金属在真空状态下的蒸发速率.pdf

金属在真空状态下的蒸发速率 丘克强， 段文军， 陈启元 （中南大学化学化工学院， 长沙 “ ） 摘要在阐明一些基本概念的基础上， 系统地讨论金属在真空状态下蒸发的速率问题。在一定的真空度下， 金属的蒸发速 率随着温度的升高而增大。在一定的温度下， 金属的蒸发速率随着真空度的变化出现对应 “一般蒸发” 、“沸腾蒸发” 和 “分子蒸馏” 种蒸发形式的个阶段。当真空度高到一定程度以后， 金属的蒸发速率与真空度变化无关而达到最大。同一个金属的 “最大蒸 发速率” 与温度呈正相关。 关键词金属； 真空； 蒸发； 速率 中图分类号 “ 9 0 6 A 3 8 1 , A C7 B , ’ 7 A 图“描述了金属在真空状态下蒸发的共同特 点 在同一温度下， 金属的蒸发速率随着真空度而变 化， 并且随着真空度量变的积累引起了金属蒸发速 率质的变化， 使曲线可划分为个区域 缓慢区、 加 速区、 最大区。这个区域分别对应着物质的种 蒸发形式。 （）“表面蒸发” ， 或 “一般蒸发” 。这种蒸发是在 粗真空下进行的， 此时相应的平均自由程远小于 蒸发空间的线性尺寸1 -， 即““1-。 因此， 在 “一 般蒸发” 中， 蒸发空间存在着许多残余气体， 不但蒸 发的分子之间发生频繁的碰撞， 而且它们与残余气 体分子也发生较多的碰撞， 气体分子之间的粘滞性 产生的内摩擦很大， 因而存在着较大的阻力而不能 顺利地从蒸发空间扩散而离开。显然， 在这种情况 下， 已蒸发的物质分子的扩散过程对整个蒸发过程 起着控制作用。 （“）“沸腾蒸发” 。当真空度继续升高进入加速 区时， 金属熔体就可能生成气泡而出现 “沸腾蒸发” ， 此阶段相当中真空， 对应的平均自由程小于或等于 蒸发空间的线性尺寸， 即1 -， 气体分子间的碰 撞及气体分子与器壁间的相互碰撞并存， 气体分子 之间的内摩擦不可忽略， 气体状态基本处于 “过渡 态” 。 与 “熔化结晶”过程类似， 若* .刚好等于体 系压力 （真空度） 时， 不会立即出现沸腾现象， 而必须 使金属熔体的温度稍高于理论沸腾温度， 即有一定 的过热度以克服气泡上方的静压力及微小气泡的曲 - 有色金属第 卷 万方数据 面附加压力时， 熔体才会发生沸腾现象。在沸腾蒸 发时， 体系存在较少的残余气体分子， 已蒸发的金属 质点受到较少的碰撞。在这种情况下， 若增大供热 速度， 熔体温度不变， 只会在熔体中产生更多的气 泡， 增大蒸发表面， 加速蒸发。 （）“分子蒸馏” 。曲线进入水平区， 即真空度已 相当高， 相应的平均自由程远大于蒸发空间的线性 尺寸， 即 “， 此时， 体系中残余气体分子很少 了， 气体分子之间的碰撞可以忽略， 只存在蒸发的气 体分子与器壁之间的碰撞， 因此气体分子之间的内 摩擦已不存在， 已蒸发的金属分子扩散阻力可以忽 略， 从而为蒸发过程创造了最好的迁移条件， 保证了 金属蒸气质点能以最大的速率达到冷凝面。 显然， 上面种蒸发形式的速率大小顺序及对 应的平均自由程特点为 分子蒸馏 （ “） 沸腾蒸发 （“ “） 一般蒸发 （ “） 综上所述， 并根据图可得到几点对真空工程 设计和实际操作控制都很重要的结论。 （） 在一定的真空度下， 金属的蒸发速率随着温 度的升高而增大。 （） 在一定的温度下， 金属的蒸发速率随着真空 度的变化出现个不同的阶段而对应 “一般蒸发” 、 “沸腾蒸发” 和 “分子蒸馏” 种不同的蒸发形式。只 有当真空度高到一定程度以后， 金属的蒸发速率才 与真空度变化无关而达到最大。 （） 不能将物质的 “本能蒸发速率” 认为是 “在真 空下所具有的蒸发速率” ［］ 。因为在某一温度下， 物质的蒸发速率还会随着真空度的不同而变化。但 可以说， 物质的本能蒸发速率是与一定温度相应的 “分子蒸馏” 条件下的蒸发速率， 即真空度高达一定 程度后的蒸发速率， 并且对 “真空度” 的要求因不同 的金属而异， 不能一概而论。值得指出的是， 虽然 “本能蒸发速率” 与 “最大蒸发速率” 数值相等， 但是 它们显然是不同的概念“本能蒸发速率” 是物质的 固有属性， 它取决于物质的结构及所处的温度， 而最 大蒸发速率是对蒸发过程动力学的描述。在一定的 温度下， 蒸发的速率是否达到最大， 只取决于环境因 素， 即真空度的高低。在相同的条件下， 本能蒸发速 率越大的物质， 其最大蒸发速率也越大。 （ . - 6 * 5 ; 2 34 . 17 4 / - 2 5 6 , 1 1 6 , 3 6 3 * ；7 / 4 8 / 6 , / 8 7 2 7； ’ . , 5 8 3 * . 2 6 7 CG 有色金属第G 卷 万方数据