-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)錢原子，另一個(gè)端面經(jīng)處理后含錢的濃度增高。試求在該面上每 107個(gè)硅原子需包含幾個(gè)錢原子，才能使?jié)舛忍荻瘸蔀?2X1026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 1000c 下進(jìn)行這種滲碳熱處理，距離鋼的表面 1mm到 2mmy1,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)。(丫-Fe 在 1000c 的密度為 7.63g/cm3,碳在丫-Fe 中的擴(kuò)散常數(shù) D=2.0 x10-5n2/s

2、,激活能 Q=142kJ/mol)。3 .為研究穩(wěn)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 1000m 市保持對(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)122314.40.0025113619.60.0014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 930c 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?1%假設(shè)K=2.0X10

3、-5exp(-140000/RT)(m2/s),(a)計(jì)算滲碳時(shí)間；(b)若將滲層加深一倍，則需多長(zhǎng)時(shí)間？(c)若規(guī)定 0.3%C 作為滲碳層厚度的量度，則在 930c 滲碳 10 小時(shí)的滲層厚度為 870c 滲碳10 小時(shí)的多少倍？5 .含 0.85%C 的普碳鋼加熱到 900c 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，p=00(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？(4=1.1x10-7cm/s)6 .在 950c 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

4、持在 1.20wt%,擴(kuò)散系數(shù) D.Fe=10-10m/s。計(jì)算為達(dá)到此要求至少要滲碳多少時(shí)間。7 .設(shè)純銘和純鐵組成擴(kuò)散偶，擴(kuò)散 1 小時(shí)后，Matano 平面移動(dòng)了 1.52X10-3cni已知摩爾分?jǐn)?shù)蠡=0.478 時(shí)， 緘=126/cm,互擴(kuò)散系數(shù)百=1.43X10-9cm7s,試求 Matano 面的移動(dòng)速度和銘、鐵的本征擴(kuò)散系數(shù)a,De。(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 E=251KJ/mol 的擴(kuò)散反應(yīng)。觀察在溫度從25c 升高到 600c 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

5、 a-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(m/s)736c2X10-13782c5X10-13835c1.3X10-12(a)試確定公式 D=Dexp(-Q/RT)是否適用；若適用，則計(jì)算出擴(kuò)散常數(shù) D 和激活能 Q(b)試求出 500c 下的擴(kuò)散速率。10 .丫鐵在 925c 滲碳 4h,碳原子躍遷頻率為廠=1.7X109/s,若考慮碳原子在丫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質(zhì)；(c)若碳原子在20c時(shí)的躍遷頻率為F=2.1X10-9/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

6、的關(guān)系圖，計(jì)算單晶體銀和多晶體銀在低于 700c 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。J12 .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，試畫出具 InD 相對(duì)溫度倒數(shù) 1/T 的曲線，并指出約在哪個(gè)溫度范圍內(nèi)，晶界擴(kuò)散起主導(dǎo)作用。13 .試?yán)?Fe-O 分析純鐵在 1000c 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W。(a)將產(chǎn)生什么離子的空位？(b)每個(gè) W+將產(chǎn)生多少個(gè)空位?(c)比較 NiO 和滲 W 勺 NiO(即 NiO-W0 的抗氧化性哪個(gè)好?15 .已知Al在AI2O中擴(kuò)散常數(shù)D=2.8X10

7、-3(m2/s),激活能477(KJ/mol),而O(氧)在AlzQ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 DWI與 1/T 不成線性關(guān)系的原因。溫度八;io叱一ILIILG1-1121.31.41.51.61*7(10VT)/K-117 .假定聚乙烯白聚合度為 2000,鍵角為 109.5(如圖所示)，求伸直鏈的長(zhǎng)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卜可產(chǎn)生很大變形的原因。(鏈節(jié)長(zhǎng)度 l=0.514nm,R*=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=-68C,聚甲醛的 Tg=-83C,聚二甲基硅氧烷的Tg=-128C,試分析高分子鏈的柔順性與