专利名称：用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤领域，涉及一种在多组分玻璃光纤制造过程中用于加热光纤预制棒的100-600°C中低温高精密加热炉，特别适用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块。
背景技术：
光纤是21世纪通讯和科技发展不可缺少的材料。其中主要用于光纤通讯领域，同时用于医疗，军事，科研，大气监测等等许多领域。光纤在国民生产和国防建设中有着重要和关键的应用，实现科技高速发展，改变通讯手段，以及提高人民物质和精神文明建设具有十分重大意义。如何拉制出符合设计要求并可实用的光纤，控制预制棒的加热温度区间是至关重 要的。现阶段光纤预制棒的加热模块设计有许多方式可以尝试使用，但是如果温场无法控制，会使得不同区域加热会出现偏差，温度可控范围变小，光纤在拉制过程出现析晶，光纤丝径不稳定且误差很大，光纤易断裂。目前，虽然普通石英光纤在光通讯领域有广泛的应用，其制作技术也相对成熟，这主要得益于高温的石墨电阻炉的设计成功，其温度区间涵盖了 1100-2300°C，温度区间尖锐，温度精确可控±1°C。而大部分多组分玻璃光纤的制造技术并不成熟，除了光纤预制棒玻璃块体材料的制作难度，中低温多组分玻璃光纤的拉制也是业界难题，尚无成熟的加热技术确保多组分玻璃光纤能够在尖锐温度区间内误差可控的拉制成功。为解决这一业界难题，必须研制一种温度区间尖锐、热量充足、惰性气氛环境保护、气流平衡可控的高精密光纤预制棒加热炉。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块，该用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块能使电阻式加热炉在预制棒加热炉的工作区间能使用自然温度分布形成尖锐温度加热区间，温控范围区间准确，精度高，百度降温区间的半径合理。本实用新型的技术方案是这样解决的本实用新型提供了一种用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块，所述均匀加热模块包括石英管和六个小电棒，六个小电棒紧密堆积在石英管外面，六个小电棒与石英管之间紧密贴合，六个小电棒串联，小电棒外面填充保温材料。所述均匀加热模块包括石英管和在石英管外面紧密堆积的轻质耐火材料，耐火材料上刻有三个小槽，电阻丝穿过小槽并缠绕三圈；耐火材料外面填充有保温材料。所述均匀加热模块包括石英管和在石英管外面浇注成倒喇叭形的加热环；加热环外面填充有保温材料。所述保温材料是石棉。由均匀加热模块、惰性保护气体循环系统、温度控制系统、真空系统、水冷系统来形成一个尖锐温度加热区间；通过均匀加热模块使加热区间形成一个尖锐温度分布，并且使温度梯度缓慢升温预热，精确控制百度加热区间的半径；而且真空系统通过控制抽取炉子和预制棒的真空度间接改变炉子温度分布，从而促使尖锐加热区间的形成；另外，通过温度控制系统直接调节温度变化，调节小电棒的加热预制棒，保护气直接改变加热区间和预热区温度，水冷循环系统间接改变加热区间的温度。所述的尖锐温度加热区间形成方法，按下述步骤进行(I)用六个小电棒紧密堆积在石英管外面，彼此之间紧密贴合；(2)采用串联方式将小电棒链接，保证所有发热体电流相同，故而发热量相同；(3)小电棒外面填充保温材料，保持加热炉温度并避免热量散失；(4)连接好真空系统，通过真空控制系统间接控制和影响加热区间的温度； (5)连接好温度控制接线，通过温度控制系统来调节加热区间温度；(6)连接水冷系统和保护气循环系统；(7)在最外面套上透明的石英罩以观察里面预制棒长度变化。所述的尖锐温度加热区间形成方法，按下述步骤进行(I)在石英管外面紧密堆积轻质耐火材料；(2)在耐火材料上刻上三个小槽，将电阻丝穿过小槽缠绕三圈；(3)耐火材料外面填充保温材料保温，保持加热炉温度；(4)连接好真空系统，通过真空控制系统间接控制和影响加热区间的稳定；(5)连接好温度控制接线，通过温度控制系统来调节加热区间温度；(6)连接水冷系统和保护气循环系统；(7)在最外面套上透明的石英罩以观察里面预制棒长度变化。所述的尖锐温度加热区间形成方法，按下述步骤进行(I)控制和计算各部分加热环的金属厚度以及喇叭区的倾斜角度，以此制造模具进行烧筑；(2)在石英管外面浇注成倒喇叭形的加热环；(3)在加热环外面填充保温材料保温，保持加热炉温度；(4)连接好真空系统，通过真空控制系统间接控制和影响加热区间的稳定；(5)连接好温度控制接线，通过温度控制系统来调节加热区间温度；(6)连接水冷系统和保护气循环系统；(7)在最外面套上透明的石英罩以观察里面预制棒长度变化。本实用新型采用在石英管外面推上小电棒，并且保持部分区域严格密封，所有电阻相同，精确控制预热区，通过加热六个小电棒，使加热区间形成一个尖锐温度加热区间，并且使温度梯度缓慢升温预热，精确控制百度加热区间的半径(最高温度至陡降100°c的纵向距离)；而且真空系统通过控制抽取炉子和预制棒的真空度间接改变炉子温度分布，从而促使尖锐加热区间的形成；另外，通过温度控制系统直接调节温度变化，调节小电棒的加热预制棒，保护气直接改变加热区间和预热区温度，水冷循环系统间接改变加热区间的温度，这些都有助于形成尖锐加热区。本实用新型采用在推着石英管外面的耐火材料上刻上三个凹槽，用电阻丝缠绕并埋入凹槽内，通过三圈电阻丝加热，使加热区间形成一个尖锐温度分布，并且在预热区和加热区间使温度梯度缓慢升温预热，精确控制百度加热区间的半径(最高温度至陡降100°c的纵向距离)；而且真空系统通过控制抽取炉子和预制棒的真空度间接改变炉子温度分布，在一定程度促使尖锐加热区间的形成，温度控制系统直接调节温度变化，调节电阻丝的加热炉内预制棒，通入保护气直接改变加热区间和预热区温度，水冷循环系统间接影响加热区间的温度，这些都有助于形成尖锐加热区。本实用新型采用在实施加热环浇筑成型，为倒喇叭形结构，自动形成尖锐加热区间和预热区，通过倒喇叭形结构加热环加热，使加热区间形成一个尖锐温度分布，并且使温度梯度缓慢升温预热，精确控制百度加热区间的半径(最高温度至陡降100°c的纵向距离)；而且真空系统通过控制抽取炉子和预制棒的真空度间接改变炉子温度分布，在一定程度促使尖锐加热区间的形成，温度控制系统直接调节温度变化，调节加热环的加热，通入保护气直接改变加热区间和预热区温度，水冷循环系统间接影响加热区间的温度，这些都有助于形成尖锐加热区。本实用新型与现有技术相比，通过小电棒，电阻丝，加热环形成一个尖锐温度加热 区，严格控制百度加热区间距离。通过温度控制系统，真空控制系统，气体循环系统和水冷系统来间接“影响”加热区的温度分布，促使加热炉形成尖锐加热区。这样做方法简单，精度高，温度可调范围大，升温呈现梯度，温度控制精度高，光纤丝径稳定，光纤析晶程度相比别的加热炉少，使用寿命长。
图I是本实用新型所提供电阻丝加热模式示意图；图2是本实用新型所提供小电棒加热模式示意图；图3是本实用新型所提供加热环加热模式示意图；图4是本实用新型所提供温度控制接线示意图；图5是本实用新型所提供温度控制系统示意图；图6是本实用新型所提供发热体示意图；图7是本实用新型所提供发热电极设计示意图；图8是本实用新型所提供连接头示意图；图9是本实用新型所提供加热炉整体示意图。。其中1为石英管；2为小电棒；3为电阻丝；4为加热环；5为耐火材料；6为小槽；7为热电偶。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述参见图1-9，一种用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块，所述均匀加热模块包括石英管和六个小电棒，六个小电棒紧密堆积在石英管外面，六个小电棒与石英管之间紧密贴合，六个小电棒串联，小电棒外面填充保温材料。所述均匀加热模块包括石英管和在石英管外面紧密堆积的轻质耐火材料，耐火材料上刻有三个小槽，电阻丝穿过小槽并缠绕三圈；耐火材料外面填充有保温材料。所述均匀加热模块包括石英管和在石英管外面浇注成倒喇叭形的加热环；加热环外面填充有保温材料。本实用新型采用小电棒的加热，小电棒加热均匀，各电棒中间没有间隙，保持温场。电阻丝缠绕在耐火材料，保持加热均匀，小槽之间的间距严格控制，加热环浇注形状呈梯形。整个加热模式使加热区间形成尖锐温度加热区间。实施例I :小电棒的加热模式小电棒的尺寸在25mm直径,长度在30mm,石英管的直径25mm,长度80mm,目的防止灰尘吸附到石英管上。为了形成尖锐温度加热区，本实用新型采用六根加热棒，彼此保持密封，加热均匀，电热棒的电阻一样，采用串联的方式，使电流和产生热量一样，严格控制百度加热区间半径，使温度从预热区间到加热区间呈现缓慢梯度上升趋势。通过温度控制系统，真空控制系统，气体循环系统和水冷系统来间接“影响”加热区间的温度分布，形成一个在600°C为中心，温度精度为±0. 5°C，预热区65mm，梯度缓慢升温预热(室温至最高温度)，最高温度为600°C，以最高温度为零点，最高温度至陡降100°C的纵向距离(温差半径)小于或者等于30毫米的尖锐温度加热区间。形成的尖锐温度加热区，按以下步骤进行·[0056]a)采用一个直径25mm,长度80mm的石英管；b)在石英管的周围围上六个小电棒，紧密堆积，彼此之间没有空隙；c)用串联的方式将电极连在一起，保持电流相等，从而电流相等；d)在小电棒周围填充石棉作为保温材料；e)连接好真空系统，通过真空控制系统间接控制加热区间的稳定；f)连接好温度控制接线，通过温度控制系统来调节加热区间温度；g)连接水冷系统和保护气循环系统；h)在最外面套上透明的石英罩以观察里面预制棒长度变化；实施例2 电阻丝加热模式电阻丝缠绕电炉加热，根据需要加热温度选择3圈数电阻丝。选择石英管的直径25mm,长度80mm,从而防止在拉制光纤过程中，灰尘吸附到预制棒上。在石英管周围推上厚度为55_的耐火材料，因为耐火材料可以将热量传递到石英管形成预热区和加热区，在耐火材料上刻上三个槽，将加热电阻丝缠绕在上面，电阻丝的直径根据加热区间的温度范围和中心温度控制其尺寸，在耐火材料外面填充石棉，目的是保持温度稳定。通过温度控制系统，真空控制系统，气体循环系统和水冷系统来间接“影响”加热区间的温度分布，形成一个在500°C为中心，温度精度为±0. 5°C，预热区50mm，梯度缓慢升温预热(室温至最高温度)，最高温度为500°C，最高温度至陡降100°C的纵向距离(温差半径)小于或者等于25毫米的尖锐温度加热区间。形成的尖锐温度加热区间，按如下步骤进行a)采用一个直径为25mm,长度为80mm的石英管；b)在石英管周围围上厚度为55mm的耐火材料，并且在耐火材料上刻上三个小槽；c)用电阻丝穿过三个小槽，形成三圈的电阻丝，是串联的方式；d)在耐火材料外面填充棉花作为保温材料；e)连接好真空系统，通过真空控制系统间接控制和影响加热区间的稳定；f)连接好温度控制接线，通过温度控制系统来调节加热区间温度；g)连接水冷系统和保护气循环系统；[0074]h)在最外面套上透明的石英罩以观察里面预制棒长度变化；实施例3 :加热环模式均匀加热环，加热环浇注形状呈梯形。选择石英管的直径为25mm，长度为80mm，目的是为了防止在拉制光纤过程中，灰尘吸附到预制棒上。通过计算控制加热环的最大金属厚度在IOmm之间，以及喇叭区的倾斜角度为30度。在耐火材料外面填上棉花，目的是保持温度稳定。通过温度控制系统，真空控制系统，气体循环系统和水冷系统来间接“影响”加热区间的温度分布，形成一个在450°C为中心，温度精度为±0. 5°C，预热区55mm，梯度缓慢升温预热(室温至最高温度)，最高温度为450°C，以最高温度为零点，最高温度至陡降100°C的纵向距离(温差半径)小于或者等于30毫米的尖锐温度加热区间。形成的尖锐温度加热区，按如下步骤进行a)采用一个直径为25mm,长度为80mm的石英管；b)控制厚度在IOmm之间，倾斜角度在30度之间，进行浇注；c)加热环被浇筑成型，为倒喇叭形结构，自动形成尖锐加热区间和预热区；d)连接好加热环的电流，保持电流均匀，加热均匀；e)在耐火材料外面填充石棉作为保温材料；f)连接好真空系统，通过真空控制系统间接控制和影响加热区间的稳定；g)连接好温度控制接线，通过温度控制系统来调节加热区间温度；h)连接水冷系统和保护气循环系统；i)在最外面套上透明的石英罩以观察里面预制棒长度变化；参见图1-3，在本实用新型提供的电阻丝，小电棒和加热环三种加热模块，三种模块的构造方式按照以下步骤构造电阻丝加热模块方法a)米用一个直径为10-40mm,长度为50_80mm的石英管；b)在石英管周围围上厚度为20_60mm的耐火材料，并且在耐火材料上刻上三个小槽；c)用电阻丝穿过三个小槽，形成三圈的电阻丝，是串联的方式。构造小电棒加热模块方法a)米用一个直径25mm,长度50_80mm的石英管；b)在石英管的周围围上六个直径为10-30mm长度为20_40mm的小电棒，彼此之间
没有空隙；c)用串联的方式将电极连在一起，保持电流相等，从而电流相等。构造加热环模块方法a)采用一个直径为25mm,长度为50_80_的石英管；b)控制厚度在5_20mm之间，倾斜角度在10_45度之间，进行浇注；c)加热环被浇筑成型，为倒喇叭形结构，自动形成尖锐加热区间和预热区间；d)连接好加热环的电流，保持电流均匀，加热均匀。参见图4，在本实用新型提供的温度控制接线图，FP23通过热电偶探测炉内温度Tl，显示其温度值，然后根据需要调节可控硅胶调压器来改变温度Tl值，来调节尖锐加热区间的温度。[0102]参见图5，在本实用新型提供的真空控制系统图，规管I将包层和芯的空隙的真空度通过U4DZA1显示真空度的值大小，然后根据需要调节U6真空调节器来调节包层和芯之间空隙的真空度，以便抽真空时不让包层破裂。通过规管2，U5DZA1将炉内氧的含量显示出来，来调节加热炉保护气体流量，来控制尖锐温度加热区间。参见图6，在本实用新型提供的发热体设计图，通过在石英管的周围紧密围着六个小电棒，浇注加热环，或者包着耐火材料，然后在耐火材料刻上三个 小槽，然后连三圈电阻丝来加热加热炉，形成预热区间和尖锐温度加热区间。参见图7，在本实用新型提供的发热电极设计图，通过控制炉子的加热区间和预热区间总为60mm，根据百度加热区间的半径的距离来决定加热区间和预热区间的长度，这对比较合适的尖锐温度加热区间很重要。参见图8，在本实用新型提供的连接头连接方式示意图，通过图8所示，水冷系统和保护气体循环系统能清晰注意到，水冷系统和保护气体循环系统在一定程度上影响加热区间的温度分布，而且保护气体防止预制棒被氧化。参见图9，在本实用新型提供的加热炉的整体示意图，从图中展示石英管被小电棒，耐火材料上的电阻丝，或者加热环进行加热，然后通过真空系统，温度控制系统，水冷系统和保护气体循环系统来形成尖锐的温度加热区间。在加热模式外面是棉花，作为保温材料，在保温材料外面是透明的石英罩，可以观察炉内的预制棒长度变化。整个加热炉的尺寸设计及密封系统，水冷系统是根据形成尖锐温度加热区间设计的。现有的很多加热炉加热区间温场分布都很不均匀，无法精确控制温度，拉制的预制棒形状容易歪曲，拉制出光纤的丝径不稳定，很难形成尖锐温度加热区。采用本实用新型形成的尖锐温度加热区，方法简单，可调节温度范围大，精度高，保温效果好，加热均匀，密封性好，耗材少，消耗经费少，效率高，控制操作简单，有效。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块，其特征在于所述均匀加热模块包括石英管和六个小电棒，六个小电棒紧密堆积在石英管外面，六个小电棒与石英管之间紧密贴合，六个小电棒串联，小电棒外面填充保温材料。
2.用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块，其特征在于所述均匀加热模块包括石英管和在石英管外面紧密堆积的轻质耐火材料，耐火材料上刻有三个小槽，电阻丝穿过小槽并缠绕三圈；耐火材料外面填充有保温材料。
3.用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块，其特征在于所述均匀加热模块包括石英管和在石英管外面浇注成倒喇叭形的加热环；加热环外面填充有保温材料。
4.如权利要求1、2或3所述的均匀加热模块，其特征在于所述保温材料是石棉。
专利摘要本实用新型公开了一种用于高精密电阻式加热炉的均匀加热模块，所述均匀加热模块包括石英管和六个小电棒，六个小电棒紧密堆积在石英管外面，六个小电棒与石英管之间紧密贴合，六个小电棒串联，小电棒外面填充保温材料。均匀加热模块通过温度控制系统，真空控制系统，气体循环系统和水冷系统来间接“影响”加热区的温度分布，促使加热炉形成尖锐加热区。这样做方法简单，精度高，温度可调范围大，升温呈现梯度，温度控制精度高，光纤丝径稳定，光纤析晶程度相比别的加热炉少，使用寿命长。
文档编号C03B37/092GK202688193SQ20122032826
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者林傲祥 申请人:西安思翰光电科技有限公司