專利名稱：一種生產(chǎn)摻三氧化二硼應(yīng)力棒的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保偏光纖預(yù)制棒領(lǐng)域，尤其是涉及ー種生產(chǎn)摻三氧化ニ硼(B2O3)應(yīng)カ棒的方法和裝置。
背景技術(shù)：
保偏光纖是ー種特種光纖，它具有保持所傳輸光線的線偏振方向的ー類光纖。保偏光纖可應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如光纖陀螺儀，光纖水聽器，偏振傳感器，復(fù)用相干通信等，它是具有廣泛應(yīng)用價值的特種光纖，其中熊貓型保偏光纖以其雙折射效應(yīng)高，結(jié)構(gòu)簡單，制造效率高，性能穩(wěn)定等特點在軍用和民用市場上具有領(lǐng)先地位。熊貓型保偏光纖的制造エ藝通常采用組合法。即將應(yīng)力棒插入到母棒上與中心対稱的兩個孔內(nèi)，然后進行拉絲就得到熊貓型保偏光纖。CN1557754A公開ー種生產(chǎn)熊貓型保偏光纖的方法,但對應(yīng)力棒生產(chǎn)方法沒有說明。 隨著光纖預(yù)制棒技術(shù)的成熟，預(yù)制棒的主要的生產(chǎn)方法包括，MCVD, PCVD, VAD和OVD以及前四種エ藝的組合，但對于熊貓型保偏光纖所用應(yīng)カ棒采用MCVD或PCVD法(MCVD和PCVD法主要的區(qū)別是提供熱源的方式不同，可稱CVD法)生產(chǎn)。摻B2O3應(yīng)カ棒的生產(chǎn)多采用CVD管內(nèi)沉積法如圖I所示。目前CVD管內(nèi)沉積法生產(chǎn)摻B2O3應(yīng)カ棒還存在缺點和不足，例如，沉積管104的尺寸規(guī)格限制了應(yīng)カ棒的外徑和長度；沉積速率為2 3g/min，生產(chǎn)效率較低；CVDエ藝頭管106端和107尾管端摻B2O3預(yù)制棒外徑和摻雜濃度存在差異。此外由于B2O3的熔點低而沉積管熔點較高，如果摻雜濃度較高，沉積管104的熔縮階段很難成功。為了克服上述問題，一般CVD生產(chǎn)的摻B2O3應(yīng)カ棒摻雜濃度控制在較低水平，把摻B2O3應(yīng)カ棒平均分為兩段以匹配母棒上的兩個孔(如圖2所示)，然后將這兩段應(yīng)カ棒通過機械研磨磨掉外層后得到307應(yīng)カ棒，再對307應(yīng)カ棒進行機械拋光磨掉外包層。如圖3所示，由于機械磨床卡盤301僅固定摻B2O3玻璃預(yù)制棒304的一端,摻B2O3玻璃預(yù)制棒304越長，加工精度越差，因此會嚴重影響應(yīng)カ棒的質(zhì)量。CVD法生產(chǎn)摻B2O3預(yù)制棒的生產(chǎn)流程如圖4所示，加工過程中需要手動操作較多，加工精度差；受沉積管尺寸的限制，應(yīng)カ棒尺寸較小，外徑均一性差，生產(chǎn)效率低。VAD方法生產(chǎn)熊貓型保偏光纖預(yù)制棒中的應(yīng)カ棒有顯著的優(yōu)勢，較CVD而言，它摻雜均勻，可設(shè)計生產(chǎn)不同摻雜濃度的應(yīng)カ棒，生產(chǎn)效率高，外徑和長度可根據(jù)需求進行控制等優(yōu)點。在VAD生產(chǎn)エ藝中(如圖6所示)，摻B2O3玻璃微粒沿軸向沉積生長。VAD的沉積速率約8 9g/min是CVD的3倍，VAD生產(chǎn)エ藝摻雜濃度較CVD高，可在0wt°/T50wt%范圍內(nèi)實現(xiàn)均勻摻雜。摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒通過燒結(jié)后得到透明的摻B2O3預(yù)制棒(如圖7所示)，再經(jīng)過退火和延伸エ藝(如圖8和圖9所示)，可以設(shè)計生產(chǎn)不同外徑的應(yīng)カ棒以滿足設(shè)計不同類型的熊貓型保偏光纖。VAD法生產(chǎn)的摻B2O3預(yù)制棒外徑要比CVD法生產(chǎn)的大4倍，同時OH去除較為充分。如圖5所示，VAD法生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒可以和普通光纖玻璃微粒預(yù)制棒共用燒結(jié)和拉伸設(shè)備，可降低設(shè)備投入的同時減少了大量的手工操作。由于摻B2O3玻璃存在較大應(yīng)力，所以摻B2O3應(yīng)カ棒對VAD、燒結(jié)、退火和延伸エ藝參數(shù)有著嚴格要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種生產(chǎn)摻B2O3應(yīng)カ棒的方法和裝置。該方法和裝置生產(chǎn)效率高、摻雜均勻、摻雜濃度范圍大，應(yīng)カ棒尺寸可根據(jù)需求進行靈活設(shè)計。本發(fā)明提供了ー種生產(chǎn)摻B2O3應(yīng)カ棒的方法，該方法包括以下步驟
步驟(I)用VAD方法生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒，噴燈606相對水平角度為25度 65度，摻雜濃度為28wt%，摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒604外徑〈100mm，生長速度lmm/min，密度為O. 20-0. 40g/cm3，最終摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒604長度900 IOOOmm ；
步驟(2)將摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒604投入到燒結(jié)爐中，Cl2流量O. 8L/min, He流量15L/min，脫水溫度為700°C -1000°C，脫水速度為2 7mm/min，燒結(jié)時溫度為1200 1500°C,燒結(jié)速度為3 7mm/min,燒結(jié)到起始端時保溫不小于30min,然后將摻B2O3預(yù)制棒提到馬弗管上端冷卻不小于2小時后取出，再置于退火爐中；
步驟(3)將摻B2O3預(yù)制棒放入到保溫爐中，然后緩慢升溫到800-1000°C，退火時間不小于5小時后緩慢降至室溫再取出摻B2O3預(yù)制棒；
步驟(4)將摻B2O3預(yù)制棒熔接后安裝到延伸設(shè)備，高溫爐緩慢升溫至1350-1450°C，延伸速度設(shè)為5-8mm/min，延伸結(jié)束后緩慢降溫。進ー步，若步驟(4)的延伸過程中需要停止，高溫爐也要緩慢降溫。本發(fā)明還提供了一種生產(chǎn)摻B2O3應(yīng)カ棒的裝置，該裝置包括
生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒裝置，該裝置包括引桿601，激光發(fā)生器602，起始棒603,激光605,噴燈606,用于噴入氫氣和氧氣607、四氯化娃和三溴化硼608,激光接收器609，反應(yīng)箱體610，用于排出熱化學(xué)氣體611的出口；
燒結(jié)爐，包括引桿701，位于燒結(jié)爐上端的排氣ロ 702，可以容納摻B2O3預(yù)制棒的馬弗管703，起始棒704，高溫爐706，用于通入氯氣和氦氣的位于燒結(jié)爐下端的入口端707 ;摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒燒結(jié)到起始端時保溫不小于30min，然后將摻B2O3預(yù)制棒提到馬弗管上端冷卻不小于2小時后取出；
退火爐，包括引桿801，保溫爐803，位于保溫爐內(nèi)部的保溫管804 ；
延伸裝置，包括引桿901，高溫爐904，位于高溫爐底部的溫徑儀905。進ー步，保溫爐緩慢升溫到800-1000で，退火時間不小于5小時后緩慢降至室溫再取出摻B2O3預(yù)制棒。進ー步，高溫爐緩慢升溫至1350-1450°c，延伸裝置的延伸速度設(shè)為5-8mm/min，延伸結(jié)束后緩慢降溫。


圖I是CVD生產(chǎn)摻B2O3玻璃預(yù)制棒示意圖。其中101為SiCl4,102為三溴化硼，103為卡盤，104為沉積，105為除灰管，106為頭管，107為尾管，108為噴燈(MCVD)或等離了發(fā)電熱體(PCVD)，109測溫儀，110熱排氣，111化學(xué)排氣。圖2A是CVD生產(chǎn)摻B2O3玻璃預(yù)制棒的切割示意圖之一。其中201為手噴燈，202摻B2O3玻璃預(yù)制棒。
圖2B是CVD生產(chǎn)摻B2O3玻璃預(yù)制棒的切割示意圖之ニ。其中201為手噴燈，202摻B2O3玻璃預(yù)制棒。圖2C是CVD生產(chǎn)摻B2O3玻璃預(yù)制棒的切割示意圖之三。其中201為手噴燈，202摻B2O3玻璃預(yù)制棒。圖3是CVD生產(chǎn)摻B2O3玻璃預(yù)制棒外包層磨床加工方法示意圖。其中301為卡盤，302為砂輪護罩，303為砂輪，304摻B2O3玻璃預(yù)制棒，305砂輪支座，306為移動平臺，307加エ好的應(yīng)カ棒。圖4是CVD生產(chǎn)應(yīng)カ棒流程圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明用VAD生產(chǎn)應(yīng)カ棒的流程圖。圖6是VAD生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒示意圖。其中601為引桿，602為激光發(fā)生器，603為起始棒，604為摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒，605為激光，606為噴燈，607為氫氣和氧氣，608為四氯化硅和三溴化硼，609為激光接收器，610反應(yīng)箱體，611為熱化學(xué)排氣。圖7是VAD生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒燒結(jié)示意圖。其中701為引桿，702為排氣ロ，703為馬弗管，704為起始棒，705為摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒，706為高溫爐，707為氯氣和氦氣入口端。圖8是摻雜B2O3預(yù)制棒退火示意圖。其中801為引桿，802為摻雜B2O3預(yù)制棒，803保溫爐，804為保溫管。圖9是摻雜B2O3預(yù)制棒延伸方法示意圖。其中901為引桿，902為起棒，903為摻雜民03預(yù)制棒，904為高溫爐，905為溫徑儀，906為應(yīng)カ棒。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖及實施例對本發(fā)明做進ー步說明。根據(jù)圖5所示，是VAD生產(chǎn)應(yīng)カ棒的流程進行實施。VADエ藝生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒(如圖6所示)，噴燈606相對水平角度為25度 65度，優(yōu)選地為42度，摻雜濃度為28wt%,摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒604外徑〈100mm，生長速度lmm/min，密度為O. 20-0. 40g/cm3,優(yōu)選地為O. 28g/cm3,最終摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒604長度900 1000mm。將摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒604投入到燒結(jié)爐中(如圖7所示)，Cl2流量O. 8L/min, He流量15L/min，脫水溫度為700°C -1000°C，優(yōu)選地為800°C，脫水速度為2 7mm/min，優(yōu)選地為6mm/min ;燒結(jié)時溫度為1200 1500°C，優(yōu)選地為1320°C，燒結(jié)速度為3 7mm/min ,優(yōu)選地為6. 5mm/min,燒結(jié)到起始端時保溫不小于30min,優(yōu)選地30min,為然后將摻B2O3預(yù)制棒提到馬弗管上端冷卻不小于2小時，優(yōu)選地在120分鐘后取出，再置于退火爐中。將摻B2O3預(yù)制棒放入到保溫爐(即退火爐)中(如圖8所示)，然后緩慢升溫到800-1000°C，優(yōu)選地為800°C，退火時間不小于5小時，優(yōu)選地為10小時后緩慢降至室溫再取出摻B2O3預(yù)制棒。將摻B2O3預(yù)制棒熔接后安裝到延伸設(shè)備(如圖9所示)，904高溫爐緩慢升溫，延伸結(jié)束后要緩慢降溫。若延伸過程中需要停止，高溫爐也要緩慢降溫。延伸溫度設(shè)為1350-1450°C，優(yōu)選地為1400°C，延伸速度設(shè)為5-8mm/min，優(yōu)選地為7. 5mm/min，延伸外徑設(shè)定為10mm。本發(fā)明還提供了一種生產(chǎn)摻B2O3應(yīng)カ棒的裝置，該裝置包括
生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒裝置，如圖6所示，該裝置包括引桿601，激光發(fā)生器602，起始棒603，激光605，噴燈606，用于噴入氫氣和氧氣607、四氯化硅和三溴化硼608，激光接收器609，反應(yīng)箱體610，用于排出熱化學(xué)氣體611的出口；
如圖7所示，燒結(jié)爐包括引桿701，位于燒結(jié)爐上端的排氣ロ 702，可以容納摻B2O3預(yù)制棒的馬弗管703，起始棒704，高溫爐706，用于通入氯氣和氦氣的位于燒結(jié)爐下端的入口端707 ;摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒燒結(jié)到起始端時保溫不小于30min，然后將摻B2O3預(yù)制棒提到馬弗管上端冷卻不小于2小時后取出；
如圖8所示，退火爐包括引桿801，保溫爐803，位于保溫爐內(nèi)部的保溫管804 ； 如圖9所示，延伸裝置包括引桿901，高溫爐904，位于高溫爐底部的溫徑儀905。進ー步，保溫爐緩慢升溫到800-1000で，退火時間不小于5小時后緩慢降至室溫再取出摻B2O3預(yù)制棒。進一歩，高溫爐緩慢升溫至1350-1450°C，延伸裝置的延伸速度設(shè)為5-8mm/min，延伸結(jié)束后緩慢降溫。以上所述，僅是本發(fā)明典型實施例而已，并非對本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施所做的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)摻B2O3應(yīng)力棒的方法,其特征在于 步驟(I)用VAD方法生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒，噴燈(606)相對水平角度為25度 65度，摻雜濃度為28wt%，摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒(604)外徑〈100mm，生長速度lmm/min，密度為O. 20-0. 40g/cm3，最終摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒(604)長度900 IOOOmm ； 步驟(2)將摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒(604)投入到燒結(jié)爐中，Cl2流量O. 8L/min,He流量15L/min，脫水溫度為700°C -1000°C，脫水速度為2 7mm/min，燒結(jié)時溫度為1200 1500°C,燒結(jié)速度為3 7mm/min,燒結(jié)到起始端時保溫不小于30min,然后將摻B2O3預(yù)制棒提到馬弗管上端冷卻不小于2小時后取出，再置于退火爐中； 步驟(3)將摻B2O3預(yù)制棒放入到保溫爐中，然后緩慢升溫到800-1000°C，退火時間不小于5小時后緩慢降至室溫再取出摻B2O3預(yù)制棒； 步驟(4)將摻B2O3預(yù)制棒熔接后安裝到延伸設(shè)備，高溫爐緩慢升溫至1350-1450°C，延伸速度設(shè)為5-8mm/min，延伸結(jié)束后緩慢降溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于若步驟(4)的延伸過程中需要停止，高溫爐也要緩慢降溫。
3.—種生產(chǎn)摻B2O3應(yīng)力棒的裝置，其特征在于該裝置包括 生產(chǎn)摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒裝置，該裝置包括引桿(601)，激光發(fā)生器(602)，起始棒(603),激光(605),噴燈(606),用于噴入氫氣和氧氣(607)、四氯化娃和三溴化硼(608),激光接收器(609)，反應(yīng)箱體(610)，用于排出熱化學(xué)氣體(611)的出口 ； 燒結(jié)爐，包括引桿(701)，位于燒結(jié)爐上端的排氣口(702)，可以容納摻B2O3預(yù)制棒的馬弗管(703)，起始棒(704)，高溫爐(706)，用于通入氯氣和氦氣的位于燒結(jié)爐下端的入口端(707);摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒燒結(jié)到起始端時保溫不小于30min，然后將摻B2O3預(yù)制棒提到馬弗管上端冷卻不小于2小時后取出； 退火爐，包括引桿(801)，保溫爐(803)，位于保溫爐內(nèi)部的保溫管(804)； 延伸裝置，包括引桿(901)，高溫爐(904)，位于高溫爐底部的溫徑儀(905)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于 保溫爐緩慢升溫到800-1000°C，退火時間不小于5小時后緩慢降至室溫再取出摻B2O3預(yù)制棒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于 高溫爐緩慢升溫至1350-1450°C，延伸裝置的延伸速度設(shè)為5-8mm/min，延伸結(jié)束后緩慢降溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)摻三氧化二硼應(yīng)力棒的方法和裝置，該方法包括用VAD方法生產(chǎn)摻雜三氧化二硼(B2O3)玻璃微粒預(yù)制棒；將摻雜B2O3玻璃微粒預(yù)制棒投入到燒結(jié)爐中，燒結(jié)時溫度為1200～1500℃，燒結(jié)速度為3～7mm/min，燒結(jié)到起始端時保溫不小于30min，然后將摻B2O3預(yù)制棒提到馬弗管上端冷卻不小于2小時后取出，再置于退火爐中；將摻B2O3預(yù)制棒放入到保溫爐中，然后緩慢升溫到800-1000℃，退火時間不小于5小時后緩慢降至室溫再取出摻B2O3預(yù)制棒；將摻B2O3預(yù)制棒熔接后安裝到延伸設(shè)備，高溫爐緩慢升溫至1350-1450℃，延伸速度設(shè)為5-8mm/min，延伸結(jié)束后緩慢降溫。
文檔編號C03B37/018GK102976608SQ20121055430
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者高安敏, 肖華, 田國才, 王友兵, 沈震強, 杜森, 勞雪剛 申請人:江蘇亨通光電股份有限公司