第七章扩散与固相反应

第七章扩散与固相反应

一、名词解释

1．扩散；2．扩散系数与扩散通量；3．本征扩散与非本征扩散；

4．自扩散与互扩散；5．无序扩散与晶格扩散；6．稳定扩散与不稳定扩散：

7．反常扩散（逆扩散）；8．固相反应

二、填空与选择

1.晶体中质点的扩散迁移方式有、、、和。2．当扩散系数的热力学因子为时，称为逆扩散。此类扩散的特征为，其扩散结果为使或。3．扩散推动力是。晶体中原子或离子的迁移机构主要分为两种：和。4．恒定源条件下，820℃时钢经1小时的渗碳，可得到一定厚度的表面碳层，同样条件下，要得到两倍厚度的渗碳层需小时.

5．本征扩散是由而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由和

两部分组成，扩散系数与温度的关系式为。

6．菲克第一定律适用于，其数学表达式为；菲克第二定律适用于，其数学表达式为。

7．在离子型材料中，影响扩散的缺陷来自两个方面：（1）肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷（热缺陷），（2）掺杂点缺陷。由热缺陷所引起的扩散称，而掺杂点缺陷引起的扩散称为。（自扩散、互扩散、无序扩散、非本征扩散）

8．在通过玻璃转变区域时，急冷的玻璃中网络变体的扩散系数，一般相同组成但充分退火的玻璃中的扩散系数。（高于、低于、等于）

9．在UO2晶体中，O2－的扩散是按机制进行的。（空位、间隙、掺杂点缺陷）10．杨德尔方程是基于模型的固相方程，金斯特林格方程是基于模型的固相方程。

三、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？

四、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。

五、试从结构和能量的观点解释为什么D表面>D晶面>D晶内。

六、碳、氮氢在体心立方铁中扩散的激活能分别为84、75和13kJ/mol，试对此差异进行分析和解释。

七、欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）都是非本征扩散，要求三价杂质离子有什么样的浓度？试对你在计算中所作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）。

八、已知氢和镍在面心立方铁中的扩散系数为：

cm RT D H 218.410300exp 0063.0⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯-=和cm RT D Ni 218.464000exp 1.4⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=，试计算1000℃的扩散系数，并对其差别进行解释。

九、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：

()cm RT D 283600exp 0079.0-=α；()s cm RT D 2141284exp 21.0-=γ，计算800℃

时各自的扩散系数，并解释其差别。

十、在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单品中，若在1600K 温度下．保持硼在硅单品表面的浓度恒定(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，问需要多长时间（已知D 1600℃=8×10-12cm 2/sec ；当5.02==

Dt x erf 时，5.02≈Dt x

）？

十一、Zn 2+在ZnS 中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-14cm 2/sec;450℃时的扩散系数为1.0×10-14cm 2/sec ，求：（a ）扩散的活化能和D 0；（b ）750℃时的扩散系数；（c ）根据你对结构的了解，请从运动的观点和缺陷的产生来推断活化能的含义；（d ）根据ZnS 和ZnO 相互类似，预测D 随硫的分压而变化的关系。

十二、铁870℃与927℃的渗碳相比较，其优点是热处理后可获得细小晶粒。（a ）计算以

上两种温度下C 的扩散系数（已知C 在铁中扩散系数D 0＝2.0×10-5m 2/s ，扩散激活能Q

＝140×103J/mol ）；（b ）计算870℃渗碳需要多少时间才可以达到927℃渗碳10小时的渗层厚度；（c ）若渗层厚度测至C 含量为0.30％处，试问870℃渗碳10小时所达到的渗层厚度为927℃渗碳相同时间所得的渗层厚度的比值。

十三、试述固体材料中扩散的特点。

十四、说明扩散与固相反应的影响因素有哪些。

十五、MoO 3和CaCO 3反应时，反应机理受到CaCO 3颗粒大小的影响，当MoO 3：CaCO 3＝1：1；r MoO3＝0.036mm ，r CaCO3＝0.13mm 时，反应是扩散控制的。CaCO 3：MoO 3＝15：1；r CaCO3<0.03mm 时，反应由升华控制，试解释这种现象。

十六、由MgO 和Al 2O 3固相反应生成MgAl 2O 4时，什么离子是扩散离子？请写出界面反应方程。

十七、NiO 和Cr 2O 3的球形颗粒通过固相反应形成NiCr 2O 4。在颗粒上形成产物层后，是什么控制着反应？在1300℃时，NiCr 2O 4中D Cr > D Ni > D O ，试问哪一个控制着NiCr 2O 4的形成速率？为什么？

十八、如果要合成镁铝尖晶石，可提供的原料有MgCO 3、Mg （OH ）2、MgO 、Al 2O 3·3H2O 、γ- Al 2O 3、α- Al 2O 3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？说明原因。

十九、NiO 和Al 2O 3反应生成NiAl 2O 4。假设反应是通过Ni 2＋离子和Al 3＋离子的扩散进行的，

你认为这个反应在N 2中进行得快，还是在O 2中快？为什么？已知NiO 为非化学计量化合物。