專利名稱：減少外徑波動的光纖預制件制造方法
技術領域：
本發明涉及一種外層氣相沉積法(OVD法)制造光纖多孔玻璃預制件的方法，屬光導纖維的制造領域。
背景技術：
目前無機光導纖維在通訊行業已得到廣泛應用，其中石英系列光纖以其光損耗低、適用的光波范圍廣、適應長距離通訊等特點而成為無機光導纖維的主體。在制造石英系列光纖預制件的方法中，有一種外層氣相沉積法(OVD法)制造光纖多孔玻璃預制件的方法，由此方法的生產多孔玻璃預制件沿軸向方向外徑波動較小，并且預制件兩端斜面短，軸向利用率高。在外層氣相沉積法所用的制造裝置內，裝有排氣口的反應室下部設有一組并排的噴槍、在反應室內水平放置靶棒；制造光纖多孔玻璃預制件時，原料氣體、可燃氣體、助燃氣體及輔助氣體以一定壓力通入噴槍，并在反應室內點燃產生氫氧焰，使之發生氫氧水解反應，生成的玻璃粒子借助熱氣流噴向靶棒，在旋轉靶棒的同時，將噴槍相對于靶棒作勻速往復移動，使玻璃粒子在靶棒表面沉積一層均勻多孔玻璃粒子層。隨著多孔玻璃層數的增加，光纖多孔玻璃預制件的外徑逐步增大，當外徑達到設定值時，沉積即停止。經上述方法沉積的光纖多孔玻璃預制件，通過燒結成為透明的光纖預制件。
在光纖的指標中，光纖的包層外徑和芯層外徑比(即包芯比t)要求控制在一定范圍內，這就要求沉積多孔玻璃預制件目標外徑和起始靶棒外徑比(即多孔玻璃預制件包芯比t)控制在一定范圍內，且沿軸向方向波動要小。
為解決芯包比波動這個問題，已有的方法是沿著預定方向變動每次往復移動的回轉位置(日本專利特開平3-228845)，將噴槍在回轉位置造成的波動平均分配到這個多孔玻璃預制件上，使整個多孔玻璃預制件獲得玻璃粒子的沉積時間和沉積氣氛相同，減少外徑的波動。
上述方法在一定程度上可以減少多孔玻璃預制件的外徑波動，但是存在一定缺陷1、由于每一個噴槍的移動沉積區域(即行程)不能覆蓋整個多孔玻璃預制件軸向長度，這就要求各個噴槍所實現的玻璃粒子的沉積效率一致，否則會造成沉積結束后多孔玻璃預制件外徑出現區域性波動。
2、噴槍在回轉位置停留時間較長，不僅造成回轉位置玻璃粒子沉積量偏大，而且因沉積溫度較高，此區域多孔玻璃預制件密度偏大。雖然可以通過每次偏移回轉位置來平均分布高沉積和高密度區域，但是此偏移量受各方面限制偏移量過大，將導致沿軸向間隔分布高沉積和高密度區域，不僅會產生外徑波動，更嚴重的會導致多孔玻璃預制件開裂；偏移量過小，雖然可以較均勻平分分布高沉積和高密度區域，但是又導致在一個偏移周期內的沉積量很大，為了能夠保證在完成整數個偏移周期后停止玻璃粒子沉積，必然導致t指標的波動，降低了產品的品質。
發明內容本發明要解決的技術問題和提出的技術任務是要克服上述現有技術中存在的技術缺陷，提供一種生產多孔玻璃預制件的方法，通過全面系統優化設計，找出噴槍相對于靶棒作勻速往復移動速度V、噴槍火焰寬度H與螺距P之比值、靶棒的旋轉速度R的最佳參數范圍，由此方法生產的多孔玻璃預制件可以精確控制包芯比指標，并且軸向t波動小、沉積結束后多孔玻璃預制件外徑不會出現區域性波動，軸向方向利用率高，與傳統生產方法相比，效果更好。
本發明方法采用以下方法實現發明目的采用外層氣相沉積法，在裝有排氣口的反應室內水平放置靶棒，靶棒可以繞其自身的軸旋轉，反應室下部設有噴槍，原料氣體、可燃氣體、助燃氣體、及輔助氣體通入噴槍，在反應室內點燃，產生氫氧焰，發生氫氧水解反應，生成玻璃粒子噴向靶棒，在靶棒上沉積，在旋轉靶棒的同時，噴槍相對靶棒作勻速往復移動，其特點是噴槍相對于靶棒作勻速往復移動速度V保持在600-3000mm/min，噴槍火焰寬度H與螺距P比值≥1，噴槍移動沉積區域覆蓋整個靶棒有效長度，每次回轉位置固定，噴槍移動距離較其中多孔玻璃預制件有效長度L長10-20mm。
靶棒旋轉速度R控制在50-120rpm范圍。
噴槍也可以由2個或2個以上并排排列成一噴槍組，噴槍間的間距保持在100-200mm，靶棒旋轉速度R控制在50-120rpm，噴槍組移動沉積區域覆蓋整個靶棒有效長度，每次回轉位置固定，噴槍組移動距離較其中多孔玻璃預制件有效長度L與噴槍組長度L1之和(L+L1)長10-20mm。
由于在旋轉靶棒的同時，將噴槍相對于靶棒作勻速往復移動，玻璃粒子在靶棒表面呈螺旋狀沉積，隨著玻璃粒子沉積層數的增加，造成多孔玻璃預制件外徑波動。一方面，當增加噴槍相對于靶棒作勻速往復移動速度時，雖然減少了每次玻璃粒子的沉積厚度，有利于減少外徑波動，但是隨著移動速度的增大，每次玻璃粒子螺旋沉積產生的螺旋線的螺距P增大，波峰間距增大，導致較大的外徑波動。另一方面，當增大靶棒旋轉速度時，不僅能夠減少每次玻璃粒子的沉積厚度，而且可以在噴槍作勻速往復移動速度不變的前提下減小螺距P，有效減小多孔玻璃預制件外徑波動。但是增大靶棒旋轉速度R時，造成在離心力作用下沉積物受力加劇，易出現開裂現象。在噴槍移動速度為一定的情況下(螺距P也確定)，增大噴槍火焰寬度H(即提高H與P的比值)，能減少外徑波動，比值越大效果越好，但噴槍火焰寬度H過大會干擾相鄰噴槍，噴槍火焰寬度H與噴槍間距相關聯，因此需要很好的控制上述各因素間的關系，使多孔玻璃預制件外徑波動最小。
預制件兩端斜面長度與噴槍組長度成正比，噴槍數量增加，雖然提高了生產效率，但是由于斜面長度的增加，預制件長度方向利用率降低；在一定噴槍數量前提下，可以減小噴槍間距來減小兩端斜面長度，提高預制件長度方向利用率，但是，由于噴槍間距減小，相鄰噴槍之間火焰干擾嚴重，不僅會導致預制件外徑波動，而且沉積效率下降。
本發明對上述參數進行系統性地優化，找到控制各因素最佳的參數。
本發明的有益效果1)采用本發明的方法生產玻璃預制件可以精確控制包芯比指標。當采用一個噴槍工作時，噴槍作勻速往復移動速度V確定情況下，只要調節噴槍火焰寬度H，當其與螺距比值大于1時，可以得到比較理想的外徑。比值越大，效果越好，由于只采用一個噴槍，噴槍往復移動產生的多孔玻璃預制件兩端斜面與多個噴槍工作產生的兩端斜面相比為最短，長度方向利用率為最高，對降低生產成本有利。
2)采用2個或2個以上并排排列成一噴槍組，能提高生產效率；但是噴槍數量過多，會導致預制件兩端斜面長度過長，長度方向利用率過低，不利于降低生產成本。由于每一個噴槍移動沉積區域覆蓋整個靶棒有效長度，即使各個噴槍所實現的玻璃粒子的沉積效率有差異，也不會導致沉積結束后多孔玻璃預制件外徑出現區域性波動，通過選取合適的參數，能得到沿軸向方向外徑波動較小、兩端斜面較短，軸向利用率高的多孔玻璃預制件。下面將通過實施例并對照附圖，對本發明作進一步的敘述。
圖1本發明外層氣相沉積法(OVD法)生產示意圖.
圖2是本發明不同噴槍火焰寬度H與螺距P比值時預制件軸向外徑波動情況圖.
圖中標號說明1-導軌；2-噴槍移動臺；3-噴槍；4-靶棒；5-兩端斜面；6-多孔玻璃預制件；7-靶棒旋轉架；L-多孔玻璃預制件有效長度；L1-噴槍組長度；D-噴槍間的間距；P-螺距；S-噴槍組移動距離；
圖2中x軸方向表示噴槍火焰寬度H與螺距P的比值，y軸方向表示外徑波動％比，圖中圓點為實驗數據，曲線為擬合線。從圖中可以看出，隨著比值的加大，外徑波動在下降，當比值大于等于1時，波動已經小于0.4％。
具體實施方式實施例1、在按外層氣相沉積法常規方式制作多孔預制棒的反應室內，水平放置靶棒，靶棒可繞其自身的軸旋轉。制造光纖多孔玻璃預制件時，原料氣體、可燃氣體、助燃氣體及輔助氣體以一定壓力通入噴槍，并在反應室內點燃產生氫氧焰，使之發生氫氧水解反應，生成的玻璃粒子借助熱氣流噴向靶棒，噴槍移動臺2在導軌1上往復移動，噴槍3位于噴槍移動臺2上，靶棒4在靶棒旋轉架7上以80rpm速度旋轉，同時，將噴槍相對于靶棒作800mm/min勻速往復移動，調節噴槍火焰寬度H與螺距P比值大于2，噴槍移動沉積區域覆蓋整個靶棒有效長度，每次回轉位置固定，噴槍移動距離S為定值，移動距離較其中多孔玻璃預制件有效長度L長10-20mm(即圖中δ為5-10mm)，保證靶棒有效長度末端預制件外徑不發生波動。使玻璃粒子在靶棒表面沉積一層均勻多孔玻璃粒子層，隨著多孔玻璃層數的增加，當光纖多孔玻璃預制件的外徑達到設定值時，沉積即停止。經上述方法沉積的光纖多孔玻璃預制件6，能夠嚴格將包芯比指標限制在1％以內，并且軸向t波動控制在0.3％以內，軸向方向利用率在85％以上。
實施例2、與實施例1不同之處在于一組噴槍采用2個噴槍，噴槍間的間距保持在100-200mm，在以60rpm速度旋轉靶棒的同時，將噴槍組相對于靶棒作1000mm/min勻速往復移動，噴槍組移動的起始點固定，噴槍組移動距離較多孔玻璃預制件有效L與噴槍間距D之和，即較(L+D)長10-20mm，噴槍火焰寬度H與螺距P比值為2。經上述方法沉積的光纖多孔玻璃預制件，能夠嚴格將包芯比指標限制在1.5％以內，并且軸向t波動控制在0.2％以內，軸向方向利用率在80％以上。
采用一組噴槍(2個以上)時，有利于進一步提高生產效率；但是為了保證預制件軸向外徑均勻，噴槍組必需在預制件一端停止沉積，這就造成預制件目標外徑波動隨著噴槍數量的增加而增加，影響產品質量，因此噴槍組的噴槍數不宜太多。
權利要求
1.一種減少外徑波動的光纖預制件制造方法，采用外層氣相沉積法，在裝有排氣口的反應室內水平放置靶棒(4)，靶棒可以繞其自身的軸旋轉，反應室下部設有噴槍(3)，原料氣體、可燃氣體、助燃氣體、及輔助氣體通入噴槍，在反應室內點燃，產生氫氧焰，發生氫氧水解反應，生成玻璃粒子噴向靶棒，在靶棒上沉積，在旋轉靶棒的同時，噴槍相對靶棒作勻速往復移動，往復移動產生的螺距為P，其特征是噴槍相對于靶棒作勻速往復移動速度V保持在600-3000mm/min，噴槍火焰寬度H與螺距P比值≥1。
2.根據權利要求1所述的減少外徑波動的光纖預制件制造方法，其特征是靶棒旋轉速度R控制在50-120rpm。
3.根據權利要求1或2所述的減少外徑波動的光纖預制件制造方法，其特征是噴槍移動沉積區域覆蓋整個靶棒有效長度，每次回轉位置固定，噴槍移動距離S較其中多孔玻璃預制件有效長度L長10-20mm。
4.根據權利要求1所述的減少外徑波動的光纖預制件制造方法，其特征是噴槍由2個或2個以上并排排列成一噴槍組，噴槍間的間距D保持在100-200mm。
5.根據權利要求4所述的減少外徑波動的光纖預制件制造方法，其特征是噴槍組移動沉積區域覆蓋整個靶棒有效長度，每次回轉位置固定，噴槍組移動距離S較其中多孔玻璃預制件有效長度L與噴槍組長度L1之和(L+L1)長10-20mm。
全文摘要
本發明是一種減少外徑波動的光纖預制件的制造方法，采用外層氣相沉積法，反應室內水平放置靶棒，靶棒可以繞其自身的軸旋轉，反應室下部設有噴槍，噴槍相對靶棒作勻速往復移動，玻璃粒子在靶棒上沉積，噴槍的移動速度V保持在600－3000mm/min，靶棒旋轉速度R在50－100rpm，噴槍火焰寬度H與螺距P比值大于1。當采用2個或2個以上噴槍時，噴槍間的間距D保持在100－200mm。噴槍組移動距離S較其中多孔玻璃預制件有效長度L與噴槍組長度L
文檔編號C03B19/14GK1483687SQ0314187
公開日2004年3月24日 申請日期2003年7月25日 優先權日2003年7月25日
發明者羊榮金, 吳興坤, 直, 兒玉喜直 申請人:杭州富通昭和光通信股份有限公司