一种光纤预制棒套管烧结装置及其烧结方法与流程

文档序号:11123092阅读:987来源:国知局
一种光纤预制棒套管烧结装置及其烧结方法与制造工艺

本发明涉及光纤预制棒制造领域,具体地是涉及一种光纤预制棒套管烧结装置及其烧结方法。



背景技术:

本领域中大尺寸光纤预制棒生产工艺主要通过VAD,OVD工艺沉积形成松散体。所谓的VAD、OVD工艺,即是利用气相沉积的方法制成预制棒。通过将原料导入火焰中,在燃烧室内生产SiO2颗粒体,并沉积到预置的目标靶棒或者中棒上制成松散体。通过VAD、OVD工艺制成松散体以后,再将其置于烧结炉中,高温条件下烧结形成玻璃化预制棒。将制成的预制棒拉制成得到成品光纤或使用与光纤材料同等级别的石英套管对其进行熔缩外包制造更大尺寸的光纤预制棒。

对于通过VAD、OVD或者VAD和OVD混合工艺制成的松散体,其烧结过程必须防止水分以及其他杂质诸如各种金属杂质进入预制棒中。一般情况下,若1ppb以上的水分或金属杂质在烧结过程中进入到光纤预制棒中,该预制棒所制成的光纤在很大的波长范围内衰减将大大增加从而导致产品不合格。为了防止松散体中含有的水分对产品质量造成不良影响,在松散体玻璃化形成透明预制棒之前,必须对松散体进行脱水。常见的脱水方法是在包含Cl2或其他氯基干燥剂的惰性气体环境中将松散体加热至1100℃~1300℃的高温条件下,通过物理以及化学作用,将松散体中的羟基以及水分去除。

松散体脱水完毕后,置于He、Ar等惰性气体环境中,同时加热至1450℃以上。在此条件下松散体玻璃化形成透明的石英预制棒。

显而易见,常见工艺在松散体的脱水以及烧结过程中,必须将松散体置于一个密闭环境下,为其脱水和完全透明化提供相应的气氛环境,同时避免外界杂质进入其中。一般通过在加热炉中安装炉芯管来提供密封环境,将松散体置于炉芯管中,在高温条件下通入各种工艺气体,进行脱水和烧结。

中国专利CN101426742B《光纤母材制造方法》发明了一种松散体烧结方法。将松散体悬挂在具备加热区域的炉芯管中。使松散体自下而上穿过加热区,同时通入氯基气体以及惰性气体进行脱水。脱水结束后将松散体移动至加热区下方,将加热区加热至烧结温度,并通入惰性气体,再将松散体自下而上通过加热区,使其完全透明玻璃化。

该方法与其他传统方法类似,使用石英材料制成的炉芯管。其独创性主要在于为了提高产品质量均匀性,避免炉芯管中的杂质在脱水烧结过程中进入预制棒内部而在脱水、烧结过程中采取了将松散体自下而上通过加热区。根据该方法,由10%的氯气及90%的氦气提供脱水气氛,100%氦气提供烧结气氛,并在合适的脱水温度以及烧结温度下制造的光纤预制棒制成的光纤具有良好的衰减水平。

中国专利CN102992611B《玻璃母材的制造方法》发明了以一种以碳材质制成的炉芯管提供密闭环境的制造方法。通过该方法制成的光纤显示出了良好的衰减性能。

诸如上述方法,均是通过在烧结炉中增加一个高纯度材质炉芯管来满足必要的脱水、烧结条件。

高纯度的材料等级要求导致了昂贵的材料成本。尺寸越大的炉芯管加工难度越大,加工设备更为复杂,大大增加了制造成本。

制造石英材质炉芯管在热处理过程残留应力,在加工过程、运输过程、保管以及使用过程中容易发生破裂从而导致报废。另外,由于石英本身特有的材质特点决定了炉芯管一旦升温至1100℃以上,炉芯管出现析晶现象,如果将温度恢复至低温将发生破裂。

碳材质炉芯管本身容易受到外界条件污染。若与大气接触,炉芯管本身将被氧化。对设备的气密性提出了较高要求。另外,将松散体从大气环境中放置到炉芯管中时,不可避免的会导致氧气进入其中,长时间使用必将导致炉芯管老化而影响产品性能。

另一个至关重要的不足之处在于,由于石英、碳等材质的石英管本身材料的局限性导致了传统的工艺方法一般将炉芯管,加热区固定而采用将松散体穿过加热区完成烧结。由此造成了炉芯管的长度一般大于两倍的松散体长度。显而易见,这不仅大大增加了设备的复杂程度、设备占用空间大小,而且为了达到优选的脱水,完全透明化气氛条件,大大增加了各类工艺气体,特别是价格非常昂贵的、属于不可再生资源的氦气使用量,从而大大增加了光纤预制棒的制造成本。

因此,本发明的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。



技术实现要素:

本发明旨在提供一种光纤预制棒套管烧结装置及其烧结方法,其可以有效降低设备复杂程度,降低设备空间占用程度,降低生产成本,有利于大规模批量生产。

为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:

一种光纤预制棒套管烧结装置,包括套管、上固定装置、下固定装置、加热炉,其中所述套管通过所述上固定装置和所述下固定装置以垂直方式安装在所述加热炉中,一光纤预制棒松散体设置在所述套管内并与所述上固定装置实现连接;所述上固定装置上设有一排气机构,所述排气机构通过阀门开关与排气系统和真空泵相连,所述下固定装置上设有一进气机构。

优选地,所述上固定装置和所述下固定装置与由旋转机构驱动,二者可同步旋转。

优选地,所述光纤预制棒松散体通过一连接机构与所述上固定装置连接。

优选地,所述加热炉由一个或者多个加热元件组成,其设置在所述套管的外侧。

优选地,所述套管为石英套管。

基于上述所述的光纤预制棒套管烧结装置的烧结方法,包括如下步骤:

S1:将套管通过上固定装置和下固定装置以垂直方式安装在加热炉中;

S2:将光纤预制棒松散体设置在套管内并与上固定装置实现连接;

S3:通过加热炉的升温和移动去除光纤预制棒松散体中由生产过程引入的羟基;

S4:将加热炉移动至光纤预制棒松散体的底部,升温至1450℃以上,并形成温度梯度分布;

S5:在一定的烧结温度条件下,光纤预制棒松散体下端部分完成玻璃化;

S6:通过阀门开关将排气机构与真空泵联通,在套管内部形成负压;同时调整加热炉的温度分布,使套管下端熔融收缩,与玻璃化的光纤预制棒松散体融合;

S7:底部融合完成后,加热炉以一定的移动速度向上移动,将光纤预制棒松散体分区玻璃化。

优选地,所述步骤S3具体包括:

将加热炉升温至1100℃~1300℃,并沿垂直方向来回移动1次或1次以上;

同时由进气机构向套管内通入干燥剂和工艺气体;通过阀门开关打开排气系统与排气机构的通道,将套管内压力保持在合适的水平,提供脱水气氛环境。

优选地,所述工艺气体为给氯气、氦气、氮气中的一种或者多种。

优选地,所述套管为石英套管。

采用上述技术方案,本发明至少包括如下有益效果:

本发明所述的光纤预制棒套管烧结装置及其烧结方法,采用套管抽真空方法烧结光纤预制棒松散体,避免使用价格昂贵且易于损坏的炉芯管,可制备大尺寸松散体。同时真空环境有利于改善预制棒质量,加快烧结速度,提高生产效率。同时采用无炉芯管烧结方法,降低生产成本,降低设备复杂程度,降低设备空间占用程度,有利于大规模批量生产。

附图说明

图1为本发明所述的光纤预制棒套管烧结装置的结构示意图;

图2为本发明所述的光纤预制棒套管烧结装置在底部融合后向上分区烧结熔缩过程的示意图。

图3为加热炉中心温度分布图;

图4为熔缩阶段加热炉中心温度分布图。

其中:1.上固定装置,2.排气机构,3.套管,4.光纤预制棒松散体,5.加热炉,6.下固定装置,7.进气机构,8.连接机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图2所示,为符合本实施例的一种光纤预制棒套管烧结装置,包括套管3、上固定装置1、下固定装置6、加热炉5,其中所述套管3通过所述上固定装置1和所述下固定装置6以垂直方式安装在所述加热炉5中,一光纤预制棒松散体4设置在所述套管3内并与所述上固定装置1实现连接;所述上固定装置1上设有一排气机构2,所述排气机构2通过阀门开关与排气系统和真空泵相连,所述下固定装置6上设有一进气机构7。

优选地,所述上固定装置1和所述下固定装置6与由旋转机构驱动,二者可同步旋转。

优选地,所述光纤预制棒松散体4通过一连接机构8与所述上固定装置1连接。

优选地,所述加热炉5由一个或者多个加热元件组成,其设置在所述套管3的外侧。

优选地,所述套管3为石英套管3。

该烧结装置采用套管3抽真空方法烧结光纤预制棒松散体4,避免使用价格昂贵且易于损坏的炉芯管,可制备大尺寸松散体。同时真空环境有利于改善预制棒质量,加快烧结速度,提高生产效率。

实施例2

基于实施例1所述的光纤预制棒套管烧结装置的烧结方法,包括如下步骤:

S1:将套管3通过上固定装置1和下固定装置6以垂直方式安装在加热炉5中;

S2:将光纤预制棒松散体4设置在套管3内并与上固定装置1实现连接;

S3:通过加热炉5的升温和移动去除光纤预制棒松散体4中由生产过程引入的羟基;

S4:将加热炉5移动至光纤预制棒松散体4的底部,升温至1450℃以上,并形成温度梯度分布,温度分布如图3所示;

S5:在1450℃至1550℃的烧结温度条件下,光纤预制棒松散体4下端部分完成玻璃化;

S6:通过阀门开关将排气机构2与真空泵联通,在套管3内部形成负压;同时调整加热炉5的温度分布,使套管3下端熔融收缩,与玻璃化的光纤预制棒松散体4融合,温度分布如图4所示;

S7:底部融合完成后,加热炉5以3mm/min至8mm/min速度向上移动,将光纤预制棒松散体4分区玻璃化。底部融合后向上分区烧结熔缩过程如图2所示。

优选地,所述步骤S3具体包括:

将加热炉5升温至1100℃~1300℃,并沿垂直方向来回移动1次或1次以上;

同时由进气机构7向套管3内通入干燥剂和工艺气体;通过阀门开关打开排气系统与排气机构2的通道,将套管3内压力保持10至40pa的范围内,提供脱水气氛环境。

优选地,所述工艺气体为给氯气、氦气、氮气中的一种或者多种。

优选地,所述套管3为石英套管3。

本发明的改进之处在于:

①采用套管3烧结,无石英炉芯管。大大简化设备复杂程度。以及避免由炉芯管本身污染,老化带来的产品质量风险。

②采用加热炉5移动的方式,大大缩小设备尺寸,减小气体用量,降低生产成本。

③烧结时对套管3内抽真空,有利于排除气泡,提高生产效率。

④烧结时,将套管3熔缩形成产品的一部分,增大预制棒尺寸,有利于提高生产效率。

采用无炉芯管烧结方法,降低生产成本,可制备大尺寸松散体。降低设备复杂程度,降低设备空间占用程度,有利于大规模批量生产。在抽真空的条件下对松散体进行烧结,有利于排除气泡,加快烧结速度,提高烧结效率。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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