專利名稱：一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備，具體的說就是制備超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒的制造設(shè)備。
背景技術(shù)：
二十一世紀(jì)以來，光纖行業(yè)的競爭愈演愈烈，光纖預(yù)制棒、光纖以及光纜的價(jià)格也一跌再跌，成本競爭逐漸成為該行業(yè)市場競爭的首要因素，因此如何降低產(chǎn)品的成本也成為各大公司關(guān)注的焦點(diǎn)。研究表明，增大光纖預(yù)制棒的尺寸，也即提高單根預(yù)制棒的可拉絲長度可非常有效的降低單位長度光纖的成本。例如，按光纖100元/芯公里計(jì)算，將預(yù)制棒的尺寸由80mm 增加到120mm，則SW2粉末的沉積速率由原來的30g/min提高到80g/min，單臺設(shè)備的年產(chǎn)能提高100% ；SiCl4原料的利用率由原有的30%提高到60%，這在提高原料利用率的同時(shí)也在減少了廢氣量排放50% ；單棒拉纖長度達(dá)到1200km以上，后續(xù)拉絲時(shí)設(shè)備利用率較 Φ 80mm預(yù)制棒高15%，可在一定程度上節(jié)約水、電、氣，每拉絲1千克預(yù)制棒可節(jié)約3元的能耗。因此，預(yù)制棒尺寸的大型化成為各公司降低光纖成本，提高市場競爭力的必然選擇。但是制備超大尺寸的預(yù)制棒受到沉積腔體以及爐子等設(shè)備直徑的限制，如果將這些設(shè)備的直徑都進(jìn)行改造，以適應(yīng)大棒徑預(yù)制棒的制備，則不但改造費(fèi)用巨大，而且爐內(nèi)溫度場的控制將變得更為困難。如果還是使用這些設(shè)備的話，較有效的辦法就是降低芯包比，即光學(xué)包層和芯層直徑之差與芯層直徑的比值，但是降低芯包比也不可能無限制的降低的，因?yàn)槿绻鈱W(xué)包層變薄的話，外界的水分很容易侵入芯層，導(dǎo)致水峰值偏高，所以降低芯包比這種辦法也只能在一個(gè)范圍內(nèi)小心翼翼的進(jìn)行著。眾所周知，在二氧化硅系光纖的衰減譜圖上，在第一傳輸窗口 1310nm區(qū) (U80nnTl325nm)和第二傳輸窗口 1550nm 區(qū)(1380nnTl565nm)之間的 1383nm 波長附近， 通常有一個(gè)較高的水吸收峰，通常稱為水峰，在1380nm窗口內(nèi)阻止可用的電磁波通過。氫原子與玻璃基體內(nèi)的二氧化硅(Si02)、二氧化鍺(GeO2)以及其他含氧化合物中的氧結(jié)合， 形成羥基(一0Η/—0Η2)。由于玻璃內(nèi)的羥基(一OH/— OH2)所造成的衰減約為0.51. OdB/ km，衰減峰通常在〃 1380nm窗口〃(約133(Tl470nm的波長范圍)。隨著波分復(fù)用(WDM)、 放大器技術(shù)以及激光源方面的新近進(jìn)展，消除1380nm的水峰日益顯得重要起來。目前國際上預(yù)制棒技術(shù)向“兩步法”方向發(fā)展，即用VAD、OVD、PCVD、MCVD其中任何一種方法制備芯棒，再用套管法、等離子噴涂法、火焰水解法等方法制備外包層。外包層技術(shù)發(fā)展使光纖預(yù)制棒做得更粗、更長，進(jìn)一步提高光纖生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。由于原料鹵化物中的含氧雜質(zhì)與羥基雜質(zhì)，載流氣體中的水氣體，以及石英玻璃管中的羥基(0H_)擴(kuò)散，使得粉末法工藝制備的光纖預(yù)制件羥基含量較高，拉制的光纖受到羥基污染。為了避免光纖被羥基污染，降低水峰造成的衰減，人們一般采用化學(xué)脫水，即在進(jìn)行玻璃化之前，利用亞硫酰氯(S0C12)、氯氣(Cl2)等化學(xué)試劑對羥基的取代反應(yīng)，對光纖預(yù)制品進(jìn)行鹵化(2Si—0H+C12 — 2Si—0+2HC1)。利用鹵化過程而進(jìn)行的化學(xué)脫水對于減少殘余羥基(一0H)含量十分有效。但是，針對進(jìn)一步降低光纖預(yù)制品的羥基(一0H)含量、進(jìn)而大幅度降低水峰衰減的技術(shù)要求，在目前的工藝條件下，鹵化脫水法是無法達(dá)到要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對上述光纖預(yù)制棒的現(xiàn)狀的不足之處提供了一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備，此設(shè)備制備的光纖預(yù)制棒尺寸大，水峰低每根棒能拉出的光纖長度達(dá)到3000km以上，較目前普遍直徑為80mm的光纖預(yù)制棒，其產(chǎn)能將提高100% 以上，很大程度上提高了拉絲設(shè)備的生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。目前，棒徑超過Φ 120mm的預(yù)制棒稱為大尺寸預(yù)制棒，本實(shí)用新型設(shè)備所生產(chǎn)的光纖預(yù)制棒直徑大于150 mm，可達(dá)185mm，可稱之為超大；所述低水峰為氫損后的光纖在 1383nm的水峰衰減系數(shù)低于0. 344dB/km，本實(shí)用新型設(shè)備所生產(chǎn)的光纖預(yù)制棒1383nm的衰減值低于0. 27dB/km，可稱之為超低水峰。為了方便描述，做以下定義芯棒包括芯層和光學(xué)包層，芯棒與外包層共同構(gòu)成了光纖預(yù)制棒；芯層預(yù)制棒芯棒母材中含有鍺元素的高折射率部分；光學(xué)包層預(yù)制棒芯棒母材中芯層之外的低折射率部分；芯包比光學(xué)包層和芯層直徑之差與芯層直徑之比，芯包比在2. 5、. 5之間；外包層是在芯棒外層繼續(xù)沉積四氯化硅(SiCl4)原料所形成的。一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備包括一種光纖預(yù)制棒芯棒母材的沉積裝置和光纖預(yù)制棒芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置。所述光纖預(yù)制棒芯棒母材的沉積裝置包括氣體供應(yīng)部分、旋轉(zhuǎn)提升部分、控制部分。其中氣體供應(yīng)部分包括噴燈組和控制噴燈流量的控制單元；旋轉(zhuǎn)提升部分由伺服電機(jī)、 傳動絲桿、絲桿螺母以及沉積吊桿組成；控制部分由位置測量儀和PLC組成，其都為市售產(chǎn)品，測量精度相對較高。所述吊桿可以上下移動，移動速度由芯棒母材下端面的位置決定；也可以順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度固定，為5r/min 30r/min，但最佳速度為15r/min 25r/min，沉積吊桿的動作由PLC控制，伺服電機(jī)執(zhí)行。所述噴燈組包括三個(gè)噴燈，分為c噴燈、b噴燈、a噴燈，其中c噴燈流出的原料為四氯化硅(SiCl4)、四氯化鍺(GeCl4),燃燒氣體為氫氣(H2)、氧氣(O2)，載流氣體為氬氣 (Ar)，沉積芯棒母材的芯層部分；b噴燈和a噴燈則沉積芯棒的光學(xué)包層部分，流出的原料為四氯化硅(SiCl4),燃燒氣體為氫氣(H2)，氧氣(02)，載流氣體為氬氣(Ar)。所述噴燈組的位置由噴燈的底座調(diào)整，可四維調(diào)整，包括X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)和一個(gè)角度θ，坐標(biāo)調(diào)整范圍分別為-15mnTl5mm，精度為0.01mm，坐標(biāo)系如


圖1中所示，角度θ調(diào)整范圍分別為0度 70度，精度為0. 5度，規(guī)定順時(shí)針為負(fù)值，逆時(shí)針為正值；所述噴燈組的流量由流量控制單元控制，噴燈組包括的每個(gè)噴燈的流量都能夠由各自的質(zhì)流量計(jì)(MFC)來單獨(dú)控制。
4[0025]所述光纖預(yù)制棒芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置包括燒結(jié)氣體供應(yīng)部分， 預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)提升部和燒結(jié)爐。其中燒結(jié)氣體供應(yīng)部分包括直通燒結(jié)爐腔體內(nèi)的入氣口，氣體流量的控制單元；預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)提升部由預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)傳動絲桿、傳動絲桿螺母以及預(yù)制棒燒結(jié)吊桿組成。所述預(yù)制棒燒結(jié)吊桿可以上下移動，移動速度由芯棒母材下端面的位置決定；也可以順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度固定，為lOr/min 30r/min，優(yōu)選速度為20r/min 25r/ min，預(yù)制棒吊桿的動作由PLC控制，預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)執(zhí)行。所述入氣口連接有燒結(jié)氣體流量的控制單元，并連接蒸發(fā)罐來氣化液體。所述氣體流量的控制由流量控制單元控制，各種氣體的流量都由各自的質(zhì)流量計(jì) (MFC)來單獨(dú)控制。制備多孔玻璃預(yù)制棒主要難點(diǎn)A.沉積噴燈通過左右移動將SW2粉末沉積到芯棒上，沉積噴燈移動到粉末棒兩端時(shí)會對把棒產(chǎn)生灼燒使把棒產(chǎn)生應(yīng)力，強(qiáng)度降低，隨著粉末棒直徑的增大，粉末預(yù)制棒重量增加，把棒受到的剪切力增大，因此沉積過程中把棒斷裂幾率較高，會對合格率造成一定的影響；B.隨著粉末棒直徑的增加，在保持卡盤旋轉(zhuǎn)速度一定的前提下，粉末棒外表面的線速度會逐漸提高，火焰對粉末的噴燒時(shí)間相對會減小，從而導(dǎo)致粉末預(yù)制棒的密度降低，沉積過程中會發(fā)生開裂的可能。應(yīng)對措施A.通過增加尾柄直徑提高強(qiáng)度，石英尾柄強(qiáng)度公式計(jì)算如下P=8FL/D3式中P—抗彎強(qiáng)度，MPa ；F—極限荷載力，N;L一支點(diǎn)間的距離，m;D—棒材的直徑，m。由上式可知石英尾柄的抗彎強(qiáng)度與其直徑的三次方成正比，因此增加尾柄直徑對其強(qiáng)度有很大提高，尾柄直徑的大小對后續(xù)的粉末棒燒結(jié)工序有著直接的影響，因此將石英尾柄的直徑從32mm增大到45mm。由于應(yīng)力的存在會導(dǎo)致石英尾柄強(qiáng)度降低，因此降低尾柄的應(yīng)力也是有效的解決其斷裂的有效措施之一，尾柄的應(yīng)變溫度區(qū)間為950°C -1050°C, 退火溫度區(qū)間為1050°C -1150°C，因此通過沉積噴燈在各個(gè)階段的氫氣和氧氣流量來減小其沉積過程中對尾柄造成的應(yīng)力。B.粉末棒的密度與其沉積溫度成正比關(guān)系，本發(fā)明通過增加噴燈氫氣流量，從而保證了粉末預(yù)制棒密度延徑向的一致性，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)粉末棒密度達(dá)到0. 8g/cm3以上后其不易開裂。一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造方法，可以采取以下步驟實(shí)現(xiàn)1、制備低芯包比芯棒粉末棒調(diào)整噴燈組中各噴燈的位置以及中各成分的流量， 使粉末芯棒母材直徑不變的情況下增大光學(xué)包層密度和芯層直徑；所述噴燈組包括三個(gè)噴燈，分為c噴燈、b噴燈、a噴燈，其中c噴燈流出的原料為四氯化硅(SiCl4)、四氯化鍺(GeCl4),燃燒氣體為氫氣(H2)、氧氣(O2)，載流氣體為氬氣(Ar)，沉積芯棒母材的芯層部分，其中四氯化硅(SiCl4)的流量范圍為(T30g/min，優(yōu)選范圍為l(T20g/min，四氯化鍺(GeCl4)的流量范圍為(T20mg/min，優(yōu)選范圍為5 15mg/min，氫氣 (H2)的流量范圍為(T50L/min，氧氣(O2)的流量范圍為(TlOOL/min，氬氣(Ar)的流量范圍為 (T50L/min ； b噴燈和a噴燈則沉積芯棒的光學(xué)包層部分，流出的原料為四氯化硅(SiCl4), 燃燒氣體為氫氣(H2)、氧氣(O2)，載流氣體為氬氣(Ar)，其中四氯化硅(SiCl4)的流量范圍為(TlOOg/min，氫氣(H2)的流量范圍為(Tl50L/min，氧氣(O2)的流量范圍為(T200L/min， 氬氣(Ar)的流量范圍為(T50L/min ；所述噴燈組的位置由噴燈的底座調(diào)整，可四維調(diào)整，包括X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)和一個(gè)角度θ，坐標(biāo)調(diào)整范圍分別為-15mnTl5mm，精度為0.01mm，坐標(biāo)系如
圖1中所示，角度θ調(diào)整范圍分別為O度 70度，精度為0. 5度，規(guī)定順時(shí)針為負(fù)值，逆時(shí)針為正值；這樣即可在保證一定粉末棒棒徑的情況下得到較粗的透明芯棒；2、芯棒粉末棒玻璃化在燒結(jié)爐中用氯氣(Cl2)去除其中的羥基(一0Η)，再用氘氣 (D2)填補(bǔ)粉末棒中游離的硅氧鍵(Si-Ο)，最后用氦氣(He)去除粉末棒中的所有氣泡，使芯棒粉末棒玻璃化，透明化，其中氮?dú)? )的流量范圍為OlOslpm，優(yōu)選范圍為5 20slpm，氯氣(Cl2)的流量范圍為(T5slpm，優(yōu)選范圍為(Tlslpm，氦氣(He)的流量范圍為0 20slpm， 優(yōu)選范圍為5 lklpm，氘氣(D2)的流量范圍為(TlO slpm，優(yōu)選范圍為2、slpm，各種氣體的流量要根據(jù)粉末棒的直徑來確定；3、在水平車床上，通入惰性氣體氮?dú)? )以及循環(huán)冷卻水，其中氮?dú)? )的流量范圍為(T200L/min，優(yōu)選范圍為(T50L/min，冷卻水溫度保持在2(T25°C，將石墨爐加熱到 195(T2100°C，將玻璃態(tài)芯棒延伸為直徑30mm-60mm，但最佳為45mm-50mm的較細(xì)芯棒，具體值需根據(jù)所要制備預(yù)制棒的棒徑來定；4、制備多孔玻璃預(yù)制棒在玻璃體芯棒的兩端接上把棒13，通過兩個(gè)沉積噴燈16 流出的原料四氯化硅(SiCl4)形成沉積噴燈火焰15，在玻璃體芯棒的外表面沉積二氧化硅外包層，形成多孔玻璃預(yù)制棒14 (多孔玻璃預(yù)制棒的芯棒為玻璃態(tài)，而外包層為粉末態(tài))，其中每個(gè)噴燈流出的原料為四氯化硅(SiCl4),燃燒氣體為氫氣(H2)、氧氣(02)，載流氣體為氬氣(Ar)，四氯化硅(SiCl4)的流量范圍為(T80g/min，優(yōu)選范圍為3(T50L/min，氫氣(H2) 的流量范圍為(T200L/min，氧氣(O2)的流量范圍為(TllOOL/min，氬氣(Ar)的流量范圍為 (TlOL/min。為了保證光纖直徑和芯層直徑的比例，芯包比值越小，外包層需要沉積的體積越大，最后得到的預(yù)制棒棒徑就越大；所述芯包比為光學(xué)包層和芯層直徑之差與芯層直徑之比，芯包比在2. 5、. 5之間；5、預(yù)制棒成型在燒結(jié)爐中用氯氣(Cl2)去除多孔玻璃預(yù)制棒的羥基(一0H)，再用氘氣(D2)填補(bǔ)粉末棒中游離的硅氧鍵(Si-Ο)，再用氦氣(He)去除粉末棒中的所有氣泡，使其玻璃化，透明化，成為玻璃態(tài)預(yù)制棒，玻璃態(tài)預(yù)制棒直徑大于150mm，即制成全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒。其中氮?dú)?N2)的流量范圍為(T50slpm，優(yōu)選范圍為5 30slpm，氯氣(Cl2)的流量范圍為Olslpm，優(yōu)選范圍為(Tlslpm，氦氣(He)的流量范圍為(T2klpm，優(yōu)選范圍為 5^20slpm,氘氣(D2)的流量范圍為(Tl5 slpm,優(yōu)選范圍為2 8slpm，各種氣體的流量要根據(jù)粉末棒的直徑來確定；本實(shí)用新型全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)一是超大尺寸預(yù)制棒所需的芯棒制備實(shí)現(xiàn)方法比較簡單，不需改造腔體和腔體等設(shè)備，只需調(diào)整噴燈組的位置和流量即可實(shí)現(xiàn)；二是通過燒結(jié)過程中多一個(gè)氘氣處理過程，即可有效防止水分及羥基(Off)滲入芯棒，使預(yù)制棒在增大尺寸的同時(shí)也能保持較低水峰值；三是預(yù)制棒尺寸的增大有效的提高了設(shè)備和原料的利用率，也為后續(xù)光纖拉絲設(shè)備效率的提高奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本實(shí)用新型全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備生產(chǎn)的光纖預(yù)制棒具有生產(chǎn)效率高、速度快、預(yù)制棒尺寸大、水峰低、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定和成本低等優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明
圖1是本實(shí)用新型全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備的沉積裝置示意圖。圖2是本實(shí)用新型全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備的芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置示意圖。圖3是本實(shí)用新型的光纖預(yù)制棒OVD外包沉積示意圖。圖中1、沉積吊桿，2、靶棒，3、腔體，4、球形腔體，5、粉末預(yù)制棒，6、噴燈組，7、補(bǔ)風(fēng)口，8、激光器，9、燒結(jié)吊桿，10、石英腔體，11、芯棒粉末棒，12、氣體入口，13、把棒、14、多孔玻璃預(yù)制棒，15、沉積噴燈火焰，16、沉積噴燈。
具體實(shí)施方式
參照附
圖1 3，一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備包括一種光纖預(yù)制棒芯棒母材的沉積裝置和光纖預(yù)制棒芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置。本發(fā)明的制造裝置包括
圖1所示的芯棒母材的沉積設(shè)備裝置和圖2所示的芯棒母材/多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)設(shè)備裝置。其中如
圖1所示，光纖預(yù)制棒芯棒母材的沉積裝置反應(yīng)腔體4，與球形腔體相連的排氣管道7，腔體3，球形腔體下部的噴燈組6，固定預(yù)制棒靶棒的沉積吊桿1，沉積吊桿1 可繞自身軸線轉(zhuǎn)動并沿豎直方向上下移動。制備粉末芯棒母材時(shí)，在沉積吊桿1上安裝石英玻璃靶棒7。所述沉積吊桿1可以上下移動，移動速度由芯棒母材下端面的位置決定；也可以順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度固定，為5r/min 30r/min，(優(yōu)選速度為15r/min 25r/min)，沉積吊桿的動作由PLC控制，伺服電機(jī)執(zhí)行；所述噴燈組包括三個(gè)噴燈，分為c噴燈、b噴燈、a噴燈，其中c噴燈流出的原料為四氯化硅(SiCl4)、四氯化鍺(GeCl4),燃燒氣體為氫氣(H2)、氧氣(O2)，載流氣體為氬氣 (Ar)，沉積芯棒母材的芯層部分，其中四氯化硅(SiCl4)的流量范圍為(T30g/min，優(yōu)選范圍為l(T20g/min，四氯化鍺(GeCl4)的流量范圍為(T20mg/min，優(yōu)選范圍為5 15mg/min，氫氣 (H2)的流量范圍為(T50L/min，氧氣(O2)的流量范圍為(TlOOL/min，氬氣(Ar)的流量范圍為 (T50L/min ； b噴燈和a噴燈則沉積芯棒的光學(xué)包層部分，流出的原料為四氯化硅(SiCl4), 燃燒氣體為氫氣(H2)，氧氣(O2)，載流氣體為氬氣(Ar)，其中四氯化硅(SiCl4)的流量范圍為(TlOOg/min，氫氣(H2)的流量范圍為(Tl50L/min，氧氣(O2)的流量范圍為(T200L/min，氬氣(Ar)的流量范圍為(T50L/min。所述噴燈組的位置由噴燈的底座調(diào)整，可四維調(diào)整，包括X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)和一個(gè)角度θ，坐標(biāo)調(diào)整范圍分別為-15mnTl5mm，精度為0.01mm，坐標(biāo)系如
圖1中所示，角度θ調(diào)整范圍分別為0度 70度，精度為0. 5度，規(guī)定順時(shí)針為負(fù)值，逆時(shí)針為正值；所述噴燈組的流量由流量控制單元控制，噴燈組包括的每個(gè)噴燈的流量都能夠由各自的質(zhì)流量計(jì)(MFC)來單獨(dú)控制。如圖2所示，所述光纖預(yù)制棒芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置包括燒結(jié)氣體供應(yīng)部分，預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)提升部和燒結(jié)爐。其中燒結(jié)氣體供應(yīng)部分包括直通燒結(jié)爐石英腔體10內(nèi)的入氣口 12、氣體流量的控制單元；預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)提升部由預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)傳動絲桿、傳動絲桿螺母以及預(yù)制棒燒結(jié)吊桿9組成。燒結(jié)爐有燒結(jié)爐石英腔體 10，燒結(jié)爐石英腔體10上設(shè)置有入氣口 12。所述預(yù)制棒燒結(jié)吊桿9可以上下移動，移動速度由芯棒母材下端面的位置決定； 也可以順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度固定，為lOr/min 30r/min，(優(yōu)選速度為20r/min 25r/ min)，預(yù)制棒燒結(jié)吊桿的動作由PLC控制，預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)執(zhí)行。所述入氣口連接有燒結(jié)氣體流量的控制單元，并連接蒸發(fā)罐來氣化液體。所述氣體流量的控制由流量控制單元控制，噴燈組包括的每個(gè)噴燈的流量都能夠由各自的質(zhì)流量計(jì)(MFC)來單獨(dú)控制。其中氮?dú)? )的流量范圍為(T30slpm，優(yōu)選范圍為 5 20slpm，氯氣(Cl2)的流量范圍為Olslpm，優(yōu)選范圍為(Tlslpm，氦氣(He)的流量范圍為 (T20slpm，優(yōu)選范圍為5 lklpm，氘氣(D2)的流量范圍為(TlO slpm，優(yōu)選范圍為2、slpm。一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制備方法，可以采取以下步驟實(shí)現(xiàn)1、制備低芯包比芯棒粉末棒調(diào)整噴燈組中各噴燈的位置以及中各成分的流量， 使粉末芯棒母材直徑不變的情況下增大光學(xué)包層密度和芯層直徑；所述噴燈組包括三個(gè)噴燈，分為c噴燈、b噴燈、a噴燈，其中c噴燈流出的原料為四氯化硅(SiCl4)、四氯化鍺(GeCl4),燃燒氣體為氫氣(H2)、氧氣(O2)，載流氣體為氬氣 (Ar)，沉積芯棒母材的芯層部分，其中四氯化硅(SiCl4)的流量范圍為(T30g/min，優(yōu)選范圍為l(T20g/min，四氯化鍺(GeCl4)的流量范圍為(T20mg/min，優(yōu)選范圍為5 15mg/min，氫氣 (H2)的流量范圍為(T50L/min，氧氣(O2)的流量范圍為(TlOOL/min，氬氣(Ar)的流量范圍為 (T50L/min ； b噴燈和a噴燈則沉積芯棒的光學(xué)包層部分，流出的原料為四氯化硅(SiCl4), 燃燒氣體為氫氣(H2)，氧氣(O2)，載流氣體為氬氣(Ar)，其中四氯化硅(SiCl4)的流量范圍為(TlOOg/min，氫氣(H2)的流量范圍為(Tl50L/min，氧氣(O2)的流量范圍為(T200L/min， 氬氣(Ar)的流量范圍為(T50L/min ；所述噴燈組的位置由噴燈的底座調(diào)整，可四維調(diào)整，包括X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)和一個(gè)角度θ，坐標(biāo)調(diào)整范圍分別為-15mnTl5mm，精度為0.01mm，坐標(biāo)系如
圖1中所示，角度θ調(diào)整范圍分別為O度 70度，精度為0. 5度，規(guī)定順時(shí)針為負(fù)值，逆時(shí)針為正值；這樣即可在保證一定粉末棒棒徑的情況下得到較粗的透明芯棒；2、芯棒粉末棒玻璃化在燒結(jié)爐中用氯氣(Cl2)去除其中的羥基(一0Η)，再用氘氣 (D2)填補(bǔ)粉末棒中游離的硅氧鍵(Si-Ο)，最后用氦氣(He)去除粉末棒中的所有氣泡，使芯棒粉末棒玻璃化，透明化，其中氮?dú)? )的流量范圍為OlOslpm，優(yōu)選范圍為5 20slpm，氯氣(Cl2)的流量范圍為(T5slpm，優(yōu)選范圍為(Tlslpm，氦氣(He)的流量范圍為0 20slpm，
8優(yōu)選范圍為5 lklpm，氘氣(D2)的流量范圍為(TlO slpm，優(yōu)選范圍為2、slpm，各種氣體的流量要根據(jù)粉末棒的直徑來確定；3、在水平車床上，通入惰性氣體氮?dú)? )以及循環(huán)冷卻水，其中氮?dú)? )的流量范圍為(T200L/min，優(yōu)選范圍為(T50L/min，冷卻水溫度保持在2(T25°C，將石墨爐加熱到 195(T2100°C，將玻璃態(tài)芯棒延伸為直徑30mm-60mm，但最佳為45mm-50mm的較細(xì)芯棒，具體值需根據(jù)所要制備預(yù)制棒的棒徑來定；4、制備多孔玻璃預(yù)制棒在玻璃體芯棒的兩端接上把棒13，通過兩個(gè)沉積噴燈16 流出的原料四氯化硅(SiCl4)形成沉積噴燈火焰15，在玻璃體芯棒的外表面沉積二氧化硅外包層，形成多孔玻璃預(yù)制棒14 (多孔玻璃預(yù)制棒的芯棒為玻璃態(tài)，而外包層為粉末態(tài))，其中每個(gè)噴燈流出的原料為四氯化硅(SiCl4),燃燒氣體為氫氣(H2)、氧氣(O2)，載流氣體為氬氣(Ar)，四氯化硅(SiCl4)的流量范圍為(T80g/min，優(yōu)選范圍為3(T50L/min，氫氣(H2) 的流量范圍為(T200L/min，氧氣(O2)的流量范圍為(TllOOL/min，氬氣(Ar)的流量范圍為 (TlOL/min。為了保證光纖直徑和芯層直徑的比例，芯包比值越小，外包層需要沉積的體積越大，最后得到的預(yù)制棒棒徑就越大；所述芯包比為光學(xué)包層和芯層直徑之差與芯層直徑之比，芯包比在2. 5、. 5之間；5、預(yù)制棒成型在燒結(jié)爐中用氯氣(Cl2)去除多孔玻璃預(yù)制棒的羥基(一0H)，再用氘氣(D2)填補(bǔ)粉末棒中游離的硅氧鍵(Si-Ο)，再用氦氣(He)去除粉末棒中的所有氣泡，使其玻璃化，透明化，成為玻璃態(tài)預(yù)制棒，玻璃態(tài)預(yù)制棒直徑大于150mm，即制成全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒。其中氮?dú)?N2)的流量范圍為O飛Oslpm，優(yōu)選范圍為5 30slpm，氯氣(Cl2)的流量范圍為(T5slpm，優(yōu)選范圍為(Tlslpm，氦氣(He)的流量范圍為0^25slpm, 優(yōu)選范圍為5 20slpm，氘氣(D2)的流量范圍為(Tl5 slpm，優(yōu)選范圍為2 8slpm，各種氣體的流量要根據(jù)粉末棒的直徑來確定；以下結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明實(shí)施例一1、 制備預(yù)制棒母材采用如
圖1所示的VAD工藝制備光纖預(yù)制棒芯棒母棒，靶棒2由沉積吊桿1固定， 并下降到指定位置(激光器8發(fā)出的激光正好打在靶棒2下邊沿)，噴燈組6的坐標(biāo)及各成分流量參數(shù)設(shè)置如下表
權(quán)利要求1.一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備，其特征在于包括一種光纖預(yù)制棒芯棒母材的沉積裝置和光纖預(yù)制棒芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置；所述光纖預(yù)制棒芯棒母材的沉積裝置包括氣體供應(yīng)部分，旋轉(zhuǎn)提升部分，控制部分，其中氣體供應(yīng)部包括噴燈組和控制噴燈流量的控制單元；旋轉(zhuǎn)提升部由伺服電機(jī)、傳動絲桿、 絲桿螺母以及沉積吊桿組成；控制部由位置測量儀和PLC組成；所述沉積吊桿可以上下移動，移動速度由芯棒母材下端面的位置決定；也可以順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為5r/min 30r/min，沉積吊桿的動作由PLC控制，伺服電機(jī)執(zhí)行；所述噴燈組包括三個(gè)噴燈，分為c噴燈、b噴燈、a噴燈，其中c噴燈流出的原料為四氯化硅、四氯化鍺，燃燒氣體為氫氣、氧氣，載流氣體為氬氣，沉積芯棒母材的芯層部分，其中四氯化硅的流量范圍為0 30g/min，四氯化鍺的流量范圍為(T20mg/min，氫氣的流量范圍為(T50L/min，氧氣的流量范圍為(TlOOL/min，氬氣的流量范圍為(T50L/min; b噴燈和a 噴燈則沉積芯棒的光學(xué)包層部分，流出的原料為四氯化硅，燃燒氣體為氫氣、氧氣，載流氣體為氬氣，其中四氯化硅的流量范圍為(TlOOg/min，氫氣的流量范圍為(Tl50L/min，氧氣的流量范圍為(T200L/min，氬氣的流量范圍為(T50L/min ；所述光纖預(yù)制棒芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置包括燒結(jié)氣體供應(yīng)部分，預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)提升部和燒結(jié)爐；其中燒結(jié)氣體供應(yīng)部分包括直通燒結(jié)爐石英腔體內(nèi)的入氣口、燒結(jié)氣體流量的控制單元；預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)提升部由預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)傳動絲桿、 傳動絲桿螺母以及預(yù)制棒燒結(jié)吊桿組成；燒結(jié)爐具有燒結(jié)爐石英腔體，燒結(jié)爐石英腔體上設(shè)置有入氣口；所述預(yù)制棒燒結(jié)吊桿可以上下移動，移動速度由芯棒母材下端面的位置決定；也順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為lOr/min 30r/min，預(yù)制棒燒結(jié)吊桿的動作由PLC控制，預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)執(zhí)行；所述入氣口連接有燒結(jié)氣體流量的控制單元，并連接蒸發(fā)罐來氣化液體；所述燒結(jié)氣體流量的控制由流量控制單元控制，各種氣體的流量都由各自的質(zhì)流量計(jì)來單獨(dú)控制，其中氮?dú)獾牧髁糠秶鸀镺lOslpm，氯氣的流量范圍為Olslpm，氦氣的流量范圍為(T20slpm，氘氣的流量范圍為(TlO Slpm0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備，其特征在于所述噴燈組的位置由噴燈的底座調(diào)整，可四維調(diào)整，包括X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)和一個(gè)角度 θ，坐標(biāo)調(diào)整范圍分別為-15mnTl5mm，精度為0.01mm，角度θ調(diào)整范圍分別為O度 70度， 精度為0. 5度，規(guī)定順時(shí)針為負(fù)值，逆時(shí)針為正值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備，其特征在于所述噴燈組的流量由流量控制單元控制，噴燈組包括的每個(gè)噴燈的流量都能夠單獨(dú)控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及的是一種全合成超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒制造設(shè)備，具體的說就是制備超大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒的制造設(shè)備。首先是調(diào)整噴燈組的流量和位置，使芯棒母材直徑不變的情況下增大芯層直徑；然后再芯棒粉末棒、多孔玻璃預(yù)制棒的玻璃化過程前分別作氘氣處理。其制造設(shè)備包括一種光纖預(yù)制棒芯棒母材的沉積裝置和光纖預(yù)制棒芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置；所述光纖預(yù)制棒芯棒母材的沉積裝置包括氣體供應(yīng)部分，旋轉(zhuǎn)提升部分，控制部分；旋轉(zhuǎn)提升部由伺服電機(jī)、傳動絲桿、絲桿螺母以及沉積吊桿組成；所述光纖預(yù)制棒芯棒母材、多孔玻璃預(yù)制棒的燒結(jié)裝置包括燒結(jié)氣體供應(yīng)部分，預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)提升部和燒結(jié)爐。
文檔編號C03B37/018GK202022852SQ20112007888
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者湯明明, 沈一春, 繆丙華, 薛濟(jì)萍, 謝康, 錢宜剛, 閆瑞剛, 陳京京 申請人:中天科技精密材料有限公司