用于化學汽相淀積工藝的原材料供給裝置的制作方法

專利名稱：用于化學汽相淀積工藝的原材料供給裝置的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及一種光纖預制件，尤其是涉及用于在化學汽相淀積工藝工程中供給原材料的裝置。
背景技術：
利用光纖作為傳輸介質的光通信能夠以比電通信系統更快的速度傳送大量的信息。同樣，通信質量可能更好，因為光通信不受無線電或磁場的干擾。
光纖由光纖預制件(optical preform)拉出，制造光纖有溶膠凝膠法和汽相淀積法。溶膠凝膠法包括將液體原材料轉變為模塑制品(mold)，以便凝膠化該液體原材料，然后，燒結該凝膠材料以便制造石英玻璃。由于整個過程在低溫進行，生產成本低并且并且容易調節光纖的成分。
具有不同類型的汽相淀積法，包括改進的化學汽相淀積(MCVD)，汽相軸向淀積(VAD)，或外部汽相淀積(OVD)。這些汽相淀積法包括加熱指定的標桿或玻璃管并且同時供給氣體狀態的原材料，以便在標桿或玻璃管上產生套層(suit)，由此生產光纖預制件。作為汽相淀積過程的一部分，液體原材料在指定的用于容納原材料的裝置中蒸發并且后來供給光纖預制件淀積通道。
圖1是在化學汽相淀積過程中用于容納原材料的傳統的裝置100的簡化圖。特別是圖1引入了這種裝置，它包括用于探測起泡器(bubbler)中原材料的液體水平面的水平面傳感器，由此探測是否已經供給或切斷原材料。如圖中所示，用于化學汽相淀積過程的傳統原材料供給裝置100將載氣(carrier gas)B供給起泡器110中的原材料，以便將液體原材料蒸發到氣體狀態C，然后蒸汽供給到淀積單元。當起泡器110中的液體原材料經過相變后供給淀積單元時，起泡器110再添入原材料。起泡器110包括用于接受原材料A的原材料供給管120，用于供給載氣B的氣體管130，和用于將相變原材料C供給淀積單元的蒸汽管140。為了保持起泡器110中的原材料的溫度均勻，溫度傳感器113和加熱器115設置在起泡器110中。
安裝在起泡器110中的水平面傳感器111用于保持起泡器110內的原材料量在一定的水平面內。當起泡器110內的原材料逐漸增加，水平面傳感器111產生信號，以便控制是否應當繼續或切斷原材料流。
然而，當水平面傳感器用于在供給原材料之前探測起泡器內的原材料量時傳統的方法中具有缺點。特別是當原材料正在供給時或當原材料經歷相變時，起泡器內的原材料引起的干擾往往引起水平面傳感器的誤動作。此外，傳統的裝置降低了整體工作效率，因為當正在接受原材料時不能進行淀積過程。
利用水平面傳感器的傳統裝置的另一個缺點是難于保持起泡器中原材料的恒定量，因為無論何時起泡器內的原材料量低于一定的水平面就會添加原材料。當相變(即液體到氣體)原材料量不一致時，難于保持恒定的蒸汽壓力，并且需要供給淀積單元的蒸汽量不均勻。結果，這些因素往往使淀積的光纖預制件的質量惡化。
圖2是用于化學汽相淀積過程中的傳統裝置200的簡化圖，該裝置中安裝了一個機械閥，該閥根據起泡器內的原材料的重量打開/關閉。如圖2所示，現有技術的裝置200包括外部起泡器210a和內部起泡器210b。內部起泡器210b設有載氣B′并且將液體原材料蒸發到氣體狀態C′，然后供給淀積單元。同時，當外部起泡器210a和內部起泡器210b內被蒸發的原材料供給淀積單元時，外部起泡器210a和內部起泡器210b補充原材料。為此，起泡器210a，210b包括用于接受原材料A′的原材料供給管220，用于供給載氣B′的氣體管230，和用于將相變原材料C′供給淀積單元的蒸汽管240。此外，為了保持起泡器210a，210b中原材料溫度均勻，溫度傳感器213和加熱器215還設置在起泡器210a，210b中。因而當原材料消耗并且最終打開壓力操作閥225以便將原材料供給起泡器210a，210b時由于供給管220的內部壓力內部起泡器210b逐漸升高到表面。美國專利No.5,938,985披露了這種原材料供給裝置的更多的細節。
然而，當用于利用壓力操作閥供給原材料的管子之中必須保持恒定的壓力時，管子會容易損壞。此外，在壓力操作閥和管子流入口之間由于機械摩擦會產生不期望的污染物。

發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種用于化學汽相淀積工藝的原材料供給裝置，該裝置能夠以恒定的蒸汽壓力供給淀積單元蒸汽。
本發明的另一個目的是提供一種用于在化學汽相淀積工藝過程中供給原材料的裝置，特別是提供一種能夠以更穩定的狀態供給起泡器原材料的裝置。
本發明的又一個目的是提供一種裝置，該裝置用于化學汽相淀積工藝并且能夠容易地調節供給淀積單元的蒸汽的壓力。
因此，本發明提供一種用于化學汽相淀積工藝的原材料供給裝置，包括用于蒸發液體原材料并且供給淀積單元蒸發的原材料的起泡器；及，用于供給起泡器液體原材料的原材料箱，其中原材料箱預先保存將被供給起泡器的液體原材料并且預熱液體原材料。原材料箱內的原材料通過多個空心的微管供給起泡器，并且當起泡器內的原材料逐漸減少時，原材料箱的內部壓力增加，用于連續地將原材料供給起泡器，由此保持起泡器內的原材料量和起泡器內的蒸汽壓力均勻一致或始終如一。


通過下面結合附圖進行詳細描述，本發明的上述特征和優點，其中圖1是根據現有技術實施方式的用于化學汽相淀積過程中的裝置的示圖；圖2是根據另一個現有技術實施方式的用于化學汽相淀積過程中的裝置的示圖；及圖3是根據本發明優選實施例的用于化學汽相淀積過程中的裝置的示圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發明的優選實施方式。為了清除和簡單，眾所周知的功能或結構不詳細描述，因為這些功能和結構的不必要細節會使本發明不清楚。
圖3是根據本發明優選實施例的用于化學汽相淀積過程中的裝置300的示圖。如圖所示，實施本發明啟示的化學汽相淀積工藝的裝置300包括起泡器310，原材料箱320，及多個管子和傳感器。起泡器310用于蒸發原材料箱320中通過指定管子添加的液體原材料(C·I)。起泡器310內的蒸汽(V·O)供給用于后面生產階段的光纖預制件淀積單元。起泡器310包括內部起泡器311和外部起泡器313。內部起泡器311接收來自外部的載氣(C·G)并且蒸發液體原材料。即使假設向外部供給到裝置300的起泡器的原材料與起泡器310內的原材料處于相同的狀態(即，原材料的溫度)，也難于控制許多外部條件或原材料的相變來實現相同的條件。為此，設有外部起泡器313，以便降低從外部添加的原材料和起泡器內部的原材料之間的溫度差異。
原材料箱320預熱從外部供給的原材料(C·I)并且將預熱的原材料供給起泡器310。原材料箱320基本上分成流入單元321和流出單元323。流入單元321是保存從外部供給的原材料(C·I)的地方，而流出單元323是保存供給起泡器310的原材料的地方。這基于應用于安裝有內部起泡器311和外部起泡器313的起泡器310的同一原理，其中從外部供給的原材料(C·I)中的一些與原材料箱320內預熱后供給起泡器的原材料分開，由此使供給起泡器310的原材料的狀況/條件類似于起泡器310內的原材料的狀況/條件。
起泡器310和原材料箱320通過空心微管(hallow microtube)340彼此連接。空心微管340具有從供給起泡器310的原材料中過濾任何相異物質(alien substance)的功能。為了減小從原材料箱320到起泡器310的原材料的供給通道，起泡器310和原材料箱320優選以一體制造并且空心微管340優選安裝在起泡器310的下部中。實際上，起泡器310，原材料箱320，以及空心微管340安裝在熱絕緣體330中，以便保持原材料的狀況/條件均勻一致或始終如一。
因此，原材料從外面供給原材料箱320，然后在原材料箱320內在大體類似起泡器310內的溫度預熱后通過空心微管340供給起泡器310。因此，原材料箱320中供給的原材料和起泡器310內的原材料之間的溫度差值在原材料箱320中被補償。同樣，供給原材料箱320的原材料和起泡器320內的原材料之間的壓力差值也在原材料箱320中被補償，因為原材料供給起泡器310之后原材料箱320內保持恒定的蒸汽壓力。同樣地，當新的原材料從外部供給，起泡器310內能夠均勻地保持原材料的相變，而不會受到可能由溫度或壓力差異所引起的任何影響。但是，如果需要，熱絕緣體330能夠具有用于加熱原材料的加熱裝置(圖中未示出)，因為在起泡器310處發生的原材料的相變非常依賴于原材料的溫度。因此，在作為選擇的實施方式中，優選預熱原材料箱320中的原材料。
光纖預制件的淀積狀態依供給淀積單元的蒸汽的蒸汽壓力(V·O)而變化。因此，保持起泡器310中恒定的蒸汽壓力以獲得優質的光纖預制件是非常重要的。保持起泡器310內恒定蒸汽壓力的優選方式是通過使原材料的相變以恒定的速度進行。然而，這取決于原材料的溫度和原材料與載氣(C·G)的接觸時間。接觸時間還受原材料的液體水平面或液位的影響。為了保持起泡器310中的蒸汽壓力均勻一致，起泡器310包括用于探測蒸汽壓力的第一壓力傳感器351。同時，作為一種調節蒸汽壓力的方式，將惰性氣體(inert gas)(G·I)供給原材料箱320或從原材料箱320中排出。即，當起泡器310內的蒸汽壓力降低時，惰性氣體(G·I)供給原材料箱320。結果，起泡器310的原材料供給加速并且起泡器310內的原材料量增加。而且，原材料的相變也加速。類似地，當起泡器310內的蒸汽壓力增加時，原材料箱320內的惰性氣體通過排氣管線325排出，并且起泡器310中的蒸汽壓力不再增加。優選方式是，氮氣用作供給原材料箱320的惰性氣體(G·I)。
總之，通過調節原材料箱320的壓力，可以保持起泡器310中的原材料量在恒定的水平面，致使原材料以恒定的速度相變，并且保持起泡器內蒸汽壓力均勻一致。此外，通過供給或排出惰性氣體，能夠調節原材料箱320的內部壓力，并且由此能夠調節起泡器310內的蒸汽壓力。這使得能夠容易地調節光纖預制件的淀積速度，從而，根據要制備的光纖形成對于光纖預制件的合適淀積條件。
繼續參照圖3，當正進行淀積過程時，原材料箱320內的原材料連續地消耗，因此，無論何時這種情況發生，都確定是否添加原材料。
作為探測原材料箱320內原材料量的裝置，設置第二壓力傳感器353，水平面傳感器355，和載荷傳感器357并且上述傳感器的任何組合能夠選擇性地用于發送應用。例如，如果使用第二壓力傳感器353，通過計算第一壓力傳感器351和第二壓力傳感器353之間的壓力差值能夠探測原材料箱320內的原材料量。這能夠通過下面的等式更好地解釋，該式由柏努利原理導出。
PP-Pb＝ρghb-ρghp這里，PP表示原材料箱320的內部壓力；Pb表示起泡器310內的蒸汽壓力；hb表示起泡器310內的原材料的液體水平面高度；ρ表示原材料的密度；并且g表示重力(gravity)即重力加速度。因為原材料的密度ρ和重力g相同，起泡器310和原材料箱310之間的壓力差值通過起泡器310和原材料箱320內的液體原材料的液位差值表明。當起泡器310內的原材料量和蒸汽壓力假定保持在恒定的水平，原材料箱320的液位依原材料箱320的壓力而變化。從而，測得的原材料箱320和第二壓力傳感器353的壓力確定是否應當添加原材料。
如果原材料箱320的液位下落到低于一定的高度，應當從外面添加原材料(C·I)，并且當添加原材料(C·I)時，將原材料箱320內的惰性氣體排出(G·O)，逐漸減小原材料箱320的內部壓力。即使當原材料正在添加到原材料箱320中的時候，起泡器310內也能夠繼續進行原材料的相變。同樣，為了有足夠的時間預熱添加到原材料箱320中的原材料同時使得淀積過程繼續進行，不應當立刻或同時添加到原材料箱320中大量原材料，盡管其中的液位極其低。
關于水平面傳感器355，能夠使用光學傳感器，超聲波傳感器，或放射線液位計(radiation level meter)。水平面傳感器355預先指定原材料箱320內的原材料的最小允許水平面高度，并且如果液體水平面到達了最小允許水平面高度，就應當添加原材料。在這種情況中添加原材料時，原材料箱320內的內部壓力應當通過排出其中的惰性氣體(G·O)逐漸降低。注意在使用水平面傳感器之前，水平面傳感器可能在探測液位上出現錯誤，因為原材料是流體。
載荷傳感器357探測原材料箱320內的原材料的重量并且確定是否需要添加原材料。載荷傳感器357將根據重量產生的物理(量)變化轉換成電子信號。常用的載荷傳感器357表現為貼在金屬桿或金屬板上的應變片。應變片探測根據不同的重量金屬桿和金屬板的變化所引起的電阻的變化。由此，載荷傳感器357通過探測電阻的變化計算原材料重量的任何變化。類似于水平面傳感器355，載荷傳感器357也預先指定原材料箱320內的原材料的最小允許重量，從而當原材料重量達到最小允許重量時，能夠添加原材料。再一次地在這中情況中，添加原材料時，原材料箱320內的內部壓力應當通過排出其中的惰性氣體(G·O)逐漸降低。
作為選擇，還有另外的周期性或定時性地添加原材料的方法，而不利用任何探測原材料量的裝置。這是可能的，因為起泡器310內的原材料以恒定的速度消耗而沒有任何變化。因此，當相變進行的同時原材料能夠定時添加。
如上所述，本發明不同于傳統的方法，其中在向起泡器添加原材料之前探測起泡器的液體水平面高度并且調節原材料箱320內的原材料量和原材料箱320內的內部壓力，同時保持起泡器310內的原材料量和起泡器310的內部壓力恒定。同樣地，即使當從外部供給原材料時，起泡器310根本不受影響，從而能夠繼續用于淀積光纖預制件的原材料所進行的相變，而不會停止。
總之，本發明引入了更方便向起泡器連續不斷地添加原材料的方法，即調節原材料箱的內部壓力。以這種方式，起泡器內的原材料量能夠保持均勻一致并且相變速度也恒定。由此，能夠使供給起泡器的新原材料的任何差異最小。此外，本發明通過利用具有過濾功能的空心微管使裝置中的機械摩擦最小，能夠防止原材料被污染。此外，本發明通過使用諸如氮的惰性氣體調節原材料箱的內部壓力，其中所述惰性氣體適合于光纖預制件的淀積并且使得起泡器的蒸汽壓力容易調節。最后，與現有技術不同，因為即使當原材料補充時也能繼續進行淀積過程，因此本發明能夠提高生產率。
盡管參照一定的優選實施例圖示和描述了本發明的，但在不偏離本發明的精神和原理，以權利要求和其等同原則所限定的范圍的情況下，可以對實施例做出細節和形式上的各種修改，這對本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種用于供給化學汽相淀積工藝中使用的原材料的裝置，所述裝置包括起泡器，用于蒸發用于后繼淀積的液體原材料并供給到淀積單元；及箱，用于預熱液體原材料，所述預熱的液體原材料用于通過多個空心的微管后繼供給到起泡器，其中當起泡器內的液體原材料蒸發時所述箱的內部壓力增加，由此保持起泡器內的液體原材料量和蒸汽壓力實質上均勻一致。
2.根據權利要求1所述的裝置，還包括第一壓力測量裝置，安裝在起泡器中用于測量起泡器內的蒸汽壓力；及第二壓力測量裝置，安裝在所述箱中用于測量所述箱的內部壓力，其中選擇性地調節所述箱的內部壓力以便保持起泡器的蒸汽壓力在恒定的水平。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中如果所述箱的內部壓力和起泡器內的蒸汽壓力之間的差值超過預定的差值，則向所述箱中添加液體原材料。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述箱的內部壓力通過供給惰性氣體到所述箱中逐漸增加。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述惰性氣體是氮氣。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述箱包括安裝在其中用于測量液體原材料的水平面高度的多個水平面傳感器，從而如果所述箱內的液體原材料的水平面高度下落到低于預定的水平面高度，則能夠添加傳送到所述箱中的原材料。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中所述箱包括安裝在其中用于測量液體原材料的重量的多個載荷傳感器，從而如果所述箱內的液體原材料的重量減小到低于預定的重量，則能夠添加傳送到所述箱中的液體原材料。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中當起泡器中液體原材料正在蒸發的同時定時性地添加液體原材料。
9.根據權利要求1所述的裝置，還包括位于所述箱和起泡器之間的空心的微管過濾器，用于防止液體原材料內的任何外來雜質傳送到起泡器。
10.根據權利要求1所述的裝置，其中所述箱，空心微管和起泡器安裝在一個熱絕緣體中以便保持液體原材料的溫度均勻一致。
11.根據權利要求1所述的裝置，還包括排氣管線，如果所述箱變得過壓，排氣管線降低所述箱的內部壓力。
全文摘要
一種用于化學汽相淀積工藝的原材料供給裝置，所述裝置包括用于蒸發液體原材料并且供給淀積單元蒸發的原材料的起泡器；及用于供給起泡器液體原材料的原材料箱，其中原材料箱預先保存將供給起泡器的液體原材料并且預熱液體原材料，并且原材料箱內的原材料通過多個空心的微管供給起泡器，并且其中當起泡器內的原材料逐漸消耗時，調節原材料箱的內部壓力，改變供給起泡器的原材料量，由此調節起泡器內的原材料量和起泡器內的蒸汽壓力。
文檔編號C23C16/448GK1482083SQ0314780
公開日2004年3月17日 申請日期2003年6月25日 優先權日2002年6月25日
發明者姜求永 申請人:三星電子株式會社