한국어
메뉴

결정 결함과 확산

공공 농도의 아레니우스 식, 전위와 버거스 벡터, 결정립계, 픽의 법칙, 확산 계수와 오차 함수 해를 3지선다 문제로 학습합니다. 침탄과 도펀트 확산 계산도 연습할 수 있습니다.

10문제 연습하기이 분야에서 무작위로 10문제 · 약 5분 이 분야 풀기이 분야의 모든 문제를 무작위 순서로 출제합니다 약점 문제최근에 틀린 문제만 다시 풉니다

확산 계수·확산 거리 →

결정 결함과 확산 핵심 정리

실제 결정에는 공공이나 격자간 원자 같은 점결함, 전위라는 선결함, 결정립계 같은 면결함이 있습니다. 공공의 농도는 exp(−Q/kT)에 따라 온도와 함께 급격히 증가하며, 확산을 담당합니다. 전위는 버거스 벡터로 특징지어지며, 버거스 벡터는 칼날 전위에서는 전위선에 수직, 나선 전위에서는 전위선에 평행합니다.

확산은 픽의 법칙으로 나타내며, 정상 상태에서는 확산 플럭스가 농도 구배에 비례합니다. 확산 계수는 D = D₀exp(−Q/RT)로 온도에 크게 의존하며, 확산 거리의 기준은 √(Dt)입니다. 침탄처럼 표면 농도가 일정한 경우에는 오차 함수 해를 사용해 깊이와 시간의 관계를 구합니다.

결정 결함과 확산 문제 목록(12문제)
  1. 이온 결정의 점결함 중 프렌켈 결함의 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  2. 칼날 전위에서 버거스 벡터와 전위선의 관계로 옳은 것은 무엇인가?
  3. 어떤 금속의 공공 형성 에너지를 0.90 eV라고 하자. 1000 K에서의 평형 공공 농도(격자점당 공공의 비율)를 n/N = exp(−Q/kT)로 구하면 얼마에 가장 가까운가? 볼츠만 상수는 k = 8.617×10⁻⁵ eV/K로 한다.
  4. 두께 5.0 mm인 강판의 양면에서 탄소 농도가 각각 1.2 kg/m³와 0.8 kg/m³로 유지되며 정상 상태로 확산하고 있다. 확산 계수를 3.0×10⁻¹¹ m²/s라고 하면 탄소의 확산 플럭스에 가장 가까운 것은 무엇인가? 농도는 판 두께 방향으로 직선적으로 변한다고 한다.
  5. γ철 속 탄소의 확산 계수는 D₀ = 2.3×10⁻⁵ m²/s, 활성화 에너지 Q = 148 kJ/mol인 아레니우스형 D = D₀exp(−Q/RT)를 따른다. 927℃에서의 확산 계수에 가장 가까운 것은 무엇인가? 기체 상수는 R = 8.314 J/(mol·K)로 한다.
  6. 어떤 원소의 확산 계수가 800 K에서 1.0×10⁻¹⁴ m²/s, 1000 K에서 4.0×10⁻¹³ m²/s였다. 아레니우스형 D = D₀exp(−Q/RT)를 따른다고 하면 활성화 에너지 Q에 가장 가까운 것은 무엇인가? R = 8.314 J/(mol·K)로 한다.
  7. 탄소 농도 0.20 wt%인 강을 표면의 탄소 농도를 1.00 wt%로 유지하며 침탄한다. 깊이 0.50 mm에서 탄소 농도가 0.60 wt%가 될 때까지의 시간에 가장 가까운 것은 무엇인가? 확산 계수는 1.6×10⁻¹¹ m²/s, (C − C₀)/(Cₛ − C₀) = 1 − erf(x/2√(Dt)), erf(0.371) = 0.40, erf(0.477) = 0.50으로 한다.
  8. 같은 온도에서 확산 처리를 할 때, 어떤 농도에 도달하는 깊이를 2배로 하려면 처리 시간을 몇 배로 해야 하는가?
  9. 같은 온도의 α철 속에서는 탄소의 확산 계수가 니켈의 확산 계수보다 몇 자릿수나 크다. 그 주된 이유로 옳은 것은 무엇인가?
  10. 다결정 금속에서의 확산 경로에 대해 옳은 것은 무엇인가?
  11. 구리와 황동(Cu-Zn 합금)을 접합하여 가열하면 원래 계면에 둔 불활성 마커가 황동 쪽으로 이동한다(커켄달 효과). 이 현상이 나타내는 것으로 옳은 것은 무엇인가?
  12. FCC 금속의 완전 전위의 버거스 벡터는 (a/2)<110>이다. 알루미늄(격자 상수 0.405 nm)에서 그 크기에 가장 가까운 것은 무엇인가?

기초의 다른 분야