專利名稱：一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置涉及的是一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造過程中的移動式在線退火裝置，用來消除光纖預(yù)制棒外包層沉積過程中，由于噴燈火焰灼燒產(chǎn)生的應(yīng)力，從而改善預(yù)制棒質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。
背景技術(shù)：
為降低光纖生產(chǎn)成本，同時提高沉積效率，大尺寸光纖預(yù)制棒成為預(yù)制棒技術(shù)發(fā)展的主要方向。生產(chǎn)石英光纖預(yù)制棒芯棒的方法主要有以下四種:微波等離子體激活化學(xué)氣相沉積法(PCVD- Plasma activated Chemical VapourDeposition )，改進的化學(xué)氣相沉積法(MCVD-Modif ied Chemical Vapour Deposition),棒外化學(xué)氣相沉積法(OVD-Outside Chemical Vapour Deposition),軸向氣相沉積法(VAD-Vapour phase Axial Deposition)外包層的制作方法則主要集中在RIT/RIC法(套管法)、Soot法(外部氣相沉積法)和外部等離子噴涂法等制造技術(shù)，這也是目前大尺寸光纖預(yù)制棒的主要生產(chǎn)技術(shù)。RIT/RIC法是將芯棒插入套管中直接拉制光纖，或者融縮成實心預(yù)制棒后拉絲；Scx)t法和外部等離子噴涂法則直接制得實心預(yù)制棒。一般將光纖預(yù)制棒直徑在IOOmm以上的稱之為大直徑光纖預(yù)制棒或者大尺寸光纖預(yù)制棒。外部氣相沉積法(OVD)制作大直徑預(yù)制棒有以下2個難點:1、沉積噴燈通過左右移動將SiO2粉末沉積到芯棒上，沉積噴燈移動到粉末棒兩端時會對把棒產(chǎn)生灼燒使把棒產(chǎn)生應(yīng)力，強度降低，隨著粉末棒直徑的增大，粉末預(yù)制棒重量增加，把棒受到的剪切力增大，因此沉積過程中把棒斷裂幾率較高，會對合格率造成一定的影響；2、沉積噴燈通過左右往返移動完成芯棒表面SiO2粉末的附著，該移動方式下，左右錐部與平行部的灼燒時間會有所相同，容易導(dǎo)致左右錐部的密度與平行部不均勻，沉積過程中密度的偏差會產(chǎn)生裂紋，裂紋擴散造成整根粉末棒的開裂報廢。中國發(fā)明專利CN1606534A提供了一種OVD (外部氣相沉積)法，通過在旋轉(zhuǎn)芯棒的表面上沉積火焰水解物顆粒來制備光纖預(yù)制棒，該顆粒由噴燈噴射的燃氣反應(yīng)生成。在沉積所述火焰水解物顆粒時，通過使所述的預(yù)制棒表面上一個點的軌跡速度保持恒定或逐漸減小。該方法控制沉積在預(yù)制棒上的火焰水解物顆粒的沉積濃度，使?jié)舛缺３趾愣ǘ浑S預(yù)制棒的半徑而變化，或者控制沉積濃度向預(yù)制棒的外圍方向逐漸增加。該方法可以制得大尺寸光纖預(yù)制棒，但隨著粉末棒直徑的增加，沉積重量的增大，把棒剪切力的增大會使斷棒的幾率增加；同時，隨著粉末棒外徑的增加，在保持卡盤轉(zhuǎn)速一定的情況下，粉末棒外表面的線速度會逐漸提高，火焰對粉末的噴燒時間相對會減小，從而導(dǎo)致粉末的密度降低，沉積過程中開裂的可能性也會增加。中國發(fā)明專利03800876.9描述了 一種用于制造光纖預(yù)制棒的外部氣相沉積(OVD)裝置，包括芯棒和燃燒器，所述的芯棒具有指定的長度并被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；所述的燃燒器向芯棒表面發(fā)射燃燒氣體和反應(yīng)氣體，使制造Si02顆粒的燃燒氣體燃燒，從而使二氧化硅顆粒沉積在芯棒的表面上。該裝置的沉積效率和速率較其它工藝有所提高，但是由于錐部應(yīng)力無法有效去除，且錐部致密性差，把棒斷裂和開裂的問題仍然存在。日本實用新型專利JP2000-272930A也介紹了 OVD沉積方法與裝置。該裝置主要是利用相對的、沿軸向移動的噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有尾柄的芯棒上，通過重量計計量沉積量，當(dāng)計量值達到設(shè)定值時，沉積結(jié)束，設(shè)備自動停止。該裝置與方法可以沉積大尺寸的預(yù)制棒，且通過增大沉積噴燈H2、O2流量，使錐部粉末的密度趨近于均勻，降低了錐部粉末開裂的幾率；但由于H2、O2流量的增加，噴燈火焰在粉末棒錐部、把棒位置灼燒產(chǎn)生冷熱不均，更容易產(chǎn)生應(yīng)力。隨著目標(biāo)外徑的增加，沉積重量的增大，粉末棒發(fā)生斷棒的概率會有所提升?，F(xiàn)有的大尺寸光纖預(yù)制棒OVD制造技術(shù)中，由于裝置及工藝方面的原因，錐部設(shè)計存在缺陷，斷棒和開裂的概率較高。此外，錐部粉末比較蓬松，粉末棒燒結(jié)時錐部容易產(chǎn)生裂紋。且燒結(jié)后的錐部由于致密性差，在棒體運輸過程中斷裂的幾率也很高。原材料、氣體、電力等為預(yù)制棒成本的主要組成部分，如果沉積臨近結(jié)束發(fā)生斷棒、開裂問題，直接導(dǎo)致了原材料等的報廢，給企業(yè)帶來損失。因此，發(fā)明一種裝置，來解決大尺寸預(yù)制棒生產(chǎn)過程中的錐部斷裂、開裂問題，成為了一個亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對上述不足之處提供一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置，是在外包粉末棒沉積裝置中添加了移動式的在線退火的裝置，通過這個裝置的添加，能有效地去除沉積過程中錐部把棒由于沉積噴燈灼燒產(chǎn)生的應(yīng)力。這種裝置構(gòu)造簡單，成本較低，安裝此裝置后，對沉積過程中粉末棒錐部應(yīng)力的去除能起到很好的效果，大大降低了斷棒的概率。本實用新型的另外一個目的是使粉末棒的錐部密度更加均勻，避免了錐部粉末密度不均而產(chǎn)生的開裂問題。同時，錐部粉末的致密也會對錐部起到更好的保護作用，避免燒結(jié)過程中錐部開裂或者搬運過程中錐部斷裂等問題的發(fā)生。本實用新型不僅可以確保生產(chǎn)的正常進行，還可以優(yōu)化工藝，降低斷棒、開裂等問題發(fā)生的概率，為企業(yè)降低損失。一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn):OVD裝置是利用相對的、沿軸向移動的噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有把棒的芯棒上，通過重量計計量沉積量，當(dāng)計量值達到設(shè)定值時，沉積結(jié)束，設(shè)備自動停止。OVD裝置本身未安裝退火裝置，因此，粉末棒錐部無法得到有效的退火。一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置安裝在外部氣相沉積(OVD)設(shè)備的左右兩卡盤基座一、二上，主要用來對粉末棒的兩錐部進行退火。—種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置包括固定底座一、固定底座二、氣缸一、氣缸二、金屬噴燈一、金屬噴燈二、氣體流量控制器、金屬氣管和特氟隆管道。所述的固定底座一、固定底座二分別與卡盤基座一、卡盤基座二配合,金屬噴燈一與氣缸一連接，以實現(xiàn)噴燈一在氣缸一的控制下往復(fù)移動，金屬噴燈二與氣缸二連接，以實現(xiàn)噴燈二在氣缸二的控制下往復(fù)移動；氣缸一、氣缸二分別安裝在固定底座一、固定底座二上，固定底座一、固定底座二分別與卡盤基座一、卡盤基座二配合，對金屬噴燈一、金屬噴燈二進行定位；金屬噴燈一、金屬噴燈二分別通過特氟隆軟管與金屬氣管相連，以實現(xiàn)噴燈的自由移動；氣體流量控制器安裝在金屬管道上，實現(xiàn)金屬噴燈氣體流量的控制。所述的氣體流量控制器采用市售MFC型氣體流量控制器。所述的金屬噴燈一、金屬噴燈二采用圓形金屬噴燈。所述的金屬氣管用于供應(yīng)H2、O2給金屬噴燈一、金屬噴燈二。本實用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火方法包括以下工藝步驟:I)在芯棒兩端對接把棒和把棒；2)對接有把棒的芯棒進行拋光，除去對接口的應(yīng)力，同時除去芯棒表面的雜質(zhì)。拋光流量:H2:250L/min,內(nèi) O2:60L/min，外 O2:70L/min ；3)將對接有把棒的芯棒兩端分別安裝在沉積設(shè)備的卡盤基座一和卡盤基座二上;4)對沉積石英噴燈點火，并對金屬噴燈一、金屬噴燈二點火；5)按“自動運轉(zhuǎn)”按鈕，沉積設(shè)備卡盤基座一和卡盤基座一以40rpm的轉(zhuǎn)速開始旋轉(zhuǎn)，石英噴燈以200mm/min的移動速度開始在芯棒表面沉積SiO2粉末，石英噴燈流量:SiCl4:25g/min, H2:80L/min, O2:40L/min, Ar:40L/min ；6)整個沉積過程中，金屬噴燈一、金屬噴燈二分別通過氣缸一、氣缸二的控制開始在兩限位之間往復(fù)移動，移動速度:25mm/min ；7)通過氣缸一、氣缸二的移動，金屬噴燈一、金屬噴燈二對粉末棒左、右錐部，即距離尾柄端400 500mm位置進行退火,退火溫度為1200°C 1300°C ；8)通過MFC氣體流量控制器，量程為O 50L/min，將金屬噴燈一、金屬噴燈二的H2, O2 流量分別控制在:H2:20L/min ；02:10L/min ；9)沉積過程中金屬噴燈一、金屬噴燈二對粉末棒左、右錐部移動退火，一方面去除兩錐部的應(yīng)力，另一方面使錐部密度更加均勻，降低粉末棒斷棒、開裂的幾率；10)石英噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有尾柄的芯棒上，轉(zhuǎn)速40rpm，通過重量計計量沉積量，當(dāng)計量值達到設(shè)定值時，沉積結(jié)束，設(shè)備自動停止；11)粉末棒沉積結(jié)束后，沉積用石英噴燈自動熄火，金屬噴燈一、金屬噴燈二繼續(xù)對粉末棒錐部進行退火約20min ；12)退火結(jié)束后，金屬噴燈一、金屬噴燈二自動關(guān)火，沉積結(jié)束；13)錐部致密性試驗，確認是否可以后續(xù)燒結(jié)；14)燒結(jié)后確認錐部情況，符合要求的預(yù)制棒進入后續(xù)工序繼續(xù)流轉(zhuǎn)。本實用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置及其在線退火方法設(shè)計合理，本實用新型是在外包粉末棒沉積裝置中添加了移動式的在線退火的裝置，通過這個裝置的添加，能有效地去除沉積過程中錐部把棒由于沉積噴燈灼燒產(chǎn)生的應(yīng)力。這種裝置構(gòu)造簡單，成本較低，安裝此裝置后，對沉積過程中粉末棒錐部應(yīng)力的去除能起到很好的效果，大大降低了斷棒的概率。本實用新型使粉末棒的錐部密度更加均勻，避免了錐部粉末密度不均而產(chǎn)生的開裂問題。同時，錐部粉末的致密也會對錐部起到更好的保護作用，避免燒結(jié)過程中錐部開裂或者搬運過程中錐部斷裂等問題的發(fā)生。本實用新型不僅可以確保生產(chǎn)的正常進行，還可以優(yōu)化工藝，降低斷棒、開裂等問題發(fā)生的概率，為企業(yè)降低損失。

以下將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明:圖1是未安裝退火裝置的OVD法外包層沉積示意圖。圖2是安裝有固定式在線退火裝置的OVD法外包層沉積示意圖。圖3是本實用新型的安裝有移動式在線退火裝置的OVD法外包層沉積示意圖。圖4是本實用新型的金屬噴燈一與氣缸一安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是粉末棒主體受力簡圖。圖6是粉末棒部分分解分析受力示意圖。圖7是粉末棒主體受力詳圖。
具體實施方式
OVD裝置是利用相對的、沿軸向移動的噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有尾柄的芯棒上，通過重量計計量沉積量，當(dāng)計量值達到設(shè)定值時，沉積結(jié)束，設(shè)備自動停止。OVD裝置本身未安裝退火裝置，因此，粉末棒3錐部無法得到有效的退火。參照附I 6，一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置安裝在外部氣相沉積(OVD)設(shè)備的左右兩卡盤基座5、6上，主要用來對粉末棒3的兩錐部進行退火?！N大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置包括固定底座一 10、固定底座二 13、氣缸一 8、氣缸二 11、金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12、氣體流量控制器、金屬氣管和特氟隆管道。所述的固定底座一 10、固定底座二 13分別與卡盤基座一 5、卡盤基座二 6配合,金屬噴燈一 9與氣缸一 8連接，以實現(xiàn)噴燈一 9在氣缸一 8的控制下往復(fù)移動,金屬噴燈二 12與氣缸二 11連接，以實現(xiàn)噴燈二 12在氣缸二 11的控制下往復(fù)移動；氣缸一 8、氣缸二 11分別安裝在固定底座一 10、固定底座二 13上，固定底座一 10、固定底座二 13分別與卡盤基座一 5、卡盤基座二 6配合(見附圖3),對金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12進行定位；金屬噴燈一9、金屬噴燈二 12分別通過特氟隆軟管與金屬氣管相連，以實現(xiàn)噴燈的自由移動；氣體流量控制器安裝在金屬管道上，實現(xiàn)金屬噴燈氣體流量的控制。所述的氣體流量控制器采用市售MFC型氣體流量控制器。所述的金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12采用圓形金屬噴燈。所述的金屬氣管用于供應(yīng)H2、O2給金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12。本實用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火方法包括以下工藝步驟:I)在芯棒2兩端對接把棒I和把棒4 ；2)對接有把棒的芯棒進行拋光，除去對接口的應(yīng)力，同時除去芯棒表面的雜質(zhì)。拋光流量:H2:250L/min,內(nèi) O2:60L/min，外 O2:70L/min ；3)將對接有把棒的芯棒兩端安裝在沉積設(shè)備的卡盤基座一 5和卡盤基座二 6上;4)對沉積石英噴燈7點火，并對金屬噴燈一 8、金屬噴燈二 9點火；5)按“自動運轉(zhuǎn)”按鈕,沉積設(shè)備卡盤基座一 5和卡盤基座二 6以40rpm的轉(zhuǎn)速開始旋轉(zhuǎn)，石英噴燈7以200mm/min的移動速度開始在芯棒2表面沉積SiO2粉末，石英噴燈 7 流量:SiCl4:25g/min, H2:80L/min, O2:40L/min, Ar:40L/min ；6)整個沉積過程中，金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12分別通過氣缸一 8、氣缸二 11的控制開始在兩限位之間往復(fù)移動，移動速度:25mm/min ；7)通過氣缸一 8、氣缸二 11的移動,金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12對粉末棒左、右錐部，即距離尾柄端400 500mm位置進行退火，退火溫度為1200°C 1300°C ；8)通過MFC氣體流量控制器，量程為O 50L/min，將金屬噴燈一 9、金屬噴燈二12 的 H2、O2 流量分別控制在:H2:20L/min ；02:10L/min ；9)沉積過程中金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12對粉末棒3左、右錐部移動退火,一方面去除兩錐部的應(yīng)力，另一方面使錐部密度更加均勻，降低粉末棒斷棒、開裂的幾率；10)石英噴燈7將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有尾柄的芯棒2上，轉(zhuǎn)速40rpm，通過重量計計量沉積量，當(dāng)計量值達到設(shè)定值時，沉積結(jié)束，設(shè)備自動停止；11)粉末棒沉積結(jié)束后，沉積用石英噴燈7自動熄火，金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12繼續(xù)對粉末棒3錐部進行退火約20min ；12)退火結(jié)束后，金屬噴燈一 9、金屬噴燈二 12自動關(guān)火，沉積結(jié)束；13)錐部致密性試驗，確認是否可以后續(xù)燒結(jié)；14)燒結(jié)后確認錐部情況，符合要求的預(yù)制棒進入后續(xù)工序繼續(xù)流轉(zhuǎn)。實施例1采用VAD工藝制備芯棒，將芯棒延伸后，測試其折射率剖面，由測試結(jié)果計算外包
層所需量。測試完成的芯棒在兩端對接把棒，對接把棒后對芯棒進行拋光，去除由于對接產(chǎn)生的應(yīng)力。拋光完成的帶有把棒的芯棒稱為枝棒，根據(jù)測試結(jié)果選擇合適的目標(biāo)重量，采用OVD法在芯棒上沉積外包層,最后制得目標(biāo)外徑為150mm的粉末棒。沉積設(shè)備不安裝在線退火裝置，沉積結(jié)束后，對粉末棒的錐部附著力進行試驗，檢驗錐部粉末剝落所需力。觀察燒結(jié)試驗后預(yù)制棒錐部情況，是否存在開裂、剝落等異常。沉積正常結(jié)束，錐部粉末無剝落，燒結(jié)后錐部正常的預(yù)制棒判定為合格，進行后續(xù)工序。實施例2沉積設(shè)備安裝固定式的在線退火裝置，其它采用與實施例1相同的工藝過程。沉積結(jié)束后，對粉末棒的錐部附著力進行試驗，檢驗錐部粉末剝落所需力。觀察燒結(jié)試驗后預(yù)制棒錐部情況，是否存在開裂、剝落等異常。沉積正常結(jié)束，錐部粉末無剝落，燒結(jié)后錐部正常的預(yù)制棒判定為合格，進行后續(xù)工序。實施例3沉積設(shè)備安裝本實用新型移動式的在線退火裝置，其它采用與實施例1相同的工藝過程。沉積結(jié)束后，對粉末棒的錐部附著力進行試驗，檢驗錐部粉末剝落所需力。觀察燒結(jié)試驗后預(yù)制棒錐部情況，是否存在開裂、剝落等異常。[0089]沉積正常結(jié)束，錐部粉末無剝落，燒結(jié)后錐部正常的預(yù)制棒判定為合格，進行后續(xù)工序。下面結(jié)合圖示詳細描述本實用新型的主要工藝過程。1、在線退火裝置的構(gòu)成I)控制退火裝置移動的氣缸；2)圓形金屬噴燈:直徑約15mm,由10個出氣孔組成，內(nèi)層H2,外層02。3) MFC控制氣體流量，量程:0 50L/min。4)連接軟管通過軟管與金屬管道連接，保證氣體的供應(yīng)。5)使用氣體:H2、O2;2、在線退火方法I) H2> O2 流量配比:H2:20L/min ；02: 10L/min ；2)在線退火裝置位置高度:高于卡盤中軸線約60mm ；角度:距離棒體豎直水平線的垂直距離約150mm ；火焰灼燒位置:粉末棒錐部位置；氣缸移動范圍:距尚尾柄端400 500mm。3、粉末棒受力分析整體受力分析，粉末棒主要受重力和支撐力(如附圖1所示)。分解單點受力情況，由于錐部尾柄的支撐力和粉末棒自身重力，粉末棒單點的其它力綜合為一個向上的剪切力(如附圖2所示)。因此，粉末棒的整體受力分解為重力、支撐力和剪切力(如附圖3所示)，當(dāng)重力達到一限值，超過粉末棒受力的極限，某一點在重力、剪切力的多重作用下，即可能會發(fā)生斷棒。4、退火裝置對比試驗I)不安裝在線退火裝置的OVD設(shè)備:A，如附圖1 ;2)安裝固定式在線退火裝置的OVD設(shè)備:B，如附圖2 ;3)安裝本實用新型移動式在線退火裝置的OVD設(shè)備:C，如附圖3。5、制備大直徑光纖預(yù)制棒可以采用前述的四種芯棒制造工藝中的任一種,制備光纖預(yù)制棒的芯棒。然后將芯棒作為靶棒，采用OVD工藝在靶棒上制備外包層，最終制得的實心大直徑光纖預(yù)制棒直徑在100-200mm，典型的在120_150mm。沉積裝置如附圖4所示。6、外包粉末棒錐部致密性檢測對粉末棒的錐部粉末的附著力進行試驗，檢驗錐部粉末剝落所需力。
權(quán)利要求1.一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置，其特征在于:包括固定底座一、固定底座二、氣缸一、氣缸二、金屬噴燈一、金屬噴燈二、氣體流量控制器、金屬氣管和特氟隆管道； 所述的固定底座一、固定底座二分別與卡盤基座一、卡盤基座二配合，金屬噴燈一與氣缸一連接，以實現(xiàn)噴燈一在氣缸一的控制下往復(fù)移動，金屬噴燈二與氣缸二連接，以實現(xiàn)噴燈二在氣缸二的控制下往復(fù)移動；氣缸一、氣缸二分別安裝在固定底座一、固定底座二上，對金屬噴燈一、金屬噴燈二進行定位；金屬噴燈一、金屬噴燈二分別通過特氟隆軟管與金屬氣管相連，以實現(xiàn)噴燈的自由移動；氣體流量控制器安裝在金屬管道上，實現(xiàn)金屬噴燈氣體流量的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置，其特征在于:所述的氣體流量控制器采用MFC型氣體流量控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置，其特征在于:所述的金屬噴燈一、金屬噴燈二米用圓形金屬噴燈。
專利摘要本實用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒的在線退火裝置涉及的是一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造過程中的移動式在線退火裝置，用來消除光纖預(yù)制棒外包層沉積過程中，由于噴燈火焰灼燒產(chǎn)生的應(yīng)力，從而改善預(yù)制棒質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。包括固定底座一、固定底座二、氣缸一、氣缸二、金屬噴燈一、金屬噴燈二、氣體流量控制器、金屬氣管和特氟隆管道；所述的固定底座一、固定底座二分別與卡盤基座一、卡盤基座二配合，金屬噴燈一與氣缸一連接，金屬噴燈二與氣缸二連接；氣缸一、氣缸二分別安裝在固定底座一、固定底座二上，對金屬噴燈一、金屬噴燈二進行定位；金屬噴燈一、金屬噴燈二分別通過特氟隆軟管與金屬氣管相連；氣體流量控制器安裝在金屬管道上。
文檔編號C03B25/00GK203065348SQ20122073167
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者謝康, 張彬, 錢宜剛, 陳京京, 沈一春, 薛濟萍 申請人:中天科技精密材料有限公司