ，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ；菲克第二定律適用于 ，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 。7在離子型材料中，影響擴(kuò)散的缺陷來自兩個方面：（1）肖特基缺陷和弗侖克爾缺陷（熱缺陷），（2）摻雜點(diǎn)缺陷。由熱缺陷所引起的擴(kuò)散稱 ，而摻雜點(diǎn)缺

3、陷引起的擴(kuò)散稱為 。（自擴(kuò)散、互擴(kuò)散、無序擴(kuò)散、非本征擴(kuò)散）8在通過玻璃轉(zhuǎn)變區(qū)域時，急冷的玻璃中網(wǎng)絡(luò)變體的擴(kuò)散系數(shù)，一般 相同組成但充分退火的玻璃中的擴(kuò)散系數(shù)。（高于、低于、等于）9在UO2晶體中，O2的擴(kuò)散是按 機(jī)制進(jìn)行的。（空位、間隙、摻雜點(diǎn)缺陷）填空題答案：1、 易位擴(kuò)散、環(huán)形擴(kuò)散、空位擴(kuò)散、間隙擴(kuò)散、準(zhǔn)間隙擴(kuò)散2、 1+（lni）/（lnNi）0、由低濃度向高濃度擴(kuò)散、偏聚、分相3、 化學(xué)位梯度、空位機(jī)制、間隙機(jī)制4、 45、 熱缺陷、空位形成能、空位遷移能、6、 穩(wěn)定擴(kuò)散 、 、不穩(wěn)定擴(kuò)散、7、 本征擴(kuò)散、非本征擴(kuò)散8、 高于9、 間隙4、 試分析離子晶體中，陰離子擴(kuò)散系數(shù)般都小于陽

4、離子擴(kuò)散系數(shù)的原因。 陰離子通常作為堆積結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，而陽離子通常填充于空隙之中，陽離子擴(kuò)散相對較容易，而陰離子若要擴(kuò)散則需要破壞堆積結(jié)構(gòu)，所需要的能量更多，故陰離子擴(kuò)散系數(shù)般都小于陽離子擴(kuò)散系數(shù)六、碳、氮、氫在體心立方鐵中擴(kuò)散的激活能分別為84、75和13kJ/mol，試對此差異進(jìn)行分析和解釋。 C-N-O的半徑依次減小，C-N-O在間隙中擴(kuò)散的能力逐漸增加，故擴(kuò)散的激活能越低七、MgO、CaO、FeO均具有NaCl結(jié)構(gòu)，在各晶體中，它們的陽離子擴(kuò)散活化能分別為：Na+在NaCl中為41kcal/mol，Mg2+在MgO中為83 kcal/mol，Ca2+在CaO中為77 kcal/mol，F(xiàn)

5、e3+在FeO中為23 kcal/mol，試解釋這種差異的原因。1、由于FeO為非化學(xué)計量型氧化物故擴(kuò)散活化能較低2、NaCl中的Na離子電價較低，故NaCl擴(kuò)散活化能相對較低3、Ca的半徑比Mg離子的半徑大，故MgO的擴(kuò)散活化能高八、已知?dú)浜玩囋诿嫘牧⒎借F中的擴(kuò)散系數(shù)為：和，試計算1000的擴(kuò)散系數(shù)，并對其差別進(jìn)行解釋。 其中H的離子半徑明顯小于Ni的半徑，故前者更容易擴(kuò)散，其擴(kuò)散系數(shù)也就越高九、假定碳在-Fe（體心立方）和-Fe（面心立方）中的擴(kuò)散系數(shù)分別為：；，計算800時各自的擴(kuò)散系數(shù)，并解釋其差別。 =6.710-7 =2.810-8 -Fe（體心立方）和-Fe（面心立方）相比結(jié)構(gòu)更

6、疏松，粒子在其中更容易擴(kuò)散、故擴(kuò)散系數(shù)越大十、在制造硅半導(dǎo)體器體中，常使硼擴(kuò)散到硅單品中，若在1600K溫度下保持硼在硅單品表面的濃度恒定(恒定源半無限擴(kuò)散)，要求距表面10-3cm深度處硼的濃度是表面濃度的一半，問需要多長時間（已知D1600=810-12cm2/sec；當(dāng)時，）？ 十一、Zn2+在ZnS中擴(kuò)散時，563時的擴(kuò)散系數(shù)為310-14cm2/sec;450時的擴(kuò)散系數(shù)為1.010-14cm2/sec，求：（a）擴(kuò)散的活化能和D0；（b）750時的擴(kuò)散系數(shù)；（c）根據(jù)你對結(jié)構(gòu)的了解，請從運(yùn)動的觀點(diǎn)和缺陷的產(chǎn)生來推斷活化能的含義；（d）根據(jù)ZnS和ZnO相互類似，預(yù)測D隨硫的分壓而變化的關(guān)系。12、