6-7扩散与固相反应习题2012讲解.ppt

第五章、第六章习题课;E;扩散 1非稳定扩散：扩散过程中任一点浓度随时间变化。 稳定扩散：扩散质点浓度分布不随时间变化。 2 无序扩散：无化学位梯度、浓度梯度、无外场推动力，由热起伏引起的扩散。质点的扩散是无序的、随机的。 3互扩散：多元系统往往存在着几种离子同时进行的扩散 ，有浓度差的空间扩散称为互扩散。 互扩散推动力：化学位梯度。 4 间隙扩散：质点沿间隙位置扩散。 5 本征扩散：主要出现了肖特基和弗兰克尔点缺陷，由此点缺陷引起的扩散为本征扩散（空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移）。 非本征扩散：空位来源于掺杂而引起的质点迁移。 6.菲克第一定律：J=-Ddc/dx，菲克第一定律应用于稳定扩散 菲克第二定律：dc/dt=Dd2c/dx2，菲克第二定律应用于非稳定扩散。;7、根据扩散的热力学理论，扩散的推动力是化学位梯??，而发生逆扩散的条件是热力学因子小于零 。 8 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：（）。（A）空位来源于晶体结构中本征热缺陷，（B）空位形成能，（C）空位迁移能，（D）D=D0exp[-Q/(RT)]9正扩散和逆扩散 正扩散：当热力学因子0时，物质由高浓度处流向低浓度处，扩散结果使溶质趋于均匀化，Di0。逆扩散：当热力学因子0时，物质由低浓度处流向高浓度处，扩散结果使溶质偏聚或分相，Di0。 10 简述固体内粒子的迁移方式有几种? 易位，环转位，空位扩散，间隙扩散，推填式。 11、浓度梯度是扩散的推动力，物质总是从高浓度处向低浓度处扩散。;??指出以下概念中的错误 ①如果固体中不存在扩散流，则说明原子没有扩散； 答：扩散流的产生需要一个推动力,但在宏观上不存在扩散流,只要有一定温度,原子之间存在杂乱无章的自扩散. ②因固体原子每次跳动方向是随机的，所以在任何情况下扩散流量为零； 答：当有外力作用,如处于电场中,扩散流量不为零,只有在平衡状态下,扩散流量为零. ③晶界上原子排列混乱，不存在空位，所以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散。 答：晶界上原子所受束缚力低,其能量/振动频率高,迁移能力强,其原子迁移到内部相当于空位的反向扩散,不仅存在扩散,其扩散能力还比内部强. ④间隙固溶体中溶质浓度较高，则溶质所占据的间隙越多，供扩散的空余间隙越少，即Z值越小，越容易导致扩散系数的降低。 答：对扩散系数的影响可以忽略. ; 解：在KCl晶体中掺入10-5mo1％CaCl2，缺陷方程为： 则掺杂引起的空位浓度为 欲使扩散以热缺陷为主，则 即 即 解得T936.5K;7-3 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的Schtty缺陷形成能为6eV) 解： Ca2+在CaO中的扩散机制为空位扩散，其Schtty缺陷浓度为;因此，杂质离子M3＋的浓度应远大于两倍的热缺陷空位浓度。 [M3+]2×5.44×10-6＝1.088×10-5;7-6 试讨论从室温到熔融温度范围内，氯化锌添加剂(10-4mol%) 对NaCl单晶中所有离子(Zn、Na和Cl) 的扩散能力的影响。 定性分析： 当NaCl中溶有少量ZnCl2时，Na+的扩散系数一方面受缺陷浓度(Schtty缺陷：V/Na+V.Cl)影响，另一方面受由于引入Zn2+而形成的 影响。 但可认为：当温度较低时，由Zn2+的引入而产生的 对Na+扩散系数影响是主要的；而当温度较高时， Na+的本征扩散将占优势。 在整个温度范围内，Cl-的扩散均以本征扩散为主。因为Zn2+ 的引入并不明显改变Cl-亚点阵的情况。 答：低温时,以杂质扩散为主,ZnCl2的加入对Na离子的扩散能力有扩散作用,而对氯离子的扩散能力影响不大,在高温条件下,本征扩散为主要形式, ZnCl2的加入影响可忽略. ;定量计算：; 7-7.??答：①Q=48.9kJ,D0=0.39cm2/s ②质点处于其他质点作用的三位势阱中作周期性振动,若要摆脱其他质点的束缚,必须具有克服势阱作用的能量,这部分能量称为激活能,激活能包括迁移能和缺陷形成能. ③D∝PS2-1/4,硫分压越小,D越大,硫分压增大,D减小.;;补充练习 1、(1) 试推测在贫铁的Fe3O4中Fe2+扩散系数与氧分压的关系。 (2)试推测在铁过剩的Fe2O3中氧分压与氧扩散系数的关系。 解： (1)贫铁的Fe3O4相当于FeO+少量Fe2O3，其