一种用于沉积ovd疏松体的装置及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤预制棒的研发和制造技术领域，尤其是设及一种用于沉积OVD疏 松体的装置及其应用。
【背景技术】
[0002] OVD工艺的设备本体及基材主要包括沉积腔体、火焰喷灯系统、忍棒及其旋转机构 等组成。由于预制棒沉积过程中发生化学反应所产生的HCl或Clz具有很强的腐蚀性，所 W预制棒的整个沉积过程均在密闭的沉积腔体中进行。一般情况下，用于沉积包层的忍棒 的两端安装在一个旋转机构上并W-定的速度旋转，火焰喷灯处于与忍棒保持一定距离的 正对方向并延忍棒的轴向方向来回运动。
[0003] 从火焰喷灯中喷射出的反应气体61(：14、&、014、化等）在喷灯出口和预制棒之间 的距离范围内发生水解或氧化反应，反应生成的Si〇2粉尘粒子在初始动量和热泳作用下向 目标松体预制棒运动并沉积在目标疏松体预制棒上。具体的反应化学方程式包括：
(1) (2)
[0006] SiCl4+2H2〇 -Si〇2+4HCl(3)
[0007] SiCl4+〇2 - 2Si02+2CI2 (4)
[0008] 原材料及工艺气体从喷灯出口到目标疏松体之间的过程是非常复杂的工艺工程， 它包含了反应化学、表面化学、物理学、流程流体力学等诸多学科。原材料及工艺气体（如 &、邸4、〇2、Ar、SiCl4等）从喷灯口喷射出后立即会发生相应的化学反应：H2或CH4和0 2燃 烧（反应式1~2)后释放出大量的热量并生成一定量&0,该反应的释放的热为紧接其后 的SiCl4的水化或氧化反应（反应式3~4)提供活化能，同时也为SiO2的团聚提供热能。 燃烧反应生成的&0为SiCl4水化反应的反应物。SiCl4水化或氧化反应生成的SiO2-边 团聚长大一边在热泳作用及初始动量的作用下向溫度较低的目标疏松体上运动，并最终沉 积在疏松体上。
[0009] 通常情况下，为了防止SiCl4过早反应生成的Si〇2沉积在喷灯口，会在原材料气体 和燃烧气体之间设计一路惰性的屏蔽气体（如Ar,成等）。根据W上的工艺描述可知：从喷 灯口到目标疏松体的工艺控制主要包括反应过程、物质迁移及溫度场的控制。但是运=方 面的控制是相互影响的，如SiCl4的水解反应发生的位置受屏蔽气体的流量影响，同时也会 影响Si〇2的迁移的速度；燃烧气体的比例和分布不但会影响各种反应的发生程度，也会影 响生成物的团聚程度及目标疏松体的密度。由于W上各种因素的关联性、复杂性和特殊性， 使得当前OVD工艺存在W下几方面的缺陷：
[0010] a.工艺稳定性和重复性差，不同设备需要配套不同的且非常敏感的工艺参数，难 W控制；
[0011] b. 40%W上的原材料生成物Si〇2被燃烧气体带走，收集效率低；
[0012] c.燃烧气体生成的热量大部分扩散到反应腔体及周围环境中，能耗大；
[0013] d.燃烧及反应气体&及02的纯度要求高，而且易燃易爆，使得生产成本及管理成 本非常高。
【发明内容】
[0014] 有鉴于此，本发明旨在提出一种用于沉积OVD疏松体的装置及其应用，预制棒生 产的安全性高，工艺稳定性好，同时由于没有使用大量的燃烧气体，反应生成物的流束会更 加集中，提高了原材料的收集效率和沉积速率。
[0015] 为达到上述目的，本发明的技术方案是运样实现的：
[0016] 一种用于沉积OVD疏松体的装置，包括石英质喷灯W及喷灯出口处正对忍棒设置 的石墨中屯、管；所述喷灯外部设有第一加热装置，在该第一加热装置外侧设有第一保溫层； 所述石墨中屯、管外部设有第二加热装置，在该第二加热装置外侧设有第二保溫层；所述第 二保溫层外侧设有金属壳体，在该金属壳体上设有进气口；在所述忍棒两侧靠近所述石墨 中屯、管的位置设有第=加热装置；所述喷灯中屯、设有内腔，环绕所述内腔由内而外依次设 有第一屏蔽腔、中间腔、第二屏蔽腔和外腔。
[0017] 进一步，所述第一加热装置的加热体为缠绕在所述喷灯外部的加热电阻丝。
[001引进一步，所述加热电阻丝的加热溫度为1000°C~1100°C。
[0019] 进一步，所述第二加热装置的加热体为环绕所述石墨中屯、管的石墨电阻。
[0020] 进一步，所述第=加热装置的加热体为石墨电阻或加热电阻丝。
[0021] 进一步，所述第一保溫层为石棉保溫层。
[0022] 进一步，所述第二保溫层为石墨质保溫层。
[0023] 进一步，所述石墨中屯、管表面设有碳化娃锻层。
[0024] 进一步，靠近所述喷灯、W及靠近所述喷灯出口处、W及靠近所述石墨中屯、管正对 的忍棒沉积区域分别设有非接触式溫度传感器。
[0025] 应用上述用于沉积OVD疏松体的装置进行疏松体沉积的方法：进行沉积时，向中 间腔喷吹SiCl4蒸汽，分别向内腔和外腔喷吹金属离子含量《IPPB的H2〇蒸汽，同时，分别 向第一屏蔽腔和第二屏蔽腔喷吹惰性气体。
[0026] 相对于现有技术，本发明具有W下优势：
[0027] 1)大幅度提升了预制棒生产的安全性能。传统OVD工艺生产光纤预制棒的工艺中 一般使用H2XH4等燃火气体，此类气体易燃易爆，为光纤预制棒生产的重点安全隐患。本发 明中杜绝了燃烧气体的使用，避免了厂房外围&等高压易爆容器的建设和使用，不但提高 了生产的安全性，也降低了建设成本和气体本身的投入。同时，工厂厂房内部的燃气管道也 大幅度减少，&泄漏探头及其安防系统也得到很大程度的精简，因此，工厂的安全性能和运 营成本都得到了大幅度改善。
[002引 2)光纤预制棒的制造成本会大幅降低。a.由于本发明避免了 &等燃烧气体的使 用，所W与之配套的气站、管道及安防的建设成本会大幅度降低，同时也节省了燃烧气体本 身的投入。b.由于本发明中没有使用燃烧气体，所W从喷灯口喷射出来的SiCl4及其水化 产物Si化在运动到疏松体处不会太过分散，其结果是大幅提高了原材料的收集效率，原材 料使用效率提高。C.由于原材料收集效率得到了提高，同时沉积过程中产生尾气溫度也较 低，所W尾气收集系统及其尾气管道的负荷和大幅度降低，运样会降低尾气处理系统的建 设和维护成本。因此，本发明会大幅度降低光纤预制棒的生产成本。
[002引扣光纤预制棒性能得到了优化。由于避免了 &、02等燃烧气体的使用，所WSiCl4 及其水化生成物Si02流体的流速及流束不会被太大的扰动，同时本发明中的喷灯、由喷灯 喷吹出的混合流体及沉积而成的疏松体的溫度都可W被精确控制，因此使得预制棒疏松体 的密度、直径等预制棒性能参数得到极大的优化。
【附图说明】
[0030] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0031] 图1为本发明的结构示意图；
[003引图2为图1中A-A方向的剖视图；
[0033] 图3为本发明中喷灯的横截面示意图。
[0034] 附图标记说明：
[003引 1-喷灯，2-第一加热装置，3-第一保溫层，4-第二保溫层，5-第二加热装置，6-金 属壳体，7-石墨中屯、管，8-进气口，9-忍棒，10-混合流体，11-第；加热装置，12-疏松体， 13-内腔，14-第一屏蔽腔，15-中间腔，16-第二屏蔽腔，17-外腔。
【具体实施方式】
[0036] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可W相 互组合。
[0037] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[003引一种用于沉积OVD疏松体的装置，如图1至3所示，包括石英质喷灯1W及喷灯1 出口处正对忍棒9设置的石墨中屯、管7 ;所述喷灯1外部设有第一加热装置2,在该第一加 热装置2外侧设有第一保溫层3 ;所述石墨中屯、管7外部设有第二加热装置5,在该第二加 热装置5外侧设有第二保溫层3 ;所述第二保溫层4外侧设有金属壳体6,