大尺寸光纖預制棒的脫羥退火方法及裝置與流程

本發明涉及光纖制造領域，尤其涉及大尺寸光纖預制棒的脫羥退火方法及裝置。

背景技術：

大尺寸光纖預制棒通常是指直徑在120mm以上，長度在1500mm以上的光纖預制棒，利用外部氣相沉積法(OVD)制造大尺寸光纖預制棒，其內部除了內應力外還會存在一定量的羥基(OH)，這會導致光纖預制棒在拉絲過程中出現衰減超標、斷纖、F變等情況。針對上述情況，現有技術將單根大尺寸光纖預制棒懸掛于石英管中，通過石英管外圍包裹的加熱元件直接加熱到一定到溫度，通過預設一個保溫時長對其進行保溫，然后直接降溫冷卻，使大尺寸光纖預制棒的內部的熱應力消除，同時去除過量的羥基。但是在冷卻過程中，會產生新的熱應力，產生熱應力的主要原因是因為大尺寸光纖預制棒尺寸較大，導致其內外層或不同部位存在溫度梯度，在冷卻過程中，由于光纖預制棒的形狀、厚度、受冷卻程度等不同，各部位將形成溫度梯度，從而引起制品中產生不規則的熱應力。

綜上所述，如何有效地解決大尺寸光纖預制棒重新加熱去熱應力后產生新的熱應力的問題，同時使羥基含量保持在合理范圍內，是目前本領域技術人員急需解決的問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種大尺寸光纖預制棒的脫羥退火方法，能有效地解決光纖預制棒重新加熱去熱應力后產生新的熱應力的問題，同時可以使羥基含量保持在合理范圍內。本發明還提供了相應的脫羥退火裝置以實施本發明的方法。

一種大尺寸光纖預制棒的脫羥退火方法，包括以下步驟：

1)將多根光纖預制棒放置在退火爐內，且各光纖預制棒之間留有間隙；

2)將光纖預制棒加熱至去應力溫度，所述加熱至去應力溫度的過程包括三次勻速升溫的階段，且滿足：起始階段升溫速度≥中間階段升溫速度≥最終階段升溫速度；

3)對光纖預制棒以預設的保溫時長進行保溫；

4)將光纖預制棒降溫至預設的冷卻溫度，所述降溫至預設的冷卻溫度包括四次勻速降溫的階段，且滿足：第四階段降溫速度≥第三階段降溫速度≥第二階段降溫速度≥第一階段降溫速度。

脫羥退火方法通過三次逐漸升溫將預制棒加熱至去應力溫度，且根據預制棒的特性，三個階段的升溫速度不同且逐漸降低，這種加熱形式能夠保證預制棒的熱穩定性；保溫的目的是為了使預制棒的內部充分受熱，確保去應力的可靠性；通過四次逐漸降溫的方式，且前面階段的降溫速度低于后面階段的降溫速度，這種降溫方式，能夠有效保證預制棒的內部的熱量能夠緩和均勻的散發出來，進而有效地避免了光纖預制棒在去熱應力工藝中產生新的熱應力。本脫羥退火方法通過加熱，能夠將光纖預制棒內的部分羥基脫離，從而使羥基含量保持在合理范圍內。

可選的，所述步驟2)中，起始階段升溫速度為10～15℃/min，中間階段升溫速度為5～10℃/min，最終階段升溫速度為3～5℃/min；其中，起始階段用于將溫度升溫至550～650℃，中間階段用于將溫度升溫至850～950℃，最終階段用于將溫度升溫至1070～1130℃。

可選的，所述步驟3)中，預設的保溫時長為400～500min。

可選的，所述步驟4)中，第一階段降溫速度為1～5℃/min，第二階段降溫速度為5～10℃/min，第三階段降溫速度為10～15℃/min，第四階段降溫速度為15～20℃/min；第一階段用于將溫度降低至950～1050℃，第二階段用于將溫度降低至680～770℃，第三階段用于將溫度降低至400～500℃，第四階段用于將溫度降低至50～70℃。

可選的，所述步驟1)中，多根光纖預制棒的兩端通過石英支架放置在退火爐內，石英支架使退火爐內的光纖預制棒分為水平設置的多層疊加結構。

現有技術將光纖預制棒直接定置于退火爐底部鋪設的耐高溫硅酸鋁纖維毯上，整個退火爐內一次最多只能平鋪4根光纖預制棒，而通過石英支架的放置光纖預制棒，能夠大大增加光纖預制棒的數量，能夠合理利用退火爐的空間，提高了光纖預制棒退火的效率和產量。采用石英材質相對于使用石墨支架而言，避免了石墨易揮發造成預制棒表面雜質后續拉絲斷纖率高的問題，且石英玻璃的聚焦性質能夠使保溫熱量更加集中且合理利用了爐膛內部空間，提升了保溫效率。

本申請還公開了一種用于實現上述方法的大尺寸光纖預制棒的脫羥退火裝置，包括：

退火爐，所述退火爐內安裝有加熱元件以及用于探測光纖預制棒溫度的熱電偶；

兩組石英支架，分別放置在退火爐內多根光纖預制棒的兩端，使光纖預制棒分為水平設置的多層疊加結構，且各光纖預制棒之間留有間隙。

可選的，每組石英支架均包括：

一個石英底座，石英底座頂部具有多個間隔設置的半圓弧形凹槽；

若干石英架，石英架的上下側均設置有多個間隔布置的半圓弧形凹槽，相配合的兩個半圓弧形凹槽構成與光纖預制棒外壁相配合的圓柱形限位孔；

所述石英底座與其中一個石英架相互嵌合配合，相鄰兩個石英架之間相互嵌合配合。

石英底座設置在最底部，石英底座上依次疊加有若干石英架，石英底座與石英架配合側能夠形成多個限位孔，相配合的兩個石英架配合側也能夠形成多個限位孔，每個限位孔均能限定一根預制棒，石英支架的這種結構形式使光纖預制棒分為多層水平放置且各光纖預制棒之間留有間隙。

本申請的石英底座頂面具有多個定位槽，石英架的頂部設置有定位槽，石英架的底部設置有定位塊，所述定位槽和定位塊相互嵌合配合，這種結構形式能夠保證石英支架的穩定性，即使疊加多層預制棒也能夠可靠限定住。

可選的，退火爐側壁設置有保溫纖維層。

本申請中，min表示分鐘，℃/min表示度每分鐘。

本發明的優點在于：脫羥退火方法通過三次逐漸升溫將預制棒加熱至去應力溫度，且根據預制棒的特性，三個階段的升溫速度不同且逐漸降低，這種加熱形式能夠保證預制棒的熱穩定性；保溫的目的是為了使預制棒的內部充分受熱，確保去應力的可靠性；通過四次逐漸降溫的方式，且前面階段的降溫速度低于后面階段的降溫速度，這種降溫方式，能夠有效保證預制棒的內部的熱量能夠緩和均勻的散發出來，進而有效地避免了光纖預制棒在去熱應力工藝中產生新的熱應力。

附圖說明

圖1為大尺寸光纖預制棒的脫羥退火裝置；

圖2為石英支架的結構示意圖；

圖3為兩組石英支架與預制棒配合的示意圖。

附圖標記為：

1、退火爐；2、石英支架；3、光纖預制棒；4、熱電偶；10、石英底座；11、半圓弧形凹槽；12、定位槽；13、定位塊；14、石英頂架；15、石英架。

具體實施方式

為了使本發明更加清楚，現結合附圖和實施例加以詳細的解釋說明。

一種大尺寸光纖預制棒的脫羥退火方法，參照圖1，包括以下步驟：

1)將多根光纖預制棒3放置在退火爐1內，且各光纖預制棒3之間留有間隙；

2)將光纖預制棒3加熱至去應力溫度，加熱至去應力溫度的過程包括三次勻速升溫的階段，且滿足：起始階段升溫速度≥中間階段升溫速度≥最終階段升溫速度；

3)對光纖預制棒3以預設的保溫時長進行保溫；

4)將光纖預制棒3降溫至預設的冷卻溫度，降溫至預設的冷卻溫度包括四次勻速降溫的階段，且滿足：第四階段降溫速度≥第三階段降溫速度≥第二階段降溫速度≥第一階段降溫速度。

脫羥退火方法通過三次逐漸升溫將預制棒3加熱至去應力溫度，且根據預制棒3的特性，三個階段的升溫速度不同且逐漸降低，這種加熱形式能夠保證預制棒3的熱穩定性；保溫的目的是為了使預制棒3的內部充分受熱，確保去應力的可靠性；通過四次逐漸降溫的方式，且前面階段的降溫速度低于后面階段的降溫速度，這種降溫方式，能夠有效保證預制棒3的內部的熱量能夠緩和均勻的散發出來，進而有效地避免了光纖預制棒3在去熱應力工藝中產生新的熱應力。本脫羥退火方法通過加熱，能夠將光纖預制棒內的部分羥基脫離，從而使羥基含量保持在合理范圍內。

于本實施例中，步驟2)中，起始階段升溫速度為10～15℃/min，中間階段升溫速度為5～10℃/min，最終階段升溫速度為3～5℃/min；其中，起始階段用于將溫度升溫至550～650℃，中間階段用于將溫度升溫至850～950℃，最終階段用于將溫度升溫至1070～1130℃。

于本實施例中，步驟3)中，預設的保溫時長為400～500min。

于本實施例中，步驟4)中，第一階段降溫速度為1～5℃/min，第二階段降溫速度為5～10℃/min，第三階段降溫速度為10～15℃/min，第四階段降溫速度為15～20℃/min；第一階段用于將溫度降低至950～1050℃，第二階段用于將溫度降低至680～770℃，第三階段用于將溫度降低至400～500℃，第四階段用于將溫度降低至50～70℃。

于本實施例中，步驟1)中，多根光纖預制棒3的兩端通過石英支架2放置在退火爐1內，石英支架2使退火爐1內的光纖預制棒3分為水平設置的多層疊加結構。

現有技術將光纖預制棒3直接定置于退火爐1底部鋪設的耐高溫硅酸鋁纖維毯上，整個退火爐1內一次最多只能平鋪4根光纖預制棒3，而通過石英支架2的放置光纖預制棒3，能夠大大增加光纖預制棒3的數量，能夠合理利用退火爐1的空間，提高了光纖預制棒3退火的效率和產量，實際運用時，可以設置3層光纖預制棒，每層均設置4根，相對于現有技術而言，放置量提高了2倍。采用石英材質相對于使用石墨支架而言，避免了石墨易揮發造成預制棒3表面雜質后續拉絲斷纖率高的問題，且石英玻璃的聚焦性質能夠使保溫熱量更加集中且合理利用了爐膛內部空間，提升了保溫效率。

如圖1、2和3所示，本實施例還公開了一種用于實現上述方法的大尺寸光纖預制棒3的脫羥退火裝置，包括：

退火爐1，退火爐1內安裝有加熱元件以及用于探測光纖預制棒3溫度的熱電偶4；

兩組石英支架2，分別放置在退火爐1內多根光纖預制棒3的兩端，使光纖預制棒3分為水平設置的多層疊加結構，且各光纖預制棒3之間留有間隙。

如圖2和3所示，于本實施例中，每組石英支架2均包括：

一個石英底座10，石英底座10頂部具有多個間隔設置的半圓弧形凹槽11；

若干石英架15，石英架15的上下側均設置有多個間隔布置的半圓弧形凹槽11，相配合的兩個半圓弧形凹槽11構成與光纖預制棒3外壁相配合的圓柱形限位孔；

石英底座10與其中一個石英架15相互嵌合配合，相鄰兩個石英架15之間相互嵌合配合。

石英底座10設置在最底部，石英底座10上依次疊加有若干石英架15，石英底座10與石英架15配合側能夠形成多個限位孔，相配合的兩個石英架15配合側也能夠形成多個限位孔，每個限位孔均能限定一根預制棒3，石英支架2的這種結構形式使光纖預制棒3分為多層水平放置且各光纖預制棒3之間留有間隙。

本申請的石英底座10頂面具有多個定位槽12，石英架15的頂部設置有定位槽12，石英架15的底部設置有定位塊13，定位槽12和定位塊13相互嵌合配合，這種結構形式能夠保證石英支架2的穩定性，即使疊加多層預制棒3也能夠可靠限定住。

于本實施例中，每組石英支架2還包括設置在最上層石英架15上部的石英頂架14，石英頂架14的下部具有多個間隔布置的半圓弧形凹槽11，上部具有多個間隔布置的半圓弧形凹槽11或者V型槽，石英頂架14的底部設置有定位塊13，該定位塊13用于與相應石英架15的定位槽12配合。

于本實施例中，退火爐1側壁設置有保溫纖維層。

以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此即限制本發明的專利保護范圍，凡是運用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的保護范圍內。