第五讲 扩散.doc

第五章 习题集锦 1问题 式(5－1)是一维形式的扩散第一定律，请写出三维形式的扩散第一定律。 2问题 请举出上坡扩散的具体例子。提示：参考“相互作用参数”的相关内容。问题 请分别在液态和气态中，举出下坡扩散的具体例子。问题 夏天铺设柏油马路，沥青味从外面进入教室。请问沥青的味道主要通过扩散进入教室的吗？问题 氧气与氮气的平均自由程约为0.055与0.06。这两个数据与门窗通常的缝隙比小很多。假定门窗缝隙经过细致加工后达到上述尺寸精度，问在房间里睡觉会出现什么问题？问题 1.化学势的一维形式。请写出B原子化学势的三维形式。2. B原子化学势气体中的扩散都是下坡扩散，因为气体的？ 气体分子的平均自由程比较大，原子间距离太远 问题 讲义中说：“若非常大且温度不是特别高，则内能项起决定作用，此时的化学势高于，因此B原子由低浓度的向扩散，即上坡扩散中，没有考虑应变能。问：1.如果固溶体的，但原子半径不同造成的应变能必须考虑，此时是否会引起上坡扩散？为什么？2.表达式中的对扩散有无影响？ 半径不同，该原子处及周围晶格产生畸变，应变能促使系统能量增加，若此时原子继续扩散至此，可降低因尺寸不同造成的应变能，所以会造成上坡扩散； GB有影响，是否存在空位，将影响GB的大小，进而影响μB 9问题 扩散现象通常在单相固溶体内部。当两个相之间平衡时，相间不存在扩散，这是为什么？动态平衡 10问题 1.在相图4－29中，找出两个区域，其中可能发生液相的上坡扩散。同时指出如何操作才能使上坡扩散真正发生。2.此时上坡扩散的驱动力是什么？结合键能、应变能还是熵？请逐一分析。 ？（联系调幅分解） 11问题 固溶于中的碳原子偏析到晶界的过程，是上坡扩散还是下坡扩散？ 上坡 12问题 上坡扩散现象在固相中缕缕发生；在液相中偶尔发生；在气相中，上坡扩散不可能发生。请分析上坡扩散在三种不同物态下存在上述差异的原因。 （三种相中分子运动激烈程度不同），原子间距大，电子云重叠概率高，结合能足够大才能使同类原子聚集，发生上坡扩散 13问题 讲义中说：“若比零大一些但温度也不是很高，内能项仍然为主，即还是上坡扩散问题 ，用第二定律反推第一定律 15问题 讲义中把通量写成空间位置与时间的函数，即J=J(x, t)。为什么能够写成这样的形式？ 假定D不随时间变化，对偏导函数C=C(x,t)可以这么处理，ms是数学中微分的处理方法 （好！）16问题 讲义中将扩散系数写成D=D(T, p, C)。请根据物理化学的状态函数理论给予解释。 17问题 讲义指出：在通常条件下，往往假定D不随C变化，即D为常数，这样 到，应该要求D不随x变化。这样就与上面的“假定D不随C变化，即D为常数 18问题 证明误差函数解及正弦解均满足第二定律。1.碳在中的，激活能，求870℃及927℃时的扩散系数。若要铁棒中相同的位置得到相同的碳浓度，870℃渗碳所需时间是927℃的多少倍？在500℃以上，铜氧化成氧化亚铜的过程呈抛物线规律。这一过程的激活能为158KJ/mol(实际上是铜离子在氧化亚铜晶体中的扩散激活能)。假定铜在600℃的空气中停留5秒钟形成cm厚的氧化亚铜，问在550℃的空气中停留10秒钟形成多厚的氧化亚铜。抛物线规律 数学上处理脱碳与渗碳极其相似，也是半无限问题，只不过表面碳原子浓度定义为0。请根据这些条件写出脱碳问题的数学表达式。 （这个只要改变边界条件即可） 23问题 证明式(5－14)。提示，这实际是复合函数求导问题，把当成中间变量。 （这个事实上在考察数学问题，其实觉得做不做皆可） 24问题 中碳的扩散系数与Fe3(C, N)中碳的扩散系数，哪个更高一些？ 因为存在着N的浓度梯度，N与C原子发生置换扩散 α-Fe中C是间隙扩散，Fe3(C, N)中的C是置换扩散，比较两者大小 25问题 关于柯肯达尔效应26问题 最初，柯肯达尔效应 27问题 Cu－Ni扩散偶焊接好之后，要放置在高温下(但不能有液相)。为什么要放在高温下？ 比较容易回答 28问题 画图表示Cu－Ni扩散偶中标记物向Ni一侧移动的原因。提示：要考虑到晶胞数的变化，以及Ni原子半径小于Cu的事实。 （应该不难）二维图即可，模仿Ω那一节中的图 29问题 在不太高的温度下(如400℃左右)，中的碳原子会从高浓度向低浓度扩散。你认为扩散的主要驱动力是熵，还是应变能？为什么？ （从低温下熵的作用不大考虑） 30问题 对扩散系数相同而的A、B棒，组成扩散偶后会不会出现标记面移动现象？ 31问题 试判断在VC与TiC构成的扩散偶中，是否会发生柯肯达尔效应，为什么?间隙化合物(如(Fe、Mn)3C、VC-TiC等)中的以什么扩散，为什么?VC-TiC还是VC、TiC？C原子作为间隙原子，~ 33问题 与固溶体比，中间相里