潔凈技術的問世

潔凈技術的問世

　　一切技術的產生與發展，都是出于生產的需要，潔凈室技術也不例外。在**次世界大戰期間，美國生產的飛機導航用氣浮陀羅儀，由于質量不穩定，每10個陀羅儀平均要返工120次。50年代初朝鮮半島戰爭期間，美國的16萬臺電子通訊設備，更換了百萬個以上的電子部件，雷達出故障的時間占84%，潛水艇聲納出故障的時間占48%。原因都是電子器件、零部件的可靠性差，質量不穩定。軍方與廠商究其原因，*終從多方面判定與生產環境不潔凈有關。盡管當時曾不惜工本，采取了種種嚴密措施來封閉生產車間，但收效甚微。直到50年代初，將美國原子能委員會為解決對人體有害的放射性塵埃的捕集問題，于1951年研制成功的高效空氣過濾器（HEPA—High Efficiency Particulate AirFilter）應用于生產車間的送風過濾，才真正誕生了具有現代意義的潔凈室。　　1961年美國桑第阿國家實驗室（Sandia National Laboratories）的**研究人員懷特菲爾特（Willis Whitfield）提出了當時稱之為層流（laminar flow），現正名為單向流（unidirectional flow）的潔凈空氣流組織方案，并應用于實際工程。從此潔凈室達到了****的更高潔凈級別。　　同年美國空軍制定頒發了世界上**個潔凈室標準TO—00—25——203空軍指令“潔凈室與潔凈工作臺的設計與運轉特性標準”。在此基礎上，1963年12月公布了將潔凈室劃分為三個級別　　的美國聯邦標準FED—STD—209。至此形成了完善的潔凈室技術的雛形。以上的這三個關鍵的進步，常被譽為現代潔凈室發展歷史上的三個里程碑。　　上世紀六二年代中期，潔凈室在美國如雨后春筍涌現在各種工業部門。它不僅用于**工業，也在電子、光學、微型軸承、微型電機、感光膠片、超純化學試劑等工業部門得到推廣，對當時科學　　技術和工業發展起了很大的促進作用。　　七十年代初潔凈室的建設重點開始轉向醫療、制藥、食品及生化等行業。除美國而外，其它工業先進國家，日本、德國、英國、法國、瑞士、前蘇聯、荷蘭等也都十分重視并先后大力發展了潔凈技術。

潔凈技術的問世：發展歷程

綜述

　　六十年代初是中國潔凈技術發展的起步階段，大致比國外晚了十年。在中國，那是一個非常特殊的困難年代，一方面剛度過三年自然災害，經濟基礎薄弱，另一方面與世界科技先進國家沒有直接交往，得不到必要的科技數據、信息和樣品。在這種艱難條件下，圍繞精密機械、航空儀表和電子工業的需要，中國的潔凈技術工作者開始了自己的創業歷程。　　潔凈技術在中國發展的歷程劃分為如下幾個階段：

潔凈技術的問世起步和奠基階段

　　六十年代初至七十年代末，這十多年是中國潔凈技術的起步和奠基階段。　　1965年，由中國建筑科學研究院空氣調節研究所和蚌埠絕緣材料廠等單位研制完成帶波紋隔板的高效空氣過濾器通過鑒定，標志了我國潔凈技術開始正式起步。當時所用濾紙有兩種材質，一種是藍石　　棉纖維濾紙的GS系列高效空氣過濾器，但因生產過程對人體健康不利很快被淘汰；另一種是超細玻璃纖維濾紙的GB系列高效空氣過濾器，一直沿用至今。經國內多次與國外同類產品對比測試，以及美國明尼　　蘇達大學氣溶膠研究所對中國高效過濾器濾紙所作測試的結果，都證明國產高效空氣過濾器的主要技術指標，達到同期國際標準。　　值得提及的是，盡管日本自50年代末已著手與美國合作在日本制造高效空氣過濾器，潔凈技術起步較早，但技術與濾紙來自美國，直到1969年日本的HEPA過濾器才完國內化。　　與此同時，先后于1963年研制成功濾料鈉焰試驗臺，1964年建成了高效過濾器的鈉焰試驗臺，這時高效空氣過濾器的正常生產和質量提高了保證作用。中國醫學科學院衛生研究所、清華大學核能所等單位，為此付出了艱辛的工作。　　如果把高效空氣過濾器比喻為潔凈技術的“心臟”，那么檢測技術及儀器則是潔凈技術的眼睛，靠它來鑒別與把關。六十年代中期，中國醫學科學院衛生研究所、哈爾濱建工學院、　　丹東儀表研究所、中科院安徽光機所、建研院空調所等單位先后投入力量研制光散射粒子計數器。1973年，建研院歷時三年研制成功了中國**臺型號為J—73型的塵埃粒子計數器，以及標定粒子計數器用的標準粒子——單分散聚苯乙烯膠乳標準粒子（PSL），其平均粒徑從0.177~1.460μm，共九種，標準差很小，均方根差變系數σ/χ<5%。J—73型共設有15個粒徑檔，測量范圍是0.3~10μm，采樣流量為300ml/min。這兩項成果于1974年通過國家鑒定并認為已達到或接近當時的世界水平。塵埃粒子計數器的推廣應用，推動了中國潔凈技術的科研、設計和凈化設備生產，沿著自立、自強的道路向前進步。　　同時，一些電子技術、精密機械和國防工業相關的設計院，也在探索、研究潔凈室的工程設計。1965年建成的沈陽119廠和石家莊13所就是由三機部四院（現航空工業部第四設計院）和四機部**設計院（現中國電子工程設計院）分別參照原蘇聯的妝化等級設計建設的。　　中國科學院設計院1966年選用國產GB系列高效空氣過濾器設計了中國科學院面積為760平方米的精密機械裝配車間，1970年投入生產。后經測定，在靜態條件下，室內換氣次數為20AC/h時，室內潔凈度達到當時美國聯邦標準209A的10000級。　　1973年初，四機部第十設計院和第十一設計院，分別著手進行了878廠和4433廠的潔凈車間設計，兩個工廠的潔凈室級別包括從FED—STD—209A的100,000級至100級，采用的氣流流　　型有垂直單向流、水平單向流和亂流等。　　在這個階段內，與潔凈室配套的凈化設備陸續試制成功，一些原來生產無線電、半導體專用設備的、生產醫療器械的工廠轉向凈化設備的生產，在國內形成了初步的潔凈室設備生產規模與布局。這些工廠當時主要分布在北京、天津、蘇州、上海和重慶。從設計制造多種型式的潔凈工作臺（clean bench）開始，隨后陸續設計制造了吹淋室、氣閘室、物料傳遞窗、余壓閥等相關設備。　　為了適應六十年代末、七十年代初，一些研究機構對小型潔凈工作環境的需求，以及一些舊廠房進行小規模潔凈室改造的需要，建研院空調所、六機部九院（現船舶工業總公司第九設計院）、　　三機部四院、天津醫療器械廠天津醫藥凈化設備廠前身）等單位，研制成功了裝配式垂直單向流、水平單向流潔凈室。這種由凈化設備廠生產的裝配式潔凈室，特別在利用原有建筑物進行技術改造，　　所需凈化面積又比較小的場合，發揮了設計、施工快捷，技術性能穩定的特點，1974年在天津通過了國家鑒定。　　1974年以來，建研院空調所、四機部十院等單位分別建立了潔凈技術試驗室，開展了一些基礎研究。如建研院空調所在該所試驗室中進行了亂流潔凈室均勻分布與不均勻分布計算　　的研究，全頂棚送風兩側下回風潔凈室氣流特性的研究等；四機部第十設計研究院在該院的潔凈試驗室中進行了亂流潔凈室的試驗研究，高效過濾器送風口的氣流分布研究，人體發塵　　量研究等多項課題。　　與此同時，一些研究單位及設計院，如七機部七院（航天工業部七院）、建研院空調所、四機部十院、十一院、二機部二院（核工業部二院）、六機部九院等，和一些大專院校如天津大學、同濟大學、河北工學院組成了配合國家大規模集成電路攻關的潔凈室技術研究協作組，為規范與提高中國的潔凈技術水平，進行了一系列的測試與調研工作。如在北京、西安、上海等地進行了不同環境室外大氣含塵濃度的長期臨測與統計分析，在國內各地對已建潔凈室進行了測試，并著手對潔凈室設計、施工、運行及設備生產方面的經驗進行總結。　　國外同期潔凈技術發展概況大致如下：　　六十年代中，美國的電子、精密機械等工廠的潔凈室如雨后春筍，對當時科學技術和工業發展起了很大的促進作用，同時開始了將工業潔凈室技術（ICR—Industrial Cleanroom）移植　　到生物潔凈室（BCR—Biological Cleanroom）的歷程。七十年代初潔凈室的建設熱潮轉向醫療、制藥、食品及生化等行業。　　1966年在美國新墨西哥州建成了世界上**個垂直單向流的生物潔凈技術室（BCOR—Biological Clean Operating Room）。同年，當時的美國污染控制協會AACC（American Association ofContamination Control，后并入IEST—Institute of Environmental Science and Technology），發表了“層流手術室的設計與建造”、“層流潔凈空氣在外科領域的應用”等指導性文件。　　同年還在美國明尼蘇達大學建成了世界上**個水平層流的無菌室。1967年在美國德州的M.D.安德遜病院建成了世界上*早的生物潔凈白血病室。　　在英國，有名的整形外科專家恰利（D.J.Charnley），也于1966年建起了稱之為潔凈房（clean house）型式的生物潔凈手術室。1969年在奧地利的里茨建成了歐洲**個層流病房，　　隨后在瑞士、德國先后建成用于醫療的生物潔凈室。　　在日本發展得更快，1965年日本國立公眾衛生院建成了采用高效過濾器的生物潔凈室（BCR）用于無菌動物（SPF）的飼育室。1970年在愛知縣職工病院建成了裝配式垂直層流白血病房。　　1972年建成了國立大阪醫院垂直層流流型無菌手術室。至1977年底，病院的生物潔凈室已達131個。　　為確保藥品的**性、有效性，1964年美國食品藥品管理局（FDA）開始在美國實施“醫藥品的制造和質量管理規范”，簡稱GMP（Good Manufacturing Practice）。1969年世界衛生組織（WH0）頒布了GMP，規定了為保證藥品無菌生產，對生產環境和用水質量的要求。生物潔凈室技術在美、日、西歐等工業國家的制藥工業得到了廣泛應用。　　美國FDA于1969年頒布了“食品制造標準”，即食品的GMP，要求在制造和包裝過程中嚴格控制微生物和溫濕度，以防止食品變質。食品無菌裝罐的潔凈室，當時在歐美迅速得到推廣。　　以美國為例，1971年無菌裝罐食品總量為25.4億噸，1980年增長為132.7億噸，其中肉制品增長幅度近19倍。在食品釀造、發酵工業對純種的培養、接種、擴種等工藝也都采用了潔凈室技術。　　以占有七成左右潔凈室市場的電子與半導體工業而言，七十年代被稱為大規模集成電路（LSI）時代，而八十年代則被稱為超大規模集成電路（VLSI）時代。集成電路的集成度從1970年以來，差不多以每隔2~3年增長4倍速率飛速發展。　　七十年代末，64K位RAM作為進入超大規模集成電路階段的標志性產品研制過程中，注意到其典型線寬為3μm，需控制的*小粒徑為0.3~0.8μm。也就是說，以0.3μm效率為標準的HEPA過濾器不能適應電子技術的進一步發展。美國、日本相繼研制與制造了對0.1μm塵粒計數過濾效率達99.99~99.995%的超高效空氣過濾器——ULPA（Ultra low penetration air）過濾器（亦可譯為“極低穿透率空氣過濾器”）。

潔凈技術的問世：成熟與發展階段

　　七十年代末至八十年代末，這十年間，中國的潔凈技術經歷了一段陽光燦爛的發展階段。在中國潔凈技術發展歷程中，許多標志性的重要成果，幾乎都誕生在這個階段。　　1、標準、規范制定與國際交往方面：　　1979年1月出版了以建研院空調所為首的設計、研究和大專院校等單位對建成的工業潔凈室的測試和總結經驗的基礎上編制的“空氣潔凈技術措施”，起到了規范與推動當時中國潔凈室技術的重要作用，為日后國家標準的制定奠定了基礎。　　1984年12月頒發了以電子部第十設計院會同有關單位共同編制的GBJ73-84國家標準“潔凈廠房設計規范”，其中，關于潔凈度分級標準等同采用了當時國際上大多數國家認同的美國聯邦標準209B，摒棄了此前在中國國內曾在不同范圍內使用過的多個借鑒國際標準而自定的潔凈室分級標準，為中國潔凈室技術與國際接軌向前邁進了一步。　　隨后，結合中國國情，參考國際標準先后制定了GB6166-85高效濾料性能實驗方法、穿透率和阻力，GB6167-85塵埃粒子計數器性能試驗方法，GB6168-85層流潔凈工作臺檢驗標準等多個標準，對統一與規范試驗、測定方法，增強科學性起了很大作用。　　值得一提的是1988年11月定稿的國家標準GB12218-89“一般通風用空氣過濾器性能試驗方法”中規定采用大氣塵的限徑計數效率法來測定粗、中、高中效空氣過濾器的效率，這是以天津大學為代表的國內各研究單位多年實踐的經驗總結，在世界上率先采用此方法。1993年歐洲通風協會（ASHRAE）先后放棄了原有的大氣塵比色效率法（NBS、AFI、ASHRAE）的計重效率法，同時頒布采用大氣塵或標準塵的計徑計數法。　　特別是1982年6月成立了中國電子學會潔凈技術分會（對外的名稱是“中國污染控制協會”CCCS—Chinese Contamination Control Society），并創辦了“潔凈技術”雜志（現名為“潔凈與空調技術”—Contamination Con