年产600吨氮化铝粉体工厂设计汇总.ppt

目录 前期调研 制备方法及工艺选择 车间布置及技术经济 物料衡算及设备选择 目录 前期调研 制备方法及工艺选择 车间布置及技术经济 物料衡算及设备选择 前期调研 1 引言 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，发展导热性能优异的材料是其关键所在。 氧化铝 氮化铝 热导率 20-30 热膨胀系数7.4 力学性能良好 电学性能良好 热导率100-230 热膨胀系数4.4 力学性能良好 电学性能良好 绝缘 材料 散热 基片 耐热 材料 工具 陶瓷 压电 元件 热交换 材料 2 光学性能 优良的光学性能 热膨胀系数 热膨胀系数为4.4，与硅相当 导热性 理论导热系数为320，工业实际制备为100- 230 导电性 电阻率 1014 Ω·cm 稳定性 在非氧化气氛下,加热到2000℃,AIN仍保持稳定 高硬度 氮化铝硬度(HV)为 12Gpa 氮化铝的结构、性能及用途 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Z=6，氮与铝的配位数为4。具有原子量小,结构简单,简谐性好等特点。 3 氮化铝的市场需求及生产量 市场需求量 产量 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2002年的产量是240吨。 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 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70%，预计将达到130亿美元。 供不应求 制备工艺及工艺选择 目录 前期调研 物料衡算及设备选择 工厂布置及技术经济 4 制备方法 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 制备方法及工艺选择 化学气相沉积法是采用无机物(氯化铝)或有机物(烷基铝)为原料，与氨气反应生成AIN的过程。反应方程式分别为: 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维持下去合成。 6 氮化铝生产方法优缺点比较 制备方法及工艺选择 方 法 优 点 缺 点 铝粉直接氮化法 原料丰富，工艺简单 ，制备成本低 铝粉转化率低 ，产物易结块 ，产品粒径粗大，质量稳定性差 碳热还原法 工艺过程简单, 粉体质量高 成本较高，反应温度较高，合成时间较长 化学气相沉积法 工艺可控，粉体质量高 有机铝价格较高，产量低 自蔓延高温合成法 反应速度快，合成时间短，生产效率高，成本低 反应难以控制，粉体质量低 7 碳热还原法 制备方法及工艺选择 碳热还原法分为两步： 第一步 Al2O3+3C=2Al+3CO 第二步 2Al+N2=2AlN 工艺流程图如下： 氮化铝粉体 碳粉 筛分 氮化 除碳 球磨 筛分 检验 通氮气 通空气 球磨 包装 配 比 制备方法及工艺选择 目录 前期调研 物料衡算及设备选择 工厂布置及技术经济 8 物料衡算 物料衡算及设备选择 质量：氧化铝 949 t 碳粉 475 t 氮气 8.0×103L 3Al2O3 + 3C + N2 = 2AlN + 3CO 27×2+16×3 2×(27+14) X 600t X=746.34t 氮化铝 600 t