專利名稱：一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法及設(shè)備，具體涉及將一種大直徑光纖預(yù)制棒拉伸成小直徑光纖預(yù)制棒的工藝方法及設(shè)備，屬光纖加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1970年，美國(guó)康寧首先采用氣相沉積方法制備出預(yù)制棒并拉出低衰耗的光纖以來(lái)，目前已經(jīng)有多種制作用于拉制光纖的玻璃預(yù)制棒的加工方法。這些加工方法包括夕卜氣相沉積法(OVD)，氣相軸向沉積法(VAD)，內(nèi)氣相沉積法(IVD)，改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法(MCVD)，等離子激活化學(xué)氣相沉積法(PCVD)。為了提高光纖的生產(chǎn)效率，已逐步出現(xiàn)使用較大的初始外徑的預(yù)制棒以及較快拉絲速度的趨勢(shì)，然而在對(duì)外徑平均值大于150 mm的預(yù)制棒進(jìn)行拉絲加工時(shí)，難以使熱區(qū)氣流到達(dá)理想的層流狀況和對(duì)預(yù)制棒進(jìn)行均勻加熱，因此不利于拉絲工藝和質(zhì)量的控制。利用拉伸技術(shù)將大直徑的預(yù)制棒拉伸成為一種直徑較小的預(yù)制棒有利于解決以上的技術(shù)問題。專利文獻(xiàn)CN 1890189A公開了一種水平方向拉伸光纖基材的方法和設(shè)備，但采用該方法在拉伸過(guò)程中由于棒體自身重力的作用預(yù)制棒的弓曲度不能很好控制，對(duì)光纖拉絲過(guò)程會(huì)造成較大的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提出一種拉伸質(zhì)量好、加工工藝簡(jiǎn)便的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法及設(shè)備。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的垂直拉伸方法的技術(shù)方案為
將大直徑光纖預(yù)制棒垂直安裝在拉伸設(shè)備上，大直徑光纖預(yù)制棒的上端由一夾緊裝置夾持；
先對(duì)光纖預(yù)制棒的下端進(jìn)行預(yù)加工，形成過(guò)渡段和引伸段，即通過(guò)加熱裝置對(duì)光纖預(yù)制棒的下端進(jìn)行加熱，使其熔融變細(xì)并向下延伸一段長(zhǎng)度，引伸段的直徑與加工后的小直徑光纖預(yù)制棒直徑相同或相近；
將引伸段接入牽引裝置；
對(duì)大直徑光纖預(yù)制棒下端和過(guò)渡段持續(xù)進(jìn)行加熱，使其熔融變細(xì)，同時(shí)通過(guò)牽引裝置向下牽引，向下牽引的速度為\，由此形成向下延伸的小直徑光纖預(yù)制棒；
在小直徑光纖預(yù)制棒向下牽引的同時(shí)，夾持大直徑光纖預(yù)制棒的夾緊裝置向下移動(dòng)，夾緊裝置向下移動(dòng)的速度為V1,由此保持大直徑光纖預(yù)制棒對(duì)加熱裝置的連續(xù)進(jìn)給；
所述的大直徑光纖預(yù)制棒的直徑Dl大于或等于140mm，所述的小直徑光纖預(yù)制棒的直徑D2小于或等于120mm，并且使得拉伸加工滿足D2= (V1 / V2)1/2 X Dl0按上述方案，所述的大直徑光纖預(yù)制棒為實(shí)芯光纖預(yù)制棒，或玻璃套管與芯棒的組合；可在實(shí)芯光纖預(yù)制棒的上端焊接直徑較小的玻璃延長(zhǎng)棒或玻璃延長(zhǎng)管作為夾持端，或在玻璃套管的上端焊接直徑較小的玻璃延長(zhǎng)管作為夾持端。
按上述方案，對(duì)于由玻璃套管與芯棒組合的大直徑光纖預(yù)制棒，在玻璃套管或玻璃延長(zhǎng)管的上端安設(shè)真空吸盤，加熱拉伸時(shí)管內(nèi)真空度控制在50mbar或50mbar以下。按上述方案，所述的加熱裝置為石墨電阻爐或電感應(yīng)爐，或?yàn)榭扇細(xì)怏w燃燒器，力口熱溫度控制在2000-2300°C，加熱時(shí)在加熱區(qū)域沖入惰性保護(hù)氣體。按上述方案，通過(guò)光電測(cè)量裝置對(duì)加熱熔融處的大直徑光纖預(yù)制棒直徑Dl和熔融變細(xì)的小直徑光纖預(yù)制棒直徑D2連續(xù)或間斷進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)調(diào)整V1和/或V2來(lái)調(diào)整D2。按上述方案，所述的牽引裝置為滾輪牽引裝置，牽引速度V2為20mm/min"l000mm/min。按上述方案，所述的大直徑光纖預(yù)制棒的直徑Dl為14(T200 mm，所述的小直徑光 纖預(yù)制棒的直徑D2為40 120 mm。本發(fā)明光纖預(yù)制棒垂直拉伸設(shè)備的技術(shù)方案為
包括立式機(jī)架，立式機(jī)架上方安設(shè)上下移動(dòng)夾緊裝置，上下移動(dòng)夾緊裝置上方配置抽真空系統(tǒng)，立式機(jī)架的中部安設(shè)加熱裝置并配置惰性氣體吹氣口，在加熱裝置內(nèi)和下方分別配置光電測(cè)量裝置，在加熱裝置的下方安設(shè)有牽引裝置。按上述方案，所述的上下移動(dòng)夾緊裝置包括夾緊裝置與上下移動(dòng)裝置，在上下移動(dòng)裝置上還配置有對(duì)中調(diào)整裝置；所述的牽引裝置為滾輪牽引裝置，滾輪牽引裝置由一對(duì)或多對(duì)滾輪組成，沿上下平行間隔安設(shè)，包括上部的導(dǎo)向滾輪，還包括主拉伸滾輪、浮動(dòng)拉伸滾輪和隨動(dòng)拉伸滾輪。按上述方案，所述的抽真空系統(tǒng)包括真空泵、抽真空管道、真空探測(cè)儀、真空吸盤和石墨隔熱片。本發(fā)明的有益效果在于1、采用立式垂直拉伸方式，不僅可以避免光纖預(yù)制棒在拉伸時(shí)因重力作用產(chǎn)生弓曲度，使預(yù)制棒拉伸后的同軸度得到保證，而且可以借助重力的作用向下拉伸，對(duì)預(yù)制棒的幾何尺寸進(jìn)行更好的控制，使得拉伸后的光纖預(yù)制棒幾何形狀更為均勻，精度更好，為光纖拉絲打下良好的質(zhì)量基礎(chǔ)；2、加工工藝簡(jiǎn)便，易于控制和調(diào)整，操作方便，加工效率較高；3、對(duì)于由玻璃套管與芯棒組合的大直徑光纖預(yù)制棒，加熱拉伸時(shí)采用了抽真空方式，在拉伸過(guò)程中可以一直保證玻璃套管和芯棒界面處于相對(duì)真空狀態(tài)，這樣大大改善了拉伸后預(yù)制棒的質(zhì)量；4、本發(fā)明另一個(gè)特點(diǎn)在于在拉伸基材和發(fā)熱元件中填充惰性氣體，穩(wěn)定了預(yù)制棒軟化形變部分與發(fā)熱體之間氣體流動(dòng)的穩(wěn)定性，使得發(fā)熱體與預(yù)制棒間具有持續(xù)穩(wěn)定的對(duì)流導(dǎo)熱，確保拉伸后預(yù)制棒的包層直徑波動(dòng)較初始階段沒有明顯變化，也確保了拉伸后的預(yù)制棒的質(zhì)量；5、加工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠性高，使用方便，可以兼容實(shí)芯預(yù)制棒和玻璃套管與芯棒的組合，使得設(shè)備的適用性大大提高。


圖I為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例加工過(guò)程示意圖。圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例抽真空的示意圖。圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例直徑測(cè)量的示意圖。圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例測(cè)量反饋和控制的示意圖。圖5為本發(fā)明設(shè)備一個(gè)實(shí)施例中上下移動(dòng)夾緊裝置部分的側(cè)剖視結(jié)構(gòu)圖。
圖6為本發(fā)明設(shè)備一個(gè)實(shí)施例中加熱裝置和光電測(cè)量裝置的正視結(jié)構(gòu)圖。圖7為本發(fā)明設(shè)備一個(gè)實(shí)施例中牽引裝置部分的正視結(jié)構(gòu)圖。
圖8為本發(fā)明設(shè)備一個(gè)實(shí)施例中抽真空系統(tǒng)中的真空吸盤俯視圖。圖9為圖8中的A-A剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明的實(shí)施對(duì)象為大直徑光纖預(yù)制棒，包括實(shí)芯光纖預(yù)制棒或玻璃套管與芯棒的組合。實(shí)施過(guò)程是將大直徑光纖預(yù)制棒拉伸成為小直徑光纖預(yù)制棒，所述的大直徑光纖預(yù)制棒的外徑大于或等于140_，通常為16(T200 mm;所述的小直徑光纖預(yù)制棒的外徑小于120mm,通常為50 110 mm。拉伸的過(guò)程和操作步驟為
所述大直徑光纖預(yù)制棒3在尾部焊接有外徑小于預(yù)制棒外徑的延長(zhǎng)棒或延長(zhǎng)管，所述延長(zhǎng)棒或者延長(zhǎng)管為石英玻璃，在高溫下與大尺寸光纖預(yù)制棒熔接在一起，其目的在于減少拉伸過(guò)程中輔助材料的消耗，同時(shí)提高光纖預(yù)制棒的玻璃利用率，而且由于輔助玻璃材料外徑變小，使得焊接變得容易，從而也降低了焊接成本。本實(shí)施例中提供的小直徑延長(zhǎng)棒外徑與大直徑光纖預(yù)制棒直徑的差值為25 65mm。所述的小直徑延長(zhǎng)棒與大直徑光纖預(yù)制棒同軸線聯(lián)接，大直徑光纖預(yù)制棒與小直徑延長(zhǎng)棒的對(duì)接方式有平直對(duì)接，過(guò)渡錐對(duì)接或過(guò)渡圓弧對(duì)接。將大直徑光纖預(yù)制棒垂直安裝到拉伸設(shè)備上，大直徑光纖預(yù)制棒的上端的延長(zhǎng)棒或延長(zhǎng)管由上下移動(dòng)夾緊裝置夾持；對(duì)于由玻璃套管與芯棒組合的大直徑光纖預(yù)制棒，在玻璃套管的玻璃延長(zhǎng)管的上端安設(shè)真空吸盤7，通過(guò)真空吸盤與抽真空系統(tǒng)的其它部分接通；通過(guò)上下移動(dòng)夾緊裝置將大直徑光纖預(yù)制棒緩慢的送入作為加熱裝置4的石墨電阻爐，在大尺寸光纖預(yù)制棒的前端進(jìn)入石墨電阻爐發(fā)熱腔后用密封裝置將爐上口封住，然后將惰性氣體輸送到石墨電阻爐發(fā)熱腔上部，使惰性氣體和光纖預(yù)制棒相遇，并產(chǎn)生在石墨電阻爐發(fā)熱腔和光纖預(yù)制棒之間的間隙處流動(dòng)的氣體，惰性包括氮?dú)?、氬氣或者氦氣；石墨電阻爐溫度范圍在2200°C左右，溫度指的是發(fā)熱體的溫度。當(dāng)實(shí)施對(duì)象為玻璃套管和芯棒的組合時(shí),將抽真空系統(tǒng)打開；當(dāng)實(shí)施對(duì)象為實(shí)芯預(yù)制棒,無(wú)需打開抽真空系統(tǒng)。通過(guò)發(fā)熱腔發(fā)熱軟化光纖預(yù)制棒的前端，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)制棒基材溶化溫度后，從軟化的前錐端掉下直徑較細(xì)的小直徑光纖預(yù)制棒，將小直徑光纖預(yù)制棒用牽引裝置2的滾輪夾住向下牽引拉伸，在拉伸過(guò)程中，上下移動(dòng)夾緊裝置通過(guò)上下移動(dòng)裝置緩慢將大直徑光纖預(yù)制棒進(jìn)給進(jìn)入加熱裝置發(fā)熱腔，同時(shí)如圖3所示的光電測(cè)量裝置開始采集預(yù)制棒的外徑數(shù)據(jù)，其中加熱裝置內(nèi)的大徑光電測(cè)量裝置5測(cè)量實(shí)芯或由玻璃套管與芯棒融縮成實(shí)芯的大直徑預(yù)制棒直徑D1，加熱裝置下方的小徑光電測(cè)量裝置6測(cè)量小直徑光纖預(yù)制棒的直徑D2，將采集的數(shù)據(jù)輸送至運(yùn)算控制單元15，并通過(guò)數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)反饋給上下移動(dòng)夾緊裝置I和牽引裝置2的控制系統(tǒng)，由D2= (V1 / V2)1/2XDl關(guān)系來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)夾緊裝置向下移動(dòng)的速度為V1和牽引裝置的滾輪牽引速度V2，達(dá)到所需要獲得拉伸后小直徑光纖預(yù)制棒的外徑，直至拉伸結(jié)束。實(shí)施例一拉伸RIC工藝制造的200mm外徑預(yù)制棒基材到目標(biāo)40_100mm外徑的預(yù)制棒。將預(yù)制棒基材架在架棒系統(tǒng)上，將石墨隔熱片和真空吸盤放置在基材的上端面并固定；將抽真空系統(tǒng)打開抽取RIC200mm外徑的預(yù)制棒基材中芯棒同外包層之間的空氣來(lái)減小界面氣線等缺陷；將加熱系統(tǒng)打開升溫，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)制棒基材溶化溫度后，基材就會(huì)融化掉下來(lái)；將動(dòng)力系統(tǒng)打開，讓其將融化后的玻璃夾住，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)力系統(tǒng)的速度來(lái)讓預(yù)制棒基材的尺寸加大；將測(cè)試系統(tǒng)以及信號(hào)反饋系統(tǒng)打開，在控制界面上輸入目標(biāo)外徑數(shù)值，拉伸設(shè)備就會(huì)通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)以及信號(hào)反饋系統(tǒng)控制來(lái)自動(dòng)控制拉伸后預(yù)知棒的外徑，其記錄結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法，其特征在于 將大直徑光纖預(yù)制棒垂直安裝在拉伸設(shè)備上，大直徑光纖預(yù)制棒的上端由ー夾緊裝置夾 持； 先對(duì)光纖預(yù)制棒的下端進(jìn)行預(yù)加工，形成過(guò)渡段和引伸段，即通過(guò)加熱裝置對(duì)光纖預(yù)制棒的下端進(jìn)行加熱，使其熔融變細(xì)并向下延伸一段長(zhǎng)度，引伸段的直徑與加工后的小直徑光纖預(yù)制棒直徑相同或相近； 將引伸段接入牽引裝置； 對(duì)大直徑光纖預(yù)制棒下端和過(guò)渡段持續(xù)進(jìn)行加熱，使其熔融變細(xì)，同時(shí)通過(guò)牽引裝置向下牽引，向下牽引的速度為\，由此形成向下延伸的小直徑光纖預(yù)制棒； 在小直徑光纖預(yù)制棒向下牽引的同吋，夾持大直徑光纖預(yù)制棒的夾緊裝置向下移動(dòng)，夾緊裝置向下移動(dòng)的速度為V1,由此保持大直徑光纖預(yù)制棒對(duì)加熱裝置的連續(xù)進(jìn)給； 所述的大直徑光纖預(yù)制棒的直徑Dl大于或等于140mm，所述的小直徑光纖預(yù)制棒的直徑D2小于或等于120mm，并且使得拉伸加工滿足D2= (V1 / V2)1/2 X Dl0
2.按權(quán)利要求I所述的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法，其特征在于所述的大直徑光纖預(yù)制棒為實(shí)芯光纖預(yù)制棒或玻璃套管與芯棒的組合；在實(shí)芯光纖預(yù)制棒的上端焊接直徑較小的玻璃延長(zhǎng)棒或玻璃延長(zhǎng)管作為夾持端，或在玻璃套管的上端焊接直徑較小的玻璃延長(zhǎng)管作為夾持端。
3.按權(quán)利要求2所述的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法,其特征在于對(duì)于由玻璃套管與芯棒組合的大直徑光纖預(yù)制棒，在玻璃套管或玻璃延長(zhǎng)管的上端安設(shè)真空吸盤，加熱拉伸時(shí)管內(nèi)真空度控制在50mbar或50mbar以下。
4.按權(quán)利要求I或2所述的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法，其特征在于所述的加熱裝置為石墨電阻爐或電感應(yīng)爐，或?yàn)榭扇細(xì)怏w燃燒器，加熱溫度控制在2000-2300°C，加熱時(shí)在加熱區(qū)域沖入惰性保護(hù)氣體。
5.按權(quán)利要求I或2所述的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法，其特征在于通過(guò)光電測(cè)量裝置對(duì)加熱熔融處的大直徑光纖預(yù)制棒直徑Dl和熔融變細(xì)的小直徑光纖預(yù)制棒直徑D2連續(xù)或間斷進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)調(diào)整V1和/或V2來(lái)調(diào)整D2。
6.按權(quán)利要求I所述的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法，其特征在于所述的牽引裝置為滾輪牽引裝置，牽引速度V2為20mm/min 1000mm/min。
7.按權(quán)利要求I或2所述的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法，其特征在于所述的大直徑光纖預(yù)制棒的直徑Dl為14(T200 mm，所述的小直徑光纖預(yù)制棒的直徑D2為4(Tl20 mm。
8.一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸設(shè)備，其特征在于包括立式機(jī)架，立式機(jī)架上方安設(shè)上下移動(dòng)夾緊裝置，上下移動(dòng)夾緊裝置上方配置抽真空系統(tǒng)，立式機(jī)架的中部安設(shè)加熱裝置并配置惰性氣體吹氣ロ，在加熱裝置內(nèi)和下方分別配置光電測(cè)量裝置，在加熱裝置的下方還安設(shè)有牽引裝置。
9.按權(quán)利要求8所述的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸設(shè)備，其特征在于所述的上下移動(dòng)夾緊裝置包括夾緊裝置與上下移動(dòng)裝置，在上下移動(dòng)裝置上還配置有對(duì)中調(diào)整裝置。
10.按權(quán)利要求8或9所述的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸設(shè)備，其特征在于所述的牽引裝置為滾輪牽引裝置，滾輪牽引裝置由ー對(duì)或多對(duì)滾輪組成，沿上下平行間隔安設(shè)，包括上部的導(dǎo)向滾輪，還包括主拉伸滾輪、浮動(dòng)拉伸滾輪和隨動(dòng)拉 伸滾輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法及設(shè)備，該方法是將大直徑光纖預(yù)制棒垂直安裝在拉伸設(shè)備上，通過(guò)加熱裝置對(duì)光纖預(yù)制棒的下端進(jìn)行加熱，使其熔融變細(xì)并向下延伸，將引伸段接入牽引裝置；對(duì)大直徑光纖預(yù)制棒下端和過(guò)渡段持續(xù)進(jìn)行加熱，使其熔融變細(xì)，同時(shí)通過(guò)牽引裝置向下牽引，牽引的速度為V2，形成向下延伸的小直徑光纖預(yù)制棒；同時(shí)夾持大直徑光纖預(yù)制棒的夾緊裝置向下移動(dòng)，其速度為V1，大直徑光纖預(yù)制棒的直徑D1大于或等于140mm，小直徑光纖預(yù)制棒的直徑D2小于或等于120mm，使得拉伸加工滿足D2=(V1/V2)1/2×D1。本發(fā)明加工質(zhì)量好，工藝簡(jiǎn)便，易于控制和調(diào)整，加工效率較高；加工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，可兼容實(shí)芯預(yù)制棒和玻璃套管與芯棒的組合。
文檔編號(hào)C03B37/012GK102627399SQ20121011380
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者向和軍, 吳儀溫, 張文俊, 王瑞春, 顧立新 申請(qǐng)人:長(zhǎng)飛光纖光纜有限公司