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炭复合材料单晶生长热场系统项目可行性研究报告
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）
第一章总论
（一）项目背景
1、项目名称
项目名称：
炭复合材料单晶生长热场系统项目
项目建设单位：
**有限公司
项目建设规模为：
炭/炭复合材料**吨/年，碳/石墨材料**吨/年
项目建设选址：
国家级**开发区
2、承办单位概况
项目公司名称：
**有限公司
成立时间：
200年月日
注册资本：
人民币万
注册地址：
**
企业登记注册类型：
**有限公司属股份制企业，由**集团出资成立。
其中，**教授以其拥有的居国际先进水平的专利技术作技术出资。
生产基地位于**开发区内，占地亩，花园式工业区，是**实业集团下属单位。
主要从事新材料的开发及生产。
**系**大学粉末冶金学院教授、博士生导师，**教授领导的科研队伍在该领域居于国际领先地位。
**公司以**教授拥有的专利知识产权技术和雄厚的研发实力为依托，通过整合人才、技术与市场优势，构筑新材料基地。
**公司计划投资5000万元人民币，建设炭/炭复合材料20吨/年、炭/石墨材料400吨/年的生产线，实现年工业产值1.5亿元人民币以上。
并且**公司计划以此为产业基础，通过3年的时间，使公司的产品能够覆盖国内大部分或全部的硅单晶生长炉的热场系统，逐步进入国外硅单晶炉热场系统市场；努力开发新产品，扩大该新材料的应有领域，使其应有到其他的晶体生长设备及相关的高技术领域。
3、可行性研究报告编制依据
●国家、**省、**市国民经济和社会发展第十个五年计划；
●**经济技术开发区产业发展规划；
●国家计委、建设部颁布的《建设工程项目经济评价方法与参数》；
●其他文件、协议等。
4、项目提出的理由与过程
当今世界新材料的发展日新月异，特别是电子、通讯等相关领域发展迅猛，对硅材料需求十分旺盛。
数十年以来，硅材料行业一直以“提高硅单晶的尺寸和质量”为主要目标，先后生产了4、5、6、8、12、16、18英寸硅片。
据最新的《国家半导体技术（ITRS）》介绍，直径18英寸硅单晶抛光片是12英寸的下一代产品，也是未来22nm线宽的64G集成电路的衬底材料。
集成电路产业是信息产业的核心，全世界以集成电路为核心的电子元器件，95%以上是硅材料制成的，其中直拉硅单晶的用量超过85%。
随着超大规模集成电路集成度的迅速提高，迫切要求采用大直径的直拉硅单晶抛光片。
超纯及完整晶体结构的硅晶体是一条长长的价值链的起点。
没有硅晶体就没有半导体、光电子、通讯技术及光电技术。
硅晶体棒用于制作晶圆，晶圆是半导体工业中制作芯片的基础材料。
硅材料的另一个大的需求来自太阳能。
从长远看，世界上一半以上的能源生产要采用可再生能源。
可再生资源主要有风、水、太阳能。
太阳能直接转换成电能（光电效应）靠太阳能电池完成。
电池的原材料是带特定晶体结构的硅。
专家预测：
在今后的十年，结晶硅将在太阳能电池的生产中成为在、最主要的材料。
硅片工业目前在生产与市场方面已经形成了垄断，日本、德国等国的资本控制的八大硅片公司的销量占硅片总销量的90%，当前IC用主流硅片是8英寸，并向12英寸过渡。
市场调研预测，到2006年，12英寸的硅片的比例将由目前的1.3%增加到21.1%。
在IC和太阳能发电等领域对硅单晶的巨大需求和消费，对其生产能力对生产技术提出了更高的要求。
其中生产高纯半导体材料的高温电热真空炉——硅单晶生长炉正在向大型化、自动化的方向发展。
硅单晶生长炉隔热保温筒、坩埚、发热体等热场系统元件采用高纯石墨、超高纯石墨材料制造，产品要求材料的金属杂质含量要求不超过5~30ppm。
同时硅单晶生长炉最主要的易损件的消耗量特别大。
根据权威部门统计，一台小型晶体生长炉（如12英寸）每年消耗的石墨坩埚、加热器、保温隔热材料的价值，达到20万元以上；一台大型晶体生长炉的热场系统备件损耗，可达50万元以上。
由于生产大型高纯石墨、超高纯石墨材料工艺控制难，需要大型的等静压设备等，其投资极大。
因此，高纯石墨尺寸受到限制，经常不能满足制造较大硅单晶生长炉的热场零件的要求；另外，石墨脆性大，机械强度不高，使用可靠性不强，使用寿命短。
本项目提出的炭/炭复合材料单晶生长热场系统零件的材料及热场解决方案，经过实践验证，对解决以上问题起到了很好的效果。
实施本案对发展大型硅单晶生长设备，制造大尺寸的晶体，提升我国微电子技术水平具有极为重大的意义。
5、项目拟建地点
本项目拟建于国家级**经济技术开发区内。
国家级**经济技术开发区创建于年月，200年月经国务院批准为国家级经济技术开发区。
建区年多来，开发区坚持“以工业项目为主、吸引外资为主、出口为主和致力于发展高新技术”的方针，强调以产业发展为中心，走产业兴区之路，通过卓有成效的招商引资工作，目前入区工业企业家，其中三资企业家，内资企业家，入区企业基本上实现了由单个到群体的转变，区内产业也正由零散向集成转变。
到目前为止，区内共完成基本建设投资亿元，移动土石方近亿立方米，完成亿元人民币的基础设施投资任务，各项建设工作都取得了十分显著的成绩。
目前，区内主次干道已拉通条，总长公里；座大型跨线桥已经竣工通车；已经完成公里，架设铁塔座的三回超高压线路的改道工程，个千伏的变电站已经投入使用，目前区内日供电能力已经达到240万千瓦时；2座日供水10万吨的自来水厂已经投入运行；日处理能力8万吨的污水净化中心已经正式营业；装机容量为10万门的程控大楼，现已开通20000门程控电话和高速宽带通讯网，实现了与156个国家和地区通信联网；投资1400多万元的电视发射塔已经正式投入使用。
目前，***经济技术开发区已经形成了以**、**为主体的先进制造工业，以**为主体的电子信息产业，以**为主体的新材料产业，以**系列为主体的食品饮料产业，以**为主体的轻印产业等五大产业格局。
2003年年底，区内累计完成总产值亿元。
**经济技术开发区位于***，地理位置优越，交通十分便利。
6、项目预期目标
炭/炭复合材料单晶生产热场项目总体规划占地30亩，总投资4979.43万元，总建筑面积7000平方米（全部为标准工业厂房）固定资产投资2179.93万元。
项目建设预期目标：
形成年产炭/炭复合材料20吨/年、碳/石墨材料400吨/年的生产能力。
项目经济效益：
项目实施期内（11年，含1年建设期）实现营业收入115240.00万元，实现利润61143.41万元，上缴税收36448.78万元，项目具有良好的经济、社会效益。
7、项目主要建设条件
本项目市场前景较好，市场容量大；项目生产所需能源有保障，来源稳定可靠；项目建设资金有保障；项目建设地政府对项目建设大力支持，项目用地落实，建设地域交通方便，施工条件良好，建设项目的主要条件基本具备。
（二）项目主要经济技术指标
项目建设主要经济技术指标见表1-1。
炭/炭复合材料单晶生产热场项目主要经济技术指标
表1-1
序号
指标名称
单位
指标
备注
1
项目产品规模
1.1
年产炭/炭材料
吨/年
1.2
年产炭/石墨材料
吨/年
2
主要原材料、燃料消耗
2.1
石墨
吨/年
2.2
炭纤维坯体
吨/年
2.3
炭源气体
吨/年
2.4
惰性气体
吨/年
3
公用动力消耗
3.1
平均供水量
立方米/小时
3.2
设备容量
千瓦
4
运输量
4.1
运入量
吨
4.2
运出量
吨
5
项目总定员
人
7
全员劳动生产率
万元/人
8
项目占地
亩
9
项目总投资
万元
9.1
固定资产投资
万元
9.2
流动资金投资
万元
10
年平均销售收入
万元
11
年平均税金
万元
12
年平均利润
万元
13
平均投资利润率
%
14
平均投资利税率
%
15
财务评价指标
15.1
财务净现值
万元
15.2
内部收益率
%
15.3
投资回收期
年
16
建设工期
年
（三）研究结论
建设炭/炭复合材料单晶生长热场系统项目，能促进**经济技术开发区及整个**市工业发展，加快地方产业结构调整，增加人民收入；同时可拓宽就业渠道，保持项目区社会经济的可持续健康快速发展。
本项目建设符合国家产业政策，符合国家的投资方向，当地政府大力支持，建设条件具备，工程技术方案切实可行，市场前景广阔，经济效益良好，社会效益明显，项目建设是必要的也是可行的。
第二章市场预测
（一）产品市场供应预测
1、国内供需现状
国内现有生产硅单晶的设备600余台，近年来，每年递增200台左右。
目前的设备主要拉制从3〞至6〞，少量为8〞的晶棒。
由于单炉投料量仅为几十公斤，因此，多采用高纯石墨制造坩埚，而这些高纯石墨多为进口冷等静压石墨。
16英寸的热系统的隔热保温套，则多为进口件。
相当一部分较大型的进口设备，其热系统完全依靠进口。
C/C复合材料热场系统研究组，为满足半导体工业的要求，与西安理工大学单硅晶基地、有研硅股等单位合作，对C/C复合材料热场系统进行试验和使用。
在西安用C/C复合材料制作的12＂坩埚（Φ306mm）及加热器,装在加有横向磁场的TDR-62上，使用情况很好。
2、国外的发展现状
1993年东芝陶瓷申请的美国专利介绍用二维C纤维织物绕制作成Si单晶生长炉坩埚坯体，浸渍树脂后碳化制成坩埚。
随后，在1997年美国Walsh等用三维C/C复合材料制造了Si单晶生长炉用坩埚埚帮、埚托、发热体、隔热屏及支撑块等；Metter等人制备的高纯C/C复合材料，制造的硅单晶生长炉的热场零部件，通过一系列的高温处理，金属杂质含量控制到很低的程度。
1999年，Kawashima等采用C/C复合材料在硅单晶生长炉的底部设置一个容积等于坩埚的容积的环槽，在硅单晶生长炉出现意外漏硅时，可以防止其他热场零件受到损伤。
东洋炭素、SGLCarbonComposites，Inc.等国外厂商在其产品介绍中,也提到C/C复合材料制造单硅晶生长炉的坩埚、发热体等产品。
其中提到的个别产品已经投入使用，大多数则仍处于研究阶段。
（二）产品目标市场分析
1、目标市场确定
超高纯及晶体结构完整的硅晶圆是半导体工业中制作芯片的基础材料。
集成电路的出现及发展，使人类步入了微电子时代。
随着微电子元件尺寸小型化、管芯面积大型化与LSI集成度的日益提高，硅单晶生长技术装备面临新的挑战。
为改变我国集成电路用关键基础材料技术水平低、品种不配套、产业化规模小、关键基础材料依赖进口的局面，国家科技部设立了微电子配套材料专项，选择12英寸硅单晶抛光制备技术研究作为首次研究任务，并要求12英寸硅单晶抛光片形成小批量生产能力，达到0.13~0.10μm集成电路技术要求。
实施该项目第一个要解决的是12英寸硅单晶生长技术与装备的问题，大尺寸的热场系统的关键元件的设计制造技术，也迫切需要解决。
本项目产品的销售市场主要集中在长江三角洲、珠江三角洲、环渤海地区等电子产业发达地区，上述地区的客户对本案提出的方案有浓厚的兴趣。
2、主要竞争对手情况
硅单晶炉热场的市场目前主要由两部分组成：
炭/炭复合材料制件市场由日本的东洋炭素、东海、吴羽化工等3家占领；而高纯石墨件这部分，则是主要由国内的一些厂家进口日本东洋炭素公司的石墨加工而成。
国内现在有几家在上大尺寸高纯石墨项目。
同时，从近一年的复合材料热场零件的试用过程中，许多原来制造石墨件的厂家也准备生产与炭/炭复合材料相似的产品。
国内还没有生产当今世界上的主流产品12英寸硅单晶的设备，国内的设备只用来生产8英寸的硅棒。
而且该设备使用的坩埚、保温隔热件等整个热场系统依靠进口。
国外大型硅单晶生长设备的热场系统均由国外厂家的产品配套，其中吴羽公司的产品市场占有率最高。
中国、欧美市场几乎全部为其所垄断。
但是，在硅行业迅猛发展的今天，其生产能力有限，市场空缺较大。
迅速实现硅单晶生长炉的热场国产化，对发展我国的IT产业的意义极大。
3、项目的市场优势
由于国外公司控制了该类产品的市场，产品价格奇高。
所以，与国外对手相比较，本项目的产品有较大的价格优势。
同时，由于**经济技术开发区**有限公司拥有自主知识产权，通过前期的产品研究开发，掌握了对生产的主要设备的技术要求及各项具体措施，摸索出了材料制备的主要工艺过程及相关技术参数，已先一步于国内竞争对手生产出了满足工业应用要求的产品。
在技术上领先于国内对手；对于国际上的竞争对手，通过努力控制生产成本，在价格上也应当具有优势。
通过大量的、多方位的工业性试验，了解了市场需求和使用要求及其细节，减少了盲目性，降低了风险；通过试验和使用与使用方有较多的沟通，与客户建立了良好的关系。
（三）总体营销思路
根据产品的目标市场定位、产品定位及竞争力的研究结论，在市场营销战略上，应注意两个方面：
一是建立完善的销售及售后服务网络，由销售工程师针对客户的使用和信息进行调研，以满足向高附加值产品发展的要求。
二是在产品质量无较大差距的情况下，价格就成为高度敏感的因素，为提高产品竞争力，要发挥低成本策略的作用，充分利用自身优势，发展稳定而灵活的销售机制。
本项目的产品价格的制定，原则上以国外同等质量的相同产品的价格为基础，较之低5~20%。
第三章建设用地规模与产品方案
（一）建设用地规模
确定项目建设规模遵循的基本原则：
●合理经济规模；
●市场容量；
●企业本身的资金、资源、原材料以及外部协作条件等
通过对项目规模建设影响的因素进行了综合考虑，确定了项目的建设规模，本项目建设需用占地30亩，经研究决定，特在**经济技术开发内购地30亩，用于开发此项目。
项目建设分列如下：
序号
项目名称
结构
面积（平方米）
1
车间
钢结构
2
仓库
钢结构
3
办公楼
砖混结构
4
其他辅助设施
砖混结构
（二）产品方案
1、产品方案构成
项目建成以后，公司以生产、加工热场系统的保温隔热材料及坩埚为主，生产部分的大型发热体。
针对这些产品的高纯度要求，对进入生产线的原材料的纯度、生产线的洁净度，进行严格控制，保证产品的纯度和质量；材料的生产制造工艺、产品的机械加工、产品的转运、包装等过程要进行严格控制，在材料及产品的成型过程中，合理安排提纯工艺处理，保证产品的高质量，提高产品的纯度。
根据产品的品种、规格多的特点，产品开发需要一项一项进行，争取在3年内，公司的产品能够覆盖大部分或全部的硅单晶生长炉的热场系统，同时逐步扩大到其他的晶体生长设备，进而扩大到其他的高技术领域。
序号
项目产品
规模（吨/年）
1
炭/炭
2
炭/石墨
2、产品方案的目标
公司成立以后，主要是以硅单晶生长炉的坩埚、保温筒和固化保温毡为主要产品，重点针对国内当前面大量广的16英寸热场系统。
等到该产品市场较为巩固以后，再开发其他系统的热场零件。
公司热诚与科研院所、企业合作，研究硅单晶生长炉对热场零部件的使用要求，研究C/C复合材料制造的热场零件的特性，掌握C/C复合材料在单晶生长炉上的特殊性和规律性，满足硅单晶生长炉具的其他性能要求。
自主开发，突破关键技术，实现C/C复合材料制造硅单晶生长炉热场零部件的国产化。
配合863计划专项计划：
●及早研制出完全能满足IC级单晶Si生长炉拉制Ф300mm晶棒的坩埚（坩埚直径在600mm左右）；
●研制出拉制Ф300mm硅晶棒的单晶棒的单晶生长炉用发热体（发热体的直径在Ф800mm左右）;
●通过物理机械性能检测,材料的抗拉强度达到普通高强石墨的3倍以上;金属杂质含量控制在100PPm以内；
●实现C/C复合材料单晶硅生长炉热场的工业化生产;密切与用户合作,调整制造热场材料的设计和拉晶的工艺参数,将产品做到令用户十分满意。
第四章场址选择
（一）场址所在位置现状
1、地点与地理位置
本项目的选址充分考虑项目的市场需求、物流成本等因素。
同时，项目选址将充分考虑项目物流量主要通过公路和航空等物流通道向全国辐射的发展目标。
经征询专家意见，本项目拟选址在**开发区内、运输条件较好、周围产业基础雄厚并且离城区不远、可依托**开发区有关福利等基础设施。
该厂址位于**开发区，开发区紧邻107高速公路，距星沙物流中心2公里，生产用原料及辅助材料以及生产的深加工系列产品，可通过公路、航空等方式运输，交通运输条件十分便利。
（二）场址建设条件
1、自然条件
**经济技术开发区的地理环境十分优越
项目区工程地质情况，根据《中国地质裂度区划图（1990）》勘察，**地区地震最高裂度为
度。
根据水质分析结果，按《岩土工程勘察规范（GB50021—94）》有关标准测定，整个开发区内地下水有关标准测定，对砼无腐蚀性。
气候条件
（1）气温
年平均气温：
17.2℃
最冷月平均气温：
4.7℃
最热月平均气温：
29.4℃
极端最低气温：
-11.3℃
极端最高气温：
43℃
（2）降水量
年平均总降水量：
1393mm
一日最大降水量：
192.5mm
（3）湿度
最冷月平均相对湿度：
81%
最热月平均相对湿度：
75%
（4）风
风速年平均：
2.7m/s
主导风向和风速：
夏季
NNW
2.6m/s
冬季
NNW
2.8m/s
30年一遇最大风速：
23m/s
（5）最大积雪深度20cm
（6）最大冻土深度5cm
（7）年雷暴日数49.5天
（8）全年日照时数1677.1小时
2、城镇规划及社会环境条件
**经济技术开发区位于***，是国家级经济技术开发区，规划控制面积38.6平方公里，随着开发区投资者的增长，规划控制面积将进一步扩大。
近年来，由于开发区得天独厚的区位优势、完善配套的基础设施建设和让利于投资者的各项优惠政策，吸引了众多国内外的投资者。
3、交通运输条件
**经济技术开发区为本项目提供了方便、快捷、高效、畅通无阻的交通运输条件，有效地保证了各种原材料的入厂和各种产品的外运。
第五章技术方案、设备方案
（一）技术方案
1、生产方法
材料的制备主要采用化学气相沉积和化学气相渗（CVD和CVI），及液相渗（浸渍）增密的方法。
2、工艺流程
炭纤维
↓
增强坯体（1维，2维，3维，N维纤维坯体）
↓↓↓
热固树脂热塑性沥青碳氢气体
↓↓↓
固相热解炭1000~1500℃液相热解炭带压力/不带压力气相热解炭800~1200℃
↓↓↓
浸渍浸渍切削加工
↓
炭化1000~1500℃
↓
热处理1500~2200℃热处理2200~2750℃热处理2000~2500℃
↓↓↓
炭/炭复合材料
图1炭/炭复合材料的制造工艺流程
3、工艺技术来源
由于该材料是重要的战略材料，发达国家对气设备和工艺均实行严密封锁，项目的工艺技术主要靠自主研究与开发。
4、方案的物料消耗定额表
每公斤复合材料消耗的各类材料（Kg）及电能如下：
原料
产品
炭纤维
碳源气体
惰性气体
水
石墨
电（度）
炭/炭复合材料（致密）
炭/炭复合材料（低密）
炭/石墨制品
（二）主要设备方案
1、主要设备选型
该项目的设备有材料的生产设备和加工设备。
该复合材料的特点及产品的特定要求，迫使项目单位不得不自己开发主要得生产设备。
待制造得产品除了要求纯度高、金属杂质含量很低以外，有的结构尺寸很大，壁很薄；有的尺寸很大，要求材质密度很低；有得产品要求中间密度低，表层极为致密；有的要求强度高，耐蚀、耐热震性能好。
材料的生产设备有坯体制备设备，材料浸渍固化设备，炭化炉，石墨化炉，化学气相沉积炉等；考虑设备要适应、涵盖主要产品的制造要求，这些设备的恒温区尺寸直径达到1.3m，高度要求达到1m。
加工设备则有大型车床，中型车床，锯床，刨床等。
前者全靠自己设计制造；或者可以在市场上购买。
2、主要设备来源
项目的主要生产设备为大型、非标、专用设备，主要靠自主研制开发。
这种大型设备，国际上只有美国、前苏联等少数国家能生产，国内原有的大型设备，均为引进设备。
由于该设备是生产有重大的战略地位的材料的设备，发达国家明确规定禁止出口。
公司组织力量进行攻关，对这些设备进行设计和制造，能按时交付使用。
3、方案的主要设备清单
●自主开发大型和超大型的电阻加热炉，实现大型C/C复合材料工件的化学气相沉积、炭化、高温热处理等工艺过程。
●为加速增密过程或能够制造尺寸大于设备能力的零件，需要制造大型浸渍树脂和沥青的设备
●为了保证最终产品的纯度，材料制备过程中需要多次提纯，需要开发提纯工艺和完善提纯处理装置
●材料需要进行机械加工，获得零件的最终的几何形状和尺寸。
公司需要添置多种机械加工设备。
如数控车床、普通车床、大型卧式车床、立式车床等等
●为了达到精密的几何形状和尺寸精度，还需要精密磨床和机械加工中心
●为了解决制造过程中所需的工装、模具、刀具，要对成品进行精密的切分，需要快走丝的线切割机床和电火花机床等
●需要专用的大型真空包装设备。
第六章主要原材料、燃料供应
（一）主要原材料供应
1、主要原材料品种
该项目的原材料主要是炭纤维及炭纤维织物制品：
炭布、炭纤维毡体。
2、主要辅助材料品种
辅助材料有树脂、炭源气体、氮气等。
3、原材料、辅助材料来源
炭纤维及其制品是委托其它单位加工。
国内制造这种坯体或织物的厂家基本能满足供应。
同时，公司将努力与厂家建立良好关系，寻求多处材料供应商，保证原材料的供应。
（二）能源供应
该产品生产过程主要消耗电能。
目前的容量为630KVA.年耗电量为36万度。
液化石油气或天然气货源充足，年耗量约150吨。
（三）主要原材料价格
1、主要原材料、燃料价格预测
序号
名称
价格
备注
1
纤维坯体
800-1000元/公斤
2
碳源气体
7元/公斤
液化石油气
3
高纯氮气
3元/公斤
4
氩气
20元/公斤
2、编制主要原材料、燃料年需要量表
各原材料、燃料的年需求量分别为碳纤维坯体20吨；石墨380吨；碳源气体150吨；惰性气体250吨。
序号
名称
单位
需求规模
1
碳纤维坯体
吨
20
2
石墨
吨
380
3
碳源气体
吨
150
4
惰性气体
吨
250
5
水
吨
4400
6
电
度
360000
第七章总体布置、运输与公用辅助工程
（一）总体布置
总平面布置的原则和功能划分
●满足城市总体规划的要求，严格执行国家有关的政策、法规和法律，提高利用率。
●满足国家现行的防火、防噪、卫生、安全等规范、规定的要求；
●功能分区合理，物流短捷、交通顺畅；
●近期建设与远期发展相结合，协调好近远期工程的衔
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