一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，通過對燒結爐的爐體結構進行改進，采用潔凈石英爐芯管外側嵌套石墨加熱器和石墨保溫件的組合加熱方式，以替代原有潔凈石英管外側嵌套二硅化鉬加熱體的組合方式，石墨組件由于其本身特點能很好的彌補二硅化鉬材料的不足，另為防止石墨組件在高溫下氧化和爐體在高溫下變形，輔以N2保護系統以及爐體冷卻水系統，以保護整個加熱系統能有效運行，實現大尺寸光纖預制棒松散體的燒結工藝。本發明的制造方法，通過對加熱方式和壓差控制方式的改進，成功燒結大于Φ250mm的光纖預制棒松散體，在使生產成本降低，生產效率提高的同時，不影響產品質量，對光纖預制棒的光學參數無不良影響。
【專利說明】一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于光通信技術，應用于光纖預制棒的制造，具體涉及用玻璃化燒結工藝制作光纖預制棒的過程中，一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法及裝置。
【背景技術】
[0002]目前制造光纖預制棒的外包層工藝，應用最為廣泛的是氣相軸向沉積法(VAD)和外氣相沉積法(0VD)，這兩種方法均屬于管外法，適合制造大尺寸的光纖預制棒，具有生產效率高、成本低的優勢。在外氣相方法制造光纖預制棒外包層的過程中也有沉積和燒結兩個基本步驟，按光學設計要求，將芯棒延伸到精確的內徑后，再在其表面進行疏松多孔松散體沉積，再將沉積好的光纖預制棒松散體進行燒結處理，去除殘留水分，制造透明無水分的光纖預制棒。
[0003]而光纖預制棒松散體的燒結工藝，主要是外氣相沉積完畢后的光纖預制棒松散體經過從1100°C到1700°C的溫度范圍下通入干燥劑(例如，氯氣)來去除水和金屬雜質，燒結成透明無水分的玻璃預制棒。燒結的過程也就是光纖預制棒松散體比表面積減小，孔隙率降低、機械性能提高的致密化過程。松散體光纖預制棒燒結脫水反應式如下:
[0004]2H20 (g)+2Cl2 (g)=4HCl (g) +O2 (g)
[0005]在光纖預制 棒領域中，隨著光纖市場的發展，競爭日趨激烈。為增強公司的贏利能力，減少原料氣體單耗量，降低預制棒制造成本，已是大勢所趨。光纖預制棒沉積長度加長、內徑增粗已成為預制棒發展的趨勢，開發生產大尺寸光纖預制棒的設備和工藝已是提升市場競爭力的必需手段。在OVD工藝中，沉積的光纖預制棒松散體內徑越大，則沉積速率越快，原料利用率越高，生產大尺寸的光纖預制棒松散體將大大的降低預制棒的原料制造成本。
[0006]因此，如何燒結大尺寸光纖預制棒松散體，成為預制棒向大尺寸發展的關鍵點。
【發明內容】
[0007]有鑒于此，本發明提供了一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，以提高外氣相沉積工藝原料氣體利用率，降低生產成本。
[0008]本發明還提供了一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結裝置。
[0009]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0010]一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，將外氣相沉積工藝制作好的大尺寸光纖預制棒松散體(Φ250mm以上)放入石英爐芯管內進行燒結，在所述石英爐芯管的外側嵌套石墨加熱器和石墨保溫件的組合方式進行加熱，在所述石墨加熱器的四周還套設有密封爐體。
[0011]優選的，所述石英爐芯管的內徑尺寸大于400_。
[0012]優選的，在所述密封爐體內設置有用于隔絕O2的N2保護系統。
[0013]優選的，在所述密封爐體內安裝有密封爐體壓力控制系統，使N2保護氣體按照一定方向流動，形成穩定氣流壓力場。
[0014]優選的，在所述密封爐體的底部開設有出氣口，所述N2保護系統的N2保護氣體由上而下流動。
[0015]優選的，作業時N2保護氣體的流量控制在10L/Min，所述石英爐芯管內外壓力差控制在O-1OPa以內。
[0016]優選的，在所述密封爐體內設置有用于調節所述密封爐體溫度的冷卻水循環系統。
[0017]優選的，到達燒結溫度后，通入干燥劑，光纖預制棒松散體開始以恒定速度下降并配以一定的自轉速度，使光纖預制棒松散體均勻受熱，控制爐體溫度以漸變方式變化，開始進行燒結過程。
[0018]一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結裝置，采用上述的方法燒結大尺寸光纖預制棒松散體，包括:
[0019]用于燒結光纖預制棒松散體的石英爐芯管；
[0020]嵌套在所述石英爐芯管的外側，用于加熱的石墨加熱器和石墨保溫件的組合；
[0021]套設在所述石墨加熱器四周的密封爐體；
[0022]設置在所述密封爐體內用于隔絕O2的N2保護系統；
[0023]設置在所述密封爐體內用于驅動N2保護氣體按照一定方向流動的密封爐體壓力控制系統；
[0024]設置在所述密封爐體內用于調節所述密封爐體溫度的冷卻水循環系統；
[0025]用于帶動光纖預制棒松散體動作的旋轉夾具。
[0026]從上述的技術方案可以看出，本發明提供的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，通過對燒結爐的爐體結構進行改進，采用潔凈石英爐芯管外側嵌套石墨加熱器和石墨保溫件的組合加熱方式以替代原有潔凈石英管外側嵌套二硅化鑰加熱體的組合方式。一方面二硅化鑰加熱器由于其自身的性能限制，溫度不能升得過高，否則極易引起加熱體燒熔、爐體損壞；另一方面由于溫度低，以犧牲燒結速度來達到完全燒結，作業效率低下，而效率的低下，使得燒結時間加長，更加導致燒結氣體消耗成本以及電力成本的進一步上升。而石墨組件的爐體由于其本身特點能很好的彌補二硅化鑰材料的不足，以保護整個加熱系統能有效運行，實現大尺寸光纖預制棒松散體的燒結工藝。
[0027]本發明還提供了一種應用了上述方法的燒結大尺寸光纖預制棒松散體的裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本發明實施例提供的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結裝置的結構示意圖；
[0030]圖2為本發明實施例提供的合格芯棒包芯比和延伸前后幾何尺寸對比圖；
[0031]圖3為本發明實施例提供的光纖的主要參數圖；
[0032]圖4為本發明燒結后的光纖預制棒的外徑掃描圖。[0033]其中，I為旋轉夾具，2為大尺寸光纖預制棒松散體，3為石英爐芯管，4為石墨加熱器,5為N2保護系統,6為冷卻水循環系統,7為密封爐體壓力控制系統,8為密封爐體。
【具體實施方式】
[0034]本發明的核心在于公開了一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，以提高外氣相沉積工藝原料氣體利用率，降低生產成本。
[0035]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0036]請參閱圖1，圖1為本發明實施例提供的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結裝置的結構示意圖。
[0037]本發明實施例提供的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，將外氣相沉積工藝制作好的大尺寸光纖預制棒松散體2 (Φ250mm以上)放入石英爐芯管3內進行燒結，其核心發明點在于，在石英爐芯管3的外側嵌套石墨加熱器4和石墨保溫件的組合方式進行加熱，在石墨加熱器4的四周還套設有密封爐體8，使用耐高溫石棉材料密封石英爐芯管3與密封爐體8之間的間隙，利用上述結構以快速達到燒結時所需溫度，使大尺寸光纖預制棒松散體能夠完全玻璃化。
[0038]從上述的技術方案可以看出，本發明實施例提供的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，通過對燒結爐的爐體結構進行改進，采用在石英爐芯管3的外側嵌套石墨加熱器4和石墨保溫件的組合加熱方式以替代原有潔凈石英管外側嵌套二硅化鑰加熱體的組合方式。一方面二硅化鑰加熱器由于其自身的性能限制，溫度不能升得過高，否則極易引起加熱體燒熔、爐體損壞；另一方面由于溫度低，以犧牲燒結速度來達到完全燒結，作業效率低下，而效率的低下，使得燒結時間`加長，更加導致燒結氣體消耗成本以及電力成本的進一步上升。而石墨組件的爐體由于其本身特點能很好的彌補二硅化鑰材料的不足，以保護整個加熱系統能有效運行，實現大尺寸光纖預制棒松散體的燒結工藝。
[0039]為了適應大尺寸光纖預制棒松散體的燒結，本發明進一步改進了石英爐芯管3的內徑尺寸，以防止大尺寸光纖預制棒松散體在燒結過程中不至于因管徑過小而不能燒結，或導致表面擦傷。在這里加工Φ300mm的大尺寸光纖預制棒松散體2，石英爐芯管3的內徑尺寸大于400_。當然，本領域技術人員能夠根據實際情況對石英爐芯管3的內徑尺寸進行相應的調整，在此不再贅述。
[0040]作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本發明還包括以下附加技術特征:
[0041]在密封爐體8內設置有用于隔絕O2的N2保護系統5，采用高純的N2保護氣體隔絕O2，保護石墨件，使石墨加熱器4在高溫下不會接觸空氣，而發生氧化現象。
[0042]為了進一步優化上述的技術方案，在密封爐體3內安裝有密封爐體壓力控制系統7,使N2保護氣體按照一定方向流動，形成穩定氣流壓力場。
[0043]在本發明的一個實施例中，在密封爐體3的底部開設有出氣口，N2保護系統5的隊保護氣體由上而下流動，爐體石墨件氧化情況良好。
[0044]在本發明的另一個實施例中，在密封爐體3的頂部開設有出氣口，N2保護系統的N2保護氣體由下而上流動。N2保護氣流由下而上與由上而下實施對比，在爐體頂部開口，爐體在高溫狀態下，產生“煙?效應”，爐體底部石墨保溫件氧化，加熱器氧化，銅電極因短路熔融。
[0045]在實際作業時，當N2保護氣體的流量控制在40L/Min，石英爐芯管3的內外壓力差控制在40Pa時，石墨件不氧化，爐芯管變形嚴重。
[0046]因此N2流量必須精確控制，既防氧化又控制壓力差。作為優選，在作業時，將N2保護氣體的流量控制在10L/Min，石英爐芯管3的內外壓力差控制在O-1OPa以內。通入石英爐芯管3內部的氣體(如CL2)與石英爐芯管3外部的N2保護氣體的壓力差基本一致，使增大內徑后的石英爐芯管3不會在高溫下變形。
[0047]為了進一步優化上述的技術方案，在密封爐體8內設置有用于調節密封爐體8溫度的冷卻水循環系統6。使密封爐體8在長時間的高溫下，保護爐體和銅電極，不發生變形或者熔融等現象；同時，使爐體在作業結束后能快速進行降溫，以縮短整個作業時間。優選的，冷卻水流量控制在80L/Min，使爐體隔熱件外表面足以冷卻，而不會引起因熱量損失過大而使加熱電源功率增大現象。
[0048]到達燒結溫度后，通入干燥劑，光纖預制棒松散體I開始以恒定速度下降并配以一定的自轉速度，使光纖預制棒松散體I均勻受熱，控制爐體溫度以漸變方式變化，開始進行燒結過程，下降速度控制在4-10mm/Min，快速燒結大尺寸光纖預制棒松散體1，外徑偏差控制在150 ± 2mm。
[0049]本發明還提供了一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結裝置，其核心改進點在于，采用上述的方法燒結大 尺寸光纖預制棒松散體，包括:
[0050]用于燒結光纖預制棒松散體2的石英爐芯管3；
[0051]嵌套在石英爐芯管3的外側，用于加熱的石墨加熱器4和石墨保溫件的組合；
[0052]套設在石墨加熱器4四周的密封爐體8 ；
[0053]設置在密封爐體8內用于隔絕O2的N2保護系統5 ;
[0054]設置在密封爐體8內用于驅動N2保護氣體按照一定方向流動的密封爐體壓力控制系統7 ;
[0055]設置在密封爐體8內用于調節密封爐體8溫度的冷卻水循環系統6 ；
[0056]用于帶動光纖預制棒松散體2動作的旋轉夾具I。
[0057]本發明提供的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，將外氣相沉積工藝制作好的大尺寸光纖預制棒松散體(Φ250mm以上)進行燒結，采用如下方法:a)改進燒結爐爐體結構，加熱方式采用石墨加熱方式，以達到快速升降溫。b)改進爐芯管結構尺寸，爐芯管外徑尺寸達到400mm以上，足以容納大尺寸松散體光纖預制棒并防止表面被擦傷。c)采用N2保護系統，保護石墨爐體的同時，控制爐芯管內外壓差，防止爐芯管在高溫下變形。d)采用冷卻水循環系統，保護爐體和銅電極。
[0058]綜上所述，本發明的積極效果在于:
[0059]1、本發明的制造方法，通過對加熱方式和壓差控制方式的改進，成功燒結大于Φ250_的光纖預制棒松散體，提高了光纖預制棒的生產效率。
[0060]2、本發明的制造方法，在使生產成本降低，生產效率提高的同時，不影響產品質量，對光纖預制棒的光學參數無不良影響。[0061]產品性能對比:用2根合格芯棒延伸制作C>80mm預制棒和Φ 150mm預制棒的芯棒，然后進行外氣相沉積生產光纖預制棒松散體并燒結，氣泡彎曲等指標達到要求，圖2為本發明實施例提供的合格芯棒包芯比和延伸前后幾何尺寸對比圖；圖3為本發明實施例提供的光纖的主要參數圖。
[0062]玻璃化后產品幾何尺寸:光纖預制棒松散體燒結后外徑尺寸波動在±1%以內，棒的彎曲小于0.5mm/m。圖4為本發明燒結后的光纖預制棒的外徑掃描圖。
[0063]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0064]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。`
【權利要求】
1.一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，將外氣相沉積工藝制作好的大尺寸光纖預制棒松散體(O250mm以上)放入石英爐芯管內進行燒結，其特征在于，在所述石英爐芯管的外側嵌套石墨加熱器和石墨保溫件的組合方式進行加熱，在所述石墨加熱器的四周還套設有密封爐體。
2.根據權利要求1所述的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，其特征在于，所述石英爐芯管的內徑尺寸大于400mm。
3.根據權利要求2所述的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，其特征在于，在所述密封爐體內設置有用于隔絕O2的N2保護系統。
4.根據權利要求3所述的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，其特征在于，在所述密封爐體內安裝有密封爐體壓力控制系統，使N2保護氣體按照一定方向流動，形成穩定氣流壓力場。
5.根據權利要求4所述的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，其特征在于，在所述密封爐體的底部開設有出氣口，所述N2保護系統的N2保護氣體由上而下流動。
6.根據權利要求3所述的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，其特征在于，作業時N2保護氣體的流量控制在10L/Min，所述石英爐芯管內外壓力差控制在O-1OPa以內。
7.根據權利要求1所述的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，其特征在于，在所述密封爐體內設置有用于調節所述密封爐體溫度的冷卻水循環系統。
8.根據權利要求1-7任意一項所述的大尺寸光纖預制棒松散體的燒結方法，其特征在于，到達燒結溫度后，通入干燥劑，光纖預制棒松散體開始以恒定速度下降并配以一定的自轉速度，使光纖預制棒松散體均勻受熱，控制爐體溫度以漸變方式變化，開始進行燒結過程。
9.一種大尺寸光纖預制棒松散體的燒結裝置，其特征在于，采用如權利要求1-8任意一項所述的方法燒結大尺寸光纖預制棒松散體，包括: 用于燒結光纖預制棒松散體的石英爐芯管； 嵌套在所述石英爐芯管的外側，用于加熱的石墨加熱器和石墨保溫件的組合； 套設在所述石墨加熱器四周的密封爐體； 設置在所述密封爐體內用于隔絕O2的N2保護系統； 設置在所述密封爐體內用于驅動N2保護氣體按照一定方向流動的密封爐體壓力控制系統； 設置在所述密封爐體內用于調節所述密封爐體溫度的冷卻水循環系統； 用于帶動光纖預制棒松散體動作的旋轉夾具。
【文檔編號】C03B37/018GK103771697SQ201210405574
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月22日 優先權日:2012年10月22日
【發明者】朱曉波, 劉連勇, 吳海港, 丁熊, 方子乾 申請人:浙江富通光纖技術有限公司