一種基于VAD工藝的多預制棒制備系統的制作方法

本實用新型屬于光纖制造技術領域，具體涉及一種基于VAD工藝的多預制棒制備系統。

背景技術：

現有的光纖預制棒制備VAD工藝，首先將高純度的原料化合物(SiCl4、GeCl4)通過氫、氧焰噴槍，在火焰中氣相反應生成SiO2、GeO2玻璃粉末，從火焰方向噴射到一根旋轉的靶棒(氧化鋁棒)上，使之沉積在靶棒上。沉積起始后的靶棒向上提升，使沉積面始終保持在一定的位置，整個反應在容器中進行，通過排氣的恒定來保證火焰的穩定。最后將制成的多孔質母材在電爐中脫水，燒結成透明玻璃體。噴槍的噴嘴結構設計、原料流量、排氣流量、火焰溫度、沉積體表面溫度和旋轉速度，以及沉積體端部的位置等都會影響預制棒母體的外徑和折射率分布的精度。而目前VAD工藝的預制棒生產設備同時只能制作一根預制棒，生產效率低。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于VAD工藝的多預制棒制備系統，實現多棒的同時制作，預制棒的生產效率至少提高2倍；同時，優化結構設計的噴嘴結構能夠有效的將火焰和原料反應區分隔開，并限制火焰的成形區，以此來保障芯層沉積體表面的溫度，最終穩定預制棒的折射率和預制棒的母體外徑，提高預制棒的質量。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種基于VAD工藝的多預制棒制備系統，包括沉積容腔、均設置在沉積容腔內的靶棒、中空的噴槍桿、芯部噴嘴和包層噴嘴，所述芯部噴嘴和包層噴嘴均與噴槍桿的內部連通，各原料和燃料的管道均與噴槍桿的內部連通，所述靶棒通過一升降平臺驅動升降，所述靶棒在電機的驅動下繞自身軸線轉動，所述沉積容腔內設有進氣端和排氣端，其特征在于：所述靶棒具有獨立工作的多個，多個所述靶棒以噴槍桿為中心的對稱設置在噴槍桿的外側，各所述靶棒的中心與噴槍桿的中心的距離均相同，各所述靶棒中心與噴槍桿中心的連線與坐標軸均成45°夾角，多個所述靶棒在各自獨立的電機驅動下繞各自的軸線轉動，多個所述靶棒均設置在升降平臺上；

其還包括一PID控制器、和設置在沉積容腔內的攝像機和高溫計，所述PID控制器控制連接攝像機、高溫計；

所述進氣端和出氣端均設有壓力傳感器、氣泵和氣閥，各原料和燃料的管道上均設有流量泵和物料閥，各壓力傳感器、氣泵、氣閥、流量泵、物料閥和電機均連接PID控制器形成反饋。

本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括所述靶棒為四個。

本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括所述噴槍桿為圓柱體結構，其具有上節和下節，所述芯部噴嘴設置在噴槍桿的下節，所述包層噴嘴設置在噴槍桿的上節，使得芯棒在靶棒的下端沉積，包層在靶棒的沉積芯層外表面沉積。

本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括所述芯部噴嘴的截面為圓形結構，圓形結構的芯部噴嘴具有四組噴口，分別為自內向外依次分布的中心噴口、內屏蔽噴口、中間環孔噴口和外屏蔽噴口，原料化合物與氧氣的混合物自中心噴口中噴出，燃料氣體自中間環孔噴口中噴出，內屏蔽噴口和外屏蔽噴口中均用于噴出氧氣。

本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括所述包層噴嘴與芯部噴嘴的結構相同。

本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括所述芯部噴嘴具有以噴槍桿為中心對稱設置的四個，所述包層噴嘴具有上下位設置的兩組，每組均具有以所述噴槍桿為中心對稱設置的四個。

本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括所述靶棒沉積體表面的溫度為1200℃±50℃。

本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括其還包括一固定夾具，所述固定夾具為圓形結構，其上設有中心通孔和多個靶棒固定孔，多個靶棒固定孔以中心通孔為中心的對稱設置，所述中心通孔用于供噴槍桿穿過，各所述靶棒一一對應的設置在靶棒固定孔內。

本實用新型的有益效果是:

其一、本實用新型的一種基于VAD工藝的多預制棒制備系統，實現多棒的同時制作，預制棒的生產效率至少提高2倍；同時，整個制備過程的各項工藝參數由PID控制器進行反饋環路控制，提高預制棒母體的外徑和折射率的分布精度；

其二、優化結構設計的噴嘴結構能夠有效的將火焰和原料反應區分隔開，并限制火焰的成形區，以此來保障芯層沉積體表面的溫度，最終穩定預制棒的折射率和預制棒的母體外徑，提高預制棒的質量。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例技術中的技術方案，下面將對實施例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實用新型的一些實施例，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。

圖1是本實用新型優選實施例的結構示意圖；

圖2是本實用新型優選實施例固定夾具的結構示意圖；

圖3上本實用新型優選實施例芯部噴嘴的結構示意圖。

其中：2-沉積容腔，4-靶棒，6-噴槍桿，8-芯部噴嘴，10-包層噴嘴，12-PID控制器，14-中心噴口，16-內屏蔽噴口，18-中間環孔噴口，20-外屏蔽噴口，22-中心通孔，24-靶棒固定孔。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型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實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

實施例

如圖1所示，本實施例中公開了一種基于VAD工藝的多預制棒制備系統，包括沉積容腔2、均設置在沉積容腔2內的中空的噴槍桿6、芯部噴嘴8、包層噴嘴10、多個靶棒4、和PID控制器12。各原料和燃料的管道均與噴槍桿6的內部連通，所述芯部噴嘴8和包層噴嘴10均與噴槍桿6的內部連通，各原料和燃料從芯部噴嘴8和包層噴嘴10中噴出在沉積容腔2內燃燒形成火焰。

本實用新型優選靶棒4為四個，四個所述靶棒4以噴槍桿6為中心的對稱設置在噴槍桿6的外側，各所述靶棒4的中心與噴槍桿6的中心的距離均相同，各所述靶棒4中心與噴槍桿6中心的連線與坐標軸均成45°夾角(此處的坐標軸為圖2中XOY坐標軸)，四個所述靶棒在各自獨立的電機驅動下繞各自的軸線轉動，四個所述靶棒均設置在升降平臺上，升降平臺驅動四個靶棒同時上升。如此結構設計的制備系統可以實現四根預制棒的同時制作。當然，根據實際使用需要，還可以同時制作六根、八根甚至更多根，大大提高預制棒的制備效率。

進一步的，沉積容腔2內設有攝像機和高溫計，所述進氣端和出氣端均設有壓力傳感器、氣泵和氣閥，各原料和燃料的管道上均設有流量泵和物料閥，各壓力傳感器、氣泵、氣閥、流量泵、物料閥、電機、攝像機和高溫計均連接PID控制器12形成反饋，整個制備過程的各項工藝參數由PID控制器12進行反饋環路控制，提高預制棒母體的外徑和折射率的分布精度。

進一步的，所述噴槍桿6為圓柱體結構，其具有上節和下節，所述芯部噴嘴8設置在噴槍桿6的下節，所述包層噴嘴10設置在噴槍桿6的上節，具體的，所述芯部噴嘴8具有以噴槍桿6為中心對稱設置的四個，所述包層噴嘴10具有上下位設置的兩組，每組均具有以所述噴槍桿6為中心對稱設置的四個，如此結構使得芯棒在靶棒的下端沉積，包層在靶棒的沉積芯層外表面沉積。

作為本實用新型的進一步改進，如圖3，所示所述芯部噴嘴8的截面為圓形結構，圓形結構的芯部噴嘴具有四組噴口，分別為自內向外依次分布的中心噴口14、內屏蔽噴口16、中間環孔噴口18和外屏蔽噴口20，原料化合物與氧氣的混合物自中心噴口14中噴出，燃料氣體自中間環孔噴口中噴出18，內屏蔽噴口16和外屏蔽噴口20中均用于噴出氧氣。中間環孔噴口中噴出的燃料氣體燃燒形成火焰，中心噴口14中噴出的氣相原料化合物與氧氣的混合物在火焰的高溫下產生氧化反應，形成玻璃粉塵，沉積在靶棒上形成芯棒，包層噴嘴10與芯部噴嘴8的結構相同，其中心噴口14中噴出的氣相原料化合物與氧氣的混合物在火焰的高溫下產生氧化反應，形成玻璃粉塵，附著在芯棒上形成外包層，由此制備形成預制棒母體。內屏蔽噴口16中噴出的氧氣將火焰與原料反應區分隔開來，同時其噴出的氧氣有助于原料的氧化反應更完全；外屏蔽噴口20噴出的氧氣用于限制火焰的成形區。以上優化結構設計的噴嘴，在完成噴射物料的同時，可以保障芯層沉積體表面的溫度，最終穩定預制棒的折射率和預制棒的母體外徑，提高預制棒的質量。

通過控制各原料和燃料的流量、以及優化結構設計的噴嘴結構，使得靶棒沉積體表面的溫度為1200℃±50℃，有效保障成型預制棒的折射率和母體外徑。

本實用新型的靶棒4通過固定家具固定，如圖2所示，所述固定夾具為圓形結構，其上設有中心通孔22和四個靶棒固定孔24，四個靶棒固定孔24以中心通孔22為中心的對稱設置，所述中心通孔22用于供噴槍桿6穿過，各所述靶棒4一一對應的設置在靶棒固定孔24內。

基于上述結構的制備系統，其進行一種多預制棒的制備過程為：安裝好各靶棒4并置于沉積容腔2內，在電機的驅動下各靶棒4以一定的速度旋轉；

將SiCl₄、GeCl₄、O₂通入芯部噴嘴8的中心噴口14，將氫氧混合氣體通入芯部噴嘴8的中間環孔噴口18，將O₂通入芯部噴嘴8的內屏蔽噴口16和外屏蔽噴口20；并在沉積容腔2內點燃產生火焰，氣相原料SiCl₄、GeCl₄、O₂在火焰中反應生成SiO₂、GeO₂粉塵，SiO₂、GeO₂粉塵沉積于靶棒4的末端，形成芯層；

將SiCl₄、O₂通入包層噴嘴10的中心噴口14，將氫氧混合氣體通入芯部噴嘴10的中間環孔噴口18，將O₂通入芯部噴嘴10的內屏蔽噴口16和外屏蔽噴口20；并在沉積容腔2內點燃產生火焰，氣相原料SiCl₄、O₂在火焰中反應生成SiO₂粉塵，SiO₂粉塵附著在芯層外周，形成包層；

在升降平臺的帶動下四個靶棒2同時上升，沉積面始終保持在靶棒2的下端，使得粉塵在各個靶棒2的下端連續沉積成圓柱形芯棒，芯棒沉積完成的部位隨著升降平臺的提升到達噴槍桿6的上節沉積形成外包層，一次獲得四個預制棒。

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實用新型。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實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型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。