一種vad法制備光纖預(yù)制棒的裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置及方法。裝置包括反應(yīng)腔體和立架，立架上設(shè)置垂直升降座，垂直升降座與旋轉(zhuǎn)吊桿相連，反應(yīng)腔體的一側(cè)為進(jìn)氣端，另一端為排氣端，反應(yīng)腔體內(nèi)安設(shè)有芯部噴燈和包層噴燈，在反應(yīng)腔體的上方對(duì)應(yīng)于芯部噴燈和包層噴燈開(kāi)設(shè)開(kāi)口聯(lián)接上腔體，上腔體中通入旋轉(zhuǎn)吊桿，其特征在于所述的排氣端與包層排氣管道和芯層排氣管道分別相接，包層排氣管道位于排氣端的上方，芯層排氣管道位于排氣端的下方。在沉積過(guò)程中通過(guò)壓力反饋系統(tǒng)控制保證芯層火焰及芯層沉積區(qū)域的穩(wěn)定性。本發(fā)明能有效保障芯層沉積區(qū)域火焰的穩(wěn)定性，使預(yù)制棒芯層部分沉積穩(wěn)定可控，從而保證預(yù)制棒芯層直徑等基本參數(shù)沿棒長(zhǎng)均勻分布，最終保證芯層直徑的穩(wěn)定性，提高預(yù)制棒的制造質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置及方法，屬于光纖制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前公知的光纖預(yù)制棒的制造工藝，典型的有管內(nèi)法氣相沉積工藝，如MCVD(modified chemical vapor deposit1n)改進(jìn)化學(xué)氣相沉積工藝和 PCVD(plasma chemicalvapor deposit1n)等離子體激發(fā)化學(xué)氣相沉積法；以及管外法氣相沉積工藝，如OVD(outside vapor deposit1n)外部氣相沉積工藝和 VAD (vapor axial deposit1n)外部軸向沉積工藝。
[0003]管內(nèi)法氣相沉積工藝，如PCVD工藝，采用SiC14，GeC14，02等化學(xué)原料，通入高純石英襯管內(nèi)，利于微波源提供能量，激發(fā)等離子，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Si02、Ge02等，沉積于管壁，后經(jīng)過(guò)熔縮，得到實(shí)心芯棒，該工藝使用高純硅鍺料，高純石英管材，原料成本較高；而且沉積速率受到管徑的限制，很難得到有效提高，不利于產(chǎn)能的提高。
[0004]相比之下，管外沉積法，如VAD工藝，采用火焰氫化反應(yīng)，生產(chǎn)Si02、Ge02粉末，在預(yù)定的靶棒上進(jìn)行沉積。在穩(wěn)定可控的腔體氣流條件下，通過(guò)控制火焰噴燈的位置，調(diào)整各反應(yīng)氣體用量，可沉積得到外徑均勻的光纖預(yù)制棒粉棒。粉棒經(jīng)過(guò)燒結(jié)，可得到大尺寸光纖預(yù)制棒。在沉積的過(guò)程中，通過(guò)控制通入GeC14的用量，可調(diào)整折射率分布，拉絲后可得到各種不同用途的光纖。
[0005]VAD工藝過(guò)程在反應(yīng)腔體內(nèi)進(jìn)行，將沉積靶棒固定在旋轉(zhuǎn)卡盤(pán)上，勻速旋轉(zhuǎn)。噴燈組件由芯層噴燈和多個(gè)包層噴燈組成。噴燈中心位置為料管，沉積時(shí)持續(xù)噴射出SiC14/GeC14/02等混合氣體；噴燈外圍為H2/02噴孔，點(diǎn)燃。調(diào)整各氣體用量，可發(fā)生氫化反應(yīng)，生產(chǎn)Si02、Ge02等粉狀物。
[0006]VAD工藝中粉棒生長(zhǎng)的穩(wěn)定性非常重要，它不僅是高沉積速率、大尺寸預(yù)制棒制備的前提，還決定了燒結(jié)后預(yù)制棒芯棒的軸向均勻性，也即是芯層直徑，芯層折射率等沿棒長(zhǎng)方向的一致性。芯棒均勻性差，必然會(huì)導(dǎo)致芯棒拉絲后出現(xiàn)一定比例的模場(chǎng)直徑、截止波長(zhǎng)不合格的光纖，增加了生產(chǎn)成本。影響生長(zhǎng)穩(wěn)定性的主要因素有:芯層、包層噴燈的位置及角度設(shè)置；各化學(xué)氣體(包括硅鍺料、氫氣、氧氣等)用量；腔體氣流狀態(tài)等。前兩方面通過(guò)沉積參數(shù)的設(shè)定及調(diào)整可以很方便的實(shí)現(xiàn)；而腔體氣流的穩(wěn)定性受到抽風(fēng)系統(tǒng)和氣流的影響，較為復(fù)雜，很難保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。
[0007]SiC14及GeC14的水化反應(yīng)生成大量的粉末，大部分被收集到靶棒上，其余一部分被抽風(fēng)系統(tǒng)抽走，剩余一部分則殘留在腔體內(nèi)，附著于腔體內(nèi)壁上。穩(wěn)定的氣流有利于將腔體內(nèi)未收集下來(lái)的Si02粉末及時(shí)排走，避免Si02顆粒在腔體內(nèi)壁附著，以減小粉狀顆粒再次飄落到粉棒上面，造成其他芯棒缺陷；另一方面，穩(wěn)定的氣流有利于保持氫氧焰火焰的穩(wěn)定，火焰與粉棒芯層及包層接觸位置相對(duì)固定，有利于粉棒穩(wěn)定生長(zhǎng)。
[0008]反應(yīng)腔體內(nèi)氣流的具體狀況、是否平穩(wěn)與腔體設(shè)計(jì)密切相關(guān)。早期的腔體設(shè)計(jì)方面已經(jīng)有大量的嘗試。如增加氣體通入量，增加導(dǎo)流板(JP01-242431，JP02-2836321，US4740226, etc)，該方式有利于整體腔體內(nèi)的氣流穩(wěn)定性，同時(shí)減少未捕獲粉塵顆粒附著在腔體內(nèi)壁的幾率，但當(dāng)抽風(fēng)壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)，氣流也會(huì)變得不穩(wěn)定，必然會(huì)影響生長(zhǎng)的穩(wěn)定性。
[0009]美國(guó)專(zhuān)利US7082791中，使用擋板的方式，將直接吹向Soot棒沉積區(qū)域的風(fēng)擋住，目的是使該部分的火焰不受影響，同時(shí)減小沉積顆粒被帶走的記錄，提高收集率。但是被擋住區(qū)域壓力較低，也會(huì)形成一定程度的渦流，影響火焰的穩(wěn)定性，影響Soot棒的沉積。
[0010]Soot棒沉積過(guò)程中，芯層作為預(yù)制棒芯棒的核心，其生長(zhǎng)狀態(tài)至關(guān)重要，直接影響到芯棒的關(guān)鍵參數(shù)，如芯棒剖面，芯徑及折射率沿棒長(zhǎng)方向分布等。在整個(gè)反應(yīng)腔體內(nèi)壁壓力很難保證穩(wěn)定的情況下，控制芯層沉積區(qū)域的穩(wěn)定成為反應(yīng)腔體研究的關(guān)鍵。
[0011]為避免氣流紊亂給芯層沉積帶來(lái)影響，美國(guó)專(zhuān)利US7082791中用一定尺寸的隔板將芯層沉積部分單獨(dú)分割開(kāi)來(lái)，與包層沉積分開(kāi)。腔體一分為二，之間有一定的間隙，腔體供風(fēng)及排風(fēng)管道處于腔體的上半部分，氣流基本不會(huì)影響到芯層的沉積，芯層沉積產(chǎn)生的廢氣及未收集的粉塵從間隙排入到腔體上半部分的排氣通道。這種方式下，上下兩部分的壓力不一樣，可能導(dǎo)致在隔板間隙位置形成氣流的擾動(dòng)，芯層火焰由于沒(méi)有輔助供風(fēng)，本身穩(wěn)定性下降；芯層沉積區(qū)域產(chǎn)生的未被搜集的S102顆粒附著在隔板頂部的幾率很大，很容易在沉積過(guò)程中掉落到粉棒芯層部分的表面，導(dǎo)致缺陷的形成。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題旨在針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置及方法，它能有效保障芯層沉積區(qū)域火焰的穩(wěn)定性，使預(yù)制棒芯層部分沉積穩(wěn)定可控，從而保證預(yù)制棒芯層直徑等基本參數(shù)沿棒長(zhǎng)均勻分布。
[0013]本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所用裝置的技術(shù)方案為:
包括反應(yīng)腔體和立架，立架上設(shè)置垂直升降座，垂直升降座與旋轉(zhuǎn)吊桿相連，反應(yīng)腔體的一側(cè)為進(jìn)氣端，另一端為排氣端，反應(yīng)腔體內(nèi)安設(shè)有芯部噴燈和包層噴燈，在反應(yīng)腔體的上方對(duì)應(yīng)于芯部噴燈和包層噴燈開(kāi)設(shè)開(kāi)口聯(lián)接上腔體，上腔體中通入旋轉(zhuǎn)吊桿，其特征在于所述的排氣端與包層排氣管道和芯層排氣管道分別相接，包層排氣管道位于排氣端的上方，芯層排氣管道位于排氣端的下方。
[0014]按上述方案，所述的芯層排氣管道的入口為可調(diào)伸縮入口，其入口與旋轉(zhuǎn)吊桿軸線(xiàn)的間距可進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0015]按上述方案，在芯層排氣管道中設(shè)置有壓力傳感器，芯層排氣管道的出口處安設(shè)有蝶閥，壓力傳感器和蝶閥與PID控制回路相連，形成反饋，以使芯層排氣管道的壓力穩(wěn)定可控。
[0016]按上述方案，所述反應(yīng)腔體的橫向截面為矩形。
[0017]按上述方案，所述的芯層排氣管道的入口距離旋轉(zhuǎn)吊桿軸線(xiàn)的間距控制在50?150mmo
[0018]按上述方案，所述的包層排氣管道的入口距離旋轉(zhuǎn)吊桿軸線(xiàn)的間距為40(T600mm。
[0019]按上述方案，在反應(yīng)腔體內(nèi)下方一側(cè)對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)吊桿安設(shè)有芯部噴燈和包層噴燈，芯部噴燈安設(shè)在下方，噴口噴射方向與垂線(xiàn)的夾角30?40°，包層噴燈安設(shè)在芯部噴燈的上方，包層噴燈的噴口噴射方向與垂線(xiàn)的夾角為35?45°。
[0020]按上述方案，所述的包層噴燈和芯部噴燈安設(shè)在反應(yīng)腔體的進(jìn)氣端一側(cè)，噴口朝向排氣端。
[0021]本發(fā)明制作光纖預(yù)制棒方法的技術(shù)方案為:
在旋轉(zhuǎn)吊桿上安裝好石英靶棒并置于反應(yīng)腔體內(nèi)，使其以10-25 rad/min速度旋轉(zhuǎn)；將氫氣和氧氣通入芯部噴燈和包層噴燈，并在反應(yīng)腔體內(nèi)點(diǎn)燃，產(chǎn)生溫度為800至1100°C的火焰；芯部噴燈的中心料孔中通入流量為2.(Γ3.0g/min的SiC14和流量為0.15^0.2g/min的GeC14，發(fā)生水解反應(yīng)，氧化生成Si02、Ge02粉末，沉積于石英靶棒末端，形成芯層；向包層噴燈的中心料孔中通入流量為30.(Γ34.0g/min的SiC14，發(fā)生水解反應(yīng)，生成的Si02粉末附著在芯層外周,形成包層；祀棒以2?3mm/min的速度向上提升,使粉末在革巴棒下端連續(xù)沉積成圓柱形粉末棒，與此同時(shí)，潔凈空氣從反應(yīng)腔體一側(cè)的進(jìn)氣端經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)入，形成層流，穿過(guò)沉積區(qū)域，被排氣管道抽走，從而在整個(gè)沉積過(guò)程中排出未沉積于石英靶棒的Si02、Ge02粉末和水解反應(yīng)生成的其他產(chǎn)物；排氣管道分為包層排氣管道和芯層排氣管道，芯層排氣管道入口向沉積區(qū)域伸出一定距離接近石英靶棒下端，與芯部噴燈相對(duì)應(yīng)，將芯部沉積區(qū)域未沉積的粉末快速抽出；當(dāng)粉末棒沉積到設(shè)定長(zhǎng)度后，沉積結(jié)束，即制備成粉末預(yù)制棒，然后將沉積好的粉末預(yù)制棒轉(zhuǎn)移到燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)，通過(guò)脫羥和玻璃化過(guò)程后成為透明的石英棒體。
[0022]按上述方案，沉積時(shí)芯層噴燈火焰與粉末棒底部接觸部分，處在芯層排氣管道入口同一水平線(xiàn)上；芯層排氣管道入口設(shè)置可調(diào)伸縮入口，用以改變和調(diào)節(jié)排氣入口到芯層沉積區(qū)域的距離。
[0023]按上述方案，在芯層排氣管道中設(shè)置有壓力傳感器，芯層排氣管道的出口處安設(shè)有蝶閥，并芯層排氣管道上設(shè)置PID控制回路，使芯層排氣管道壓力與該管道蝶閥開(kāi)度形成反饋機(jī)制，通過(guò)壓力傳感信號(hào)控制管道內(nèi)蝶閥的開(kāi)口，控制芯層管道抽風(fēng)壓力，保持壓力穩(wěn)定，所述的芯層排風(fēng)管道壓力為_(kāi)8(T-120Pa。
[0024]反應(yīng)腔體內(nèi)部的氣流狀態(tài)對(duì)火焰的穩(wěn)定性影響極大，而預(yù)制棒質(zhì)量的好壞關(guān)鍵在芯層，因此芯層火焰的穩(wěn)定性尤為重要?；鹧娌环€(wěn)，必然導(dǎo)致火焰與粉棒底部(芯層部分)接觸的位置不固定，有可能導(dǎo)致粉末棒底部形狀不規(guī)則，生長(zhǎng)不能正常進(jìn)行下去；同時(shí)粉末棒底部的溫度分布發(fā)生變化，導(dǎo)致Ge02揮發(fā)出現(xiàn)不同的情況，使折射率分布(光纖剖面)發(fā)生變化；另一方面，火焰晃動(dòng)，沉積量及顆粒搜集率也會(huì)變得不穩(wěn)定，在外包層沉積條件不變的情況下，會(huì)導(dǎo)致粉棒芯層直徑，密度等發(fā)生變化，最終會(huì)影響到預(yù)制棒參數(shù)，特別是芯層直徑沿軸向分布的均勻性。本發(fā)明將反應(yīng)腔體抽風(fēng)管道分解成芯層和包層兩部分，同時(shí)在芯層排風(fēng)管道上安裝壓力反饋系統(tǒng)，通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度閉環(huán)控制保證芯層抽風(fēng)壓力的穩(wěn)定性。針對(duì)芯層抽風(fēng)口，安裝可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度伸出箱體，可根據(jù)需要調(diào)整伸出長(zhǎng)度，控制芯層抽風(fēng)口與對(duì)應(yīng)沉積區(qū)域的距離，目的是在滿(mǎn)足抽走廢氣、反應(yīng)氣體、未搜集粉塵的同時(shí)，保證芯層沉積區(qū)域流體及壓力的穩(wěn)定性。本發(fā)明對(duì)芯層抽風(fēng)口位置等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化從而得到最有利于沉積穩(wěn)定進(jìn)行的參數(shù)。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:1、實(shí)現(xiàn)芯層沉積抽風(fēng)獨(dú)立可調(diào)，受風(fēng)機(jī)不穩(wěn)及管道積料等因素造成整體抽風(fēng)壓力波動(dòng)的影響較小，芯層噴燈火焰的穩(wěn)定性得到有效改善，可保證芯層形狀恒定及粉末棒向上穩(wěn)定生長(zhǎng)；2、由于芯層火焰的穩(wěn)定性，可以保證芯層顆粒收集率的穩(wěn)定不變，最終保證芯層直徑的穩(wěn)定性；同時(shí)火焰與粉末棒芯層底部接觸的相對(duì)位置穩(wěn)定，Ge02沿粉末棒軸向分布性質(zhì)相近，所以有利于折射率沿預(yù)制棒軸向分布的一致性；3、由于芯層抽風(fēng)管道距離芯層沉積區(qū)域相對(duì)較近，未參與沉積的Si02、Ge02粉末能夠被更快速穩(wěn)定地排出反應(yīng)腔體，附著在預(yù)制棒芯包界面而形成密度不均勻的區(qū)域的機(jī)會(huì)就減少，從而可以減少預(yù)制棒在后續(xù)的玻璃化工序中該位置產(chǎn)生氣泡，進(jìn)一步提高預(yù)制棒的制造質(zhì)量。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭表示氣流方向。
[0027]圖2為不同腔體類(lèi)型及控制條件下預(yù)制棒芯層直徑沿軸向分布圖。
[0028]圖3為不同芯層排氣管道入口與靶棒距離下預(yù)制棒芯層直徑沿軸向分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的制造裝置包括:包括橫向截面為矩形的反應(yīng)腔體I和立架，立架上設(shè)置垂直升降座，垂直升降座與旋轉(zhuǎn)吊桿2相連，反應(yīng)腔體的一側(cè)為進(jìn)氣端12，另一端為排氣端，所述的排氣端與包層排氣管道8和芯層排氣管道9分別相接，包層排氣管道位于排氣端的上方，芯層排氣管道位于排氣端的下方，在芯層排氣管道的入口安設(shè)可調(diào)伸縮入口 7，可調(diào)伸縮入口由可前后移動(dòng)的套管構(gòu)成，其入口即套管端口與旋轉(zhuǎn)吊桿軸線(xiàn)的間距可進(jìn)行調(diào)節(jié)；在芯層排氣管道中設(shè)置有壓力傳感器11，芯層排氣管道的出口處安設(shè)有蝶閥10，壓力傳感器和蝶閥與PID控制回路相連，形成反饋，用以保持管道壓力的穩(wěn)定可控。在反應(yīng)腔體內(nèi)下方一側(cè)對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)吊桿安設(shè)有芯部噴燈5和包層噴燈6，芯部噴燈安設(shè)在下方，噴口噴射方向與垂線(xiàn)的夾角36°，包層噴燈安設(shè)在芯部噴燈的上方，包層噴燈的噴口噴射方向與垂線(xiàn)的夾角為40°，包層噴燈和芯部噴燈安設(shè)在反應(yīng)腔體的進(jìn)氣端一側(cè)，噴口朝向排氣端。在反應(yīng)腔體的上方對(duì)應(yīng)于芯部噴燈和包層噴燈開(kāi)設(shè)開(kāi)口聯(lián)接上腔體，上腔體中通入旋轉(zhuǎn)吊桿2，吊桿上安裝有石英玻璃靶棒。
[0031]本發(fā)明制備方法的實(shí)施例及對(duì)比實(shí)施例如下:
在旋轉(zhuǎn)吊桿2上安裝好石英靶棒并置于反應(yīng)腔體I內(nèi)，使其以10-25 rad/min速度旋轉(zhuǎn)；將氫氣和氧氣通入芯層噴燈5和包層噴燈6，并在反應(yīng)腔體內(nèi)點(diǎn)燃，產(chǎn)生溫度為800至1100°C的火焰；芯層噴燈的中心料孔中通入SiC14 (2.(Γ3.0g/min)和少量GeC14(0.15^0.2g/min)，發(fā)生水解反應(yīng)，氧化生成Si02、Ge02粉末，沉積于靶棒末端，作為芯層4 ;向包層噴燈的中心料孔中通入大量的SiC14 (30.(Γ34.0g/min)，發(fā)生水解反應(yīng)，生成的Si02粉末附著在芯層周?chē)?，形成包? ;靶棒以2?3mm/min的速度將其向上提升，使粉末在靶棒下端連續(xù)沉積成圓柱形粉末棒。潔凈空氣從矩形反應(yīng)腔體進(jìn)氣端一側(cè)進(jìn)入，形成層流，穿過(guò)沉積區(qū)域，被排氣管道抽走，從而在整個(gè)沉積過(guò)程中排出未收集下來(lái)的Si02、Ge02粉末和水解反應(yīng)生成的其他產(chǎn)物。為了提高芯層沉積區(qū)域的氣流穩(wěn)定性，將排氣管道分為包層排氣管道8和芯層排氣管道9，芯層排氣管道入口向沉積區(qū)域伸出一定距離，并設(shè)置可調(diào)伸縮入口 7，可改變到芯層沉積區(qū)域的距離。同時(shí)在芯層排氣管道上設(shè)置PID控制回路，控制芯層管道抽風(fēng)壓力，保證該壓力穩(wěn)定，進(jìn)而保證芯層沉積區(qū)域的氣流13穩(wěn)定，腔體上部氣流14由包層排氣管道排出。待粉末棒沉積到設(shè)定長(zhǎng)度后，生產(chǎn)結(jié)束，將沉積好的粉末棒轉(zhuǎn)移到燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)。
[0032]實(shí)施例一:使用普通整體式抽風(fēng)管道(對(duì)比實(shí)施例)，包層及芯層氣體煙塵從一個(gè)整體出口被抽走，此時(shí)芯層及包層火焰距離抽風(fēng)管道為同一距離，管道壓力的波動(dòng)對(duì)包層及芯層影響一致。
[0033]在吊桿上安裝石英靶棒并使其旋轉(zhuǎn)，下降靶棒到矩形反應(yīng)腔體的適當(dāng)位置與噴燈相對(duì)。在噴燈中通入氫氣和氧氣并點(diǎn)燃產(chǎn)生氫氧焰；向芯層噴燈中通入SiC14和GeC14氣體原料，其在氫氧焰中發(fā)生水解反應(yīng)生成Si02、Ge02粉末并沉積在靶棒的下端，形成預(yù)制棒芯棒的芯層，同時(shí)向包層噴燈中通入SiC14氣體原料，生成的Si02粉末沉積在芯層的周?chē)?，形成預(yù)制棒芯棒的光學(xué)包層。沉積的同時(shí)，提升并旋轉(zhuǎn)靶棒，直至提升到預(yù)先設(shè)定好的結(jié)束棒位后，沉積結(jié)束。在沉積的過(guò)程中，由于排風(fēng)機(jī)本身或是管道局部有堆積物容易導(dǎo)致風(fēng)壓波動(dòng)，此時(shí)火焰表現(xiàn)出一定程度的抖動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。
[0034]沉積結(jié)束的粉末棒經(jīng)過(guò)玻璃化工藝后，使用預(yù)制棒分析儀對(duì)預(yù)制棒芯棒的芯徑，對(duì)折射率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以檢驗(yàn)預(yù)制棒的沉積質(zhì)量(圖2);當(dāng)使用普通整體式抽風(fēng)管道時(shí)，預(yù)制棒芯徑沿長(zhǎng)度方向的波動(dòng)范圍為±4.5%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.08mm。
[0035]實(shí)施例二:使用本發(fā)明中提出的包層芯層分離式排氣管道，包層排氣管道入口到靶棒軸線(xiàn)的距離為400mm，調(diào)整芯層排氣管道入口到靶棒軸線(xiàn)的距離為100mm，開(kāi)啟排氣裝置，設(shè)定芯層排風(fēng)管道壓力為-lOOPa，并開(kāi)啟PID回路調(diào)節(jié)。
[0036]在吊桿上安裝石英靶棒并使其旋轉(zhuǎn)，下降靶棒到矩形反應(yīng)腔體的適當(dāng)位置與噴燈相對(duì)。在噴燈中通入氫氣和氧氣并點(diǎn)燃產(chǎn)生氫氧焰；向芯層噴燈中通入SiC14和GeC14氣體原料，其在氫氧焰中發(fā)生水解反應(yīng)生成Si02、Ge02粉末并沉積在靶棒的下端，形成預(yù)制棒芯棒的芯層，同時(shí)向包層噴燈中通入SiC14氣體原料，生成的Si02粉末沉積在芯層的周?chē)?，形成預(yù)制棒芯棒的光學(xué)包層。沉積的同時(shí)，提升并旋轉(zhuǎn)靶棒，直至提升到預(yù)先設(shè)定好的結(jié)束棒位后，沉積結(jié)束。在沉積的過(guò)程中，當(dāng)排風(fēng)機(jī)由于風(fēng)機(jī)本身或是管道局部有堆積物導(dǎo)致風(fēng)壓波動(dòng)時(shí)，芯層排風(fēng)管道通過(guò)PID回路自動(dòng)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度，控制壓力穩(wěn)定，保證芯層沉積區(qū)域的氣流場(chǎng)穩(wěn)定。
[0037]沉積結(jié)束的粉末棒經(jīng)過(guò)玻璃化工藝后，使用預(yù)制棒分析儀對(duì)預(yù)制棒芯棒的芯徑，對(duì)折射率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以檢驗(yàn)預(yù)制棒的沉積質(zhì)量(圖2);當(dāng)芯層抽風(fēng)壓力設(shè)置在-lOOPa，抽風(fēng)口到芯層沉積區(qū)域中心位置距離10mm時(shí)，預(yù)制棒芯徑沿長(zhǎng)度方向的波動(dòng)范圍為±1%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.17mm，相比普通腔體(整體式抽風(fēng))的穩(wěn)定性有大幅改善。
[0038]實(shí)施例三:基本同實(shí)施例二，調(diào)整芯層排氣管道入口到靶棒軸線(xiàn)的距離為50mm，設(shè)定芯層排風(fēng)管道壓力為-lOOPa，開(kāi)啟芯層排放管道PID回路調(diào)節(jié)。
[0039]沉積結(jié)束的粉末棒經(jīng)過(guò)玻璃化工藝后，使用預(yù)制棒分析儀對(duì)預(yù)制棒芯棒的芯徑，對(duì)折射率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以檢驗(yàn)預(yù)制棒的沉積質(zhì)量(圖3);當(dāng)芯層抽風(fēng)壓力設(shè)置在-lOOPa，抽風(fēng)口到芯層沉積區(qū)域中心位置距離50mm時(shí)，預(yù)制棒芯徑沿長(zhǎng)度方向的波動(dòng)范圍為±1.9%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.40mmο相比實(shí)施例二，當(dāng)芯層抽風(fēng)口離芯層火焰較近時(shí)，局部抽力過(guò)大，有可能不利于火焰形狀的穩(wěn)定，反而對(duì)芯棒參數(shù)沿軸向均勻性造成負(fù)面影響。
[0040]實(shí)施例四:基本同實(shí)施例二，調(diào)整芯層排氣管道入口到靶棒軸線(xiàn)的距離為150mm，設(shè)定芯層排風(fēng)管道壓力為-100Pa，開(kāi)啟芯層排放管道PID控制回路調(diào)節(jié)。
[0041]沉積結(jié)束的粉末棒經(jīng)過(guò)玻璃化工藝后，使用預(yù)制棒分析儀對(duì)預(yù)制棒芯棒的芯徑，對(duì)折射率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以檢驗(yàn)預(yù)制棒的沉積質(zhì)量(圖3);當(dāng)芯層抽風(fēng)壓力設(shè)置在-lOOPa，抽風(fēng)口到芯層沉積區(qū)域中心位置距離150mm時(shí)，預(yù)制棒芯徑沿長(zhǎng)度方向的波動(dòng)范圍為± 1.7%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.38mm。當(dāng)芯層火焰距離抽風(fēng)口較遠(yuǎn)時(shí)，穩(wěn)定火焰的作用相對(duì)減弱。
[0042]綜合實(shí)施例二、三、四，在一定的芯層排風(fēng)抽力下，應(yīng)當(dāng)有一個(gè)合適的距離，使穩(wěn)定芯層火焰的作用達(dá)到最佳。
【權(quán)利要求】
1.一種VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置，包括反應(yīng)腔體和立架，立架上設(shè)置垂直升降座，垂直升降座與旋轉(zhuǎn)吊桿相連，反應(yīng)腔體的一側(cè)為進(jìn)氣端，另一端為排氣端，反應(yīng)腔體內(nèi)安設(shè)有芯部噴燈和包層噴燈，在反應(yīng)腔體的上方對(duì)應(yīng)于芯部噴燈和包層噴燈開(kāi)設(shè)開(kāi)口聯(lián)接上腔體，上腔體中通入旋轉(zhuǎn)吊桿，其特征在于所述的排氣端與包層排氣管道和芯層排氣管道分別相接，包層排氣管道位于排氣端的上方，芯層排氣管道位于排氣端的下方。
2.按權(quán)利要求1所述的VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于所述的芯層排氣管道的入口為可調(diào)伸縮入口，其入口與旋轉(zhuǎn)吊桿軸線(xiàn)的間距可進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于在芯層排氣管道中設(shè)置有壓力傳感器，芯層排氣管道的出口處安設(shè)有蝶閥，壓力傳感器和蝶閥與PID控制回路相連，形成反饋，以使芯層排氣管道的壓力穩(wěn)定可控。
4.按權(quán)利要求1或2所述的VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于所述反應(yīng)腔體的橫向截面為矩形。
5.按權(quán)利要求2所述的VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于所述的芯層排氣管道的入口距離旋轉(zhuǎn)吊桿軸線(xiàn)的間距控制在5(Tl50mm。
6.按權(quán)利要求1或2所述的VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于所述的包層排氣管道的入口距離旋轉(zhuǎn)吊桿軸線(xiàn)的間距為40(T600mm。
7.按權(quán)利要求1或2所述的VAD法制備光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于在反應(yīng)腔體內(nèi)下方一側(cè)對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)吊桿安設(shè)有芯部噴燈和包層噴燈，芯部噴燈安設(shè)在下方，噴口噴射方向與垂線(xiàn)的夾角30?40°，包層噴燈安設(shè)在芯部噴燈的上方，包層噴燈的噴口噴射方向與垂線(xiàn)的夾角為35?45°。
8.一種按權(quán)利要求1所述的裝置制備光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于在旋轉(zhuǎn)吊桿上安裝好石英靶棒并置于反應(yīng)腔體內(nèi)，使其以10-25 rad/min速度旋轉(zhuǎn)；將氫氣和氧氣通入芯部噴燈和包層噴燈，并在反應(yīng)腔體內(nèi)點(diǎn)燃，產(chǎn)生溫度為800至1100°C的火焰；芯部噴燈的中心料孔中通入流量為2.(Γ3.0g/min的SiC14和流量為0.15^0.2g/min的GeC14，發(fā)生水解反應(yīng)，氧化生成Si02、Ge02粉末，沉積于石英靶棒末端，形成芯層；向包層噴燈的中心料孔中通入流量為30.(Γ34.0g/min的SiC14，發(fā)生水解反應(yīng)，生成的Si02粉末附著在芯層外周，形成包層；祀棒以2?3mm/min的速度向上提升,使粉末在祀棒下端連續(xù)沉積成圓柱形粉末棒，與此同時(shí)，潔凈空氣從反應(yīng)腔體一側(cè)的進(jìn)氣端經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)入，形成層流，穿過(guò)沉積區(qū)域，被排氣管道抽走，從而在整個(gè)沉積過(guò)程中排出未沉積于石英靶棒的Si02、Ge02粉末和水解反應(yīng)生成的其他產(chǎn)物；排氣管道分為包層排氣管道和芯層排氣管道，芯層排氣管道入口向沉積區(qū)域伸出一定距離接近石英靶棒下端，與芯部噴燈相對(duì)應(yīng)，將芯部沉積區(qū)域未沉積的粉末快速抽出；當(dāng)粉末棒沉積到設(shè)定長(zhǎng)度后，沉積結(jié)束，即制備成粉末預(yù)制棒，然后將沉積好的粉末預(yù)制棒轉(zhuǎn)移到燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)，通過(guò)脫羥和玻璃化過(guò)程后成為透明的石英棒體。
9.按權(quán)利要求8所述的制備光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于沉積時(shí)芯層噴燈火焰與粉末棒底部接觸部分，處在芯層排氣管道入口同一水平線(xiàn)上；芯層排氣管道入口設(shè)置可調(diào)伸縮入口，用以改變和調(diào)節(jié)排氣入口到芯層沉積區(qū)域的距離。
10.按權(quán)利要求9所述的制備光纖預(yù)制棒芯棒的方法，其特征在于在芯層排氣管道中設(shè)置有壓力傳感器，芯層排氣管道的出口處安設(shè)有蝶閥，并芯層排氣管道上設(shè)置PID回路，使芯層排氣管道壓力與該管道蝶閥開(kāi)度形成反饋機(jī)制，通過(guò)壓力傳感信號(hào)控制管道內(nèi)蝶閥的開(kāi)口，控制芯層管道抽風(fēng)壓力，保持壓力穩(wěn)定，所述的芯層排風(fēng)管道壓力為-8(T-120Pa。
【文檔編號(hào)】C03B37/018GK104445915SQ201410708948
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】黃利偉, 張宏勝, 王瑞春, 顧立新, 孫建華, 朱方龍, 渠馳, 張文俊, 楊軼 申請(qǐng)人:長(zhǎng)飛光纖光纜股份有限公司