第四章1有一硅单晶片,厚05mm,其一端面上每107个硅原子包含两

第四章1.有一硅单晶片，厚0.5mm，其一端面上每107个硅原子包含两个镓原子，另一个端面经处理后含镓的浓度增高。试求在该面上每107个硅原子需包含几个镓原子，才能使浓度梯度成为2×1026原子/m3.m硅的点阵常数为0.5407nm。2.在一个富碳的环境中对钢进行渗碳，可以硬化钢的表面。已知在1000℃下进行这种渗碳热处理，距离钢的表面1mm处到2mm处，碳含量从5at%减到4at%。估计在近表面区域进入钢的碳原子的流入量J(atoms/m2s)。（γ-Fe在1000℃的密度为7.63g/cm3，碳在γ-Fe中的扩散常数D0=2.0×10-5m2/s,激活能Q=142kJ/mol）。3.为研究稳态条件下间隙原子在面心立方金属中的扩散情况，在厚0.25mm的金属薄膜的一个端面（面积1000mm2）保持对应温度下的饱和间隙原子，另一端面为间隙原子为零。测得下列数据：温度（K）薄膜中间隙原子的溶解度（kg/m3）间隙原子通过薄膜的速率（g/s）122314．40.0025113619．60.0014计算在这两个温度下的扩散系数和间隙原子在面心立方金属中扩散的激活能。4.一块含0.1%C的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%。在t0的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设=2.0×10-5exp(-140000/RT)(m2/s)，(a)计算渗碳时间；(b)若将渗层加深一倍，则需多长时间？(c)若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？5.含0.85%C的普碳钢加热到900℃在空气中保温1小时后外层碳浓度降到零。(a)推导脱碳扩散方程的解，假定t0时，x=0处，ρ=0。(b)假如要求零件外层的碳浓度为0.8%，表面应车去多少深度？（=1.1×10-7cm2/s）6.在950℃下对纯铁进行渗碳，并希望在0.1mm的深度得到0.9wt%的碳含量。假设表面碳含量保持在1.20wt%，扩散系数Dγ-Fe=10-10m2/s。计算为达到此要求至少要渗碳多少时间。7.设纯铬和纯铁组成扩散偶，扩散1小时后，Matano平面移动了1.52×10-3cm。已知摩尔分数CCr=0.478时，=126/cm，互扩散系数=1.43×10-9cm2/s，试求Matano面的移动速度和铬、铁的本征扩散系数DCr，DFe。（实验测得Matano面移动距离的平方与扩散时间之比为常数。）8.有两种激活能分别为E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的扩散反应。观察在温度从25℃升高到600℃时对这两种扩散的影响，并对结果作出评述。9.碳在α-Ti中的扩散速率在以下温度被确定：测量温度扩散系数D（m2/s）736℃2×10-13782℃5×10-13835℃1.3×10-12(a)试确定公式D=D0exp(-Q/RT)是否适用；若适用，则计算出扩散常数D0和激活能Q。(b)试求出500℃下的扩散速率。10.γ铁在925℃渗碳4h，碳原子跃迁频率为1.7×109/s,若考虑碳原子在γ铁中的八面体间隙跃迁，(a)求碳原子总迁移路程s；(b)求碳原子总迁移的均方根位移；(c)若碳原子在20℃时的跃迁频率为Γ=2.1×10-9/s，求碳原子在4h的总迁移路程和均方根位移。11.根据实际测定lgD与1/T的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于700℃温度范围的扩散激活能，并说明两者扩散激活能差异的原因。12.对于体积扩散和晶界扩散，假定扩散激活能Q晶界Q体积，试画出其InD相对温度倒数1/T的曲线，并指出约在哪个温度范围内，晶界扩散起主导作用。13．试利用Fe-O分析纯铁在1000℃氧化时氧化层内的组织与氧化浓度分布规律，画出示意图。14.在NiO中引入高价的W6+。（a）将产生什么离子的空位？（b）每个W6+将产生多少个空位？（c）比较NiO和渗W的NiO(即NiO-WO3)的抗氧化性哪个好？15.已知Al在Al2O3中扩散常数D0=2.8×10-3(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)分别计算两者在2000K温度下的扩散系数D；(b)说明它们扩散系数不同的原因。16.在NaCl晶体中掺有少量的Cd2+，测出Na在NaCl的扩散系数与1/T的关系，如图所示。图中的两段折现表示什么，并说明DNaCl与1/T不成线性关系的原因。17.假定聚乙烯的聚合度为2000，键角为109.5°(如图所示)，求伸直链的长度为Lmax与自由旋转链的均方根末端距之比值，并解释某些高分子材料在外力作用下可产生很大变形的原因。（链节长度l=0.514nm,=nl2）18.试分析高分子的分子链柔顺性和分子量对粘流温度的影响。19.已知聚乙烯的玻璃化转变温度Tg=-68℃，聚甲醛的Tg=-83℃,聚二甲基硅氧烷的Tg=-128℃,试分析高分子链的柔顺性与它们的Tg的一般规律。20.50%结晶高分子的模量与随温度的变化，如图所示。（a）在图中粗略画出，不同模量范围内的玻璃态，皮革态，橡胶态和粘流态的位置，并说明原因。（b）在该图上，粗略画出完全非晶态和完全晶态的模量曲线，并说明原因。