專利名稱：一種反應(yīng)氯氣氣氛下提純鹵化銀光纖原料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)氯氣氣氛下的水平區(qū)域熔融法提純鹵化銀光纖原料的方法及其裝置，尤其是能除去鹵化銀光纖原料中的H2O、OH-、CO32-等含氧和氫雜質(zhì)，屬于紅外光纖材料領(lǐng)域。
鹵化銀多晶光纖[AgClxBr(1-x)，0≤X≤1]在4～16μm紅外光譜范圍內(nèi)有較好的透過(guò)特性，具有無(wú)毒、不潮解、柔軟性好、彎曲半徑小、傳輸中紅外激光能量高等顯著優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于中紅外光譜傳輸、紅外輻射測(cè)溫等紅外技術(shù)領(lǐng)域以及激光外科醫(yī)療領(lǐng)域。鹵化銀光纖在中紅外區(qū)域的的本征吸收損耗是由材料的多聲子振動(dòng)引起，因而鹵化銀光纖原料中含氧、氫的雜質(zhì)(或官能團(tuán))的濃度，將直接影響光纖的中紅外傳輸性能。用物理提純的方法可以除去一定數(shù)量的金屬氧化物及揮發(fā)性的雜質(zhì)，但是物理提純的方法無(wú)法除去像H2O(2．94μm)、OH-(6．28μm)、CO32-(7．16μm)等在紅外波段有吸收的含氧、氫陰離子雜質(zhì)。上述這些陰離子雜質(zhì)在普通光譜純級(jí)鹵化銀原料中不作為雜質(zhì)去除，也不標(biāo)定其濃度。本發(fā)明采用反應(yīng)氯氣氣氛下的水平區(qū)域熔融法單晶生長(zhǎng)方法對(duì)光譜純級(jí)鹵化銀原料進(jìn)行“超提純”處理，以達(dá)到制備鹵化銀光纖用的原料要求。
鹵化銀多晶紅外光纖作為一種傳輸CO2激光性能較佳的柔性光纖材料，目前，在世界發(fā)達(dá)國(guó)家如俄羅斯、日本、德國(guó)等國(guó)家都先后開展了深入的基礎(chǔ)研究，但嘗未見用反應(yīng)氯氣氣氛下的水平區(qū)域熔融法單晶生長(zhǎng)技術(shù)來(lái)純化鹵化銀光纖原料。我們?cè)缙诘墓ぷ魇遣捎靡郝?鋼瓶氯氣)作為氯氣來(lái)源，進(jìn)行氯氣氣氛下的水平區(qū)域熔融法提純鹵化銀光纖原料。由于普通鋼瓶液氯的使用、儲(chǔ)存、凈化(去除液氯中的水份)都相對(duì)的煩瑣和困難，尤其是氣體減壓閥等金屬部件極易腐蝕，而造成氣體污染。而反應(yīng)氯氣氣氛中的氯是由含低沸點(diǎn)碳氯化合物裂解得到，不僅使用方便安全，不會(huì)有雜質(zhì)污染，而且純度易得到保證。
本發(fā)明的目的之一是提供一種反應(yīng)氯氣氣氛下的水平區(qū)域熔融提純鹵化銀光纖原料的方法。亦即，利用低沸點(diǎn)碳氯化合物在一定溫度下裂解同時(shí)產(chǎn)生氯氣，與熔融鹵化銀原料中的雜質(zhì)離子OH-、CO32-、H-O-H等反應(yīng)而從原料中除去，從而提高鹵化銀原料在紅外工作區(qū)的透過(guò)率。
本發(fā)明的另一目的是提供用于上述方法的提純裝置。該裝置由二部分構(gòu)成。一部分系反應(yīng)氯氣供料系統(tǒng)，另一部分系經(jīng)改進(jìn)的普通水平區(qū)域熔融系統(tǒng)。
本發(fā)明的第一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用普通水平區(qū)域熔融物理方法提純鹵化銀原料的同時(shí)，通入含低沸點(diǎn)碳氯化合物的蒸汽，利用它在高溫下發(fā)生的裂解反應(yīng)，產(chǎn)生游離氯，利用游離氯的活性與一些含氧、氫的雜質(zhì)如OH-、CO32-、H-O-H等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在高溫下隨氣流排出，達(dá)到除去在紅外波段有吸收的雜質(zhì)，亦即通過(guò)物理提純和化學(xué)提純相結(jié)合的方法達(dá)到提純的目的。
被提純的鹵化銀光纖原料均勻地放在石英玻璃舟10上，石英玻璃舟10放在石英玻璃管7的中央，沸點(diǎn)低于80℃的低沸點(diǎn)碳氯化合物是放在鼓泡瓶4中，它是隨鼓泡瓶4中的鼓泡氣體一起導(dǎo)入石英玻璃管7的。在450-500℃鹵化銀光纖原料熔融的同時(shí)，含低沸點(diǎn)碳氯化合物蒸汽發(fā)生裂解，產(chǎn)生氯氣。由于氯氣是一種良好的強(qiáng)氧化劑，可以與鹵化銀原料中的陰離子反應(yīng)達(dá)到有效去除在紅外波段有吸收的雜質(zhì)，從而達(dá)到提純的目的。
鼓泡瓶4內(nèi)氣體的流量應(yīng)控制在80-160毫升／分范圍。鼓泡用的氣體可以為99％以上純度的惰性氣體，如氬氣、氮?dú)?、氦氣中的一種，常用的為氬氣(Ar)，它是由鋼瓶通過(guò)減壓閥和流量計(jì)控制流量的。鼓泡瓶的作用有二個(gè)一是存放低沸點(diǎn)的碳氯化合物5；另一作用是將惰性氣體在瓶中鼓泡，把低沸點(diǎn)的碳氯化合物蒸汽帶入石英玻璃管7，同時(shí)也可以稀釋碳氯化合物高溫裂解產(chǎn)生的氯氣濃度，所以流量的控制也是十分重要的。然而控制低沸點(diǎn)碳氯化合物裂解溫度是本發(fā)明的關(guān)鍵之一。溫度過(guò)低裂解反應(yīng)不進(jìn)行，溫度過(guò)高裂解產(chǎn)生碳，進(jìn)入系統(tǒng)反而使原料的純度降低。本發(fā)明使用的低沸點(diǎn)碳氯化合物，其沸點(diǎn)低于80℃，裂解溫度應(yīng)控制在450-500℃范圍。所使用的化合物通式為CHnCl4-n(n=0，1，2，)，亦即為CCl4、CHCl3(三氯甲烷)、CH2Cl2(二氯甲烷)等。
當(dāng)加熱爐8溫度在450-500℃，放在石英玻璃舟10上的鹵化銀光纖原料熔化，溫區(qū)移動(dòng)速度為0．2-0．8毫米／分。與此同時(shí)，流過(guò)的惰性氣體中低沸點(diǎn)碳氯化合物的蒸汽發(fā)生裂解反應(yīng)式中(n=0，1，2)生成的氯氣通過(guò)下述三個(gè)反應(yīng)有效除去在紅外波段有明顯吸收的雜質(zhì)。
完成一次提純后，取出樣品，除去料錠前端的雜質(zhì)段，重新放入石英玻璃舟內(nèi)進(jìn)行提純，如次循環(huán)，一般需反復(fù)提純6-8次，最后將提純后的鹵化銀光纖原料進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)本發(fā)明提供的方法提純的鹵化銀光纖原料，在800-4000cm-1(2．5-12．5μm)范圍內(nèi)的吸收隨波長(zhǎng)的增加而降低，這說(shuō)明對(duì)提高鹵化銀光纖中紅外的傳輸性能十分有效。
為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明在普通區(qū)域熔融的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種裝置，它有二部分構(gòu)成，一部分系反應(yīng)氯氣的供料系統(tǒng)，另一部分系改進(jìn)的普通區(qū)域熔融系統(tǒng)。在第一部分反應(yīng)氯氣供料系統(tǒng)中，氣體由鋼瓶1供應(yīng)，經(jīng)減壓閥2接入氣體流量計(jì)3的入口，氣體流量計(jì)3的出口接入鼓泡瓶4，低沸點(diǎn)碳氯化合物5放在鼓泡瓶4中，氣體在瓶中鼓泡后其蒸汽隨鼓泡氣體一起流入石英玻璃管7。
裝置的另一部分是由調(diào)節(jié)架6，石英玻璃管7，加熱爐8，滑車9，石英玻璃舟10，鹵化銀光纖原料11，導(dǎo)軌12，絲桿13，廢氣排出口14，變速箱15，馬達(dá)16構(gòu)成。其中放鹵化銀光纖原料11的石英玻璃舟10放在石英玻璃管7內(nèi)，加熱爐8放在滑車9上，滑車9隨絲桿13的轉(zhuǎn)動(dòng)向前或后低速移動(dòng)，絲桿13由馬達(dá)16經(jīng)變速箱15的減速帶動(dòng)，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)架6使石英玻璃管7與加熱爐8的同心度一致。
綜上所述，本發(fā)明通過(guò)惰性氣體經(jīng)減壓后通入裝有低沸點(diǎn)碳氯化合物的鼓泡瓶中，氣體在瓶中鼓泡并將碳氯化合物的蒸汽導(dǎo)入經(jīng)改進(jìn)的普通區(qū)域熔融裝置的石英玻璃管內(nèi)，借助熔融鹵化銀光纖原料的溫度，裂解碳氯化合物，使之產(chǎn)生氯氣氣氛，利用氯氣的強(qiáng)氧化性，與水、氫氧根、碳酸根等陰離子雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到純化鹵化銀光纖原料的目的。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法有效等特點(diǎn)。經(jīng)本發(fā)明提供的方法和裝置提純的鹵化銀光纖原料放入高質(zhì)量石英安瓿內(nèi)，生長(zhǎng)成預(yù)制棒在10．6μm處吸收系數(shù)僅為5×10-4cm-1，與提純前3．23×10-2cm-1相比降低了二個(gè)數(shù)量級(jí)。用此光纖預(yù)制棒制成的光纖傳輸損耗為0．3-0．5dB／m達(dá)到了實(shí)用要求。


圖1是本發(fā)明提供的裝置示意圖，其中圖1-1為反應(yīng)氯氣氣氛的供應(yīng)系統(tǒng)，圖1-2為經(jīng)改進(jìn)的區(qū)域熔融裝置。
圖2為反應(yīng)氯氣氣氛下提純鹵化銀光纖原料紅外吸收光譜。橫坐標(biāo)為波數(shù)(cm-1)，縱坐標(biāo)為吸收率。
附圖中標(biāo)記說(shuō)明1-惰性氣體鋼瓶，2-減壓閥，3-氣體流量計(jì)，4-鼓泡瓶，5-低沸點(diǎn)碳氯化合物，6-調(diào)節(jié)架，7-石英玻璃管，8-加熱爐，9-滑車，10-石英玻璃舟，11-鹵化銀光纖原料，12-導(dǎo)軌，13-絲桿，14-廢氣排出口，15-變速箱，16-馬達(dá)。
下面通過(guò)實(shí)施例詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，但本發(fā)明決非局限于實(shí)施例。
實(shí)施例1二氯甲烷(CH2Cl2)作為氯的起始源，放在鼓泡瓶?jī)?nèi)，當(dāng)氬氣通過(guò)減壓閥和流量計(jì)，流入鼓泡瓶4，其流量為100毫升／分，將沸點(diǎn)僅41℃的二氯甲烷蒸汽導(dǎo)入石英玻璃管7內(nèi)，借助于熔融鹵化銀原料的區(qū)域熔融溫度，使二氯甲烷裂解，其熔融溫度為490℃，溫區(qū)移動(dòng)速度為0．4毫米／分，裂解產(chǎn)生的氯氣與原料中的陰離子發(fā)生如反應(yīng)式(2)～(4)的反應(yīng)，使鹵化銀原料得到純化，如次循環(huán)，經(jīng)6次，可以使陰離子雜質(zhì)明顯去除，而紅外吸收率如圖2所示。在本實(shí)施例中原料是放在石英玻璃舟10上，加熱爐8的速度是通過(guò)絲桿13的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)的，而絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)速度又受馬達(dá)16和變速箱15加以控制。
實(shí)施例2使用三氯甲烷(CHCl3)為氯氣的起始源，其沸點(diǎn)62℃，導(dǎo)入石英玻璃管7內(nèi)的載流氣體為N2，流量為140毫升／分，區(qū)域熔融移動(dòng)速度0．6毫米／分，加熱溫度490℃，反復(fù)循環(huán)5次，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3用四氯化碳(CCl4)為氯氣的起始源，其沸點(diǎn)為76℃，使用Ar(氬氣)為載流氣體，流量為160毫米／分，區(qū)域熔融移動(dòng)速度0．8毫米／分，加熱溫度460℃，反復(fù)循環(huán)8次，其余同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1．一種反應(yīng)氯氣氣氛下提純鹵化銀光纖原料的方法，包括水平區(qū)域熔融，其特征在于帶有低沸點(diǎn)碳氯化合物的蒸汽的鼓泡氣體導(dǎo)入經(jīng)改進(jìn)后的普通區(qū)域熔融裝置的石英玻璃管(7)內(nèi)，借助于熔融鹵化銀光纖原料的溫度，使碳氯化合物裂解，使之產(chǎn)生氯氣，與原料中的OH-、CO32-、H-O-H等陰離子雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到提純目的。
2．按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于被提純的鹵化銀光纖原料(11)放在石英玻璃舟(10)中，溫區(qū)移動(dòng)速度為0．2-0．8毫米／分，加熱溫度450-500℃。
3．按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鼓泡用的氣體是99％以上純度的Ar、N2或He惰性氣體中的一種，其流量控制在80-160毫升／分范圍內(nèi)。
4．按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于低沸點(diǎn)碳氯化合物是放在鼓泡瓶(4)中，它由惰性氣體經(jīng)減壓閥和流量計(jì)進(jìn)入鼓泡瓶，氣體在鼓泡瓶中鼓泡并將碳氯化合物的蒸汽導(dǎo)入石英玻璃管(7)內(nèi)。
5．按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的低沸點(diǎn)碳氯化合物通式為CHnCl4-n，n=0，1，2，，具體可為CCl4、CHCl3、CH2Cl2中的一種，其沸點(diǎn)低于80℃。
6．一種用于提純鹵化銀光纖原料的裝置，其特征在于它由反應(yīng)氯氣供料系統(tǒng)和改進(jìn)的普通區(qū)域熔融系統(tǒng)構(gòu)成。
7．按權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)氯氣供料系統(tǒng)是惰性氣體由鋼瓶(1)供應(yīng)，經(jīng)減壓閥(2)接入氣體流量計(jì)(3)的入口，氣體流量計(jì)(3)的出口與鼓泡瓶(4)相連接，低沸點(diǎn)碳氯化合物放在鼓泡瓶(4)中，氣體在鼓泡瓶中鼓泡后其蒸汽隨同鼓泡氣體一起導(dǎo)入石英玻璃管(7)。
8．按權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于改進(jìn)的普通水平區(qū)域熔融系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)架(6)，石英玻璃管(7)，加熱爐(8)，滑車(9)，石英玻璃舟(10)，鹵化銀光纖原料(11)，導(dǎo)軌(12)，絲桿(13)，廢氣排出口(14)，變速箱(15)，馬達(dá)(16)構(gòu)成；其中放鹵化銀光纖原料(11)的石英玻璃舟放在石英玻璃管(7)內(nèi)，加熱爐(8)放在滑車(9)上，滑車(9)隨絲桿(13)的轉(zhuǎn)動(dòng)向前或后低速移動(dòng)，絲桿(13)由馬達(dá)(16)經(jīng)變速箱(15)的減速帶動(dòng)，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)架(6)使石英玻璃管(7)與加熱爐(8)的同心度一致。
9．按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鹵化銀光纖原料的提純，一般需反復(fù)循環(huán)6-8次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)氯氣氣氛下水平區(qū)域熔融法提純鹵化銀光纖原料的方法和裝置,屬于紅外光纖材料領(lǐng)域,它是由鋼瓶惰性氣體經(jīng)減壓后通入裝有低沸點(diǎn)碳氯化合物的鼓泡瓶中,氣體在瓶中鼓泡并將碳氯化合物的蒸汽導(dǎo)入經(jīng)改進(jìn)的普通區(qū)域熔融裝置的石英玻璃管內(nèi),借助熔融鹵化銀光纖原料的溫度,裂解碳氯化合物,使之產(chǎn)生氯氣氣氛,利用氯氣的強(qiáng)氧化性,與H
文檔編號(hào)C03C13/00GK1293152SQ00119750
公開日2001年5月2日 申請(qǐng)日期2000年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月24日
發(fā)明者高建平, 卞蓓亞, 武忠仁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所