在中真空條件(18~50Pa)下, 從原子碰撞與碰撞凝聚的角度分析系統溫度、鋁分壓及冷凝區(qū)溫度梯度對鋁蒸氣相變形核及冷凝的影響。采用真空蒸發(fā)冷凝法( 不充入惰性氣體) 制備出鋁珠及鋁粉, 并利用掃描電鏡與能譜進行表征。結果表明:在中真空條件(18~50Pa)下, 蒸氣過飽和度增大, 利于液相形核, 這與溫度對單位時間鋁原子碰撞次數的影響一致, 但當系統溫度降到液氣轉變最低溫度后, 鋁蒸氣將冷凝成固態(tài)。中真空下, 其影響蒸氣冷凝方式的重要因素之一是系統中冷凝區(qū)的溫度梯度。通過真空蒸發(fā)冷凝法, 在冷凝區(qū)溫度梯度約1.4K/mm 時制得金屬鋁珠, 溫度梯度約19.5K/mm 時制得金屬鋁粉。

　　在真空冶金、蒸發(fā)冷凝法( IGC) 制備金屬粉體及真空碳熱還原.氯化法及氟化法煉鋁等方面, 金屬蒸氣的冷凝一直受到人們的關注。而形核作為金屬蒸氣冷凝的初始階段( 決定了蒸氣的冷凝方式) ,在凝結、沸騰、結晶、催化等眾多問題中廣泛存在并起著決定性作用。從理論上分析研究蒸氣的形核, 有利于找到影響蒸氣冷凝方式的關鍵因素, 實現對蒸氣冷凝過程的有效控制, 制得滿足工業(yè)和生產需要的冷凝產物。

　　在形核方面, 曲凱陽等研究了均質形核結冰的隨機性及形核率, 張華偉等從理論上研究了金屬熔體中的氣泡形核, 曾丹苓利用熱力學理論從亞穩(wěn)平衡態(tài)的特性出發(fā)研究了汽液相變中汽泡形核的熱力學機制, 邵建立等利用分子動力學方法研究了沖擊加載下孔洞誘導相變形核, Izmailov A F等研究了形核的統計意義, Ring TA 研究了納米團簇形核, Leubner I H建立了顆粒形核及長大的模型, L-mmen N 等利用分子動力學模擬仿真研究了過飽和鐵蒸氣均勻形核, 王俊文建立了射頻等離子體化學氣相沉積( RF-PCVD) 法制備納米Al2O3 粉體中晶粒碰撞長大的動力學模型, 而對影響金屬蒸氣冷凝及冷凝形核原因的分析未見報道。另外, 雖然鋁粒及鋁粉化學活性好、原料豐富及成本較為低廉, 在冶金、化學、工業(yè)用炸藥、推進劑及其他方面得到了有效利用, 并且利用IGC 法制備鋁粒及鋁粉的過程簡單, 但影響粉體粒徑的工藝參數多、粉體的產率低, 一直制約著該法的發(fā)展 �；�于此, 本文擬從微觀原子相互碰撞的角度出發(fā), 將常壓下的一些原理應用到中真空下分析鋁蒸氣冷凝的過程,考慮系統溫度、鋁分壓及冷凝區(qū)溫度在蒸氣冷凝形核過程中的作用。通過設計獲得冷凝區(qū)不同的溫度梯度, 采用真空蒸發(fā)冷凝法制備鋁珠及鋁粉, 驗證理論分析的正確性及真空蒸發(fā)冷凝法制備鋁珠及鋁粉的可行性。為中真空下蒸氣的冷凝、晶體與粉體的制備提供理論依據和試驗基礎。

4、 結論

　　(1) 在中真空(18~50Pa) 下, 金屬鋁蒸氣過飽和后, 隨著溫度降低, 單位時間鋁原子碰撞次數增加,提高了鋁原子碰撞團聚的概率, 有助于鋁原子在空間凝聚形核。

　　(2) 在中真空條件下, 隨著系統溫度降低, 鋁蒸氣過飽和度逐漸增大, 有利于液相形核, 這與溫度對單位時間鋁原子碰撞次數的影響一致。當鋁蒸氣在低于經過液相的最低溫度冷凝時, 鋁蒸氣將直接冷凝成固態(tài)而并不經過液態(tài)。

　　(3) 在中真空條件下, 冷凝器內的溫度梯度有重要的作用, 并且真空蒸發(fā)冷凝法制備鋁珠以及鋁粉完全可行。在相同的鋁蒸發(fā)溫度(1703~1753K) 、相同直徑及高度的冷凝器中, 溫度梯度約1.4K/mm時通過真空蒸發(fā)冷凝法可以制得鋁珠, 溫度梯度約19.5K/mm 時制得鋁粉。