專利名稱：用于光學(xué)纖維的玻璃初制品的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光學(xué)纖維的玻璃初制品的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)裝置。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及多孔玻璃初制品的生產(chǎn)方法，其中當(dāng)利用細(xì)玻璃顆粒的沉積來(lái)生產(chǎn)這種玻璃初制品時(shí)，用本法可防止非沉積性的細(xì)小玻璃顆粒沉積和/或停留在出料管內(nèi)，同時(shí)本發(fā)明也涉及這種生產(chǎn)裝置。
大家都熟知汽相反應(yīng)是用于光學(xué)纖維的玻璃初制品生產(chǎn)的方法，其中所知的內(nèi)部化學(xué)汽相沉積法(CVD)、外部化學(xué)汽相沉積法和汽相軸向沉積法都是這類生產(chǎn)方法的例子。在這些方法中，制玻璃的汽態(tài)原料通過(guò)一個(gè)氫氧燃燒爐的管嘴流出并在那里起了熱水解反應(yīng)，依此通過(guò)該反應(yīng)產(chǎn)生的細(xì)玻璃粒在反應(yīng)器中以桿狀的形態(tài)沉積出來(lái)，從而獲得制作光學(xué)纖維用的多孔玻璃初制品。
圖2畫出了用先有技術(shù)生產(chǎn)用作光學(xué)纖維的玻璃制品的生產(chǎn)系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，作為原料的玻璃氣體如SiCl4氣體同氫氣和氧氣經(jīng)過(guò)反應(yīng)器1中的燃燒器2流出并在那里進(jìn)行燃燒生成細(xì)小玻璃顆粒，這些顆粒以多孔玻璃初制品3的形式沉積在晶種棒4上。隨著細(xì)玻璃顆粒的不斷沉積，晶種棒4用夾盤5夾緊，并不斷地旋轉(zhuǎn)和提升。
如果SiCl4被用作玻璃的氣態(tài)原料，按上述方法，反應(yīng)器中的反應(yīng)將按下列反應(yīng)式進(jìn)行
從上式可看到，氫和氧一起反應(yīng)則伴隨著SiO2細(xì)粒的形成，產(chǎn)生了熱量。
通常按上述反應(yīng)生成的細(xì)玻璃顆粒(在這種情況下是SiO2細(xì)粒)有大約50至90%(重量)形成柱狀沉積物生成多孔玻璃初產(chǎn)品，其余的由于排氣的夾帶不會(huì)沉積，而是通過(guò)出口6排到反應(yīng)器1的外面。這種在反應(yīng)器中不會(huì)沉積形成初制品的細(xì)小玻璃顆粒在下文中被稱作“非沉積(細(xì)小)玻璃顆粒”。除非沉積細(xì)小玻璃顆粒外，排放氣中包括氣態(tài)產(chǎn)物(如H2O，SiO2和HCl)，還包括從反應(yīng)器入口進(jìn)入的周圍的空氣。含有非沉積玻璃顆粒的排出氣通過(guò)連接管7和排出管道8到達(dá)細(xì)玻璃顆粒滌化器，將氣體和細(xì)玻璃顆粒分離開來(lái)。然后，不含玻璃顆粒的排氣通過(guò)酸性氣體處理設(shè)備10后排放到周圍大氣中(通常是在放置有反應(yīng)器1的凈化室的外面)。應(yīng)提及的是一些細(xì)玻璃顆粒繼續(xù)留在反應(yīng)器1中，通常是附在反應(yīng)器的內(nèi)壁上，但是這種顆粒相應(yīng)于所形成的顆粒的比率是非常小的。
由于氧和氫反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，通常其60-90%隨著排放氣排出，所以排放氣一般都被加熱到較高的溫度。
眾所周知，用作光學(xué)纖維的玻璃初制品的生產(chǎn)裝置是放在完全氣密的凈化室內(nèi)的，氣密的目的是保證室內(nèi)的清潔干凈。為了確保凈化室維持常壓，從凈化室排出的空氣量必須控制到限定的水平內(nèi)。這樣一般就當(dāng)然要使生產(chǎn)用作光學(xué)纖維的玻璃初制品設(shè)備中從反應(yīng)器排出的氣體量達(dá)到最小的程度，因?yàn)榕欧艢庵邪磻?yīng)器周圍的氣體而且要排到凈化室的外面。為使排氣量達(dá)到最小，通過(guò)排氣管的排氣速度低至7±3m/sec，這樣沒有沉積在棒上的細(xì)小玻璃顆粒(即非沉積細(xì)玻璃顆粒)非?？赡艹练e在管道的內(nèi)表面，最終管道很可能由于顆粒的沉積而阻塞。由于可能引起阻塞，迄今，這種用作光學(xué)纖維的玻璃初制品的生產(chǎn)設(shè)備必須每隔二至三個(gè)月停機(jī)一次以清理管道內(nèi)部。因而玻璃初制品的生產(chǎn)率為此而下降。而且，由于管道阻塞的不斷加重使得反應(yīng)器中的操作壓力不穩(wěn)定，從而不可能進(jìn)行穩(wěn)定的生產(chǎn)。此外，由于氧和氫反應(yīng)形成的熱使得管材料被加熱到較高的溫度，由于一般材料不能承管這種高溫，因此就需要通常比較昂貴的材料來(lái)制做管道，例如耐熱玻璃、聚四氟乙烯和高級(jí)金屬(如純鎳、鎳合金等)。
本發(fā)明的目的之一就是提供克服了上述缺陷的生產(chǎn)用于光學(xué)纖維的玻璃初制品的方法。
根據(jù)本發(fā)明所提供的用于光學(xué)纖維的玻璃初制品的生產(chǎn)方法，其中細(xì)玻璃顆粒是通過(guò)在反應(yīng)器中進(jìn)行加熱和使制玻璃的汽態(tài)原材料反應(yīng)而生成的，這樣生成的細(xì)玻璃顆粒淀積后得到多孔玻璃初制品，其特征在于從反應(yīng)器排出出的含非淀積細(xì)小玻璃顆粒的排出氣體從排氣管的排氣速度控制在15m/sec以上。
在本發(fā)明中，將一定量的空氣從反應(yīng)器的外面在剛出反應(yīng)器的排氣管處供應(yīng)到從反應(yīng)器出來(lái)的排氣中以獲得上述的排氣速度。
在本發(fā)明中最好是從反應(yīng)容器的外部將空氣送入排氣管道中，含非沉積性細(xì)玻璃顆粒的排出氣體從反應(yīng)容器中經(jīng)該排氣管道排出，以使反應(yīng)器中的壓力波動(dòng)達(dá)到最小。
本發(fā)明也提供用于光學(xué)纖維的多孔玻璃初制品的生產(chǎn)設(shè)備，其中包括原料相互反應(yīng)形成細(xì)玻璃顆粒然后沉積成多孔玻璃初始物的反應(yīng)器，其特征在于該裝置包括了將反應(yīng)器外面或是裝有反應(yīng)器的凈化室外面的周圍空氣供應(yīng)到排放從反應(yīng)器出來(lái)的含非淀積細(xì)玻璃粒子的排放氣體的排放管道中的裝置。


圖1圖示了用于光學(xué)纖維的多孔玻璃初制品的生產(chǎn)系統(tǒng)，其中包含按本發(fā)明設(shè)備的實(shí)施方案。
圖2圖示了按先有技術(shù)設(shè)計(jì)的用于光學(xué)纖維的多孔玻璃初制品的生產(chǎn)系統(tǒng);
圖3是清理間隔期(月)和排氣速度(m/sec)之間的關(guān)系曲線。
到目前為止都認(rèn)為要防止非沉積性的細(xì)玻璃顆粒在排氣管道中沉積是非常困難的，通過(guò)這些排氣管道，含非沉積性細(xì)玻璃顆粒的排放氣體被輸送到反應(yīng)器的外面。但是本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)只要通過(guò)排氣管的排氣速度在15m/sec以上，最好是20m/sec以上，那末排氣中所夾帶的細(xì)玻璃顆粒在排氣管中的沉降和/或滯積是可以防止的，這樣排氣管就不可能阻塞。
如上面所述，在先有技術(shù)方法中，因?yàn)榘仓梅磻?yīng)器的凈化室必須是完全氣密的，因此從反應(yīng)器中排出的氣量應(yīng)維持在最低水平，通過(guò)排氣管的排氣速度是7±3m/sec。
在本發(fā)明中，大量的空氣被輸送到排氣管中以提高排氣速度。但是必須指出，在本發(fā)明中，并沒有有意識(shí)地將凈化室的空氣通過(guò)反應(yīng)器加到管道中以提高速度。與本技術(shù)相反，先有技術(shù)方法是，空氣是通過(guò)反應(yīng)器的進(jìn)口進(jìn)入然后再?gòu)姆磻?yīng)器排出的。在本發(fā)明中，所加的空氣最好是來(lái)自于反應(yīng)器的外面(即反應(yīng)器周圍的空氣)或凈化室的外面。如果來(lái)自于凈化室的外面那就更好，因?yàn)榧词巩?dāng)大量的空氣供到排氣管中時(shí)。凈化室里的實(shí)際壓力也不會(huì)受到影響。在本發(fā)明中，空氣直接供應(yīng)到正位于反應(yīng)器出口的聯(lián)接管中，這樣當(dāng)排氣速度提高到15m/sec以上時(shí)，凈化室內(nèi)的實(shí)際壓力得到了保證。結(jié)果在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可方便地解決了排氣管的堵塞問(wèn)題。按照本發(fā)明操作，反應(yīng)器中的壓力可維持穩(wěn)定因而用于光學(xué)纖維的玻璃初制品的生產(chǎn)率可得到大幅度的提高。
排氣管的排出速度并沒有具體的上限。但是當(dāng)速度極高時(shí)，處理排氣的設(shè)備規(guī)模就要增火，從而花費(fèi)就會(huì)上升?；谶@方面的考慮，排氣速度的上限可通過(guò)實(shí)際測(cè)定來(lái)它。通過(guò)排氣管的排氣速度最好高于20m/sec，空氣速度平均在20m/sec以上則更好。這是因?yàn)榧词褂袝r(shí)空氣速度低于20m/sec，總可以保證排出氣體的速度至少在15m/sec以上。
此外，從反應(yīng)器出來(lái)的高溫氣體由于混入大量的外加空氣而被稀釋，溫度也就隨之下降。這樣，管道就可用普通管材制造，如耐熱聚氯乙烯樹脂或纖維加固塑料(FRP)，因此排氣管道和后面設(shè)備的費(fèi)用就可降低。
下面將對(duì)應(yīng)于附圖來(lái)詳細(xì)解釋按本發(fā)明設(shè)計(jì)的生產(chǎn)用于光學(xué)纖維玻璃初制品的裝置。
圖1畫出了本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其中所標(biāo)的數(shù)碼同圖2中的一樣，表示同一項(xiàng)裝置。數(shù)碼1表示反應(yīng)器，2表示燃燒器，3表示多孔玻璃初制品，4表示晶種棒，5表示夾盤，6表示排氣口，7表示聯(lián)接管，8表示排氣管，9表示細(xì)玻璃顆粒的滌氣器，10表示酸性氣體處理裝置，11表示排氣扇，12表示外來(lái)空氣供應(yīng)管道，13表示控制外來(lái)空氣輸導(dǎo)的閥。圖1(和圖2)中所畫的由長(zhǎng)短劃交替線形框的空間表示放置有反應(yīng)器1的凈化室。盡管在凈化室中反應(yīng)器1的數(shù)目不受具體限制，在圖1(和圖2)中只畫出了二個(gè)反應(yīng)器(第一個(gè)反應(yīng)器和第n個(gè)反應(yīng)器)。反應(yīng)器1上具有排氣口6，通過(guò)該排氣口可從反應(yīng)器1中排出包含非沉降性細(xì)玻璃顆粒的排出氣體，這種排出氣體通過(guò)連接管7流到排氣管8。通過(guò)外空氣導(dǎo)入管道12和控制閥13將來(lái)自于凈化室內(nèi)或凈化室外的空氣通入到連接管7中，其中控制閥13可控制外通空氣的供應(yīng)量使通過(guò)管道8的排氣速度平均在15m/sec以上，最好是在20m/sec以上。通常，對(duì)于大多數(shù)生產(chǎn)用于光學(xué)纖維的玻璃初制品的設(shè)備來(lái)說(shuō)都是象上述一樣放在一個(gè)凈化室中，每個(gè)反應(yīng)器1的排放氣體均排到管道8中。排氣集中通過(guò)管道8進(jìn)入細(xì)玻璃顆粒滌氣器9中，在那里除去非沉積性細(xì)玻璃顆粒。然后通到酸性氣體處理裝置10進(jìn)行處理以除去排放氣(大多數(shù)為空氣)中所含有的HCl氣體，這樣處理后的無(wú)害氣體通過(guò)排氣扇11被排到周圍的大氣中去。
作為非沉積性細(xì)玻璃顆粒的滌氣器9，可以是諸如靜電沉淀器或汾丘里洗氣器等裝置。在酸性氣體處理裝置10中，一般用氫氧化鈉水溶液噴淋來(lái)中和HCl。
實(shí)施例盡管本發(fā)明將用下面實(shí)施例來(lái)說(shuō)明，但本發(fā)明決被該實(shí)施例所局限。
實(shí)施例1使用按本發(fā)明設(shè)計(jì)的如圖1所示的反應(yīng)器系統(tǒng)來(lái)生產(chǎn)用于光學(xué)纖維的多孔玻璃初制品。在本實(shí)施例中，從每個(gè)反應(yīng)器1中排出的氣體的量是保持恒定的以便進(jìn)行初制品的穩(wěn)定的生產(chǎn)操作，通過(guò)外空氣控制閥13使通過(guò)管道8的排氣速度平均在15m/sec以上。玻璃初制品的生產(chǎn)持續(xù)18個(gè)月以上，并沒有出現(xiàn)由于非沉積性玻璃顆粒而產(chǎn)生的阻塞，在持續(xù)生產(chǎn)期間也沒有清理管道的需要，因此初制品的生產(chǎn)率顯著地得到了提高。
用先有技術(shù)方法進(jìn)行生產(chǎn)，要每月清理管道二至三次，與其相比，本實(shí)施例充分證實(shí)了本發(fā)明的效力。
圖3表示了排氣速度和管道清理間隔期之間的關(guān)系曲線。
取氫氣流速和實(shí)施例1的排氣流速平均量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，可以得到流經(jīng)管道8的排放氣體的溫度，表1列出了這些數(shù)據(jù)，同時(shí)也列出了先有技術(shù)方法的數(shù)據(jù)。表1中也列出了不同方法所使用的管道材料。
表1本發(fā)明先有技術(shù)氫氣流速80l/min80l/min排氣流速10m/hr3m/hr管道中排氣溫度80℃210℃管道材料耐熱聚氯乙烯,FRP玻璃,聚四氟乙烯,高級(jí)金屬?gòu)纳厦姹?可以看出，利用本發(fā)明技術(shù)，排氣管道中的排氣溫度大幅度下降，因此排氣管可以用比較便宜的材料來(lái)制造，如耐熱聚氯乙烯和FRP。在先有技術(shù)中，PYREX
玻璃被用作管道材料。
從上述所述可以看出，對(duì)于用作光學(xué)纖維的玻璃初制品的生產(chǎn)，本發(fā)明設(shè)備與先有技術(shù)所用設(shè)備是不同的，其不同點(diǎn)在于本發(fā)明設(shè)備要通過(guò)將外部空氣供產(chǎn)到凈化室中的反應(yīng)器在排氣管的出口處來(lái)提高排氣速度而不必進(jìn)行排氣管的維護(hù)和清理，不僅降低了排氣的溫度，而且通過(guò)排氣管的排氣速度可提高到15m/sec以上，因此管道內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)由于非沉積性細(xì)玻璃顆粒所引起的阻塞，反應(yīng)器的內(nèi)部壓力就可相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)保持穩(wěn)定。因此提高了光學(xué)纖維玻璃初制品的生產(chǎn)率。
權(quán)利要求
1.用于光學(xué)纖維的多孔玻璃初制品的生產(chǎn)方法，其中通過(guò)加熱和將制作玻璃的各種汽態(tài)原料進(jìn)行反應(yīng)生成細(xì)玻璃顆粒，再通過(guò)沉積使細(xì)玻璃顆粒成為多孔玻璃初制品，其特征在于包含從反應(yīng)器出來(lái)的非沉積性細(xì)玻璃顆粒的排放氣體在排氣管的排放速度被控制在15m/sec以上。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)在排放來(lái)自反應(yīng)器中的包含非沉積性細(xì)玻璃顆粒的排氣管道中供應(yīng)來(lái)自反應(yīng)器外面的空氣來(lái)使反應(yīng)器中的壓力波動(dòng)達(dá)到最小。
3.用于光學(xué)纖維的多孔玻璃初制品的生產(chǎn)設(shè)備，包括反應(yīng)器，其中制作玻璃的原料反應(yīng)生成細(xì)玻璃顆粒，再經(jīng)沉積成為多孔玻璃初制品，其特征在于該設(shè)備包括了一套供氣裝置，可將反應(yīng)器外面的空氣或者是安放有反應(yīng)器的凈化室外面的空氣供應(yīng)到排氣管中，而這種排氣管是排放包含來(lái)自于反應(yīng)器的非沉積性細(xì)玻璃顆粒的排放氣體的。
全文摘要
本發(fā)明提供了用作光學(xué)纖維的多孔玻璃初制品的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)設(shè)備，方法中，通過(guò)在反應(yīng)器中加熱使各種玻璃制作原料發(fā)生反應(yīng)而生成細(xì)玻璃顆粒，然后通過(guò)沉積得到多孔玻璃初制品，在排放來(lái)自于反應(yīng)器的含有非沉積性細(xì)玻璃顆粒的排氣管道中，排氣速度控制在15m/sec以上。
文檔編號(hào)C03B37/018GK1092389SQ9410180
公開日1994年9月21日 申請(qǐng)日期1994年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月10日
發(fā)明者幅崎利己, 高田浩司, 內(nèi)野史貴, 雨宮宏治, 高橋祐司 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社