材料组合的分级模型

测试的主要目的就是观察并刻画出在摩擦力作用期间粒子释放的变化特 。采用光学粒子计数器可以提供出粒子的测量差分值，也就是，以单位时间测量值内或单位体积测量值内的粒子数的形式提供。在处理过程中，通常随着旋转圈数的增加，粒子测量值都会有轻微的增加。然而，粒子释放的增量却无法估算出来，因为该图非常不稳定（见图3上图）。由于粒子产生的数量与旋转的圈数直接相关，而与经历的时间只仅仅是间接相关，所以我们都采用旋转圈数而不用测量时间作为新的控制变量。
如果把一定旋转圈数下产生的粒子都加起来，其值就等于粒子测量值的积分。采用这种表述方式，结果曲线就显示出一个稳定的增长（见图3下图）。在采用非线性回归获得大致的累积粒子释放图后，该曲线就可以进一步从数学的观点进行准确的度量。对一个材料组合的洁净室适宜性的度量，可以反映在粒子释放曲线的上升率上。因此，一个浅的曲线实际上就等价于一个良好的洁净室适宜性。如果曲线上升的越快或者说越深，那么就意味着该材料组合越不适于用在高标准的洁净室环境。
评价材料组合的洁净室适宜程度的一个办法就是：将在摩擦力作用期间产生的在空气中传播的粒子数，与决定洁净室洁净程度的限定值进行比较。将DIN EN ISO 14644-1中定义的每个空气洁净等级所允许的最大粒子数的限定值进行转化时，与测试时旋转的圈数有关，这是一个材料等级的图解结果，很适合解决该问题。为了获得关于材料组合的洁净室适宜程度的合理描述，其参考的转数必须固定下来。这样，材料组合就可以直接定义出其洁净室适宜程度，也就是所谓的“材料等级”。

材料分级的发展
对材料组合进行预分组，就是为了检查材料的评估方法而执行预测试，已经显示出了其合理的结论。为了达到预测试的目的，对8种不同的材料组合进行测试（见图4）。 测试只重复执行了两次。顶部的图显示出了材料组合是如何分组到不同的材料等级的。
在材料测试试验台上，材料组合将加载上一个典型的应力，产生粒子磨损。测试时，在一分钟的测量时间间隔和一立方米的测试体积内，粒子释放值有一个理论期望值。根据测试中设置的测试时间间隔，这些粒子浓度可以相关联到DIN EN ISO 14644-1中定义的空气洁净度。
于是，按照这些等级，就可能对材料组合的洁净室适宜程度做出评定。采用材料类别的物质分类，为了向用户明确表明，这一等级划分是基于在试验台上赋予材料成体系的压力等级，并且该等级划分是通过相关数学计算得到的。采用先前所描述的测试条件，所获得的结论表明，处于材料等级1的材料组合，可以满足实行ISO等级1规格的洁净室的使用；处于材料等级2的材料组合，可以满足实行ISO等级2规格的洁净室的使用，等等。
图4下图所示的是从预测试中获得的材料组合的洁净室适宜性等级的概观。这一等级划分体现出了良好的匹配性；这是因为测得的是“真实的”粒子释放值，且等级划分的计算采用了回归的方式。
为了获得不同材料组合在各种材料变化和压力下，有关洁净室适宜性等级划分的初步值，就要测试尽可能多的材料组合。对于个别的、具有大量细节的高精度材料应力，不会给予过多的关注。这一概念也是洁净室适宜材料(Cleanroom Suitable Materials (CSM))工业联盟所追求的。目前正在对由参加的工业伙伴所选择的40～50中不同的材料组合进行系统的测试，并对它们的粒子释放进行评估。这么做的目的是为了帮助洁净室生产设备的设计者选择具有更低粒子释放水平的材料，并使所采用的材料的粒子释放特性对于设备购买商来说更清晰。

总结
用于评定所有材料组合的洁净室适宜性的等级划分模型的优点概括如下：
● 采用摩擦预测试就可以对材料组合的洁净室适宜性进行预估计。
● 采用摩擦数据库可以将相关性体现出来。
● 无需制造出真实生产设备的昂贵的模型，就可以对材料的适宜性进行测试。
● 可以对用在具有严格空气洁净程度要求的洁净室中的材料组合进行独立评估。
● 在选择材料的时候，不再需要进行试验测试。

作者简介
Udo Gommel是在德国Stuttgart 的Fraunhofer生产过程和自动化（IPA）研究所的一个团队经理。他的电邮地址是gommel@ipa.fraunhofer.de。
Andreas Schuele在德国Stuttgart 的Fraunhofer生产过程和自动化（IPA）研究所工作，专攻无菌生产和测量技术。他的电邮地址是schuele@ipa.fraunhofer.de。

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