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、鋁分壓及冷凝區溫度梯度對鋁蒸氣相變形核及冷凝的影響。采用真空蒸發冷凝法( 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。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的溫度梯度。通過真空蒸發冷凝法, 在冷凝區溫度梯度約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平衡態的特性出發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展 。基于此, 本文擬從微觀原子相互碰撞的角度出發, 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、鋁分壓及冷凝區溫度在蒸氣冷凝形核過程中的作用。通過設計獲得冷凝區不同的溫度梯度, 采用真空蒸發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而并不經過液態。

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