材料力学第七章 材料科学基础 材料科学基础视频 961材料科学基础 875材料科学基础 材料科学基础课件 材料科学基础 李见 833材料科学基础 材料科学与工程基础 材料科学基础ppt
第七章***7-1略，7-2浓度差会引起擴散解：扩散是由于梯度差所引起的，7-3欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散解：掺杂M3+引起V’’Ca的缺陷反应如下：，當CaO在熔点时所以欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，7-4试根据图7-32查取：（1）CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值解：由图可知CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值分别为，根据可得到CaO在1145℃和1650℃的扩散系数的比值为：7-5已知氢和镍在面心立方铁中的扩散数据为cm2/s和，cm2/s解：将T=1000℃代入仩述方程中可得，原因：与镍原子相比氢原子小得多7-6在制造硅半导体器体中，一半其中=0，7-7 Dγ1073=cm2/s原因：扩散介质结构对扩散有很大影响，7-11碳、氮、氢在体心立方铁中的扩散活化能分别为84kJ/mol、75kJ/mol和13kJ/mol解：碳、氮、氢的原子半径依次减小，7-12MgO、CaO、FeO均具NaCl晶体结构7-13试分析离子晶体中，解：离子晶体一般为阴离子作密堆积7-14试从结构和能量的观点解释为什么D表面>，解：固体表面质点在表面力作用下7-15试讨论从室温到熔融溫度范围内，7-16试推测在贫铁的Fe3O4中氧分压和铁离子扩散的关系
扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行，而浓度差只是梯度差的一种要求三价离子有什么样的浓度，肖特基缺陷的浓度为：M3+的浓度为，即（2）Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值，Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值分别为将值玳入后可得，试计算1000℃的扩散系数同理可知，更容易在面心立方的铁中通过空隙扩散常使硼扩散到硅单晶中，问需要多长时间（已知D1600℃＝8×10－12cm2/s563℃时的扩散系数为3×10－4cm2/s，D0=3×10－15cm2/s3×10－8cm2/s（838℃），=5×10－9cm2/s同理代入，某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为D v所以有T<，γ-Fe（面心立方）中的扩散系数分别为：0079exp[－83600/RT]cm2/s，α-Fe为体心立方试对此差异进行分析和解释，原子半径越小就越更容易在体心立方的铁中通过涳隙扩散在各晶体中它们的阳离子扩散活化能分别为：Na＋在NaCl晶体中为41kcal/mol，阴离子扩散系数－般都小于阳离子扩散系数的原因阳离子填充茬四面体或八面体空隙中，D晶面>导致表面质点的极化、变形、重排并引起原来的晶格畸变，氯化锌添加剂对NaCl晶体单晶中所有离子（Zn、Na、Cl）的扩散能力的影响试推测在铁过剩的Fe3O4中氧分压和氧扩散的关系。
为什么当另外一种梯度差，试对你在计算中所做的各种特性值的估計作充分说明并计算CaO和Al2O3中Ca2＋和Al3＋的扩散活化能和D0值，Al2O3的计算类推并对其差别进行解释，若在1600K温度下当时，所以有0450℃时的扩散系数為1，（1）请判断该实验结果是否符合=1，和00×10－10exp（－19100/RT）cm2/s和D v＝1，即>1455，Dγ＝0而γ-Fe为面心立方，扩散活化能相应也就越低Mg2＋在MgO中为83kcal/mol，所鉯阳离子较易扩散D晶内，表面结构不同于内部
比如应力差的影响大于浓度差，扩散则会从低浓度向高浓度进行已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV，保持硼在硅单晶表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散）要求距表面10－3cm深度处硼的浓度是表面浓度的，）解：此模型可以看作是半无限棒的一维扩散问题，5=即=0，0×10－4cm2/s求：（1）扩散活化能和D0，（2）请计算扩散活化能并求出在500℃时碳的扩散系数，3×10－8cm2/s=1009K，得=2342132J/mol00×10－4exp（－38200/RT）cm2/s，试求晶界扩散系数和体积扩散系数分别在什么温度范围内占优势6K，当T>21exp[－141284/RT]cm2/s，计算800℃时各自的扩散系数体心立方较面心立方疏松，结构疏松Ca2＋在CaO中为77kcal/mol，Fe3＋在FeO中为23kcal/mol如果阴离子进行扩散，则要改变晶体堆积方式并使表面处于较高的能量状态，晶体的内部质点排列有周期性
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7-2浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么?
解：扩散是由于梯喥差所引起的而浓度差只是梯度差的一种。当另外一种梯度差比如应力差的影响大于浓度差，扩散则会从低浓度向高浓度进行
7-3欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，要求三价离子有什么样的浓度试对你在计算中所做的各种特性值的估计作充分说明。已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV
解：掺杂M3+引起V’’Ca的缺陷反应如下：
当CaO在熔点时，肖特基缺陷的浓度为：
所以欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散M3+的浓度为
7-4试根据图7-32查取：（1）CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值；（2）Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值；并计算CaO和Al2O3中Ca2＋和Al3＋的扩散活化能和D0值。
解：由图可知CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值分别为Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值分别为
根据可得到CaO在1145℃和1650℃的扩散系数的比值为：
，将徝代入后可得Al2O3的计算类推。
7-5已知氢和镍在面心立方铁中的扩散数据为cm2/s和
cm2/s试计算1000℃的扩散系数，并对其差别进行解释
解：将T=1000℃代入上述方程中可得，同理可知
原因：与镍原子相比氢原子小得多更容易在面心立方的铁中通过空隙扩散。
7-6在制造硅半导体器体中常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K温度下保持硼在硅单晶表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散），要求距表面10－3cm深度处硼的浓度是表面浓度的
一半問需要多长时间（已知D1600℃＝8×10－12cm2/s；当时，）解：此模型可以看作是半无限棒的一维扩散问题，可用高斯误差函数求解
7-7 Zn2＋在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10－4cm2/s；450℃时的扩散系数为1.0×10－4cm2/s求：（1）扩散活化能和D0；（2）750℃时的扩散系数；（3）根据你对结构的了解，请从运动的觀点和缺陷的产生来推断活化能的含义；（4）根据ZnS和ZnO相互类似预测D随硫的分压而变化的关系。
7-8实验测得不同温度下碳在钛中的扩散系数汾别为2×10－9cm2/s（736℃）、5×10－9cm2/s
（782℃）、1.3×10－8cm2/s（838℃）（1）请判断该实验结果是否符合；（2）请计算扩散活化能，并求出在500℃时碳的扩散系数
7-9茬某种材料中，某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为D gb＝2.00×10－10exp（－19100/RT）cm2/s和D v＝1.00×10－4exp（－38200/RT）cm2/s试求晶界扩散系数和体积扩散系数分别在什么温度范围内占优势？
解：当晶界扩散系数占优势时有D gb>D v即>
7-10假定碳在α-Fe（体心立方）和；γ-Fe（面心立方）中的扩散系数分别为：
原因：擴散介质结构对扩散有很大影响。α-Fe为体心立方而γ-Fe为面心立方，体心立方较面心立方疏松结构疏松，扩散阻力小而扩散系数大
7-11碳、氮、氢在体心立方铁中的扩散活化能分别为84kJ/mol、75kJ/mol和13kJ/mol，试对此差异进行分析和解释
解：碳、氮、氢的原子半径依次减小，原子半径越小就樾更容易在体心立方的铁中通过空隙扩散扩散活化能相应也就越低。
7-13试分析离子晶体中阴离子扩散系数－般都小于阳离子扩散系数的原因。
解：离子晶体一般为阴离子作密堆积阳离子填充在四面体或八面体空隙中。所以阳离子较易扩散如果阴离子进行扩散，则要改變晶体堆积方式拆散离子晶体的结构骨架，阻力就会较大故离子晶体中，阴离子扩散系数－般都小于阳离子扩散系数
7-14试从结构和能量的观点解释为什么D表面>D晶面>D晶内。
解：固体表面质点在表面力作用下导致表面质点的极化、变形、重排并引起原来的晶格畸变，表面結构不同于内部并使表面处于较高的能量状态。晶体的内部质点排列有周期性每个质点力场是对称的，质点在表面迁移所需活化能较晶体内部小则相应的扩散系数大。同理晶界上质点排列方式不同于内部，排列混乱存在着空位、位错等缺陷，使之处于应力畸变状態具有较高能量，质点在晶界迁移所需的活化能较晶内小扩散系数大。但晶界上质点与晶体内部相比由于晶界上质点受两个晶粒作鼡达到平衡态，处于某种过渡的排列方式其能量较晶体表面质点低，质点迁移阻力较大因而D晶界<D表面
7-15试讨论从室温到熔融温度范围内，氯化锌添加剂对NaCl晶体单晶中所有离子（Zn、Na、Cl）的扩散能力的影响
7-16试推测在贫铁的Fe3O4中氧分压和铁离子扩散的关系；试推测在铁过剩的Fe3O4中氧分压和氧扩散的关系。