一種光纖預制棒外包層高效制備設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及的是一種光纖預制棒外包層高效制備設備。包括設備外密封腔體、傳動電機、重量計、卡盤、絲桿傳動電機、絲桿、噴燈、蒸發罐、加熱裝置、固定裝置、原料輸送管路、原料氣管路和普氣管路；所述的加熱裝置包括加熱夾套、石英保溫棉，加熱夾套均勻包裹在蒸發罐外部，石英保溫棉均勻包裹在加熱夾套外部。所述的固定裝置包括金屬支架、絲桿聯動裝置，蒸發罐安裝在金屬支架上，噴燈安裝在蒸發罐上部的金屬支架上，金屬支架下部裝有絲桿聯動裝置，絲桿聯動裝置安裝在絲桿上，絲桿與絲桿傳動電機相連接，絲桿傳動電機傳動絲桿，通過絲桿聯動裝置帶動固定裝置連同噴燈與蒸發罐作同步水平移動；噴燈與蒸發罐之間采用原料氣管路進行連接。
【專利說明】一種光纖預制棒外包層高效制備設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種光纖預制棒外包層高效制備設備。
【背景技術】
[0002]在現有的光纖預制棒外包層制造方法中，外部氣相沉積法(OVD)是制備低水峰光纖預制棒性價比最優的工藝。該工藝使用氫氧焰使SiCl4原料發生高溫水解反應，在小直徑芯棒外表面沉積一定量的SiO2粉末制得粉末光纖預制棒,然后使用與芯棒燒結相同的方法將粉末預制棒燒結成透明預制棒，再經過脫氣處理后即制得光纖預制棒。
[0003]在CN102320732A專利中提到使用SlCl4做反應原料時存在以下不足:SiC14氣相沉積法會產生強烈腐蝕性和毒性的氯氣和氯化氫，凈化處理代價高昂，且未參與反應的殘余SiC14難以氫化回收，一旦進入環境將產生惡劣影響，被污染土地會變成不毛之地；以SiC14為原料沉積石英玻璃，會在石英玻璃材料中引入S1-Cl鍵，破壞了原有的S1-O空間網絡結構，造成S1-O原子鏈的斷裂，宏觀上表現為降低了石英熔體的粘度和光纖的機械強度，使得光纖斷裂幾率增大。上述技術缺陷一直是本領域的技術人員亟待解決的技術問題。
[0004]在CN102320732A專利中同樣提到將八甲基環四硅氧烷和氧氣通過不同的管路輸入噴燈，并在噴燈的噴嘴處發生混合燃燒形成二氧化硅粉附著在靶棒上形成預制棒疏松體。通過實際應用中發現，該方法提供的燃燒熱量不夠，存在燃燒反應不充分、噴燈易堵塞、混合燃燒后形成的SiO2粉末不易附著在靶棒上等工藝難題。
【發明內容】
[0005]本實用新型目的是針對上述不足之處提供一種光纖預制棒外包層高效制備設備。
[0006]一種光纖預制棒外包層高效制備設備是采取以下技術方案實現:
[0007]—種光纖預制棒外包層高效制備設備包括設備外密封腔體、傳動電機、重量計、卡盤、絲桿傳動電機、絲桿、噴燈、蒸發罐、加熱裝置、固定裝置、原料輸送管路、原料氣管路和
普氣管路。
[0008]所述的加熱裝置包括加熱夾套(加熱帶)、石英保溫棉，所謂的加熱夾套采用交流220V電壓，加熱上限200°C。加熱夾套均勻包裹在蒸發罐外部，石英保溫棉均勻包裹在加熱夾套外部。
[0009]所述的固定裝置包括金屬支架、絲桿聯動裝置，蒸發罐安裝在金屬支架上，噴燈9安裝在蒸發罐上部的金屬支架上，金屬支架下部裝有絲桿聯動裝置。絲桿聯動裝置安裝在絲桿上，絲桿與絲桿傳動電機相連接，絲桿傳動電機7傳動絲桿，通過絲桿聯動裝置帶動固定裝置同步水平移動。所述的絲桿聯動裝置采用絲桿傳動螺母。
[0010]噴燈與蒸發罐之間采用原料氣管路進行連接，蒸發罐與噴燈間原料氣管路外部采用交流220V電壓，加熱上限220°C加熱夾套(加熱帶)進行包裹后，外圍再次包裹石英保溫棉。[0011]預制棒芯棒兩端裝夾在安裝在設備外密封腔體內的卡盤上，傳動電機與其中一個卡盤連接，其中卡盤夾持芯棒后，傳動電機帶動卡盤進行勻速旋轉。傳動電機與卡盤下方安裝重量計，用于實時反饋預制棒制造過程中重量變動趨勢及目標停止重量確認。絲桿傳動電機傳動絲桿運動，通過絲桿順、逆時針旋轉，帶動固定裝置左右移動。反應用噴燈與移動蒸發罐固定在固定裝置上，兩者之間通過蒸發罐與噴燈間原料氣管路連接。噴燈使用的普氣用普氣管路進行外部輸送。固定裝置連同噴燈與蒸發罐通過絲桿聯動裝置與絲桿作同步水平運動。
[0012]一種光纖預制棒外包層高效制備設備的制備方法如下:
[0013]I)蒸發罐內溫度控制在185?195°C，蒸發罐與噴燈間管路溫度控制在195?205 0C ；
[0014]2)設備外密封腔體內開啟排風，保持腔體內負壓為40Pa ；
[0015]3)制作的長度為3000mm、直徑為45?50mm的預制棒芯棒；
[0016]4)將芯棒兩端夾持在卡盤卡槽內，卡盤旋轉轉速設定為50rpm,開啟卡盤旋轉；
[0017]5)不通原料,噴燈行進速度設定400mm/min。噴燈點火自距芯棒左端400mm位置開始對芯棒進行灼燒，一直灼燒至距芯棒右端400mm位置，對芯棒進行拋光。拋光流量=H2:230L/min, O2:115L/min，除去芯棒表面的雜質。拋光完畢后關閉火焰；
[0018]6)將噴燈移至距芯棒左端400mm位置，對沉積噴燈進行點火；
[0019]7)啟動“自動運行”按鈕，沉積設備卡盤以50rpm的轉速開始旋轉，石英噴燈以400mm/min的移動速度開始在芯棒表面沉積SiO2粉末。石英噴燈設定流量:含硅碳氫化合物(如:C8H24O4Si4): 100g/min, H2:150L/min, O2:75L/min, N2:20L/min, Ar:20L/min ；
[0020]8)沉積反應達到預設目標重量后，噴燈自動關閉火焰停止沉積。卡盤繼續旋轉3min后停止旋轉，用于降低粉末棒表面溫度；
[0021]9)待繼續冷卻40min后，制備好光纖預制棒外包層，將制備好外包層的預制棒卸下設備進行下一步燒結處理。
[0022]本實用新型一種光纖預制棒外包層高效制備設備特點:
[0023]本實用新型采用外部氣相沉積法，以不含鹵素取代基的甲基環聚硅氧烷(八甲基環四硅氧烷、六甲基環三硅氧烷等)取代SiCl4作為制造光纖預制棒外包層的原料，進行光纖預制棒的外包層沉積。
[0024]本實用新型使用的甲基環聚硅氧烷，分子中包含元素C、O、H，為清潔能源，反應過程中不會產生大量有害的氯化氫，克服了含氯原料在包層中引入阻斷原子鍵的單鍵的缺點，提高了預制棒材料的純度與強度。
[0025]本實用新型采用H2、02、N2提供高溫水解反應所需的熱量，在甲基環聚硅氧烷管路中單獨再引入一路H2，彌補單純燃燒甲基環聚硅氧烷熱量不足的缺陷，使反應充分進行。可聞效的提升沉積效率。
[0026]本實用新型采用特定的噴燈，使火焰集中性增強，反應產生的大量熱量不易擴散，使噴燈口 SiO2粉末運動加劇。在熱泳效應的影響下，加速SiO2粉末堆積速率，同時顆粒間排布會越致密，利于粉末堆積。該方法大幅提升原料沉積速率，降低粉末棒開裂幾率。
[0027]本實用新型采用移動式蒸發罐，噴燈與蒸發罐之間管路長度固定；管路外部包裹加熱帶、保溫棉，用于管路加熱與保溫；蒸發罐與噴燈在反應過程中同步運動。通過以上動作，確保從蒸發罐至噴燈間管路內甲基環聚硅氧烷都為氣態，提高反應速率，同時降低噴燈口及管路堵塞幾率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]以下將結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0029]圖1是本實用新型一種光纖預制棒外包層高效制備設備示意圖。
[0030]圖2是本實用新型一種光纖預制棒外包層高效制備設備的噴燈示意圖。
[0031]圖3是本實用新型一種光纖預制棒外包層高效制備設備的噴燈氣體分布圖。
[0032]圖中:1、設備外密封腔體；2、卡盤傳動電機；3、重量計；4、卡盤；5、預制棒外包層；6、預制棒芯棒；7、絲桿傳動電機；8、絲桿；9、噴燈；10、蒸發罐；11、加熱夾套；12、固定裝置；13、原料輸送管路；14、原料氣管路；15、普氣管路；16、噴燈內細管彎折部分；17、噴燈細管未彎折部分；18、噴燈原料管路；19、原料；20、氮氣；21、氫氣；22、氧氣；23、氮氣和氧氣。
【具體實施方式】
[0033]參照附圖1?3，一種光纖預制棒外包層高效制備設備包括設備外密封腔體1、傳動電機2、重量計3、卡盤4、絲桿傳動電機7、絲桿8、噴燈9、移動蒸發罐10、加熱裝置11、固定裝置12、原料輸送管路13、原料氣管路14和普氣管路15。
[0034]所述的加熱裝置11包括加熱夾套、石英保溫棉，所謂的加熱夾套采用交流220V電壓，加熱上限200°C。加熱夾套均勻包裹在蒸發罐外部，石英保溫棉均勻包裹在加熱夾套外部。
[0035]所述的固定裝置12包括金屬支架、絲桿聯動裝置，蒸發罐10安裝在金屬支架上，噴燈9安裝在蒸發罐10上部的金屬支架上，金屬支架下部裝有絲桿聯動裝置。絲桿聯動裝置安裝在絲桿8上，絲桿8與絲桿傳動電機7相連接，絲桿傳動電機7傳動絲桿8，通過絲桿聯動裝置帶動固定裝置12連同噴燈9與蒸發罐10作同步水平移動。所述的絲桿聯動裝置采用絲桿傳動螺母。
[0036]噴燈9與蒸發罐10之間用原料氣管路14進行連接，蒸發罐與噴燈間原料氣管路14外部采用交流220V電壓，加熱上限220°C加熱夾套(加熱帶)進行包裹后，外圍再次包裹石英保溫棉。
[0037]預制棒芯棒6兩端裝夾在安裝在設備外密封腔體I內的卡盤4上，傳動電機2與其中一個卡盤4連接，其中卡盤4夾持芯棒后，傳動電機2帶動卡盤4進行勻速旋轉。傳動電機2與卡盤4下方安裝重量計3，用于實時反饋預制棒制造過程中重量變動趨勢及目標停止重量確認。絲桿傳動電機7傳動絲桿8運動，通過絲桿8順、逆時針旋轉，帶動固定裝置12左右移動。反應用噴燈9與蒸發罐10固定在固定裝置12上，噴燈9與蒸發罐10之間通過原料氣管路14連接。噴燈9使用的普氣用普氣管路15進行外部輸送。固定裝置12連同噴燈9與蒸發罐10通過絲桿聯動裝置與絲桿8同步水平運動。
[0038]所述的加熱夾套采用交流220V電壓，加熱上限200°C。
[0039]所述的絲桿聯動裝置采用絲桿傳動螺母。
[0040]蒸發罐與噴燈間原料氣管路外部采用交流220V電壓，加熱上限220°C加熱夾套進行包裹后，外圍再次包裹石英保溫棉。[0041]一種光纖預制棒外包層高效制備設備的制備方法如下:
[0042]I)蒸發罐內溫度控制在185?195°C，蒸發罐與噴燈間管路溫度控制在195?205 0C ；
[0043]2)設備外密封腔體內開啟排風，保持腔體內負壓為40Pa ；
[0044]3)制作的長度為3000mm、直徑為45?50mm的預制棒芯棒；
[0045]4)將芯棒兩端夾持在卡盤卡槽內，卡盤旋轉轉速設定為50rpm,開啟卡盤旋轉；
[0046]5)不通原料,噴燈行進速度設定400mm/min。噴燈點火自距芯棒左端400mm位置開始對芯棒進行灼燒，一直灼燒至距芯棒右端400mm位置，對芯棒進行拋光。拋光流量=H2:230L/min, O2:115L/min，除去芯棒表面的雜質。拋光完畢后關閉火焰；
[0047]6)將噴燈移至距芯棒左端400mm位置，對沉積噴燈進行點火；
[0048]7)啟動“自動運行”按鈕，沉積設備卡盤以50rpm的轉速開始旋轉，石英噴燈以400mm/min的移動速度開始在芯棒表面沉積SiO2粉末。石英噴燈設定流量:含硅碳氫化合物(如:C8H24O4Si4): 100g/min, H2:150L/min, O2:75L/min, N2:20L/min, Ar:20L/min ；
[0049]8)沉積反應達到預設目標重量后，噴燈自動關閉火焰停止沉積。卡盤繼續旋轉3min后停止旋轉，用于降低粉末棒表面溫度；
[0050]9)待繼續冷卻40min后，制備好光纖預制棒外包層，將制備好外包層的預制棒卸下設備進行下一步燒結處理。
[0051]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0052]常溫下液態甲基環聚硅氧烷通過管路13輸送至移動蒸發罐內10。移動蒸發罐固定在固定支架上12。蒸發罐體外包裹加熱裝置11，用于原料加熱蒸發成氣態，加熱溫度設定為190°C。氣態原料通過蒸發罐與新型噴燈9之間的原料氣管路14輸送至噴燈口進行反應，管路外包裹加熱帶、保溫棉，保持原料氣態不液化，加熱帶加熱溫度設定為20(TC。噴燈外有多條管路17用于其它反應氣體H2、02、N2等的輸送。
[0053]正常生產時，將VOD法制備而成的芯棒6用卡盤4夾持住。傳動電機2帶動卡盤以50rpm的速度旋轉。卡盤與傳動電機下方放置重量計3，重量上限選擇200kg，用于實時監控預制棒重量；噴燈移動方面，傳動電機7帶動絲桿8轉動，絲桿傳動至固定支架12進行左右移動，噴燈與蒸發罐同時固定在固定裝置上同步運動，噴燈行進速度控制在380mm/min?450mm/min。噴燈與蒸發罐之間原料氣管路長度固定,長度控制在300mm以內，確保從蒸發罐至噴燈間原料氣管路內甲基環聚硅氧烷都為氣態，提高反應速率，同時降低噴燈口及管路堵塞幾率。該設備位于密封反應腔體I內，正常生產時腔體相對負壓保持在40Pa。
[0054]所述的噴燈9內部設置有多條細管16，彎折角度加大至38°，噴燈中部設置有噴燈原料管路18，使火焰中心更集中。噴燈外有多條管路17，與噴燈9內部設置有多條細管16相連通，用于其它反應氣體H2、02、N2等的輸送。
[0055]通過新型噴燈的制備、反應噴燈左右定速移動、芯棒定速旋轉、實時監控沉積重量、腔體內負壓保持穩定等關鍵參數，制備出的預制棒外包層粉末5堆積分布更均勻、棒徑波動更穩定。
[0056]實施例1:選用八甲基環四氧硅烷作為原材料；蒸發罐設定溫度190°C ;管路外包裹加熱帶，溫度設定200 °C ;噴燈行進速度設定400mm/min ;卡盤旋轉設定50rpm ;腔體內負壓保持40pa ;使用高效新型噴燈，八甲基環四氧硅烷管路內通入H2沉積十根棒。在現有生產條件下，選用SiCl4為原料，降低蒸發溫度至80°C，同樣沉積十根棒。沉積效率、速率的對比結果如表1所示。表中速率為單位時間內(min)外包層增加的重量(g)，效率為原料堆積量與使用量之間的比值(％)。
[0057]表1沉積效率、速率對比
[0058]
【權利要求】
1.一種光纖預制棒外包層高效制備設備，其特征在于:包括設備外密封腔體、傳動電機、重量計、卡盤、絲桿傳動電機、絲桿、噴燈、蒸發罐、加熱裝置、固定裝置、原料輸送管路、原料氣管路和普氣管路； 所述的加熱裝置包括加熱夾套、石英保溫棉，加熱夾套均勻包裹在蒸發罐外部，石英保溫棉均勻包裹在加熱夾套外部； 所述的固定裝置包括金屬支架、絲桿聯動裝置，蒸發罐安裝在金屬支架上，噴燈安裝在蒸發罐上部的金屬支架上，金屬支架下部裝有絲桿聯動裝置，絲桿聯動裝置安裝在絲桿上，絲桿與絲桿傳動電機相連接，絲桿傳動電機傳動絲桿，通過絲桿聯動裝置帶動固定裝置連同噴燈與蒸發罐作同步水平移動；噴燈與蒸發罐之間采用原料氣管路進行連接； 預制棒芯棒兩端裝夾在安裝在設備外密封腔體內的卡盤上，傳動電機與其中一個卡盤連接，其中卡盤夾持芯棒后，傳動電機帶動卡盤進行勻速旋轉，傳動電機與卡盤下方安裝重量計，用于實時反饋預制棒制造過程中重量變動趨勢及目標停止重量確認，絲桿傳動電機傳動絲桿運動，通過絲桿順、逆時針旋轉，帶動固定裝置左右移動，反應用噴燈與蒸發罐固定在固定裝置上，噴燈與蒸發罐之間通過原料氣管路連接，噴燈使用的普氣用普氣管路進行外部輸送，固定裝置通過絲桿聯動裝置與絲桿同步水平運動。
2.根據權利要求1所述的一種光纖預制棒外包層高效制備設備，其特征在于:所述的加熱夾套采用交流220V電壓，加熱上限200°C。
3.根據權利要求1所述的一種光纖預制棒外包層高效制備設備，其特征在于:所述的絲桿聯動裝置采用絲桿傳動螺母。
4.根據權利要求1所述的一種光纖預制棒外包層高效制備設備，其特征在于:蒸發罐與噴燈間原料氣管路外部采用交流220V電壓，加熱上限220°C加熱夾套進行包裹后，外圍再次包裹石英保溫棉。
5.根據權利要求1所述的一種光纖預制棒外包層高效制備設備，其特征在于:所述的噴燈內部設置有多條細管，彎折角度加大至38°，噴燈中部設置有噴燈原料管路；噴燈外有多條管路，與噴燈內部設置有多條細管相連通。
【文檔編號】C03B37/018GK203668234SQ201320861524
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】季曉鋒, 沈一春, 錢宜剛 申請人:中天科技精密材料有限公司