专利名称：用于化学汽相淀积工艺的原材料供给装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种光纤预制件，尤其是涉及用于在化学汽相淀积工艺工程中供给原材料的装置。
背景技术：
利用光纤作为传输介质的光通信能够以比电通信系统更快的速度传送大量的信息。同样，通信质量可能更好，因为光通信不受无线电或磁场的干扰。
光纤由光纤预制件(optical preform)拉出，制造光纤有溶胶凝胶法和汽相淀积法。溶胶凝胶法包括将液体原材料转变为模塑制品(mold)，以便凝胶化该液体原材料，然后，烧结该凝胶材料以便制造石英玻璃。由于整个过程在低温进行，生产成本低并且并且容易调节光纤的成分。
具有不同类型的汽相淀积法，包括改进的化学汽相淀积(MCVD)，汽相轴向淀积(VAD)，或外部汽相淀积(OVD)。这些汽相淀积法包括加热指定的标杆或玻璃管并且同时供给气体状态的原材料，以便在标杆或玻璃管上产生套层(suit)，由此生产光纤预制件。作为汽相淀积过程的一部分，液体原材料在指定的用于容纳原材料的装置中蒸发并且后来供给光纤预制件淀积通道。
图1是在化学汽相淀积过程中用于容纳原材料的传统的装置100的简化图。特别是图1引入了这种装置，它包括用于探测起泡器(bubbler)中原材料的液体水平面的水平面传感器，由此探测是否已经供给或切断原材料。如图中所示，用于化学汽相淀积过程的传统原材料供给装置100将载气(carrier gas)B供给起泡器110中的原材料，以便将液体原材料蒸发到气体状态C，然后蒸汽供给到淀积单元。当起泡器110中的液体原材料经过相变后供给淀积单元时，起泡器110再添入原材料。起泡器110包括用于接受原材料A的原材料供给管120，用于供给载气B的气体管130，和用于将相变原材料C供给淀积单元的蒸汽管140。为了保持起泡器110中的原材料的温度均匀，温度传感器113和加热器115设置在起泡器110中。
安装在起泡器110中的水平面传感器111用于保持起泡器110内的原材料量在一定的水平面内。当起泡器110内的原材料逐渐增加，水平面传感器111产生信号，以便控制是否应当继续或切断原材料流。
然而，当水平面传感器用于在供给原材料之前探测起泡器内的原材料量时传统的方法中具有缺点。特别是当原材料正在供给时或当原材料经历相变时，起泡器内的原材料引起的干扰往往引起水平面传感器的误动作。此外，传统的装置降低了整体工作效率，因为当正在接受原材料时不能进行淀积过程。
利用水平面传感器的传统装置的另一个缺点是难于保持起泡器中原材料的恒定量，因为无论何时起泡器内的原材料量低于一定的水平面就会添加原材料。当相变(即液体到气体)原材料量不一致时，难于保持恒定的蒸汽压力，并且需要供给淀积单元的蒸汽量不均匀。结果，这些因素往往使淀积的光纤预制件的质量恶化。
图2是用于化学汽相淀积过程中的传统装置200的简化图，该装置中安装了一个机械阀，该阀根据起泡器内的原材料的重量打开/关闭。如图2所示，现有技术的装置200包括外部起泡器210a和内部起泡器210b。内部起泡器210b设有载气B′并且将液体原材料蒸发到气体状态C′，然后供给淀积单元。同时，当外部起泡器210a和内部起泡器210b内被蒸发的原材料供给淀积单元时，外部起泡器210a和内部起泡器210b补充原材料。为此，起泡器210a，210b包括用于接受原材料A′的原材料供给管220，用于供给载气B′的气体管230，和用于将相变原材料C′供给淀积单元的蒸汽管240。此外，为了保持起泡器210a，210b中原材料温度均匀，温度传感器213和加热器215还设置在起泡器210a，210b中。因而当原材料消耗并且最终打开压力操作阀225以便将原材料供给起泡器210a，210b时由于供给管220的内部压力内部起泡器210b逐渐升高到表面。美国专利No.5,938,985披露了这种原材料供给装置的更多的细节。
然而，当用于利用压力操作阀供给原材料的管子之中必须保持恒定的压力时，管子会容易损坏。此外，在压力操作阀和管子流入口之间由于机械摩擦会产生不期望的污染物。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于化学汽相淀积工艺的原材料供给装置，该装置能够以恒定的蒸汽压力供给淀积单元蒸汽。
本发明的另一个目的是提供一种用于在化学汽相淀积工艺过程中供给原材料的装置，特别是提供一种能够以更稳定的状态供给起泡器原材料的装置。
本发明的又一个目的是提供一种装置，该装置用于化学汽相淀积工艺并且能够容易地调节供给淀积单元的蒸汽的压力。
因此，本发明提供一种用于化学汽相淀积工艺的原材料供给装置，包括用于蒸发液体原材料并且供给淀积单元蒸发的原材料的起泡器；及，用于供给起泡器液体原材料的原材料箱，其中原材料箱预先保存将被供给起泡器的液体原材料并且预热液体原材料。原材料箱内的原材料通过多个空心的微管供给起泡器，并且当起泡器内的原材料逐渐减少时，原材料箱的内部压力增加，用于连续地将原材料供给起泡器，由此保持起泡器内的原材料量和起泡器内的蒸汽压力均匀一致或始终如一。
通过下面结合附图进行详细描述，本发明的上述特征和优点，其中图1是根据现有技术实施方式的用于化学汽相淀积过程中的装置的示图；图2是根据另一个现有技术实施方式的用于化学汽相淀积过程中的装置的示图；及图3是根据本发明优选实施例的用于化学汽相淀积过程中的装置的示图。
具体实施例方式
下面将参照附图描述本发明的优选实施方式。为了清除和简单，众所周知的功能或结构不详细描述，因为这些功能和结构的不必要细节会使本发明不清楚。
图3是根据本发明优选实施例的用于化学汽相淀积过程中的装置300的示图。如图所示，实施本发明启示的化学汽相淀积工艺的装置300包括起泡器310，原材料箱320，及多个管子和传感器。起泡器310用于蒸发原材料箱320中通过指定管子添加的液体原材料(C·I)。起泡器310内的蒸汽(V·O)供给用于后面生产阶段的光纤预制件淀积单元。起泡器310包括内部起泡器311和外部起泡器313。内部起泡器311接收来自外部的载气(C·G)并且蒸发液体原材料。即使假设向外部供给到装置300的起泡器的原材料与起泡器310内的原材料处于相同的状态(即，原材料的温度)，也难于控制许多外部条件或原材料的相变来实现相同的条件。为此，设有外部起泡器313，以便降低从外部添加的原材料和起泡器内部的原材料之间的温度差异。
原材料箱320预热从外部供给的原材料(C·I)并且将预热的原材料供给起泡器310。原材料箱320基本上分成流入单元321和流出单元323。流入单元321是保存从外部供给的原材料(C·I)的地方，而流出单元323是保存供给起泡器310的原材料的地方。这基于应用于安装有内部起泡器311和外部起泡器313的起泡器310的同一原理，其中从外部供给的原材料(C·I)中的一些与原材料箱320内预热后供给起泡器的原材料分开，由此使供给起泡器310的原材料的状况/条件类似于起泡器310内的原材料的状况/条件。
起泡器310和原材料箱320通过空心微管(hallow microtube)340彼此连接。空心微管340具有从供给起泡器310的原材料中过滤任何相异物质(alien substance)的功能。为了减小从原材料箱320到起泡器310的原材料的供给通道，起泡器310和原材料箱320优选以一体制造并且空心微管340优选安装在起泡器310的下部中。实际上，起泡器310，原材料箱320，以及空心微管340安装在热绝缘体330中，以便保持原材料的状况/条件均匀一致或始终如一。
因此，原材料从外面供给原材料箱320，然后在原材料箱320内在大体类似起泡器310内的温度预热后通过空心微管340供给起泡器310。因此，原材料箱320中供给的原材料和起泡器310内的原材料之间的温度差值在原材料箱320中被补偿。同样，供给原材料箱320的原材料和起泡器320内的原材料之间的压力差值也在原材料箱320中被补偿，因为原材料供给起泡器310之后原材料箱320内保持恒定的蒸汽压力。同样地，当新的原材料从外部供给，起泡器310内能够均匀地保持原材料的相变，而不会受到可能由温度或压力差异所引起的任何影响。但是，如果需要，热绝缘体330能够具有用于加热原材料的加热装置(图中未示出)，因为在起泡器310处发生的原材料的相变非常依赖于原材料的温度。因此，在作为选择的实施方式中，优选预热原材料箱320中的原材料。
光纤预制件的淀积状态依供给淀积单元的蒸汽的蒸汽压力(V·O)而变化。因此，保持起泡器310中恒定的蒸汽压力以获得优质的光纤预制件是非常重要的。保持起泡器310内恒定蒸汽压力的优选方式是通过使原材料的相变以恒定的速度进行。然而，这取决于原材料的温度和原材料与载气(C·G)的接触时间。接触时间还受原材料的液体水平面或液位的影响。为了保持起泡器310中的蒸汽压力均匀一致，起泡器310包括用于探测蒸汽压力的第一压力传感器351。同时，作为一种调节蒸汽压力的方式，将惰性气体(inert gas)(G·I)供给原材料箱320或从原材料箱320中排出。即，当起泡器310内的蒸汽压力降低时，惰性气体(G·I)供给原材料箱320。结果，起泡器310的原材料供给加速并且起泡器310内的原材料量增加。而且，原材料的相变也加速。类似地，当起泡器310内的蒸汽压力增加时，原材料箱320内的惰性气体通过排气管线325排出，并且起泡器310中的蒸汽压力不再增加。优选方式是，氮气用作供给原材料箱320的惰性气体(G·I)。
总之，通过调节原材料箱320的压力，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变，并且保持起泡器内蒸汽压力均匀一致。此外，通过供给或排出惰性气体，能够调节原材料箱320的内部压力，并且由此能够调节起泡器310内的蒸汽压力。这使得能够容易地调节光纤预制件的淀积速度，从而，根据要制备的光纤形成对于光纤预制件的合适淀积条件。
继续参照图3，当正进行淀积过程时，原材料箱320内的原材料连续地消耗，因此，无论何时这种情况发生，都确定是否添加原材料。
作为探测原材料箱320内原材料量的装置，设置第二压力传感器353，水平面传感器355，和载荷传感器357并且上述传感器的任何组合能够选择性地用于发送应用。例如，如果使用第二压力传感器353，通过计算第一压力传感器351和第二压力传感器353之间的压力差值能够探测原材料箱320内的原材料量。这能够通过下面的等式更好地解释，该式由柏努利原理导出。
PP-Pb＝ρghb-ρghp这里，PP表示原材料箱320的内部压力；Pb表示起泡器310内的蒸汽压力；hb表示起泡器310内的原材料的液体水平面高度；ρ表示原材料的密度；并且g表示重力(gravity)即重力加速度。因为原材料的密度ρ和重力g相同，起泡器310和原材料箱310之间的压力差值通过起泡器310和原材料箱320内的液体原材料的液位差值表明。当起泡器310内的原材料量和蒸汽压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的压力而变化。从而，测得的原材料箱320和第二压力传感器353的压力确定是否应当添加原材料。
如果原材料箱320的液位下落到低于一定的高度，应当从外面添加原材料(C·I)，并且当添加原材料(C·I)时，将原材料箱320内的惰性气体排出(G·O)，逐渐减小原材料箱320的内部压力。即使当原材料正在添加到原材料箱320中的时候，起泡器310内也能够继续进行原材料的相变。同样，为了有足够的时间预热添加到原材料箱320中的原材料同时使得淀积过程继续进行，不应当立刻或同时添加到原材料箱320中大量原材料，尽管其中的液位极其低。
关于水平面传感器355，能够使用光学传感器，超声波传感器，或放射线液位计(radiation level meter)。水平面传感器355预先指定原材料箱320内的原材料的最小允许水平面高度，并且如果液体水平面到达了最小允许水平面高度，就应当添加原材料。在这种情况中添加原材料时，原材料箱320内的内部压力应当通过排出其中的惰性气体(G·O)逐渐降低。注意在使用水平面传感器之前，水平面传感器可能在探测液位上出现错误，因为原材料是流体。
载荷传感器357探测原材料箱320内的原材料的重量并且确定是否需要添加原材料。载荷传感器357将根据重量产生的物理(量)变化转换成电子信号。常用的载荷传感器357表现为贴在金属杆或金属板上的应变片。应变片探测根据不同的重量金属杆和金属板的变化所引起的电阻的变化。由此，载荷传感器357通过探测电阻的变化计算原材料重量的任何变化。类似于水平面传感器355，载荷传感器357也预先指定原材料箱320内的原材料的最小允许重量，从而当原材料重量达到最小允许重量时，能够添加原材料。再一次地在这中情况中，添加原材料时，原材料箱320内的内部压力应当通过排出其中的惰性气体(G·O)逐渐降低。
作为选择，还有另外的周期性或定时性地添加原材料的方法，而不利用任何探测原材料量的装置。这是可能的，因为起泡器310内的原材料以恒定的速度消耗而没有任何变化。因此，当相变进行的同时原材料能够定时添加。
如上所述，本发明不同于传统的方法，其中在向起泡器添加原材料之前探测起泡器的液体水平面高度并且调节原材料箱320内的原材料量和原材料箱320内的内部压力，同时保持起泡器310内的原材料量和起泡器310的内部压力恒定。同样地，即使当从外部供给原材料时，起泡器310根本不受影响，从而能够继续用于淀积光纤预制件的原材料所进行的相变，而不会停止。
总之，本发明引入了更方便向起泡器连续不断地添加原材料的方法，即调节原材料箱的内部压力。以这种方式，起泡器内的原材料量能够保持均匀一致并且相变速度也恒定。由此，能够使供给起泡器的新原材料的任何差异最小。此外，本发明通过利用具有过滤功能的空心微管使装置中的机械摩擦最小，能够防止原材料被污染。此外，本发明通过使用诸如氮的惰性气体调节原材料箱的内部压力，其中所述惰性气体适合于光纤预制件的淀积并且使得起泡器的蒸汽压力容易调节。最后，与现有技术不同，因为即使当原材料补充时也能继续进行淀积过程，因此本发明能够提高生产率。
尽管参照一定的优选实施例图示和描述了本发明的，但在不偏离本发明的精神和原理，以权利要求和其等同原则所限定的范围的情况下，可以对实施例做出细节和形式上的各种修改，这对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1.一种用于供给化学汽相淀积工艺中使用的原材料的装置，所述装置包括起泡器，用于蒸发用于后继淀积的液体原材料并供给到淀积单元；及箱，用于预热液体原材料，所述预热的液体原材料用于通过多个空心的微管后继供给到起泡器，其中当起泡器内的液体原材料蒸发时所述箱的内部压力增加，由此保持起泡器内的液体原材料量和蒸汽压力实质上均匀一致。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括第一压力测量装置，安装在起泡器中用于测量起泡器内的蒸汽压力；及第二压力测量装置，安装在所述箱中用于测量所述箱的内部压力，其中选择性地调节所述箱的内部压力以便保持起泡器的蒸汽压力在恒定的水平。
3.根据权利要求2所述的装置，其中如果所述箱的内部压力和起泡器内的蒸汽压力之间的差值超过预定的差值，则向所述箱中添加液体原材料。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述箱的内部压力通过供给惰性气体到所述箱中逐渐增加。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述惰性气体是氮气。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述箱包括安装在其中用于测量液体原材料的水平面高度的多个水平面传感器，从而如果所述箱内的液体原材料的水平面高度下落到低于预定的水平面高度，则能够添加传送到所述箱中的原材料。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述箱包括安装在其中用于测量液体原材料的重量的多个载荷传感器，从而如果所述箱内的液体原材料的重量减小到低于预定的重量，则能够添加传送到所述箱中的液体原材料。
8.根据权利要求1所述的装置，其中当起泡器中液体原材料正在蒸发的同时定时性地添加液体原材料。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括位于所述箱和起泡器之间的空心的微管过滤器，用于防止液体原材料内的任何外来杂质传送到起泡器。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述箱，空心微管和起泡器安装在一个热绝缘体中以便保持液体原材料的温度均匀一致。
11.根据权利要求1所述的装置，还包括排气管线，如果所述箱变得过压，排气管线降低所述箱的内部压力。
全文摘要
一种用于化学汽相淀积工艺的原材料供给装置，所述装置包括用于蒸发液体原材料并且供给淀积单元蒸发的原材料的起泡器；及用于供给起泡器液体原材料的原材料箱，其中原材料箱预先保存将供给起泡器的液体原材料并且预热液体原材料，并且原材料箱内的原材料通过多个空心的微管供给起泡器，并且其中当起泡器内的原材料逐渐消耗时，调节原材料箱的内部压力，改变供给起泡器的原材料量，由此调节起泡器内的原材料量和起泡器内的蒸汽压力。
文档编号C23C16/448GK1482083SQ0314780
公开日2004年3月17日 申请日期2003年6月25日 优先权日2002年6月25日
发明者姜求永 申请人:三星电子株式会社