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内蒙古大学材料科学导论期末复习计算

例题 : Cu 晶体的空位形成能Ev 为0.9ev/atom ,或 1.44×10-19 J/atom ,材料常数A 取作1,玻尔兹曼常数k =1.38×10 - 23 J/K ,计算:(已知Cu 的摩尔质量为MCu =63.54g/mol , 500℃下Cu 的密度ρCu =8.96 ×106 g/m3 )
1)在500℃下,每立方米Cu 中的空位数目。

2) 500℃下的平衡空位浓度。

解:首先确定1m3体积内Cu 原子的总数:
236
28036.023108.96108.491063.54Cu Cu N N M m ρ⨯⨯⨯===⨯
1)将N 代入空位平衡浓度公式,计算空位数目nv
2)1928232813.5286233
1.4410exp 8.4910exp 1.3810773
8.49108.4910 1.37101.210
/V v E n N kT e m ------⨯==⨯⨯⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯2)计算空位浓度 19
13.56231.4410exp 1.4101.3810773v V n C e N -----⨯====⨯⨯⨯
即在500℃时,每106个原子中才有1.4个空位
制作半导体元件时,常在Si表面沉积一薄层硼,然后加热使之扩散.测得1100℃时硼的扩散系数DB=4×10-7m2/s , 硼的薄膜质量M为:M=9.43×1019个原子.
求:扩散时间t=7×107S后表面(x=0)硼的浓度.
解:将已知条件代入
2

C=exp(-)
4Dt
πDt
C0 =0.1%C (纲件原始浓度),CS =1%(钢件渗碳后表层C%),渗碳温度为930℃=1.61×10-12m2/s
求:渗碳4小时以后在x=0.2mm处的碳浓度(C)值。

解:先求误差函数β=
Dt 2
x

14400
10
61.12
10
2
12
4



-
-
∴β=0.657
查误差函数表可知:erf(β)=erf 0.657=0.647
个原子⨯

⨯⨯⨯⨯
19
19
-77
9.4310
C==110π410710。

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