一种用于VAD沉积粉棒的脱水烧结装置及方法与流程

本发明涉及一种用于VAD沉积粉棒的脱水烧结装置及方法，属于光纤预制棒制造技术领域。

背景技术：

光纤预制棒的制作一直被视作光纤行业的塔尖，当今世界上主流制作预制棒的方法主要分为MCVD,PCVD,OVD以及VAD，其中VAD以其沉积速率高，设备构造简单，生产能力强的特点，多年来一直倍受青睐。由VAD工艺制作出的沉积粉棒还需要经过烧结，退火等工序的处理，由于VAD工艺沉积过程中运用的是水解原理，沉积颗粒中会含有氢氧离子和水分子，因此如何完成对多孔粉棒的脱水和烧结以有效减少沉积过程中火焰带入的氢氧离子和水分子，制作出合格的芯棒，是预制棒制作中十分重要的环节。

VAD方法制作预制棒首先是原料经喷灯水解反应后形成颗粒，然后由于热泳作用往温度梯度低的地方扩散，最终沉积在预置于火焰上端的玻璃靶棒下方，水解后的颗粒沿靶棒下方逐渐往下垂直生长，待沉积完成取出粉棒。然后，沉积后的多孔疏松粉棒需要经脱水、烧结，除去其中残留的氢氧离子和水分子后形成玻璃化的玻璃母棒。对于脱水烧结过程是形成合格预制棒的必不可少的环节，其脱水的完全与否也直接决定了产出光纤的衰减高低。

目前粉棒的脱水、烧结技术一般都是单向进行，即母棒由上往下缓慢进入高温区域，经温度控制技术脱去粉棒中残留的氢氧离子和水分子，在此过程中母棒下端开始进行脱水烧结，随着母棒慢慢下移，靶棒端最后脱水烧结。这样的脱水烧结方式存在较多问题，由于温度是由外向内逐渐扩散，粉棒自然外部先进行脱水烧结，且随着粉棒由上往下运动，垂直方向上粉棒底部自然先进行脱水烧结，这样当接近粉棒靶棒端时，由于靶棒端存在变径处，外径会变小，外侧粉棒更容易预先被脱水烧结，这样氢氧离子和水蒸气就会被束缚在靶棒下端即芯棒内侧而无其他路径排出，最终表现在拉丝过程中同是一根玻璃芯棒，水峰表现为由靶棒端到奶嘴端由高变低的走势，其中，位于靶棒端的芯棒水峰往往很高，其原因主要就是因为，芯棒靠近靶棒端的位置脱水不充分，相比于奶嘴端仍含有比较多的水分子，从而影响预制棒的加工质量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种用于VAD沉积粉棒的脱水烧结装置及方法，它能改善烧结粉棒脱水状况，使整个烧结粉棒的脱水更为均衡和充分，从而提高光纤预制棒的加工质量。

本发明脱水烧结装置的技术方案为：包括有立架，置于立架上的上下升降装置，上下升降装置与悬臂架相联，在悬臂架的前端连接有一吊杆，吊杆的下方对应安设加热干燥筒，且吊杆从加热干燥筒顶部伸入加热干燥筒的内腔，加热干燥筒上下方分别设置进气口和出气口，其特征在于所述的吊杆下端连接靶棒套筒，在靶棒套筒内设置加热件。

按上述方案，所述的靶棒套筒包括套筒体，在套筒体上沿轴向开设上下贯通的台阶通孔，上端设置吊杆连接孔，中下方设置靶棒套接孔，在靶棒套接孔内设置加热件。

按上述方案，所述的加热件为石墨电阻加热件，安设于靶棒套接孔内壁，所述靶棒套筒外部设置石墨绝缘保温层。

按上述方案，所述的加热干燥筒包括玻璃筒体，玻璃筒体的上端配置顶盖，玻璃筒体的底部和上端分别设置进气口和出气口，在玻璃筒体的外周安设有石墨电阻加热装置。

按上述方案，所述的吊杆为管状吊杆，管状吊杆的内孔沿轴向分成3个空腔，包括左、右空腔和中间空腔，左、右空腔一个与进水管道相通，另一个与出水管道相通，左右空腔头尾相接，中间空腔安设有导线和导气管，所述的导气管与惰性气体气源相连通。

按上述方案，所述的进、出水管道与冷却水循环装置相连通。

本发明脱水烧结方法技术方案为：采用上述技术方案中的脱水烧结装置，对沉积粉棒分以下步骤进行：

将沉积后的待烧结粉棒上端与靶棒套筒相连；

开启上下升降装置将粉棒送入加热干燥筒内，然后开通进气管道和出气管道开启玻璃管内进气、抽气装置，向加热干燥筒内腔送入氯气；

开启靶棒套筒内加热件，将温度逐步升至800~1200℃，同时通过吊杆向靶棒套筒输送保护气体；

开启加热干燥筒外的加热装置，温度设定值900~1200℃，粉棒开始脱水工序；

待粉棒脱水完毕，关闭靶棒套筒内的加热件，保护气体继续吹扫，缓慢升起粉棒，同时将加热干燥筒外部加热装置温度缓慢升至1200~1500℃；

待加热干燥筒外部加热装置温度缓慢升至1200~1500℃，再次缓慢将粉棒下降至热区，待烧结完成将加热装置缓慢降温，同时提起粉棒，关闭进气管道，待烧结棒提出加热干燥筒后关闭靶棒套筒保护气体，烧结结束。

本发明的有益效果在于：通过设置内设有加热件的靶棒套筒，将与待烧结粉棒芯层相连接的玻璃靶棒作为温度传递媒介，将待烧结粉棒的靶棒端由内向外逐渐脱水，从而改善了待烧结粉棒靶棒端水峰高的问题，而且在粉棒进行脱水的过程中进行上段由内向外的加热脱水，实现了待烧结粉棒的上端靶棒端与粉棒下端同时进行双向脱水烧结，从而解决传统方法靶棒端脱水不充分致使生产出的芯棒靶棒端水峰高的问题，改善了烧结粉棒脱水状况，使整个烧结粉棒的脱水更为均衡和充分，从而提高光纤预制棒的加工质量。本发明脱水与烧结一并完成，提高了效率，节省了生产所需时间。

附图说明

图1是本发明装置一个实施例的总体结构图。

图2是本发明装置一个实施例指南拉杆的径向剖图。

图3是本发明装置一个实施例中拉杆的轴向剖图。

图4是本发明装置一个实施例中靶棒套筒的轴向剖图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步具体说明。

本发明的装置包括有立架1，置于立架上的上下升降装置2，上下升降装置与悬臂架相联，在悬臂架的前端连接有一吊杆3，吊杆的下方对应安设加热干燥筒，所述的加热干燥筒包括玻璃筒体8，玻璃筒体的上端配置顶盖9，由此构成一个密闭的玻璃筒体，玻璃筒体的底部和上端一侧分别设置进气口10和出气口11，进气口与气源相接，通入用于脱水烧结的氯气和导热的氦气，出气口连接抽气管道，在玻璃筒体的外周中部安设有石墨电阻加热装置12，石墨电阻加热装置为石墨电阻加热套。所述的吊杆3从加热干燥筒顶部穿过顶盖中部的封闭孔伸入加热干燥筒的内腔，所述的吊杆为管状吊杆，管状吊杆的内孔沿轴向分成3个空腔，包括左、右空腔3D、3B和中间空腔3C，有2块纵向隔板3A在管内分隔而成，左、右空腔一个与进水管道相通，另一个与出水管道相通，左、右空腔头尾相接，所述的进、出水管道与冷却水循环装置相连通，中间空腔安设有导线和导气管，所述的导气管与惰性气体气源相连通。所述的吊杆下端连接靶棒套筒5，所述的靶棒套筒包括套筒体，在套筒体上沿轴向开设上下贯通的台阶通孔，其中，台阶通孔上端为孔径较小的吊杆连接孔5A，吊杠连接孔的上方设置径向销孔5C，通过插销6与吊杆穿销相连，中下方设置靶棒套接孔，在靶棒套接孔内沿周向设置有4个石墨电阻加热件5D，靶棒套接孔上方设置靶棒径向销孔，粉棒4的靶棒上端通过陶瓷插销7将靶棒端固定在靶棒套筒5内，在吊杠连接孔和靶棒套接孔之间设置有连接通孔5B，吊杆导气管的惰性气体经连接通孔进入靶棒套接孔，同时吊杆中的导线穿过连接通孔与石墨电阻加热件相连接，在所述靶棒套筒外部设置石墨绝缘保温层。

本实施例中设置靶棒上端的销孔到靶棒末端距离为800mm，粉棒沉积长度为2000mm，玻璃筒体高度为6000mm，玻璃筒体外围加热区距离玻璃管下端2000mm，加热区高度250mm。

本实施例脱水烧结的方法分以下几步：

第一步：将沉积后的待烧结粉棒用机械手从靶棒套筒下口送入，通过插销将待烧结粉棒固定在靶棒套筒下方；

第二步：开启上下升降装置将粉棒缓慢送入烧结玻璃筒体内，待玻璃筒体上端盖板密封好后开通玻璃管内进气、抽气装置，通入用于脱水烧结的氯气和导热的氦气；

第三步：开启靶棒套筒内加热件，将温度逐步升至1150℃，开启靶棒套筒保护气体开关，保护气体为氦气或氮气，同时开通吊杆冷却水循环装置；

第四步：待粉棒沉积区进入到脱水区后粉棒运动停止，开启玻璃筒体外部石墨电阻加热装置，温度设定值1150℃，粉棒进入脱水工序；

第五步：待粉棒脱水完毕，关闭靶棒套筒内加热件，保护气体继续吹扫，缓慢升起粉棒，同时将玻璃筒体外部加热装置温度缓慢升至1400℃；

第六步：待玻璃管外部加热装置温度缓慢升至1400℃，再次缓慢将粉棒下降至热区，待烧结完成将加热装置缓慢降温，同时提起粉棒，关闭进气阀门，待烧结棒提出玻璃筒体后关闭靶棒套筒保护气体，烧结结束。