1、年產(chǎn)600噸氮化鋁粉體工廠設計目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研制備方法制備方法及工藝選及工藝選擇擇車間布置車間布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟濟物料衡算物料衡算及設備選及設備選擇擇前期調(diào)研前期調(diào)研1引言引言 隨著電子產(chǎn)品逐漸向高性能、微型化以及輕薄化發(fā)展，隨著電子產(chǎn)品逐漸向高性能、微型化以及輕薄化發(fā)展，散熱技術(shù)已經(jīng)成為制約電子設備發(fā)展的關鍵因素之一。為了散熱技術(shù)已經(jīng)成為制約電子設備發(fā)展的關鍵因素之一。為了避免材料散熱性能差造成設備的使用性能及壽命降低，發(fā)展避免材料散熱性能差造成設備的使用性能及壽命降低，發(fā)展導熱性能優(yōu)異的材料是其關鍵所在。導熱性能優(yōu)異的材料是其關鍵所在。氧化鋁氧化鋁氮化鋁氮化鋁熱導率熱導率20-

2、30熱膨脹系熱膨脹系數(shù)數(shù)7.4力學性能力學性能良好良好電學性能電學性能良好良好熱導率熱導率100-230熱膨脹系熱膨脹系數(shù)數(shù)4.4力學性能力學性能良好良好電學性能電學性能良好良好絕緣絕緣材料材料散熱散熱基片基片耐熱耐熱材料材料工具工具陶瓷陶瓷壓電壓電元件元件熱交換熱交換材料材料2光學性能光學性能優(yōu)良的光學性能優(yōu)良的光學性能熱膨脹系熱膨脹系數(shù)數(shù)熱膨脹系數(shù)為熱膨脹系數(shù)為4.4，與硅相當，與硅相當導熱性導熱性理論導熱系理論導熱系數(shù)為數(shù)為320，工業(yè)實際制工業(yè)實際制備為備為100-230導電性導電性電阻率1014 cm 穩(wěn)定性穩(wěn)定性在非氧化氣氛在非氧化氣氛下下 , , 加 熱 到加 熱 到2000,A

3、IN仍仍保持穩(wěn)定保持穩(wěn)定高硬度高硬度氮 化 鋁 硬 度氮 化 鋁 硬 度(HV)為為12Gpa氮化鋁的結(jié)構(gòu)、性能及用途氮化鋁的結(jié)構(gòu)、性能及用途前期調(diào)研前期調(diào)研 氮化鋁晶體屬于六方晶系，具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)氮化鋁晶體屬于六方晶系，具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)Z=6，氮與鋁的配位數(shù)為氮與鋁的配位數(shù)為4。具有原子量小。具有原子量小, ,結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,簡諧性好等特點。簡諧性好等特點。3氮化鋁的市場需求及生產(chǎn)量氮化鋁的市場需求及生產(chǎn)量市場需求量市場需求量產(chǎn)量產(chǎn)量產(chǎn)量：氮化鋁因制備比較困難，產(chǎn)量一直較低，世界上最大的氮化鋁產(chǎn)量：氮化鋁因制備比較困難，產(chǎn)量一直較低，世界上最大的氮化鋁生產(chǎn)商日本德

4、山公司在生產(chǎn)商日本德山公司在2002年的產(chǎn)量是年的產(chǎn)量是240噸。噸。前期調(diào)研前期調(diào)研 市場需求量：統(tǒng)計資料表明，隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展市場需求量：統(tǒng)計資料表明，隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展及其應用范圍的不斷擴大，氮化鋁市場需求量年平均增長率及其應用范圍的不斷擴大，氮化鋁市場需求量年平均增長率高達高達70%，預計將達到，預計將達到130億美元。億美元。制備工藝制備工藝及工藝選及工藝選擇擇目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研物料衡算物料衡算及設備選及設備選擇擇工廠布置工廠布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟濟 4制備方法制備方法制備方法及工藝選擇制備方法及工藝選擇 鋁粉直接氮化法就是將鋁粉在高溫氮氣中直接鋁粉直接氮化法就是將鋁

5、粉在高溫氮氣中直接化合生成氮化鋁的過程。其反應方程式為：化合生成氮化鋁的過程。其反應方程式為： 2Al+N2=AlN 碳熱還原法是將氧化鋁粉和碳粉混合均勻后在碳熱還原法是將氧化鋁粉和碳粉混合均勻后在氮氣中加熱獲得氮化鋁的方法。反應方程式為：氮氣中加熱獲得氮化鋁的方法。反應方程式為： 3Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO 5制備方法制備方法制備方法及工藝選擇制備方法及工藝選擇 化學氣相沉積法是采用無機物化學氣相沉積法是采用無機物( (氯化鋁氯化鋁) )或有機物或有機物( (烷基鋁烷基鋁) )為原料，與氨氣反應生成為原料，與氨氣反應生成AIN的過程。反應方的過程。反應方程式分別為程式分別為:

6、 : AlC13+NH3=A1N+3HCl Al(C2H5)3+NH3=A1N+3C2H6 自蔓延高溫合成法實質(zhì)就是鋁粉的直接氮化，它充自蔓延高溫合成法實質(zhì)就是鋁粉的直接氮化，它充分利用了鋁粉直接氮化為強放熱反應的特點，將鋁粉于分利用了鋁粉直接氮化為強放熱反應的特點，將鋁粉于氮氣中點燃后，利用與之間的高化學反應熱使反應自行氮氣中點燃后，利用與之間的高化學反應熱使反應自行維持下去合成。維持下去合成。 6氮化鋁生產(chǎn)方法優(yōu)缺點比較氮化鋁生產(chǎn)方法優(yōu)缺點比較制備方法及工藝選擇制備方法及工藝選擇 方方 法法 優(yōu)優(yōu) 點點 缺缺 點點鋁粉直接氮化法鋁粉直接氮化法原料豐富，工藝簡原料豐富，工藝簡單單 ，制備成本

7、低，制備成本低鋁粉轉(zhuǎn)化率低鋁粉轉(zhuǎn)化率低 ，產(chǎn)，產(chǎn)物易結(jié)塊物易結(jié)塊 ，產(chǎn)品粒，產(chǎn)品粒徑粗大，質(zhì)量穩(wěn)定徑粗大，質(zhì)量穩(wěn)定性差性差碳熱還原法碳熱還原法工藝過程簡單工藝過程簡單, , 粉粉體質(zhì)量高體質(zhì)量高成本較高，反應溫成本較高，反應溫度較高，合成時間度較高，合成時間較長較長化學氣相沉積法化學氣相沉積法工藝可控，粉體質(zhì)工藝可控，粉體質(zhì)量高量高有機鋁價格較高，有機鋁價格較高，產(chǎn)量低產(chǎn)量低自蔓延高溫合成法自蔓延高溫合成法反應速度快，合成反應速度快，合成時間短，生產(chǎn)效率時間短，生產(chǎn)效率高，成本低高，成本低反應難以控制，粉反應難以控制，粉體質(zhì)量低體質(zhì)量低7 7碳熱還原法碳熱還原法制備方法及工藝選擇制備方法及工藝

8、選擇 碳熱還原法分為兩步：碳熱還原法分為兩步： 第一步第一步 Al2O3+3C=2Al+3CO 第二步第二步 2Al+N2=2AlN 工藝流程圖如下：工藝流程圖如下：氮化鋁粉體氮化鋁粉體碳粉碳粉篩分篩分氮化氮化除碳除碳球磨球磨篩分篩分檢驗檢驗通氮氣通氮氣通空氣通空氣球磨球磨包裝包裝配配比比制備方法制備方法及工藝選及工藝選擇擇目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研物料衡算物料衡算及設備選及設備選擇擇工廠布置工廠布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟濟8物料衡算物料衡算物料衡算及設備選擇物料衡算及設備選擇質(zhì)量：氧化鋁質(zhì)量：氧化鋁 949 t 碳粉碳粉 475 t 氮氣氮氣 8.0103L 3Al2O3 + 3C + N2 =

9、2AlN + 3CO 272+163 2(27+14) X 600t氮化鋁氮化鋁 600 t 原料：氧化鋁、氮氣以及碳粉原料：氧化鋁、氮氣以及碳粉 配比：氧化鋁：碳粉配比：氧化鋁：碳粉 =2:1 氮氣流量氮氣流量現(xiàn)有球磨機一覽表現(xiàn)有球磨機一覽表物料衡算及設備選擇物料衡算及設備選擇 以球磨機選擇為例：以球磨機選擇為例： 球磨機球磨機 型號型號工藝參數(shù)工藝參數(shù)單價單價( (萬元萬元) )球磨機球磨機11800*2000處理量處理量 1.5t1.5t6.88出料粒度出料粒度 0.001-0.01 mm電機功率電機功率 15kw球磨機球磨機21200*2400處理量處理量1.2t7.50出料粒度出料粒

10、度0.074-0.01 mm電機功率電機功率 15kw球磨機球磨機31500*1800處理量處理量0.65t-1.0t8.80出料粒度出料粒度0.074-0.4 mm電機功率電機功率 12kw9設備選則設備選則物料衡算及設備選擇物料衡算及設備選擇10 通過對三臺球磨機比較，型號為通過對三臺球磨機比較，型號為1800*2000的球磨機的球磨機處理量最大，出料粒度更細，價格最便宜，選擇球磨機處理量最大，出料粒度更細，價格最便宜，選擇球磨機1。 理論臺數(shù)理論臺數(shù)= =每天總處理量每天總處理量/ /每臺球磨機的處理量每臺球磨機的處理量 臺臺 實際臺數(shù)實際臺數(shù)=1.4=1.4理論球磨機臺數(shù)理論球磨機臺數(shù)

11、 臺，故取臺，故取16臺為宜。臺為宜。設備一覽表設備一覽表物料衡算及設備選擇物料衡算及設備選擇11目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研制備工藝制備工藝及工藝選及工藝選擇擇工廠布置工廠布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟濟物料衡算物料衡算及設備選及設備選擇擇工廠車間工廠車間工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟12氮化鋁氮化鋁工廠工廠生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)辦公及辦公及生活區(qū)生活區(qū)倉庫倉庫生產(chǎn)車生產(chǎn)車間間輔助車輔助車間間辦公區(qū)辦公區(qū)生活區(qū)生活區(qū)原料車原料車間間燒結(jié)車燒結(jié)車間間成品車成品車間間維修車維修車間間車間布置車間布置工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟13 擬定設備與墻之間距離取，設備之間長度安全距離取擬定設備與墻之間距離取，設

12、備之間長度安全距離取2m，寬度距取。，寬度距取。 球磨機以及振動篩分三排布置，每排七臺設備，故原料球磨機以及振動篩分三排布置，每排七臺設備，故原料車間的長度為車間的長度為1.5+（3+2）6+3+1.5=36m，寬度為，寬度為1.5+（）（）2+4+1.5=18m,故設備部分車間尺寸為長故設備部分車間尺寸為長36m、寬、寬18m，面，面積為積為648m2。 原料車間原料車間設備設備尺寸規(guī)格尺寸規(guī)格擬定占地尺寸擬定占地尺寸球磨機球磨機180020003m4m振動篩振動篩207512781120mm3m4m車間面積一覽表車間面積一覽表工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟14 車車 間間 面面 積（

13、積（m2）原料加工原料加工 原料倉庫原料倉庫 270 原料加工車間原料加工車間 648燒結(jié)燒結(jié) 燒結(jié)車間燒結(jié)車間 837成品加工成品加工 成品加工車間成品加工車間 270 成品倉庫成品倉庫 378輔助車間輔助車間 實驗室實驗室 270 維修車間維修車間 250 其他其他 64辦公及生活辦公及生活區(qū)區(qū) 辦公樓辦公樓 375 生活區(qū)生活區(qū) 1957.5車間分布圖車間分布圖工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟15技術(shù)經(jīng)濟技術(shù)經(jīng)濟工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟161 1、固定成本、固定成本 工廠建設費用設工廠建設費用設備費用、征地費用、備費用、征地費用、管理費用以及施工管理費用以及施工設備費用等設備費用等技術(shù)經(jīng)濟技術(shù)經(jīng)濟1 13 32 22 2、產(chǎn)品成本、產(chǎn)品成本 原料成本、工人原料成本、工人工資、車間經(jīng)費以工資、車間經(jīng)費以及企業(yè)管理費等及企業(yè)管理費等3 3、產(chǎn)品利潤、產(chǎn)品利潤 生產(chǎn)利潤是指銷生產(chǎn)利潤是指銷售額扣除產(chǎn)品成本售額扣除產(chǎn)品成本以及企業(yè)應該上繳以及企業(yè)應該上繳的稅金后的剩余金的稅金后的剩余金錢。錢。經(jīng)濟效果評價經(jīng)濟效果評價工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟18 經(jīng)濟效果評價主要包括投資回收率以及投資回經(jīng)濟