年产600吨氮化铝粉体工厂设计

1、目录目录前期调研前期调研制备方法制备方法及工艺选及工艺选择择车间布置车间布置及技术经及技术经济济物料衡算物料衡算及设备选及设备选择择目录目录前期调研前期调研制备方法制备方法及工艺选及工艺选择择车间布置车间布置及技术经及技术经济济物料衡算物料衡算及设备选及设备选择择前期调研前期调研1引言引言 随着电子产品逐渐向高性能、微型化以及轻薄化发展，随着电子产品逐渐向高性能、微型化以及轻薄化发展，散热技术已经成为制约电子设备发展的关键因素之一。为了散热技术已经成为制约电子设备发展的关键因素之一。为了避免材料散热性能差造成设备的使用性能及寿命降低，发展避免材料散热性能差造成设备的使用性能及寿命降低，发展导热

2、性能优异的材料是其关键所在。导热性能优异的材料是其关键所在。氧化铝氧化铝氮化铝氮化铝热导率热导率20-30热膨胀系热膨胀系数数7.4力学性能力学性能良好良好电学性能电学性能良好良好热导率热导率100-230热膨胀系热膨胀系数数4.4力学性能力学性能良好良好电学性能电学性能良好良好绝缘绝缘材料材料散热散热基片基片耐热耐热材料材料工具工具陶瓷陶瓷压电压电元件元件热交换热交换材料材料2光学性能光学性能优良的光学性能优良的光学性能热膨胀系热膨胀系数数热膨胀系数为热膨胀系数为4.4，与硅相当，与硅相当导热性导热性理论导热系理论导热系数为数为320，工业实际制工业实际制备为备为100-230导电性导电性电

3、阻率1014 cm 稳定性稳定性在非氧化气氛在非氧化气氛下下 , , 加 热 到加 热 到2000,AIN仍仍保持稳定保持稳定高硬度高硬度氮 化 铝 硬 度氮 化 铝 硬 度(HV)为为12Gpa氮化铝的结构、性能及用途氮化铝的结构、性能及用途前期调研前期调研 氮化铝晶体属于六方晶系，具有纤锌矿结构，晶胞分子数氮化铝晶体属于六方晶系，具有纤锌矿结构，晶胞分子数Z=6，氮与铝的配位数为氮与铝的配位数为4。具有原子量小。具有原子量小, ,结构简单结构简单, ,简谐性好等特点。简谐性好等特点。3氮化铝的市场需求及生产量氮化铝的市场需求及生产量市场需求量市场需求量产量产量产量：氮化铝因制备比较困难，产

4、量一直较低，世界上最大的氮化铝产量：氮化铝因制备比较困难，产量一直较低，世界上最大的氮化铝生产商日本德山公司在生产商日本德山公司在2002年的产量是年的产量是240吨。吨。前期调研前期调研 市场需求量：统计资料表明，随着电子行业的飞速发展市场需求量：统计资料表明，随着电子行业的飞速发展及其应用范围的不断扩大，氮化铝市场需求量年平均增长率及其应用范围的不断扩大，氮化铝市场需求量年平均增长率高达高达70%，预计将达到，预计将达到130亿美元。亿美元。供不应求制备工艺制备工艺及工艺选及工艺选择择目录目录前期调研前期调研物料衡算物料衡算及设备选及设备选择择工厂布置工厂布置及技术经及技术经济济 4制备方

5、法制备方法制备方法及工艺选择制备方法及工艺选择 铝粉直接氮化法就是将铝粉在高温氮气中直接铝粉直接氮化法就是将铝粉在高温氮气中直接化合生成氮化铝的过程。其反应方程式为：化合生成氮化铝的过程。其反应方程式为： 2Al+N2=AlN 碳热还原法是将氧化铝粉和碳粉混合均匀后在碳热还原法是将氧化铝粉和碳粉混合均匀后在氮气中加热获得氮化铝的方法。反应方程式为：氮气中加热获得氮化铝的方法。反应方程式为： 3Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO 5制备方法制备方法制备方法及工艺选择制备方法及工艺选择 化学气相沉积法是采用无机物化学气相沉积法是采用无机物( (氯化铝氯化铝) )或有机物或有机物( (烷基铝烷

6、基铝) )为原料，与氨气反应生成为原料，与氨气反应生成AIN的过程。反应方的过程。反应方程式分别为程式分别为: : AlC13+NH3=A1N+3HCl Al(C2H5)3+NH3=A1N+3C2H6 自蔓延高温合成法实质就是铝粉的直接氮化，它充自蔓延高温合成法实质就是铝粉的直接氮化，它充分利用了铝粉直接氮化为强放热反应的特点，将铝粉于分利用了铝粉直接氮化为强放热反应的特点，将铝粉于氮气中点燃后，利用与之间的高化学反应热使反应自行氮气中点燃后，利用与之间的高化学反应热使反应自行维持下去合成。维持下去合成。 6氮化铝生产方法优缺点比较氮化铝生产方法优缺点比较制备方法及工艺选择制备方法及工艺选择

7、方方 法法 优优 点点 缺缺 点点铝粉直接氮化法铝粉直接氮化法原料丰富，工艺简原料丰富，工艺简单单 ，制备成本低，制备成本低铝粉转化率低铝粉转化率低 ，产，产物易结块物易结块 ，产品粒，产品粒径粗大，质量稳定径粗大，质量稳定性差性差碳热还原法碳热还原法工艺过程简单工艺过程简单, , 粉粉体质量高体质量高成本较高，反应温成本较高，反应温度较高，合成时间度较高，合成时间较长较长化学气相沉积法化学气相沉积法工艺可控，粉体质工艺可控，粉体质量高量高有机铝价格较高，有机铝价格较高，产量低产量低自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法反应速度快，合成反应速度快，合成时间短，生产效率时间短，生产效率高，成本低高，成

8、本低反应难以控制，粉反应难以控制，粉体质量低体质量低7 7碳热还原法碳热还原法制备方法及工艺选择制备方法及工艺选择 碳热还原法分为两步：碳热还原法分为两步： 第一步第一步 Al2O3+3C=2Al+3CO 第二步第二步 2Al+N2=2AlN 工艺流程图如下：工艺流程图如下：氮化铝粉体氮化铝粉体碳粉碳粉筛分筛分氮化氮化除碳除碳球磨球磨筛分筛分检验检验通氮气通氮气通空气通空气球磨球磨包装包装配配比比制备方法制备方法及工艺选及工艺选择择目录目录前期调研前期调研物料衡算物料衡算及设备选及设备选择择工厂布置工厂布置及技术经及技术经济济8物料衡算物料衡算物料衡算及设备选择物料衡算及设备选择质量：氧化铝质

9、量：氧化铝 949 t 碳粉碳粉 475 t 氮气氮气 8.0103L 3Al2O3 + 3C + N2 = 2AlN + 3CO 272+163 2(27+14) X 600t X=746.34t氮化铝氮化铝 600 t 原料：氧化铝、氮气以及碳粉原料：氧化铝、氮气以及碳粉 配比：氧化铝：碳粉配比：氧化铝：碳粉 =2:1 氮气流量氮气流量=1.5L/min现有球磨机一览表现有球磨机一览表物料衡算及设备选择物料衡算及设备选择 以球磨机选择为例：以球磨机选择为例： 球磨机球磨机 型号型号工艺参数工艺参数单价单价( (万元万元) )球磨机球磨机11800*2000处理量处理量 1.5t1.5t6.

10、88出料粒度出料粒度 0.001-0.01 mm电机功率电机功率 15kw球磨机球磨机21200*2400处理量处理量1.2t7.50出料粒度出料粒度0.074-0.01 mm电机功率电机功率 15kw球磨机球磨机31500*1800处理量处理量0.65t-1.0t8.80出料粒度出料粒度0.074-0.4 mm电机功率电机功率 12kw9设备选则设备选则物料衡算及设备选择物料衡算及设备选择10 通过对三台球磨机比较，型号为通过对三台球磨机比较，型号为1800*2000的球磨机的球磨机处理量最大，出料粒度更细，价格最便宜，选择球磨机处理量最大，出料粒度更细，价格最便宜，选择球磨机1。 理论台数

11、理论台数= =每天总处理量每天总处理量/ /每台球磨机的处理量每台球磨机的处理量 =4661.13.5/1500=10.9台台 实际台数实际台数=1.4=1.4理论球磨机台数理论球磨机台数 =1.410.9=15.26台，故取台，故取16台为宜。台为宜。设备一览表设备一览表物料衡算及设备选择物料衡算及设备选择11目录目录前期调研前期调研制备工艺制备工艺及工艺选及工艺选择择工厂布置工厂布置及技术经及技术经济济物料衡算物料衡算及设备选及设备选择择工厂车间工厂车间工厂布置及技术经济工厂布置及技术经济12氮化铝氮化铝工厂工厂生产区生产区办公及办公及生活区生活区仓库仓库生产车生产车间间辅助车辅助车间间办

12、公区办公区生活区生活区原料车原料车间间烧结车烧结车间间成品车成品车间间维修车维修车间间车间布置车间布置工厂布置及技术经济工厂布置及技术经济13 拟定设备与墙之间距离取拟定设备与墙之间距离取1.5m，设备之间长度安全距，设备之间长度安全距离取离取2m，宽度距取，宽度距取1.5m。 球磨机以及振动筛分三排布置，每排七台设备，故原料球磨机以及振动筛分三排布置，每排七台设备，故原料车间的长度为车间的长度为1.5+（3+2）6+3+1.5=36m，宽度为，宽度为1.5+（4+1.5）2+4+1.5=18m,故设备部分车间尺寸为长故设备部分车间尺寸为长36m、宽宽18m，面积为，面积为648m2。 原料车

13、间原料车间设备设备尺寸规格尺寸规格拟定占地尺寸拟定占地尺寸球磨机球磨机180020003m4m振动筛振动筛207512781120mm3m4m车间面积一览表车间面积一览表工厂布置及技术经济工厂布置及技术经济14 车车 间间 面面 积（积（m2）原料加工原料加工 原料仓库原料仓库 270 原料加工车间原料加工车间 648烧结烧结 烧结车间烧结车间 837成品加工成品加工 成品加工车间成品加工车间 270 成品仓库成品仓库 378辅助车间辅助车间 实验室实验室 270 维修车间维修车间 250 其他其他 64办公及生活办公及生活区区 办公楼办公楼 375 生活区生活区 1957.5车间分布图车间分

14、布图工厂布置及技术经济工厂布置及技术经济15技术经济技术经济工厂布置及技术经济工厂布置及技术经济161 1、固定成本、固定成本 工厂建设费用设工厂建设费用设备费用、征地费用、备费用、征地费用、管理费用以及施工管理费用以及施工设备费用等设备费用等技术经济技术经济1 13 32 22 2、产品成本、产品成本 原料成本、工人原料成本、工人工资、车间经费以工资、车间经费以及企业管理费等及企业管理费等3 3、产品利润、产品利润 生产利润是指生产利润是指销售额扣除产品成销售额扣除产品成本以及企业应该上本以及企业应该上缴的税金后的剩余缴的税金后的剩余金钱。金钱。技术经济一览表技术经济一览表工厂布置及技术经济工厂布置及技术经济17 项目种类项目种类费用（万元）费用（万元）总费用总费用(万元万元）固定成本固定成本工厂建设费用工厂建设费用9602139设备费用设备费用929其他其他250产品成本产品成本原料成本原料成本36547019工人工资工人工资1265车间经费车间经费300企业管理费企业管理费1800 税费税费 1080 利润利润 901 经济效果评价经济效果评价工厂布置及技术经济工厂布置及技术经济18 经济效果评价主要包括投资回收率以及投资回经济效果评