氧化铋在高温超导材料、光电材料、电子陶瓷材料、催化剂、固体电解质材料等方面有广泛的应用，其应用效果与氧化铋的晶型、粒度大小、粒度分布、表面状态及形貌有着密切的关系。在众多纳米材料的制备方法中，通过气相冷凝的方式制备纳米材料的一类方法，因其制备的纳米粉体产品纯度高，表面清洁，粒度可控，结晶组织好，而倍受青睐。在已开发的用于氧化铋制备的这类方法中，多数因设备投资大，生产成本较高制约了它们的应用与发展。因此，研究一种低成本、高效率并且具有产业化前景制备高品质纳米氧化铋的新方法，具有十分重要的意义。本课题针对上述研究现状，采用蒸气氧化法(一种设备投资小、生产成本低的方法)制备了氧化铋纳米粉体材料，并在对氧化铋粒子形成机理的理论分析的基础上建立了数值模型，对氧化铋的形成过程进行了模拟。通过这些工作以期加深对蒸气氧化法制备氧化铋过程特点的认识，并为今后设备的设计与开发创造必要的条件。本工作所取得的主要成果如下： (1)热力学计算与铋蒸发过程的实验研究表明，在铋熔体与铋蒸气共存的系统中通入空气时，铋蒸气与铋熔体都能发生氧化反应生成氧化铋。铋熔体发生氧化反应生成的氧化铋浮于铋熔体的表面，阻断了铋的继续蒸发，使铋蒸气与氧气的反应无法继续进行，铋蒸气氧化法制备氧化铋粉体无法实现。本课题通过在铋熔体中加入还原剂，消除了这种不利影响，保证了铋连续地蒸发、氧化，实现了氧化铋粉体的连续制备。与以往的研究相比，这种方法对加热设备的要求大大降低，只需要常规的电阻丝加热方式即可实现氧化铋的制备。 (2)在电阻丝供热的管式反应器中，采用铋蒸气氧化法直接制备了室温稳定的纯β-相和纯δ-相纳米氧化铋粉体。SEM图像表明粒子为球形。用XRD测定的平均粒径为14.6～44.2nm；用激光粒度分析仪测定的粒度平均粒径大小为62～69nm，标准差(GSD)为1.42～1.64。用DTA对制备的δ-Bi2O3的热稳定性进行考察时发现，在313℃以下，δ-Bi2O3能稳定存在，当温度高于313℃时，δ-相开始向γ-相转变。用XRD考察了粒子粒度大小、结晶形态与制备条件间的关系，结果表明：粒子的大小随载气流量的增加、体系中氧含量的增加、系统温度的提高而增大；当使用一定的方法(如：加大真空泵的抽气速度，减小反应舟离炉子出口的距离)使粒子在反应器内停留时间减少时，有利于生成δ-Bi2O3.(3)在用蒸气氧化法制备氧化铋时，由于还原剂参与了化学反应，当载气中氧含量大于50％时，产品中除生成β-Bi2O3还含有碳酸氧铋。当载气中氧含量增加时，产品中碳酸氧铋的含量增加，在氧气含量达到100％，产品基本上是纯的碳酸氧铋。碳酸氧铋为树支状，其宽度为纳米级。将碳酸氧铋在空气气氛中，在550℃煅烧5小时以上，可制备出棒状的纳米α-Bi2O3粉体。这也是首次通过气相方法制备了非球形纳米氧化铋。 (4)对铋氧化动力学的研究发现，在现有的实验条件下，气相中所发生的氧化过程为铋蒸气与氧气的均相氧化过程，无氧气与铋粒子(固体或液滴)的多相氧化反应发生。利用重量法测定了铋氧化动力学，得出了铋蒸气氧化生成氧化铋的速率为：1/AdmBi2O3/dt=(-3.25912+0.000749T)Po2(5) 铋蒸气氧化法制备氧化铋过程的数值模拟结果表明，氧化铋粒子的成核与凝并过程都发生在很短的时间内，较小的空间范围内，因此，所得粒子的大小受流体下游冷却系统的影响较小。在这个制备系统中，氧化铋粒子的数值浓度较低，易生成粒度较小的粒子。在反应舟区流体的径向速度较大，在炉子出口处，热迁移速度较大，氧化铋有可能在这两个地方向反应器壁沉积，造成产品产率降低。数值模拟的轴线温度分布与实验结果较好一致；数值模拟不同制备温度下氧化铋粒度大小与实验结果基本一致。