專利名稱：制作具有大孔徑之光纖預(yù)制棒的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地說，本發(fā)明涉及制作光纖預(yù)制棒的方法，具體地說，涉及利用溶膠凝膠法制作具有大孔徑之光纖預(yù)制棒的方法。
背景技術(shù)：
一般地說，光纖由不同的公知材料制成具有所需曲率的內(nèi)部纖芯和曲率小于纖芯曲率的包層。光纖的制作包括制備光纖預(yù)制棒，并從所述預(yù)制棒拉制成細(xì)光纖，為的是制成光纜。預(yù)先預(yù)制棒經(jīng)過覆蓋包層的過程或覆蓋護(hù)套的過程，從預(yù)制棒拉出光纖。這可通過以管形的二次光纖預(yù)制棒對(duì)主光纖預(yù)制棒覆蓋包層或覆蓋護(hù)套，以便能夠得到大孔徑光纖預(yù)制棒而得以實(shí)現(xiàn)。一種公知的制作二次光纖預(yù)制棒，即石英玻璃的方法是化學(xué)汽相沉積法或溶膠凝膠法。
圖1是說明公知溶膠凝膠法的流程圖。簡單地說，根據(jù)溶膠凝膠法制作二次預(yù)制棒的過程主要包括混合/擴(kuò)散110、模制成型120、脫模130、干燥140，有機(jī)組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)150和燒結(jié)160等步驟。
在混合/擴(kuò)散步驟110時(shí)，使初始材料與去離子水混合，并加該添加劑，如擴(kuò)散添加劑，制成均勻的溶膠。至于初始材料，采用硅烷氧化物(silicon alkoxide)或煅制二氧化硅。
在模制成型步驟120時(shí)，將己通過混合/擴(kuò)散步驟110制備的溶膠放入具有一定的預(yù)先確定形狀的模型中，并被凝膠化。通常，把粘合劑或凝膠化促凝劑加給所述溶膠，以增強(qiáng)溶膠顆粒中間的粘結(jié)。實(shí)際的模型通常是用不銹鋼管、丙烯、聚苯乙烯或特氟隆(Teflon)材料制成的。特別是，用于模制成型包皮管或覆蓋護(hù)套的管子的模型為圓柱形，其中將一個(gè)棒插入到模型的中心。為將溶膠放入到模型中，人們可以簡單地將溶膠灌入模型中，或者利用模型與溶膠池之間的高度差，將溶膠加入到模型中。然而，這些方法有諸多缺點(diǎn)，因?yàn)榭赡軙?huì)有雜質(zhì)流入并可能會(huì)降低生產(chǎn)率。因此，更為通用的實(shí)踐是使用泵來把溶膠灌入到模型中。
在脫模步驟130時(shí)，要將模制成型步驟120期間在模型內(nèi)部形成的凝膠與模型分開，并使之老化。脫模步驟130通常是在水中完成的，以防止整個(gè)處理期間凝膠的任何可能耗損。
在干燥步驟140時(shí)，利用類似于恒溫及恒濕的腔室，使已經(jīng)在步驟130與模型分開的最好為管狀的凝膠受到干燥。其中，隨著凝膠中所含濕氣的蒸發(fā)，凝膠形成多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
在有機(jī)組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)步驟150時(shí)，通過低溫?zé)崽幚?，使有機(jī)組分，如殘存的濕氣和留在凝膠內(nèi)部的粘合劑等被分解，并在氯氣氛圍下加熱凝膠，從凝膠中除去堿金屬雜質(zhì)和氫氧化物。
在燒結(jié)步驟160時(shí)，使已經(jīng)通過有機(jī)組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)步驟150的成管狀凝膠再被燒結(jié)，并使之玻璃化，從而制得最后的制品，即石英玻璃。
具體地說，于真空環(huán)境中，在大約1500℃條件下，在燒結(jié)爐內(nèi)實(shí)行燒結(jié)步驟160。
然而，在上述常規(guī)的制作凝膠管方法中發(fā)現(xiàn)諸多問題。例如，在燒結(jié)步驟，凝膠管的上端和下端的截面直徑大小不同。另外，這種直徑的不同相應(yīng)地引起足夠大量的所述凝膠管作為廢品，而不適于在制作大孔徑光纖預(yù)制棒過程中用于實(shí)際制成品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在燒結(jié)步驟之前將具有與凝膠管同樣長度的主預(yù)制棒插入到凝膠管中，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的這些問題。按照這種方法，可以使總是出現(xiàn)在燒結(jié)步驟之后的所述上、下端之間直徑的不同得以被最小化，而且由于減少了燒結(jié)步驟所耗費(fèi)的凝膠管，從而使生產(chǎn)率提高。另外，還由于燒結(jié)步驟不需要過高的溫度，可以消減設(shè)備的費(fèi)用。此外，通過在燒結(jié)步驟之前就把主預(yù)制棒插入凝膠管中，就大大縮短了整個(gè)光纖預(yù)制棒的制作過程。
于是，本發(fā)明的目的在于提供一種制作大孔徑光纖預(yù)制棒的方法。具體地說，一種溶膠凝膠制作方法，能夠減少凝膠管的耗失量，使凝膠管上、下端之間的直徑差別最小化。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用凝膠管燒結(jié)裝置制作大孔徑光纖預(yù)制棒的方法，所述方法包括如下步驟混合/擴(kuò)散，用以使煅制二氧化硅與去離子水混合，并加入擴(kuò)散添加劑，形成均勻的溶膠；把溶膠注入具有一定形狀(管狀)的模型中之后，使所述溶膠凝膠化；脫模(分離)，使凝膠與模型分離；干燥管形凝膠；處理(或燒掉粘合劑及凈化)包含凝膠中剩余的濕氣、堿金屬雜質(zhì)及氫氧化物的有機(jī)組分；把主預(yù)制棒插入管形凝膠中，然后緊固所述預(yù)制棒；把其中具有主預(yù)制棒的凝膠布置到燒結(jié)裝置中以后，在真空環(huán)境下，于高溫下對(duì)其中具有主預(yù)制棒的凝膠燒結(jié)/覆蓋包層。


從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的上述以及其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得愈為清晰，其中圖1是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)溶膠凝膠過程的凝膠管制作方法的流程圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明溶膠凝膠過程的凝膠管制作方法的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明溶膠凝膠過程的制作凝膠管裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在下面的敘述中，公知的功能或結(jié)構(gòu)就不再詳細(xì)描述，因?yàn)閷?duì)它們的不必要細(xì)述將會(huì)影響本發(fā)明。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明溶膠凝膠過程的凝膠管制作方法流程圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明溶膠凝膠過程的制作凝膠管裝置的剖面圖。
采用本發(fā)明溶膠凝膠過程的二次預(yù)制棒制作方法包括混合/擴(kuò)散步驟210、模制成型步驟220、脫模步驟230、干燥步驟240，有機(jī)組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)250、插入步驟260和燒結(jié)步驟270。
在混合/擴(kuò)散步驟210時(shí)，使初始材料與去離子水混合，并加給添加劑，如擴(kuò)散添加劑，制成均勻的溶膠。通常將粘合劑和凝膠化促凝劑加給所述溶膠，以增強(qiáng)溶膠顆粒中間的粘結(jié)。
比如，根據(jù)形成溶膠的溶膠凝膠過程，使所述初始材料，即煅制二氧化硅分散到去離子水中，并加入擴(kuò)散添加劑、粘合劑以及增塑劑，以加強(qiáng)擴(kuò)散。
使已擴(kuò)散的溶膠與去離子水混合，直至它的酸度變成大約12，并且它的粘度約為40cP。然后，使溶膠老化接近12小時(shí)，并在低于10-3乇的真空環(huán)境下除去其中的氣泡，歷時(shí)約10分鐘時(shí)間。隨后，使凝膠化作用的硬化劑與溶膠均勻混合。
在模制成型步驟120時(shí)，將已通過混合/擴(kuò)散步驟210制備的溶膠放入具有一定的預(yù)先確定形狀(如管狀)的模型中，并被凝膠化。所述模型通常由不銹鋼、丙烯、聚苯乙烯或特氟隆材料制成。特別是，用于模制成型包皮管或覆蓋護(hù)套的管子的模型為圓柱形，其中，將一個(gè)黃銅棒插入到模型的中心。這之前，為了把溶膠放入模型中，人們簡單地將溶膠灌入模型中，或者利用模型與溶膠池之間的高度差，將溶膠加入到模型中。然而，這些方法被證明在可能冒險(xiǎn)有雜質(zhì)的流入以及在生產(chǎn)率方面都是不足的。因此，通用的是使用泵來把溶膠灌入到模型中。
例如，在模制成型步驟220，把通過混合/擴(kuò)散步驟210老化的溶膠插入一個(gè)具有前述形狀的離心式成形模型中，并被密封住。然后，在10-3乇下實(shí)行約5分鐘的真空處理。再把所述離心式成形模型安放到旋轉(zhuǎn)的架子上，以大于1000到2000RPM的高速旋轉(zhuǎn)超過30到60分鐘。最后，把己硬化的溶膠凝膠放在約3℃的腔室內(nèi)，并在約為0.1RPM的低速下旋轉(zhuǎn)。
脫模步驟230包括將已經(jīng)通過模制成型步驟220成型的管形凝膠與模型分開。脫模步驟通常是在水池內(nèi)部完成的，以防止脫模期間凝膠的任何可能耗損。
在干燥步驟240時(shí)，把己與模型分開的管狀凝膠，利用諸如恒溫及恒濕的腔室，使其受到干燥。隨著凝膠中所含濕氣的蒸發(fā)，凝膠形成多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
在有機(jī)組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)步驟250時(shí)，通過低溫?zé)崽幚?，使包括凝膠內(nèi)部的濕氣和粘合劑在內(nèi)的有機(jī)組分被分解，并在氯氣氛圍下加熱所述凝膠，從凝膠中除去堿金屬雜質(zhì)和氫氧化物。
參照?qǐng)D3，用于燒結(jié)凝膠管的裝置包括旋轉(zhuǎn)氣柱型處理管310；用于把旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳給上部帽蓋330和凝膠管300的陶瓷棒331，所述上部帽蓋封閉所述處理管310的上端310b；用以燒結(jié)所述凝膠管的加熱(燒結(jié))爐320；用于使所述陶瓷棒331與主預(yù)制棒341相連的空轉(zhuǎn)棒340；用于通過穿過所述空轉(zhuǎn)棒340而使凝膠管300的上部與該空轉(zhuǎn)棒340相連的連接銷351；以及真空裝置360，用以使燒結(jié)爐內(nèi)部成為真空。
在插入步驟260時(shí)，將主預(yù)制棒341插入凝膠管300內(nèi)，其中所述主預(yù)制棒341的長度與凝膠管300相同，并且外徑在一般公差界限和凝膠管內(nèi)徑的范圍內(nèi)。通過一上一下地將主預(yù)制棒341插入凝膠管300的中心內(nèi)，并可使處理后的直徑偏差最小。
空轉(zhuǎn)棒340與和上帽蓋330相連的陶瓷棒331的下部連接，而且所述主預(yù)制棒341與空轉(zhuǎn)棒340的下端連接。在把主預(yù)制棒341插入到凝膠管300中之后，使所述主預(yù)制棒與陶瓷棒331結(jié)合，并且，以如下方式安放所述連接銷351，也即令它穿過凝膠管300的上部和空轉(zhuǎn)棒340的上部，從而支承所述凝膠管300和空轉(zhuǎn)棒340。
在燒結(jié)步驟270時(shí)，使已經(jīng)通過有機(jī)組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)步驟250的成管狀凝膠受到燒結(jié)并使之玻璃化，從而制得最后的制品，即石英玻璃。所述燒結(jié)步驟包括在燒結(jié)爐內(nèi)，在真空環(huán)境下的高溫條件下加熱干燥的、沒有有機(jī)組分的凝膠。
具體地說，所述燒結(jié)步驟270包括在位于凝膠管300和主預(yù)制棒341的結(jié)合處的燒結(jié)爐，也即加熱爐的中心部分加熱所述凝膠管300，并燒結(jié)被加熱的凝膠管300。另外，所述凝膠管300和主預(yù)制棒341表現(xiàn)出不同的溫度感受特性，這是因?yàn)槠渲惺褂貌煌慕Y(jié)構(gòu)和材料。這就是說，所述燒結(jié)步驟270引起凝膠管300凝縮，在主預(yù)制棒341的外壁與凝膠管300的內(nèi)壁之間形成高溫區(qū)，這相應(yīng)地使凝膠管凝縮在主預(yù)制棒的外壁上，使得更加緊緊地附著在其上。另外，燒結(jié)爐與真空泵320的連接提高了凝膠管300和主預(yù)制棒341之間的結(jié)合效果。
雖然已經(jīng)參照特定的優(yōu)選實(shí)施例表現(xiàn)和描述了本發(fā)明，但那些熟悉本領(lǐng)域的人員能夠理解，可以作出各種形式上和細(xì)節(jié)上的改變，而不致脫離所附各權(quán)利要求限定的本發(fā)明精髓和范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用對(duì)粘結(jié)管的燒結(jié)裝置制作大孔徑光纖預(yù)制棒的方法，它包括如下步驟(a)通過使煅制二氧化硅與去離子水混合/擴(kuò)散，并向其中加入擴(kuò)散添加劑，形成均勻的溶膠；(b)把所述溶膠注入具有預(yù)定形狀的模型中；(c)使所述溶膠凝膠化；(d)脫模，使所述凝膠與模型分離；(e)干燥所述凝膠；(f)處理(或燒掉粘合劑及凈化)包含凝膠中剩余的濕氣、堿金屬雜質(zhì)及氫氧化物的有機(jī)組分；(g)把主預(yù)制棒插入所述凝膠中，然后固緊該預(yù)制棒；(h)把其中帶有主預(yù)制棒的凝膠布置在燒結(jié)裝置中之后，在真空環(huán)境下，于高溫下對(duì)其中具有主預(yù)制棒的凝膠燒結(jié)/覆蓋包層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(b)中的模型具有管狀形狀，以形成凝膠管。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(a)包括加給粘合劑和凝膠化促凝劑之一。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(a)包括加給增塑劑。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所用的模型是以大于每分鐘1000到2000轉(zhuǎn)的速度至少旋轉(zhuǎn)30到60分鐘的離心式成形模型。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述處理(或燒掉粘合劑及凈化)有機(jī)組分的步驟包括低溫?zé)崽幚聿⒃诼葰夥諊录訜崴瞿z。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述步驟(g)中插入的主預(yù)制棒具有與凝膠管近似相同的長度，或者實(shí)際上短于凝膠管的長度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述主預(yù)制棒與凝膠管之間的長度差小于5％。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，將所述主預(yù)制棒插入所述凝膠管的中心。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述插入步驟包括使所述凝膠管的內(nèi)壁凝縮在主預(yù)制棒的外壁上。
11.一種管狀石英玻璃，具有無偏差于權(quán)利要求2各過程所得的直徑。
12.一種管狀石英玻璃，具有無偏差于權(quán)利要求10各過程所得的直徑。
13.一種凝膠管，具有無偏差于權(quán)利要求2各過程所得的直徑。
14.一種由溶膠凝膠法制作的凝膠管所用的燒結(jié)裝置，它包括旋轉(zhuǎn)氣柱型處理管，其中安置具有主預(yù)制棒之凝膠管，并裝有上部帽蓋，用以封閉所述處理管的上端；陶瓷棒，它穿過所述上部帽蓋并被插入所述處理管中，所述陶瓷棒支承所述凝膠管和主預(yù)制棒，并能把旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳給所述凝膠管和主預(yù)制棒；被插入到所述陶瓷棒的下端與主預(yù)制棒的上端之間的空轉(zhuǎn)棒，用以使所述陶瓷棒與主預(yù)制棒連接；連接銷，通過穿過所述空轉(zhuǎn)棒并且兩端超過所述凝膠管而支承凝膠管；燒結(jié)爐，固定在所述處理管的外壁上，用以加熱然后再燒結(jié)所述凝膠管，以及用于覆蓋包層所述凝膠管和主預(yù)制棒；真空泵，它與所述處理管相連，用以使燒結(jié)爐內(nèi)部成為真空狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述真空泵提供接近10-3乇的真空狀態(tài)。
全文摘要
一種使用凝膠管的燒結(jié)裝置制作大孔徑光纖預(yù)制棒的方法，包括如下步驟通過使煅制二氧化硅與去離子水混合/擴(kuò)散，并向其中加入擴(kuò)散添加劑，形成均勻的溶膠；把溶膠注入具有一定形狀的模型中；然后使溶膠凝膠化；脫模，使成管形的凝膠與模型分離；干燥管形凝膠；處理(或燒掉粘合劑及凈化)包含凝膠中剩余的濕氣、堿金屬雜質(zhì)及氫氧化物的有機(jī)組分；把主預(yù)制棒插入管形凝膠中，然后固緊該預(yù)制棒；把其中帶有主預(yù)制棒的凝膠布置在燒結(jié)裝置中之后，在真空環(huán)境下，于高溫下對(duì)其中具有主預(yù)制棒的凝膠燒結(jié)/覆蓋包層。
文檔編號(hào)C03B19/12GK1488593SQ0315504
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2003年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月29日
發(fā)明者尹暎植, 白永珉, 尹 植 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社