專利名稱：制造光纖預型件的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制造預型件的裝置，其中載體管收縮成一預型件，該裝置包括形成圓筒形封套的加熱元件，該封套在封套的相對端處限定一個環(huán)形入口和一個環(huán)形出口，載體管位于所述開口之間的圓筒形封套內，加熱元件相對于載體管可在軸向上移動，和用于向載體管和封套之間的空間供送非氧化性氣體的裝置。本發(fā)明還涉及利用本發(fā)明的裝置制造預型件的方法。
背景技術：
這樣一種裝置本身可由美國專利5970083了解到。由此公知的裝置包括一個圍繞圓筒形封套的石墨爐，載體管可在圓筒形封套內在其縱向上移動。所述裝置用于使原始預型件收縮，該原始預型件為約30mm直徑的空心棒的形式，其必須轉變成用于拉拔光纖的預型件，即具有約20mm直徑的實心棒。這種轉變主要向爐的中部發(fā)生，在中部溫度主要大約為2000℃。圓筒形封套包括一個入口和一個出口，兩個開口包括兩個管道環(huán)箍，非氧化性氣體穿過該管道。所述環(huán)形管道與封套的軸向成一定角度傾斜，非氧化性氣體通過環(huán)形管道注入兩個圓錐氣幕內。這樣注入的氣體被引導離開封套，這樣防止了導致石墨爐燃燒的空氣進入封套內的可能。
本發(fā)明人已經發(fā)現當外界空氣中的氧與所述碳精管接觸時，收縮過程所需要的高溫可能導致圓筒形封套內部燃燒，該圓筒形封套包括碳精管。通過燃燒形成的燃燒產物隨后沉積在載體管上，其中雜質可能對最終制造的玻璃纖維的光性能和/或強度產生不良影響。圓筒形封套中顯現的高溫的另一種效應是少量的SiO2，即制造載體管的材料將蒸發(fā)。所述SiO2可與圓筒形封套的內部的碳發(fā)生反應，形成SiC，這種SiC沉積在內壁上。實驗表明所述SiC可與爐的碳內壁分離，且隨后粘附在熱和略軟的載體管上。必須防止在載體管上出現這種雜質，因為所述載體管在收縮成預型件后在拉拔塔中轉化成玻璃光纖。盡管上述美國專利公開了一種裝置，其中通過在爐的兩端提供雙氣幕并在載體管和爐的內壁之間的爐空間內用氣沖刷，來防止外界空氣進入，聲稱最大程度減少碳內管的燃燒，但所述公知的裝置沒有提供從載體管適當地排放蒸發(fā)的SiO2，結果在各種情況下，不能防止在載體管的外部形成SiC和SiC的沉積。

發(fā)明內容
這樣，本發(fā)明的目的是提供一種制造預型件的裝置和方法，其中可避免現有技術存在的前述問題。
根據本發(fā)明，參考引言中的本發(fā)明的特征在于，在環(huán)形入口附近設置用于提供非氧化性氣體的裝置，所述裝置包括i)一種用于沖刷載體管和封套之間的空間的元件，包括環(huán)形注入室的該元件設置在環(huán)形入口附近，且包括在環(huán)形出口方向上經過載體管的成層流的非氧化性氣體，和ii)一種用于向環(huán)形入口供送非氧化性氣體的元件，該元件設置在根據i)的元件的上游處，該元件ii)包括環(huán)形注入室，并載運在與來自元件i)的非氧化性氣體的方向相反的方向上經過載體管的非氧化性氣體，從而防止外界空氣在環(huán)形入口側進入。
這樣，本發(fā)明人已經發(fā)現解決上述問題的方法，該方法即在載體管和封套之間的空間內用非氧化性氣體沖刷，同時還在載體管的外側上以及僅在爐的一側上即環(huán)形入口附近形成非氧化性氣體的氣幕。采用僅在爐的一側上即在環(huán)形入口附近的內部沖刷步驟，可防止由于在圓筒形封套和載體管內部之間的空間內相對的氣體流動引起的可能出現的渦流。特別是，由上述因素產生的任何雜質將在另一側即在環(huán)形出口與非氧化性氣體流一起離開爐。當使用這種方法時，可防止含硅化合物例如SiC沉積在爐內的碳精內管的熱區(qū)中，因為在載體管和封套之間的空間內不會發(fā)生燃燒產物的堆積。實驗表明在碳精內管的溫度超過1900℃時，立方形和六角形SiC沉積在碳精內管上。這種立方形SiC的晶體可從圓筒形封套的內壁上分離，并著落在石英載體管上。當由已經收縮以形成固體棒的預型件拉拔玻璃光纖時，由于這種立方形SiC的晶體沒有熔化，這種晶體的存在將導致如此形成的玻璃光纖局部削弱，從而導致其破裂。應當理解，本發(fā)明的裝置包括形成圓筒形封套的加熱元件的實施例，以及圍繞圓筒形封套的加熱元件的實施例。
在一個特別優(yōu)選的實施例中，在元件i)中的非氧化性氣體的層流具有10-200的雷諾數，其中雷諾數定義為Re＝ρvd/μ，其中ρ＝氣體密度v＝氣體速度μ＝氣體粘性，和d＝載體管的外徑和圓筒形封套的內壁之間的直徑差這種層流特別是期望的，以便防止在載體管和圓筒形封套之間的空間內產生渦流，因此，可能已經形成的任何含SiC的材料適當地在環(huán)形出口的方向上被排出，這樣防止所述材料沉積在載體管上。
在一個特定的優(yōu)選實施例中，上述參數d具有＞6mm的值，結果蒸發(fā)到爐的碳內壁上的SiO2的擴散距離增加。
而且，優(yōu)選的是采用具有最大體積百分比含量為15％的氦的氣體作為非氧化性氣體，其中其它成分選自例如氬和氮，或其混合物。
在這種收縮過程中，氦由于其具有良好的導熱性而被頻繁地使用，因此來自圓筒形封套的熱被適當地傳遞到要收縮的載體管上。然而，使用氦的一個缺點是，由于上述良好的導熱性，也會發(fā)生很強的冷卻。這樣，從載體管蒸發(fā)的SiO2可能沉積在圓筒形封套的碳精管的大部分上。這樣，考慮到為了使來自載體管的蒸發(fā)的SiO2在圓筒形封套的碳精管上的沉積最少，選擇最大量的氦。
該裝置的特征還在于圓筒形封套的內壁由玻璃化的碳制成。使用玻璃化的碳的特殊優(yōu)點是該材料具有很低的孔隙率，結果，有效的潛在反應面積小于標準的高純碳。這將導致碳的燃燒降低，這樣與SiO2的反應最小。除此之外，顯然很容易從玻璃化的碳表面去除任何雜質。
本發(fā)明還涉及一種方法，其中，載體管收縮成預型件，該方法在上述裝置中實施。


現在參照附圖將對本發(fā)明更詳細地描述，其中，附圖示意性地表示本發(fā)明裝置的橫截面視圖。
具體實施例方式
附圖示意性地表示用于制造預型件的裝置1，其中使載體管7收縮成一預型件。載體管7位于加熱元件2之間，該加熱元件提供高溫，以便載體管7輕微軟化，并融化成一固體棒?？臻g9位于爐10的內壁3和載體管7之間，該空間用非氧化性氣體進行沖刷，該非氧化性氣體在箭頭P1所示的方向上通過環(huán)形注入室6注入。注入室6位于環(huán)形入口5的位置，因此，注入的非氧化性氣體從環(huán)形入口5在環(huán)形出口4的方向上流動。為了防止外界空氣進入環(huán)形入口5內，還提供有元件8，該元件8設置在環(huán)形注入室6的上游，該元件8也包括環(huán)形注入室，它載運非氧化性氣體在與來自環(huán)形注入室6的非氧化性氣體的方向相反的方向上，特別是在箭頭P2所示的方向上經過載體管7。通過元件8獲得的氣幕和通過注入室6的內部沖刷過程的結合確保防止外界空氣進入爐內，以及在收縮過程中形成的任何雜質適當地在環(huán)形出口4的方向上排出。顯然，爐10可相對于載體管7移動，但在特定的實施例中，最好載體管7相對于爐10移動。然而，本發(fā)明不限制特定的移動方式。
權利要求
1.一種用于制造預型件的裝置(1)，其中載體管(7)收縮成預型件，該裝置(1)包括至少一個形成或圍繞圓筒形封套(3)的加熱元件(2)，該封套(3)在封套(3)的相對端處限定一環(huán)形入口(5)和一環(huán)形出口(4)，該載體管(7)位于所述開口(4，5)之間的圓筒形封套(3)內，該加熱元件(2)相對于載體管(7)可在軸向上移動，和用于向該載體管(7)和該封套(3)之間的空間供送非氧化性氣體的裝置(6，8)，其特征在于，用于供送非氧化性氣體的裝置(6，8)設置在環(huán)形入口(5)附近，所述裝置(6，8)包括i)一用于沖刷載體管(7)和封套(3)之間的空間的元件(6)，包括環(huán)形注入室的該元件(6)設置在環(huán)形入口(5)附近，該元件承載在環(huán)形出口(4)方向上經過載體管(7)的成層流的非氧化性氣體；和ii)一用于向環(huán)形入口(5)供送非氧化性氣體的元件(8)，該元件(8)設置在根據i)的元件(6)的上游處，該元件(8)包括環(huán)形注入室，并承載在與來自元件(6)的非氧化性氣體的方向相反的方向上經過載體管(7)的非氧化性氣體，以防止外界空氣在環(huán)形入口(5)側進入。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，在元件(6)中的層流具有范圍在10到200之間的雷諾數，其中，雷諾數定義為Re＝ρvd/μ，其中ρ＝氣體密度；v＝氣體速度；μ＝氣體粘性；和d＝載體管(7)的外徑和圓筒形封套(3)的內壁之間的直徑差。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，參數d具有＞6mm的值。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，采用具有最大體積百分比含量為15％的氦的非氧化性氣體作為非氧化性氣體。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，圓筒形封套(3)的內壁由玻璃化的碳制成。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，加熱元件(2)可相對于載體管(7)移動。
7.一種用于制造預型件的方法，其中，載體管(7)收縮成預型件，該方法利用根據權利要求1至6的裝置來實施。
全文摘要
一種用于制造預型件的裝置，其中載體管收縮成預型件，該裝置包括形成圓筒形封套的加熱元件，該封套在封套的相對端處限定一環(huán)形入口和一環(huán)形出口，載體管位于開口之間的圓筒形封套內，加熱元件相對于載體管可在軸向上移動，和用于向載體管和封套之間的空間供送非氧化性氣體的裝置。
文檔編號C03B37/012GK1474786SQ01819092
公開日2004年2月11日 申請日期2001年11月2日 優(yōu)先權日2000年11月17日
發(fā)明者D·R·西蒙斯, H·L·M·揚森, D R 西蒙斯, M 揚森 申請人:德拉卡纖維技術有限公司