潔凈技術(shù)的問世

　　一切技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，都是出于生產(chǎn)的需要，潔凈室技術(shù)也不例外。在**次世界大戰(zhàn)期間，美國生產(chǎn)的飛機導(dǎo)航用氣浮陀羅儀，由于質(zhì)量不穩(wěn)定，每10個陀羅儀平均要返工120次。50年代初朝鮮半島戰(zhàn)爭期間，美國的16萬臺電子通訊設(shè)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(zhì)量不穩(wěn)定。軍方與廠商究其原因，*終從多方面判定與生產(chǎn)環(huán)境不潔凈有關(guān)。盡管當(dāng)時曾不惜工本，采取了種種嚴(yán)密措施來封閉生產(chǎn)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(yīng)用于生產(chǎn)車間的送風(fēng)過濾，才真正誕生了具有現(xiàn)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(dāng)時稱之為層流（laminar flow），現(xiàn)正名為單向流（unidirectional flow）的潔凈空氣流組織方案，并應(yīng)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(fā)了世界上**個潔凈室標(biāo)準(zhǔn)TO—00—25——203空軍指令“潔凈室與潔凈工作臺的設(shè)計與運轉(zhuǎn)特性標(biāo)準(zhǔn)”。在此基礎(chǔ)上，1963年12月公布了將潔凈室劃分為三個級別　　的美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FED—STD—209。至此形成了完善的潔凈室技術(shù)的雛形。以上的這三個關(guān)鍵的進步，常被譽為現(xiàn)代潔凈室發(fā)展歷史上的三個里程碑。　　上世紀(jì)六二年代中期，潔凈室在美國如雨后春筍涌現(xiàn)在各種工業(yè)部門。它不僅用于**工業(yè)，也在電子、光學(xué)、微型軸承、微型電機、感光膠片、超純化學(xué)試劑等工業(yè)部門得到推廣，對當(dāng)時科學(xué)　　技術(shù)和工業(yè)發(fā)展起了很大的促進作用。　　七十年代初潔凈室的建設(shè)重點開始轉(zhuǎn)向醫(yī)療、制藥、食品及生化等行業(yè)。除美國而外，其它工業(yè)先進國家，日本、德國、英國、法國、瑞士、前蘇聯(lián)、荷蘭等也都十分重視并先后大力發(fā)展了潔凈技術(shù)。

潔凈技術(shù)的問世：發(fā)展歷程

綜述

　　六十年代初是中國潔凈技術(shù)發(fā)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(zāi)害，經(jīng)濟基礎(chǔ)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(shù)據(jù)、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(yè)的需要，中國的潔凈技術(shù)工作者開始了自己的創(chuàng)業(yè)歷程。　　潔凈技術(shù)在中國發(fā)展的歷程劃分為如下幾個階段：

潔凈技術(shù)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(shù)的起步和奠基階段。　　1965年，由中國建筑科學(xué)研究院空氣調(diào)節(jié)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(biāo)志了我國潔凈技術(shù)開始正式起步。當(dāng)時所用濾紙有兩種材質(zhì)，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(chǎn)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(jīng)國內(nèi)多次與國外同類產(chǎn)品對比測試，以及美國明尼　　蘇達大學(xué)氣溶膠研究所對中國高效過濾器濾紙所作測試的結(jié)果，都證明國產(chǎn)高效空氣過濾器的主要技術(shù)指標(biāo)，達到同期國際標(biāo)準(zhǔn)。　　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(shù)起步較早，但技術(shù)與濾紙來自美國，直到1969年日本的HEPA過濾器才完國內(nèi)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(chǎn)和質(zhì)量提高了保證作用。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所、清華大學(xué)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(shù)的“心臟”，那么檢測技術(shù)及儀器則是潔凈技術(shù)的眼睛，靠它來鑒別與把關(guān)。六十年代中期，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所、哈爾濱建工學(xué)院、　　丹東儀表研究所、中科院安徽光機所、建研院空調(diào)所等單位先后投入力量研制光散射粒子計數(shù)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(shù)器，以及標(biāo)定粒子計數(shù)器用的標(biāo)準(zhǔn)粒子——單分散聚苯乙烯膠乳標(biāo)準(zhǔn)粒子（PSL），其平均粒徑從0.177~1.460μm，共九種，標(biāo)準(zhǔn)差很小，均方根差變系數(shù)σ/χ<5%。J—73型共設(shè)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(dāng)時的世界水平。塵埃粒子計數(shù)器的推廣應(yīng)用，推動了中國潔凈技術(shù)的科研、設(shè)計和凈化設(shè)備生產(chǎn)，沿著自立、自強的道路向前進步。　　同時，一些電子技術(shù)、精密機械和國防工業(yè)相關(guān)的設(shè)計院，也在探索、研究潔凈室的工程設(shè)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(xiàn)航空工業(yè)部第四設(shè)計院）和四機部**設(shè)計院（現(xiàn)中國電子工程設(shè)計院）分別參照原蘇聯(lián)的妝化等級設(shè)計建設(shè)的。　　中國科學(xué)院設(shè)計院1966年選用國產(chǎn)GB系列高效空氣過濾器設(shè)計了中國科學(xué)院面積為760平方米的精密機械裝配車間，1970年投入生產(chǎn)。后經(jīng)測定，在靜態(tài)條件下，室內(nèi)換氣次數(shù)為20AC/h時，室內(nèi)潔凈度達到當(dāng)時美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209A的10000級。　　1973年初，四機部第十設(shè)計院和第十一設(shè)計院，分別著手進行了878廠和4433廠的潔凈車間設(shè)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(nèi)，與潔凈室配套的凈化設(shè)備陸續(xù)試制成功，一些原來生產(chǎn)無線電、半導(dǎo)體專用設(shè)備的、生產(chǎn)醫(yī)療器械的工廠轉(zhuǎn)向凈化設(shè)備的生產(chǎn)，在國內(nèi)形成了初步的潔凈室設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模與布局。這些工廠當(dāng)時主要分布在北京、天津、蘇州、上海和重慶。從設(shè)計制造多種型式的潔凈工作臺（clean bench）開始，隨后陸續(xù)設(shè)計制造了吹淋室、氣閘室、物料傳遞窗、余壓閥等相關(guān)設(shè)備。　　為了適應(yīng)六十年代末、七十年代初，一些研究機構(gòu)對小型潔凈工作環(huán)境的需求，以及一些舊廠房進行小規(guī)模潔凈室改造的需要，建研院空調(diào)所、六機部九院（現(xiàn)船舶工業(yè)總公司第九設(shè)計院）、　　三機部四院、天津醫(yī)療器械廠天津醫(yī)藥凈化設(shè)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(shè)備廠生產(chǎn)的裝配式潔凈室，特別在利用原有建筑物進行技術(shù)改造，　　所需凈化面積又比較小的場合，發(fā)揮了設(shè)計、施工快捷，技術(shù)性能穩(wěn)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(diào)所、四機部十院等單位分別建立了潔凈技術(shù)試驗室，開展了一些基礎(chǔ)研究。如建研院空調(diào)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(fēng)兩側(cè)下回風(fēng)潔凈室氣流特性的研究等；四機部第十設(shè)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(fēng)口的氣流分布研究，人體發(fā)塵　　量研究等多項課題。　　與此同時，一些研究單位及設(shè)計院，如七機部七院（航天工業(yè)部七院）、建研院空調(diào)所、四機部十院、十一院、二機部二院（核工業(yè)部二院）、六機部九院等，和一些大專院校如天津大學(xué)、同濟大學(xué)、河北工學(xué)院組成了配合國家大規(guī)模集成電路攻關(guān)的潔凈室技術(shù)研究協(xié)作組，為規(guī)范與提高中國的潔凈技術(shù)水平，進行了一系列的測試與調(diào)研工作。如在北京、西安、上海等地進行了不同環(huán)境室外大氣含塵濃度的長期臨測與統(tǒng)計分析，在國內(nèi)各地對已建潔凈室進行了測試，并著手對潔凈室設(shè)計、施工、運行及設(shè)備生產(chǎn)方面的經(jīng)驗進行總結(jié)。　　國外同期潔凈技術(shù)發(fā)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(dāng)時科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展起了很大的促進作用，同時開始了將工業(yè)潔凈室技術(shù)（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(shè)熱潮轉(zhuǎn)向醫(yī)療、制藥、食品及生化等行業(yè)。　　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(shù)室（BCOR—Biological Clean Operating Room）。同年，當(dāng)時的美國污染控制協(xié)會AACC（American Association ofContamination Control，后并入IEST—Institute of Environmental Science and Technology），發(fā)表了“層流手術(shù)室的設(shè)計與建造”、“層流潔凈空氣在外科領(lǐng)域的應(yīng)用”等指導(dǎo)性文件。　　同年還在美國明尼蘇達大學(xué)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(shù)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(yī)療的生物潔凈室。　　在日本發(fā)展得更快，1965年日本國立公眾衛(wèi)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(yī)院垂直層流流型無菌手術(shù)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(yī)藥品的制造和質(zhì)量管理規(guī)范”，簡稱GMP（Good Manufacturing Practice）。1969年世界衛(wèi)生組織（WH0）頒布了GMP，規(guī)定了為保證藥品無菌生產(chǎn)，對生產(chǎn)環(huán)境和用水質(zhì)量的要求。生物潔凈室技術(shù)在美、日、西歐等工業(yè)國家的制藥工業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。　　美國FDA于1969年頒布了“食品制造標(biāo)準(zhǔn)”，即食品的GMP，要求在制造和包裝過程中嚴(yán)格控制微生物和溫濕度，以防止食品變質(zhì)。食品無菌裝罐的潔凈室，當(dāng)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(fā)酵工業(yè)對純種的培養(yǎng)、接種、擴種等工藝也都采用了潔凈室技術(shù)。　　以占有七成左右潔凈室市場的電子與半導(dǎo)體工業(yè)而言，七十年代被稱為大規(guī)模集成電路（LSI）時代，而八十年代則被稱為超大規(guī)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(fā)展。　　七十年代末，64K位RAM作為進入超大規(guī)模集成電路階段的標(biāo)志性產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的HEPA過濾器不能適應(yīng)電子技術(shù)的進一步發(fā)展。美國、日本相繼研制與制造了對0.1μm塵粒計數(shù)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(shù)的問世：成熟與發(fā)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(shù)經(jīng)歷了一段陽光燦爛的發(fā)展階段。在中國潔凈技術(shù)發(fā)展歷程中，許多標(biāo)志性的重要成果，幾乎都誕生在這個階段。　　1、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范制定與國際交往方面：　　1979年1月出版了以建研院空調(diào)所為首的設(shè)計、研究和大專院校等單位對建成的工業(yè)潔凈室的測試和總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編制的“空氣潔凈技術(shù)措施”，起到了規(guī)范與推動當(dāng)時中國潔凈室技術(shù)的重要作用，為日后國家標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了基礎(chǔ)。　　1984年12月頒發(fā)了以電子部第十設(shè)計院會同有關(guān)單位共同編制的GBJ73-84國家標(biāo)準(zhǔn)“潔凈廠房設(shè)計規(guī)范”，其中，關(guān)于潔凈度分級標(biāo)準(zhǔn)等同采用了當(dāng)時國際上大多數(shù)國家認同的美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209B，摒棄了此前在中國國內(nèi)曾在不同范圍內(nèi)使用過的多個借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)而自定的潔凈室分級標(biāo)準(zhǔn)，為中國潔凈室技術(shù)與國際接軌向前邁進了一步。　　隨后，結(jié)合中國國情，參考國際標(biāo)準(zhǔn)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(shù)器性能試驗方法，GB6168-85層流潔凈工作臺檢驗標(biāo)準(zhǔn)等多個標(biāo)準(zhǔn)，對統(tǒng)一與規(guī)范試驗、測定方法，增強科學(xué)性起了很大作用。　　值得一提的是1988年11月定稿的國家標(biāo)準(zhǔn)GB12218-89“一般通風(fēng)用空氣過濾器性能試驗方法”中規(guī)定采用大氣塵的限徑計數(shù)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(xué)為代表的國內(nèi)各研究單位多年實踐的經(jīng)驗總結(jié)，在世界上率先采用此方法。1993年歐洲通風(fēng)協(xié)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(biāo)準(zhǔn)塵的計徑計數(shù)法。　　特別是1982年6月成立了中國電子學(xué)會潔凈技術(shù)分會（對外的名稱是“中國污染控制協(xié)會”CCCS—Chinese Contamination Control Society），并創(chuàng)辦了“潔凈技術(shù)”雜志（現(xiàn)名為“潔凈與空調(diào)技術(shù)”—Contamination Con