制备玻璃棒的方法

专利名称：制备玻璃棒的方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，该方法由玻璃预成型胚或光纤用基体制备玻璃棒以提供更小尺寸的玻璃棒。
背景技术：
为了得到具有良好光学特性和高机械强度的光纤，必须制备光纤用玻璃棒，其表面是干净和光滑的，并且具有高的圆度，且将玻璃棒拉伸成为光纤。
为了制备这种玻璃棒，通常的办法是通过外圆磨床将玻璃基体机械加工成为完全圆的圆柱体，通过施加热量使该圆柱体软化，并且将软化的圆柱体拉伸成为高圆度的玻璃棒。
一般而言，已知当将易脆材料如玻璃质或玻璃材料进行研磨时，表面粗糙度导致在其中含有微裂纹。对于易脆材料的研磨，对于各种目的，使用水溶性研磨液。在此情况下，在研磨后，难以从研磨材料中除去附着的研磨液，灰尘，脏物等。
为了避免它，将在研磨后得到的玻璃基体用纯水或蒸馏水漂洗，由此除去附着的研磨液，并且再将其进行化学处理如HF浓度为5至30重量％的氢氟酸溶液，接着用纯水或蒸馏水漂洗，并且干燥。此程序描述于例如日本公开专利申请58-217442中。
在如上所述预处理过玻璃基体后，在电炉中或通过燃烧器火焰的应用而加热和软化基体，并且拉伸成为光纤拉伸用的玻璃棒。但是，在得到的玻璃棒的表面附着脏物和类似的杂质的地方，必须将玻璃棒进行火琢(firepolishing)。
上述现有技术的方法需要使用化学物质如氢氟酸等，由此从环境污染的观点考虑是不利的。另一方面，在不使用化学物质而从玻璃基体表面除去脏物时或进行随后的附加加工步骤时，或在将基体表面在随后的加工步骤与某类装置接触时，经验上不可避免地在玻璃基体表面上留下脏物，即使是很少的量。
使用这种化学品的处理，以便完全地从脏物附着于其上的表面中的微裂纹除去脏物，在将表面浸渍于化学品溶液之前，需要长时间。由于处理时间的不足而留下的脏物或在处理过程中附着的脏物不能被清洗掉或擦掉，原因在于由研磨或化学处理导致的表面粗糙度，由此出现一个严重的问题。
当拉伸具有这种表面缺陷的玻璃基体时，在得到的玻璃棒表面中观察到不透明的脏物。此不透明的脏物是一种由少量杂质的影响而在玻璃棒的表面中通过玻璃的结晶化或玻璃化着色的脏物。
当在拉伸后的表面中存在脏物时，在某种情况下需要用火焰的火琢以除去脏物。
可以发生这样的事，为了在拉伸前除去脏物，用水溶性溶剂如异丙醇等清洁表面。这就存在需要额外溶剂的问题，因此经济性差。此外，相当难以从清洁过的表面除去湿气，由此带来如上所述的问题。

发明内容
发明概述因而，本发明的一个目的在于提供一种通过拉伸玻璃基体而制备光纤用清洁玻璃棒的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种制备光纤用玻璃棒的方法，其中在清洁和干燥步骤中可以容易地除去在玻璃基体表面上的脏物和/或灰尘，由此使玻璃棒具有清洁的表面。
本发明的另一个目的在于提供一种制备光纤用玻璃棒的方法，其中由于高温蒸汽的应用，得到的玻璃棒在随后的干燥步骤中保持热的状态，并且可以通过通入清洁空气而相对容易地完全干燥。
根据本发明，可以通过一种由玻璃基体的拉伸而制备更小尺寸的玻璃棒的方法而实现上述目的，该方法包含提供玻璃基体，向所述的玻璃基体表面上施加蒸汽，加热由蒸汽处理过的玻璃基体以软化玻璃基体至足以进行随后拉伸的程度，并且拉伸软化的玻璃基体，由此提供具有所需直径的玻璃棒。
在本发明的实践中，优选使用这样的蒸汽，其温度为120至160℃，并且蒸汽压为0.27至0.62MPa。


图1所示为实施本发明方法的玻璃基体清洁装置的示意图；图2所示为玻璃基体的侧视示意图，所述的玻璃基体的表面已经清洁过，然后与用于在基体的相对端拉伸的模型棒熔化连接；图3所示为沿着环形喷嘴单元的内周提供的多个喷嘴的示意平面图；和图4所示为包含两套喷嘴单元的双联式喷嘴安排的示意图。
发明详述根据本发明的方法，首先提供玻璃基体。此处所用的术语“玻璃基体”意思是指具有不同的直径例如40至250mm的圆柱形玻璃体，并且不仅包括所谓的预成型胚或玻璃棒，而且还包括用于光纤服务用的锭块。为此目的用的玻璃基体通常是由二氧化硅或石英玻璃制成的一种。
通过下面的方法得到进行下一清洁步骤的玻璃基体使用外圆磨床研磨由二氧化硅制成的原料玻璃体，得到具有上面所规定的外径的圆柱形玻璃基体。对于研磨，使用游离的或固定的颗粒或研磨剂颗粒来研磨原料玻璃体的外表面。如果需要，可以用化学物质如碱或酸的水溶液进一步清洁研磨过的圆柱形玻璃基体。这种化学物质在本领域是已知的，并且包括例如碱如NaOH和酸如盐酸，硫酸，硝酸，氢氟酸等。如上所述，这些化学物质通常以水溶液的形式使用，其浓度对于碱为2至20重量％，并且对于酸为5至30重量％。特别是，作为在其中含有NaOH的发泡浓缩洗涤剂，可以商购为此目的使用的NaOH。当然，也可以使用通常用于此的并且具有类似洗涤性能的其它类型的碱性洗涤剂。
如此，在本发明的方法中提供圆柱形玻璃基体或预成型胚。
接着，以下面将参考附图所述的方式，在玻璃基体的表面上用蒸汽对其进行处理。优选用于此目的的蒸汽的温度应当为120至160℃，并且蒸汽压力为0.27至0.62MPa。更低的温度是不适宜的，这是考虑到脏物等的去除性或洗涤性能是不令人满意的事实。可以使用更高的温度但经济性差。同样，更低的蒸汽压力由于不能希望满意的清洁效果的原因是不适宜的。另一方面，可以使用更高的压力，但不会得到进一步清洁的作用。
一般而言，向玻璃体施加湿气是不适宜的，因为它对玻璃具有高的亲合力，并且非常容易被吸附在其上面。如果湿气保留吸附在从玻璃基体得到的更小尺寸的玻璃棒上，不利地影响最终光纤，以在光纤中提供不透明的缺陷。当使用将在以下描述的本发明方法中的蒸汽时，可以方便地避免在玻璃基体上吸附的可能性。
应当注意的是，这种蒸汽处理在本发明的方法中是最重要的，并且参考附图进行更详细的描述。
在施加蒸汽之后，通过暴露于清洁空气气流中而干燥玻璃基体。优选清洁空气通过空气过滤器通至玻璃基体直到玻璃基体完全干燥。由于玻璃基体涂有清洁用的蒸汽或热水蒸气，基体被加热至所使用蒸汽的温度水平，并且当暴露于清洁空气气流时，可以容易地干燥至完全干燥的程度。其中使用蒸汽是本发明的突出特征之一。不用说，加热基体的温度可以根据蒸汽温度和蒸汽施加时间而变化。
如果需要，可以用由聚烯烃树脂或类似树脂制成的保护袋覆盖干燥过的基体，以保护表面不受杂质的影响。
然后，通过使用研磨机，由通常的方式使玻璃基体在其相对的两端逐渐变细。用蒸馏水或纯水漂洗渐细的部分，以除去在渐细的过程中可以附着于其上的脏物，接着干燥渐细的部分。
接着，加热玻璃基体，直到其软化，并且由通常的方法拉伸，同时移动玻璃基体。在任何已知的装置如电炉中进行加热，其中加热由二氧化硅制成的玻璃基体例如至1,600至2,200℃的温度。在以例如2,000至2,800mm/分钟的速度移动玻璃基体的同时，将其拉伸成为适宜于光纤拉伸的更小尺寸的玻璃棒。移动速度和拉伸速度之间的不同保证所需要尺寸的玻璃棒的形成。这在本领域是众所周知的并且不在此进一步讨论。
实际上，通常加热之前的玻璃基体在其相对的两端用模型玻璃棒固定地安置，尽管不是必须的。
现在参考附图，具体而言参考附图1至4。图1中，所示为清洁装置A，并且该装置包括在其中容纳玻璃基体12的蒸汽室10。室10在其下侧具有一个空气进口14，空气通过该进口供入室10中，和一个排气口16，空气从该排气口排出。对于供入的清洁空气，进口14具有过滤器18，并且通过控制阀20控制空气供给。
在其相对的两端渐细的玻璃基体12，如23，用载体22在其两端支撑，载体22又由任何适宜的装置(未显示)支撑。接着，可以将在干燥后立即得到的玻璃基体12安置在塑料树脂例如聚烯烃树脂制成的袋中并且密封。只在其相对两端打开密封袋，以允许玻璃基体12通过使用研磨机而使其相对的两端渐细，并且如特别示于图2的，与模型棒28熔化粘附，然后立即拉伸。
环形喷嘴单元24具有如图3所示的多个喷嘴30，从其中向玻璃基体12喷射蒸汽如32。多个喷嘴30是与玻璃基体12面对面的关系。喷嘴单元24是如所示围绕玻璃基体12提供的，并且这样安置，以便沿着玻璃基体12垂直地移动。图1中，只显示了一个环形喷嘴。可以围绕玻璃基体12提供两套喷嘴单元24，每一套具有多个与玻璃基体12面对面关系的喷嘴，从其中向基体12喷射蒸汽，以构成如图4所示的双联式喷嘴安排36。优选将玻璃基体12和喷嘴24之间的距离设置为100至150mm，并且该距离可以取决于蒸汽的温度和压力。由与蒸汽发生器(未显示)连接的管线26供给蒸汽。图1中，所示喷嘴单元24可以沿着玻璃基体12的长度垂直移动，如由宽双箭头所示。在此关系中，在用蒸汽的清洁过程中，玻璃基体可以是旋转的或可以是固定的。备选地，蒸汽喷嘴单元可以是固定的，在其上的玻璃基体12是垂直移动的。再备选地，玻璃基体12可以是水平放置的，而不是图中所示的垂直方向放置的，由此得到相似的结果。
通常，进行1至10次喷嘴单元24相对于玻璃基体12的往复循环，以完成对杂质的清除。往复循环次数可以取决于有脏物或灰尘的表面污染的程度。
在清洁装置A中，将通过阀18和过滤器20的空气向上供给通过室10，并且从排气口16排放，由此在施加蒸汽之后干燥玻璃基体10。为此目的，连续地通入清洁空气数分钟，因为基体由蒸汽加热，尽管或多或少地取决于空气的流速。由于将蒸汽施加到玻璃基体上，所以其变成热的并且可以容易地干燥，在这种情况下，湿气基本上未保留在基体的表面上或之中。
接着，将干燥后得到的玻璃基体12立即放置入由塑料树脂如聚烯烃树脂制成的袋中并且密封。
最后，得到的玻璃基体，有或没有如上所述的模型棒的连接，转移至配备有电炉的拉伸设备，接着以本领域众所周知的方式加热和拉伸，提供光纤用的更小尺寸的玻璃棒。因为玻璃基体根据本发明用蒸汽清洁过，所以得到的玻璃棒没有表面被脏物或灰尘污染的问题，并且具有清洁的表面。
本发明将通过实施例更具体地描述，并不应当认为本发明限于此。也显示比较例。
具体实施例方式
实施例使用外圆磨机，通过使用尺寸为#200的固定颗粒的磨石，将熔融二氧化硅玻璃基体研磨成为外径为130mm的圆柱体，由此提供圆柱形玻璃基体12。
接着，将玻璃基体12安置在图1所示类型的清洁设备A中。清洁设备A具有8个对准玻璃基体的喷嘴26，它们之间的距离被设置为100mm。蒸汽喷嘴单元26以2500mm/分钟的移动速度往复10次，从该喷嘴单元向玻璃基体12喷射0.4MPa的蒸汽，以清洁其表面。蒸汽的使用量为42kg/小时。
然后，由空气进口14向清洁装置A供给清洁空气2分钟。通过控制阀20控制供给的清洁空气，空气通过过滤器18通入装置A中，并且在干燥玻璃基体12表面之后，由排气口16排放。
玻璃基体干燥后即刻的温度为约50℃。接着，将基体12放置并且密封在聚乙烯袋中，以便保护其表面。
将聚乙烯袋在其相对的两端切割掉，以在其相对的两端暴露玻璃基体12至约200mm的程度，接着通过渐细用的研磨机研磨。用蒸馏水漂洗渐细的部分，并且干燥。干燥后，如图2所示，将与玻璃基体12相同材料制成的模型棒28与玻璃基体12相对的两端熔融粘接。
附着有模型棒的玻璃基体安置在配备有电炉的拉伸设备中。将电炉加热器设置在2000℃，并且拉伸玻璃基体，同时连续地移动基体，以提供外径为50mm的玻璃棒。
玻璃基体冷却后，观察其表面。结果，未发现表面污染的问题。
比较例使用外圆磨机，通过使用固定颗粒的磨石，将原料熔融二氧化硅玻璃基体研磨成为外径为130mm的圆柱体，以提供圆柱形玻璃基体。接着，在其表面上用蒸馏水漂洗玻璃基体，并且自然干燥。
玻璃基体在其表面上具有轻微程度的干燥条纹。然后，将玻璃基体放置并且密封在聚乙烯袋中，以便保护其表面。
将聚乙烯袋在其相对的两端打开，以在其相对的末端部分暴露玻璃基体至每一端约200mm的程度，接着用磨石机逐渐变细。渐细后，用蒸馏水漂洗渐细的部分的脏物，并且自然干燥。干燥后，将与玻璃基体相同材料制成的模型棒与玻璃基体相对的两端熔融粘接。
在相对两端具有模型棒的玻璃基体安置在配备有未显示的电炉的拉伸设备中，并且将电炉加热器设置为2000℃。在这些条件下，拉伸玻璃基体，同时连续地移动，由此得到外径为50mm的玻璃棒。
冷却后，肉眼观察玻璃棒的表面，显示在表面中观察到细小的不透明点。
如从前面所述的清楚看出，本发明的清洁方法显示良好的工作性能，并且是生态友好的，原因在于不使用化学物质或溶剂。而且，可以容易在除去脏物，灰尘和类似的杂质，因而可以期望满意的清洁效果而没有湿气的不利影响，不论是否使用蒸汽。在清洁之后，拉伸得到的基体，得到具有清洁表面的玻璃棒。
权利要求
1.一种通过拉伸玻璃基体制备更小尺寸的玻璃棒的方法，该方法包含提供玻璃基体，向所述的玻璃基体表面上施加蒸汽，加热由蒸汽处理过的玻璃基体以软化玻璃基体至足以进行随后拉伸的程度，并且拉伸软化的玻璃基体，由此提供具有所需直径的玻璃棒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽的温度为120至160℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽的蒸汽压力为0.27至0.63MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的玻璃基体是这样一种玻璃基体，其在施加蒸汽之前，用游离的或固定的颗粒在其表面上进行外圆研磨。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述的研磨之后，将所述的基体用碱或酸的水溶液清洁。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽是通过围绕所述玻璃基体提供的至少一套喷嘴单元向所述玻璃基体喷射而施加的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述的喷嘴单元是沿着与所述的玻璃基体为面对面关系的内周具有多个喷嘴的圆环形式。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述的施加是通过移动所述的至少一套喷嘴单元，同时固定所述的玻璃基体而进行的。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述的施加是通过移动所述的玻璃基体，同时固定地保持所述的至少一套喷嘴单元而进行的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述的玻璃基体是由玻璃预成型胚制成的。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述的玻璃基体是由玻璃锭块制成的。
12.一种根据权利要求1所述的方法制备的玻璃棒。
全文摘要
一种通过拉伸玻璃基体制备更小尺寸的玻璃棒的方法，该方法包含提供玻璃基体，向所述的玻璃基体表面上施加蒸汽，并且加热用蒸汽处理过的玻璃基体以软化玻璃基体至足以进行随后拉伸的程度。拉伸软化的玻璃基体，以提供基本上没有脏物，具有清洁表面的玻璃棒。
文档编号B08B3/02GK1537819SQ200410034858
公开日2004年10月20日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年4月16日
发明者山村和市 申请人:信越化学工业株式会社