清洁技术的发展历程
1961年，桑迪亚国家实验室高级研究员威利斯·怀特菲尔德提出了当时称为层流的洁净气流组织方案，现在称为单向流，并已应用于实际工程中。从此，洁净室达到了前所未有的更高洁净度。
同年，美国空军制定并发布了世界首个洁净室标准to-00-25-203空军指令《洁净室和洁净工作台的设计和运行特性标准》。在此基础上，1963 65438+二月宣布洁净室分为三级。
美国联邦标准美联储-标准-209。至此，洁净室技术的完美雏形已经形成。这三项关键进展通常被誉为现代洁净室发展史上的三个里程碑。
在20世纪60年代中期，洁净室如雨后春笋般出现在美国的各个工业部门。它不仅用于军事工业，还在电子、光学、微型轴承、微型电机、感光胶片、超纯化学试剂等工业部门得到普及，在当时具有重要的科学意义。
技术和工业发展起到了巨大的推动作用。
70年代初，洁净室建设的重点开始向医疗、制药、食品和生化行业转移。除美国外，其他工业发达国家，如日本、德国、英国、法国、瑞士、前苏联、荷兰等。，也非常重视并大力发展清洁技术。
20世纪60年代初是我国清洁技术发展的起步阶段，大致比国外晚十年。在中国，这是一个非常特殊和困难的时期。一方面，刚刚度过三年自然灾害，经济基础薄弱。另一方面，它与世界上先进的科学技术国家没有直接联系，无法获得必要的科学技术数据、信息和样品。在这样艰难的条件下，围绕着精密机械、航空仪器、电子行业的需求，中国的洁净技术人员开始了自己的创业历程。
中国清洁技术的发展分为以下几个阶段:
起步和基础阶段
从20世纪60年代初到70年代末，这十年是中国清洁技术的起步和奠基阶段。
1965年，由中国建筑科学研究院空调研究所和蚌埠保温材料厂共同研发的波纹隔板高效空气过滤器通过鉴定，标志着中国清洁技术正式起步。当时用的滤纸有两种，一种是蓝石。
GS系列高效空气过滤器的棉纤维滤纸由于生产工艺不利于人体健康，很快被淘汰。另一种是GB系列高效空气过滤器，超细玻璃纤维滤纸，一直沿用至今。在国内多次与国外同类产品进行对比测试，美国的米妮也是如此
苏大气溶胶研究所对中国HEPA滤纸的检测结果均证明国产HEPA滤纸的主要技术指标已达到同期国际水平。
值得一提的是，虽然日本从20世纪50年代末开始与美国合作在日本制造HEPA过滤器，清洁技术起步更早，但技术和滤纸来自美国，日本的HEPA过滤器直到1969才完全国有化。
同时，1963成功开发了过滤材料钠焰试验台，1964建成了高效过滤器钠焰试验台。此时，高效空气过滤器的正常生产和质量得到了提高。中国医学科学院健康所、清华大学核能研究所等单位为此付出了努力。
如果把HEPA滤波器比作清洁技术的“心脏”，那么检测技术和仪器就是清洁技术的眼睛，可以用来识别和检查。20世纪60年代中期，中国医学科学院健康研究所、哈尔滨建筑工程学院、
中国科学院丹东仪器研究所、安徽光机所、空调所等单位投资研制了光散射粒子计数器。1973年，研究院用三年时间研制成功了国内第一台J-73尘埃粒子计数器和用于校准粒子计数器的单分散聚苯乙烯乳胶标准粒子(PSL)。平均粒径范围为0.177 ~ 1.460 μm，标准偏差很小。5%。J-73 * * *有15粒度档，测量范围0.3~10μm，采样流量300ml/min。这两项成果于1974年通过国家鉴定，被认为达到或接近当时世界水平。尘埃粒子计数器的推广应用，推动了我国清洁技术的科研、设计和净化设备生产，沿着自力更生、自强不息的道路前进。
同时，一些与电子技术、精密机械、国防工业相关的设计院也在探索和研究洁净室的工程设计。1965年建成的沈阳119厂和石家庄13厂，由第三机械部第四研究所(现航空工业部第四设计院)和第四机械部第二设计院(现中国电子工程设计院)参照前苏联的化妆等级设计建造。
1966年，中科院设计院选用国产GB系列高效空气过滤器设计中科院精密机械装配车间，面积760平方米，1970年投产。经测量，在静态条件下，室内换气次数为20AC/h时，室内洁净度达到当时美国联邦标准209A的10000级。
1973年初，机械四部第十设计院和第十一设计院分别开始设计878厂和4433厂的洁净厂房。两个工厂的洁净室包括从Fed-STD-209a的100，000级到100级的气流。
有垂直单向流、水平单向流和湍流。
在此期间，与洁净室配套的净化设备已经试制成功，一些过去生产无线电和半导体专用设备、医疗器械的工厂已经转向生产净化设备，形成了我国洁净室设备的初步生产规模和布局。这些工厂主要分布在北京、天津、苏州、上海和重庆。从设计制造各类洁净工作台入手，先后设计制造了淋浴室、气闸室、物料输送窗、余压阀等相关设备。
为了满足60年代末70年代初一些科研机构对小型洁净工作环境的需要，以及一些老工厂小型洁净室改造的需要，成立了第六机械部第九研究所(现船舶重工集团公司第九设计院)空调所。
三机部、四院、天津市医疗设备厂、天津市医用净化设备厂前身)等单位研制成功装配式垂直单向流、水平单向流洁净室。净化设备厂生产的这种预制洁净室，专门用于对原有建筑进行技术改造。
当所需净化面积比较小时，设计施工速度快，技术性能稳定，于1974在天津通过国家鉴定。
从1974开始，研究所空调所、机械四部十所等单位分别建立了洁净技术实验室，开展了一些基础研究。比如，建研院空调所就对其实验室的湍流洁净室的均匀分布和不均匀分布进行了计算。
全吊顶两侧送风的回风洁净室气流特性研究等。机械四部第十设计研究院开展了湍流洁净室的实验研究、高效过滤器出风口气流组织的研究、人体粉尘的研究。
量研究等诸多课题。
同时，一些科研院所和设计院，如机械七院(航天工业七院)、研究院空调所、机械十院、十一院、机械二院(核工业二院)、机械九院等。和天津大学、同济大学、河北理工大学等高校组成了洁净室技术研究协作组，配合国家大规模集成电路研究。为了规范和提高我国的洁净技术水平，例如在北京、Xi、上海等地开展了不同环境下室外大气粉尘浓度的长期监测和统计分析，并在全国各地对已建成的洁净室进行了检测，总结了洁净室设计、建设、运行和设备生产的经验。
同期国外清洁技术发展概况如下:
60年代中期，美国电子和精密机械工厂的洁净室如雨后春笋般出现，极大地促进了当时科技和工业的发展，同时也开始移植工业洁净室技术(ICR)。
BCR之旅——生物洁净室)。70年代初，洁净室建设热潮转向医疗、制药、食品、生化行业。
1966年，世界上第一个垂直单向流动的BCOR(生物洁净手术室)在美国新墨西哥州建成。同年，AACC(美国污染控制协会，后并入into环境科学技术研究所)发表了《层流手术室的设计与建设》、《层流洁净空气在外科手术中的应用》等指导性文件。
同年，世界上第一个水平层流无菌室在明尼苏达大学建成。1967年，世界上最早的生物洁净白血病室在美国德克萨斯州M.D. Anderson医院建成。
在英国，著名整形外科医生D.J.Charnley也在1966建造了一个名为clean house的生物洁净手术室。欧洲第一个层流病房于65438-0969年在奥地利里兹建成。
随后，瑞士和德国相继建成了医疗用生物洁净室。
在日本发展更快。1965，日本国家公共卫生中心建造了一个生物洁净室(BCR ),配有用于喂养无菌动物(SPF)的高效过滤器。1970年，在爱知工人医院建造了组装式垂直层流白血病室。
1972年，国立大阪医院垂直层流无菌手术室建成。截止1977年底，医院共有131生物洁净室。
为了保证药品的安全性和有效性，美国美国食品药品监督管理局(FDA)从65438到0964开始在美国实施《药品生产质量管理规范》。1969年，世界卫生组织(WH0)颁布了GMP，为了保证药品的无菌生产，规定了对生产环境和水质的要求。生物洁净室技术在美国、日本和西欧等工业国家的制药工业中得到了广泛应用。
1969年，美国FDA颁布了“食品制造标准”，即GMP，要求在制造和包装过程中严格控制微生物和温湿度，防止食品腐败变质。无菌罐装食品的洁净室在当时的欧美迅速普及。
以美国为例，1971年无菌罐头总量为25.4亿吨，1980年增长到1327亿吨，其中肉制品增速近19倍。在食品酿造和发酵行业，洁净室技术也被用于纯种的培养、接种和种子扩增。
对于占据洁净室市场70%左右份额的电子和半导体行业来说，70年代被称为LSI时代，80年代被称为VLSI时代。自1970以来，集成电路的集成度以每两到三年四倍的速度快速发展。
20世纪70年代末，64K位RAM作为进入VLSI阶段的标志性产品开发过程中，人们注意到其典型线宽为3μm，需要控制的最小粒度为0.3 ~ 0.8微米..也就是说，基于0.3μm效率的HEPA滤波器已经不能适应电子技术的进一步发展。美国和日本先后研发制造了超高效空气过滤器——ULPA(超低渗透空气过滤器)，对0.1μm的尘粒过滤效率达99.99~99.995%。
成熟和发展阶段
从20世纪70年代末到80年代末，中国的清洁技术经历了一个阳光灿烂的发展阶段。在中国清洁技术的发展过程中，许多里程碑式的重要成果几乎都诞生在这个阶段。
1，标准、规范和国际交流:
1979 1在对以空调所为首的设计、科研、高校建设的工业洁净室进行试验和经验总结的基础上，出版了《空气洁净度技术措施》，对当时我国洁净室技术的规范和推广起到了重要作用，为以后国家标准的制定奠定了基础。
1984，1984年2月，国家标准GBJ73-84《洁净厂房设计规范》发布，由电子工业部第十设计院会同有关单位编制。其中洁净度的分级标准相当于当时世界上大多数国家认可的美国联邦标准209B，在不同范围内抛弃了我国曾经借鉴使用的多项洁净室分级标准，为我国量身定做。
随后，结合我国国情并参考国际标准，先后制定了《GB6166-85高效过滤材料性能测试方法、透过率和阻力》、《GB6167-85尘埃粒子计数器性能测试方法》、《GB6168-85层流洁净工作台检验标准》等几项标准，对统一和规范测试测定方法、增强科学性起到了很大作用。
值得一提的是，6月1988+01定稿的国家标准GB12218-89规定，粗、中、高效空气过滤器的效率采用大气粉尘有限直径计数效率法进行测量，这是以天津大学为代表的国内科研单位多年来的做法。1993年，欧洲通风协会(ASHRAE)抛弃了大气粉尘比色效率法(ASHRAE AFI国家统计局)原有的称重效率法，颁布了使用大气粉尘或标准粉尘的直径计数法。
特别是1982年6月，中国电子学会洁净技术分会成立(对外名称为“中国污染控制协会”CCCS-中国污染控制学会)，创办了《洁净技术》杂志(现名为《洁净与空调技术》-污染控制&:空调技术)，于1983正式出版，为整合国内洁净室技术的方方面面，推动洁净室技术的进步，促进国际交流发挥了巨大作用。1986中国清洁技术学会成为国际污染控制学会(ICCS)会员。当时仅有的成员国有美国(IEST)、英国(见)、法国(ASPES)、德国(DIN/VDI)、日本(JACA)、义大利(ASCCA)、瑞士(SRRT)和北欧四国(R3-Nodic)。(现在已经增加到18个成员国，包括澳洲-—ACCS、俄国-—ASEMCO、比利时-—BCW、朝鲜-—KACA、罗尼亚-—RACC、巴西-—SBCC、荷兰-—VCCN和苏格兰-—SZCZ)。
作者代表中国于1998被任命为第九届ICCCS洛杉矶会议和第十届ICCCS苏黎世会议的执行主席。
2、生物洁净室技术:
我国生物洁净室技术的起步比国外晚了十几年。20世纪70年代末，一些药厂对原有的空调系统进行了改造，开始使用高效空气过滤器作为空调送风系统的末端，取代原有的过滤器或甘油纱布罩。在此期间，上海医药工业设计院、哈尔滨工程大学及相关药厂相继在上海第四、第七制药厂和镇江制药厂采用了生物洁净室技术。
1982中国医药工业股份有限公司根据国情和国外经验制定了《药品生产管理规范》(试行稿)，其中空气洁净度等级参考美国联邦标准209A，将生产环境划分为等级大于10万和10万的控制区和等级为10万的局部区。到1985年底，编制完成了《药品生产质量管理规范实施指南》，并与部分修订的《标准》一起正式颁布，为推进医药工业现代化奠定了基础。1988卫生部发布了《药品生产质量管理规范》，其精神与上述规范一致，为药品行业实施GMP认证准备了条件。
现阶段，生物洁净室已在医疗中得到推广应用。1980黑龙江医院使用了哈尔滨建筑工程学院和鸡西五专合作研发的简易卧式层流空调净化机组。由六机九院和上海金山电子设备厂合作完成的装配式无菌病房，在上海新华医院和苏州医学院细胞实验室使用。
80年代中期，总后勤部营房部设计院和天津大学设计建造了301医院康复中心手术楼，拥有十余个民用无菌手术室，气流组织形式多样，相当于美国国家航空航天局-5340ⅱ标准。天津大学和天津净化设备厂在中国医学科学院血液研究所设计建造了数个百级装配式无菌病房。
80年代初，军事医学科学院、研究所空调所、蚌埠净化设备厂等单位完成了ⅱ-A级(相当于P3)生物安全工作站的研制。哈尔滨建筑工程学院等单位。
建成松江罐头厂甜火炬奶、番茄酱、腊肉无菌罐装间，开创了生物安全与食品加工生物技术在中国的应用。
1985左右，军事医学研究所研制的JWL针孔浮游生物采样器和上海全信电子设备厂与同济大学联合研制的SS狭缝空气浮游生物采样器通过鉴定，是生物洁净室技术之一。
研究工作提供了手段。
3、基础和技术研究:
从70年代末到80年代末的10年间，洁净室的基础和技术研究取得了许多成果，如:
提出了我国大气粉尘的统计规律、湿度对大气粉尘浓度的影响以及大气粉尘浓度的“W”型日分布模型，为确定室外设计浓度提供了依据。
提出了带气幕的层流罩的隔离效果、设计原则和计算方法
提出了湍流洁净室的理论计算公式、经验计算公式、自洁时间和污染时间。
提出了单向流洁净室下回风方式的最大房间宽度、计算模型和下限风速的概念和数据。
提出了密封与导向相结合的高效空气过滤器双环密封原理和方案，提出了倒液罐密封方案。
对人体内的细菌数量进行了检测和分析。
建立了滤料和过滤器细菌过滤效率试验台，得出了细菌过滤效率与大气粉尘菌源计数称重效率的相关性。
中国建筑科学研究院、四机部十院、十一院、设计院、天津大学、清华大学、同济大学、哈尔滨建筑工程学院、河北工业大学等机构在这方面做了大量工作。
4.在产品研发方面:
从1979到1981，天津大学，天津美伦纤维厂等。对数百个品种的各种材料(涤纶、丙纶、维纶、棉、羊毛、超细玻璃纤维)进行了针刺、喷胶、热熔、熔喷、热压和辊压加工...).
1981年，WGP-01迷你褶HEPA滤波器由四机部十一所、河北理工学院、天津无线电专用设备二厂研制成功，填补了国内产品空白。
1985年，机械四部十一院、四川造纸工业研究院、重庆无线电专用设备厂完成了CGB型高效空气过滤器的研制。该过滤器对0.65438±0 μm尘粒的计数效率为99.99～99.995%，阻力为245～270 pa。经鉴定，其主要技术指标达到了当时日本生产的ULPA。1987 65438+10月，天津医药净化设备厂、建研所空调所研制的采用国外ULPA过滤器(日本仁祖株式会社产品)的0.1μm10级洁净室通过鉴定。1988年5月，机电部第十一设计院和重庆无线电专用设备厂通过了国产0.1μm高效空气过滤器鉴定，该过滤器主要
该指标已达到国外80年代的技术水平。
同期，国外洁净室技术不断发展和进步。
在1982中，每个芯片大约有5万到6万个器件的16K位随机存取存储器(RAM)成为了畅销书。1984 256K位RAM已进入实用阶段。同年年初，日本宣布成功试制出每芯片约200万个器件的一兆位DRAM(动态随机存取存储器)。1985年，美国研制出4兆集成电路。到20世纪80年代末，4M位DRAM已经商业化。
在这个阶段，各种降低能耗、满足过程自动化和高洁净度要求的洁净室气流组织方案和技术也应运而生，如隧道式洁净室、管道式洁净室、SMIF(标准机械接口)技术等。
自20世纪80年代中期以来，最高清洁度水平-100 (≥0.5μm，≯100pc。/cu.ft)已无法满足微电子工业的需要，65438+事实上，从20世纪70年代末开始，随着微电子技术的发展，美国和日本相继建成了更高级别的洁净室，相应的检测仪器——激光粒子计数器和凝聚核粒子计数器(CNC)也应运而生。总结这一时期的经验，适应技术进步的需要，美国联邦标准209C于1987年10月27日发布，将洁净度等级从原来的100到100000的四级扩大到1到100000的六级。
与国际标准接轨，走向标准化。
自20世纪90年代初以来，随着电子技术的快速发展，清洁技术不断进步。下表是国际大规模集成电路和国内代表性产品的发展过程。
9月11，1988颁布的美国联邦标准FED-STD-209E进一步取代了6月15438+05颁布的FED-STD-209D，将洁净度等级由英制改为公制，洁净度等级分为M1至M7。与209D相比，最高水平向上延伸了半级(209D中1的尘粒≥0.5μm ≯35.3pc./m3，而209E中M1的尘粒≥0.5μm ≯10pc。/m3)。
30多年来，美国联邦标准209一直是全世界公认的清洁技术行业标准。批准美国联邦标准供联邦政府机构使用的权威单位美国总务管理局(GSA-u . s . General Services Administration)于2001 11.29发布公告，废止FED-STD-209E，相当于采用ISO-14644相关标准。这一决定标志着一种清洁技术。
随着世界经济的一体化，我们将进一步走向国际和谐。
自20世纪90年代初以来，中国经济保持稳定高速增长，国际投资不断注入，一批跨国集团相继在中国建设了众多微电子工厂。因此，国内的技术人员和研究人员有更多的机会直接接触国外高级洁净室的设计原理，了解国际上先进的设备装置、管理和维护。从这一点来看，确实从各个角度越来越与国际接轨。
中国也投入大量资金发展微电子技术。在这一阶段，首钢倪电公司、华晶电子集团公司、上海华虹NEC电子公司、绍兴华月微电子公司、天津摩托罗拉公司、上海贝岭微电子公司等。已经相继建成，但总的来说，微电子技术与世界先进生产水平，特别是研发水平还有相当大的差距。
从20世纪90年代初开始，药厂在实施GMP法的过程中推广清洁技术，全国数千家生产药用原料和包装材料的药厂和非药厂相继进行了技术改造。其规模和范围是前所未有的。1992中国医药工业公司、中国化学制药工业协会对1985发布的《GMP实施指南》进行了修订，发布了新的实施指南。随后，1998年发布了与国际接轨、由国家药品监督管理局修订的《药品生产质量管理规范》，即中国1998 GMP(从1999年8月1日起实施)，进一步为医药行业加强GMP实施和实施认证制度奠定了基础。从20世纪90年代初开始，医院无菌手术室的建设引起了各方面的关注，各大城市相继建成了数千个从10万到100个不同级别的生物洁净手术室、生物洁净病房和实验动物室。
总结国内清洁技术产业近十年的历程，按照作者个人的观点，是喜忧参半。令人欣慰的是，洁净室技术产业在许多方面日益与国际接轨，体现在相关规范的内容、洁净室设计思路和方案、施工技术和管理、检测方法和技术等方面。如我国国家标准修订中所体现的，10月3日发布的GB 50073-2001 11国家标准《洁净室设计规范》在空气洁净度的分级上明确采用了国际标准ISO 65438。在制药行业和通用电子组装行业，以及医疗卫生、食品和化妆品行业的带动下，洁净室技术得到了极大的普及。但这些行业基本都是ISO5或中国标准N5(相当于原联邦标准FED-STD-209E的100)及以下的洁净室，使用的主要设备和器材，如高效过滤器、淋浴房、净化工作台、空调制冷机组、金属壁板、地板复合材料等基本都是国产的。所以从70年代开始，屈指可数，主要集中在北京、天津、上海。80年代末有100多家洁净室设备生产厂家和建筑安装单位，现在全国几乎所有省市都有上千家洁净室相关设备生产厂家和设备安装单位，还有一批积累了相当丰富经验的设计单位和调试检测单位。
据不完全统计和计算，我国正在运行的各级洁净室面积已从80年代初的65438+万平方米猛增至200多万平方米。一些微电子工厂的生产车间洁净度水平已经达到0.1微米1的高水平。在洁净空气流型的理论计算和实验研究方面，哈尔滨建筑大学、天津大学、建研院空调所等单位采用数值模拟方法和CFD(计算流体力学)与实验验证相结合的方法，开展了矢状流型、高效过滤风口在普通洁净室的布置方案和洁净效果的研究，并参加了历届ICCCS国际学术交流，在国际上发表了多篇研究论文。
天津大学等单位参与了摩托罗拉、SAE、KODA、CTS等采用国外设备和施工管理技术设计建造的不同洁净度等级洁净室的系统调试、测试和验收。深入了解和掌握国外微电子和制药行业高级洁净室的设计要点、技术关键、调试和验收技术及相应规范，与日本FDA、NEBB、IEST、JACA建立了广泛的联系。
特别是在中国电子学会新清洁技术分会的积极努力下，中国成功申办了18国际污染控制大会(2006年)，这是ICCCS自1972成立以来首次在中国举办这样的盛会，将对中国清洁技术的进步起到重要的推动作用。