新设计的优点包括改进产品质量、提高效率、提高可靠性、更友好的用户界面控制、灵活的集成工作空间,可代替大型昂贵的洁净室,并可以提高有效性,节省成本。在敏感材料工作时,手套箱与洁净室一起使用,不但提高工作效率,同时提供安全防护。
新的设计还能使最终用户在研究和生产中更容易地将新技术添加到现有系统上。满足市场需求始终是新手套箱设计的推动因素,因此每当新技术出现时,手套箱的设计也一定采用新技术。
广泛的应用范围
手套箱包括各种形状、大小和设计,以支持不同的应用。手套箱工程师设计和制造出各种不同的能够适合有限的空间并能提高工作效率的产品。大型复杂的手套箱通常用在工业生产线上,而小型传统的手套箱通常用于研究开发。手套箱的使用在一些产品的生产中已经标准化,手套箱用在实验室中已经有60多年的历史了(见图1)。
具体来说,手套箱的一项主要用途是薄膜沉积,在高真空条件下将钙、银和金镀敷到芯片或薄膜材料上。很多大学实验室和OEM也都在研究将手套箱与薄膜沉积室结合起来用于研究和生产太阳电池、液晶显示和薄膜电池(图2)。 手套箱制造厂家为了研究和与镀膜设备领域的领先者联手共同开发,经常制造他们自己的镀膜设备。
图1手套箱用于采样制备。照片由美国MBraun股份有限公司提供。
为应用环境提供最佳质量系统,两个行业联手的另一个例子是焊接工业。焊接室内的空气中要求不包含氧气和水分,以便为医用植入、微电子学、航空和钛铸造应用生产产品。焊接手套箱可与钨惰性气体(TIG)、真空或YAG激光焊接系统组合起来。使用焊接室,制造厂家可以避免使用昂贵的手工操作的屏蔽系统例如气体透镜、尾部屏蔽和垫板,它们都需要有经验的焊工来调节合适的屏蔽条件。焊接室还有助于防止钛焊接中的脱色和氧化。
大型复杂的手套箱是为高强度金属卤化灯的试生产系统而设计的。金属卤化灯用于家庭、汽车、摩托车和许多其他应用中。使用灯密封技术的手套箱通常包括综合清洗系统,以便方便有效地清除焊室中的氧化硅灰尘。等离子射流燃烧器非常适于在手套箱的超净空气中玻璃管的密封。
图2MB Evaporator手套箱照片示出了三台手套箱与方形蒸发室、旋转涂敷器、西门子PLC触摸屏控制器的组合和与手套箱连在一起的T形室。MB Evaporator手套箱的设计示出了为了满足研究和生产的需要,新兴技术与手套箱设计之间的直接相关性。照片由美国MBraun股份有限公司提供。
一些灯密封手套箱制造厂家还提供一台全自动泵填充站,在用户规定的压力下将工艺气体填入灯泡管中,然后在惰性环境下密封。
手套箱也是提供有机太阳能电池这种替代能源的研究开发中的标准工具。这种设备可保证极其干净的晶片的传输,提供可以提高效率和产品质量的生产工艺。
其他专门设计的手套箱用于锂聚合物电池的生产(图3)。因为锂通常被认为在普通的大气条件下是一种有害材料,因此生产这种电池需要谨慎的处理程序。大量的计划和技术用于材料的安全存放、运输和处置。在手套箱中,可以生产电池而不会有水污染。与洁净室不同,在手套箱中水分含量是均匀的、可控、可测量的,与在生产室内的工作人员无关。
锂生产线与手套箱的结合使用已经标准化,带有高功率气体净化器,以控制手套箱内的气体。气体净化在手套箱保持控制环境能力方面起着重要作用,新的气体净化系统的设计可提供规模更大、清洁程度更高、效率更高的途径来降低手套箱内空气中氧气和水份污染的含量。手套箱制造厂家利用分子筛和铜催化剂来清除氧和水分。一些新设计还将溶剂分配系统以及溶剂蒸汽收集器组合进手套箱中,以清除手套箱内空气中的溶剂,延长气体净化器的寿命。通过触屏PLC控制器可再生系统可为用户提供其他特性。
图3 MB3说明为了支持锂电池的生产进行的专门设计改进。
下一代用户友好软件可提供触屏PLC设计特性。PLC控制器可操作手套箱的基本功能,从而消除了人为错误。带有新的PLC 控制器设计结构的手套箱还可以更好地跟踪手套箱几小时内的工作,以便向最终用户提供反馈,报告可能出现的问题,这些问题是什么时候发生的。通过PLC控制器排除手套箱中的错误,可以在研究和生产中节省用户的时间和金钱。
手套箱制造厂家还重新设计更新了监视手套箱内大气的氧气和湿度水平的检测分析器。这种分析器采用NIST可示踪的气体进行标定后,可在PLC控制器上实时测量,提供方便的、精确的、可靠的读数。
用手套箱作为隔离器
制药用的手套箱(隔离器)是为满足具体应用对一个系统进行设计的另一个例子。医药工业利用隔离器进行医药包装、无菌试验、强效化合物试验、液体罐装、无菌工艺和粉化加工。医药工业中使用的无菌隔离系统的设计是为在处理危险化学品、微生物剂和/或在医药化合物中提供安全防护,这种危险在无线电辐射材料,化疗剂和IV混合物中是经常发现的。许多制药隔离器在设计上加入了空气层流技术。这种技术除了提供对用户防护外还为低颗粒计数的应用提供定向空气流。
无菌隔离系统还有许多其他应用方面的设计结构,并出现在不同的市场上。例如,尺寸更小更坚固的不锈钢手套箱已在活动实验室中使用,用以检测和清除生化危险。其他手套箱设计,如丙烯酸单模系统,可在用敏感材料工作时在通风柜上为用户提供附加防护。
结论
技术突破和用户的需求将促使对手套箱的设计不断更改,性能不断提高,但是,一项基本功能将会保持不变,即保持受控环境的功能。随着技术的发展,手套箱的能力也将得到提高。
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