專利名稱：制造用于光導(dǎo)纖維預(yù)制品的煤煙的方法以及由其制成的預(yù)制品的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于制造玻璃的煤煙的形成方法，更確切地說(shuō)，涉及將液體前體和其他反應(yīng)物送入火焰制成用于制造光導(dǎo)的煤煙的方法，以及由該方法制成的光導(dǎo)。
雖然本發(fā)明可應(yīng)用于范圍廣泛的玻璃煤煙用途，但是它尤其非常適于將煤煙沉積到一個(gè)目標(biāo)物上，形成用于制造光導(dǎo)纖維的預(yù)制品，下面將在這方面進(jìn)行具體描述。
發(fā)明的背景本行業(yè)內(nèi)已知有多種方法，涉及由氣態(tài)反應(yīng)物制備氧化物，尤其是金屬氧化物。這種方法需要一種原料溶液或前體、一個(gè)產(chǎn)生并輸送氣態(tài)原料液(下面稱為氣態(tài)反應(yīng)物)和一種氧化劑到轉(zhuǎn)變反應(yīng)的部位(本行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員也稱為煤煙反應(yīng)帶或燃燒帶)的裝置、一個(gè)同時(shí)對(duì)氧化和燃燒催化以制成稱為煤煙的細(xì)微球狀聚集體的裝置。這種煤煙可以以任意方式，從在收集室內(nèi)的捕獲直到旋轉(zhuǎn)軸上的沉積，來(lái)進(jìn)行收集。收集的煤煙可以即刻或隨后進(jìn)行熱處理，形成高純度的無(wú)孔透明玻璃制品。這種方法通常用具有獨(dú)特的噴嘴、注射器、燃燒器和/或燃燒器組件所排列的專門設(shè)備來(lái)進(jìn)行。
許多使這種方法得以發(fā)展的起始研究都集中于制備整體氧化硅玻璃。選擇合適的原料是該工作的重要方面。因此，那時(shí)就確定了能夠在低于約100℃的溫度下產(chǎn)生200-300毫米汞柱(mmHg)蒸汽壓的材料，就可用來(lái)制備所述整體氧化硅玻璃。四氯化硅(SiCl4)的高蒸汽壓說(shuō)明它可用作形成煤煙的方便蒸氣源，結(jié)果推動(dòng)了這個(gè)發(fā)現(xiàn)后來(lái)就使用了一系列相似的鹵化物基原料。與任何其他因素相比，這個(gè)因素更多地導(dǎo)致了目前接受的使用SiCl4、GeCl4、POCl3和BCl3作為原料蒸氣源。
然而，使用這些和其他鹵化物基的原料作為蒸氣源有其缺點(diǎn)。主要的缺點(diǎn)是形成鹽酸(HCl)作為氧化的副產(chǎn)物。鹽酸不僅損害沉積基材和反應(yīng)設(shè)備，而且對(duì)環(huán)境也有害。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)并由于其它原因，導(dǎo)致了使用非鹵化物的化合物作為制備光導(dǎo)用煤煙的前體或原料。
雖然使用非鹵化物的硅化合物作為制造熔凝氧化硅玻璃的原料避免了鹽酸的形成，例如如美國(guó)專利No.5,043,002和5,152,819所述，但是仍存在其他的問(wèn)題，當(dāng)煤煙用來(lái)制備光導(dǎo)時(shí)，尤其如此。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在輸送蒸汽狀的聚烷基硅氧烷蒸氣至燃燒器過(guò)程中，在輸送氣態(tài)反應(yīng)物至燃燒器的輸送管線中或在燃燒器內(nèi)，高分子物質(zhì)會(huì)以凝膠形式沉積下來(lái)。這會(huì)導(dǎo)致隨后固結(jié)成為供拉制光導(dǎo)纖維的預(yù)制品的煤煙的沉積速率減小。這也常常會(huì)使從預(yù)制品中產(chǎn)生缺陷，結(jié)果由其形成的光導(dǎo)纖維就有缺陷乃至不能使用。采用硅氧烷原料制成氧化硅煤煙時(shí)遇到的另一個(gè)問(wèn)題，是含有高分子量和高沸點(diǎn)的顆粒沉積在光導(dǎo)纖維預(yù)制品上。這些顆粒的形成會(huì)導(dǎo)致“缺陷”或“聚集缺陷”，它會(huì)對(duì)用氧化硅煤煙制成的光導(dǎo)的光學(xué)質(zhì)量和結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生有害作用。
其他一些原料，其中有些目前可用于，而其中另一些可能用于形成制造光導(dǎo)用的煤煙，現(xiàn)在還沒(méi)有接受用來(lái)代替鹵化物基和上述非鹵化物原料通過(guò)氣相沉積進(jìn)行輸送。例如鹽和那些稱為稀土元素的物質(zhì)，其蒸氣極其不穩(wěn)定，常常在可以輸送之前就在蒸氣態(tài)分解了。這些成分會(huì)形成固體自溶液中析出，而不是自燃燒器作為氣被輸送。
雖然常常可能將至少一定百分比的該成分作為蒸氣輸送到燃燒帶，但是技術(shù)上很困難。必需具有裝有昂貴設(shè)備的精巧系統(tǒng)，將這些成分轉(zhuǎn)化成蒸氣，并進(jìn)一步將它們輸送到燃燒帶，而在通向燃燒器的輸送管線中和燃燒器自身內(nèi)不會(huì)留下固體沉積物。另外，如果多種成分以蒸氣形式輸送，而且對(duì)于所要求的玻璃組合物又要求每種成分是一定百分?jǐn)?shù)，那么就很難控制輸送以保證提供該百分?jǐn)?shù)的蒸氣混合物，因?yàn)椴煌某煞志哂胁煌恼羝麎骸?br> 美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/767,653揭示將原料以液體形式輸送到注射器或燃燒器，使原料霧化形成含有液態(tài)原料微滴的氣霧，并在燃燒帶將霧化的液態(tài)原料轉(zhuǎn)化成煤煙，就能夠克服這些和其他的缺點(diǎn)。美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/767,653揭示的注射器、燃燒器和燃燒器組件，靠很細(xì)小的噴孔輸送細(xì)流液體來(lái)進(jìn)行合適的霧化。因?yàn)樵鲜且砸簯B(tài)直接送入燃燒器火焰，而不是蒸氣狀態(tài)，所以原料的蒸汽壓就不再是輸送的限制因素。因此，現(xiàn)在，許多其他的成分就能夠作為原料或摻雜物進(jìn)行輸送，以便形成用于制造光導(dǎo)的煤煙。
然而，許多成分，尤其是那些一般屬于鹽的成分，并不容易作為有機(jī)金屬化合物以液態(tài)輸送到火焰。所要求的純度常常極其高，而獲得所要求這種純度的化合物的措施在成本上是很高的。
因此，需要一種制造用于制備光導(dǎo)的煤煙的方法，具體說(shuō)就是制備光導(dǎo)纖維預(yù)制品的方法，該方法能夠精確控制被輸送各成分的量，同時(shí)避免在輸送管線中產(chǎn)生凝膠。進(jìn)一步講，所需要的是可制成含有所需化學(xué)計(jì)量的金屬氧化物、常規(guī)摻雜物和鹽的玻璃煤煙，而不需要昂貴和精巧設(shè)備的液態(tài)輸送方法。
發(fā)明的概述本發(fā)明涉及輸送液體和其他反應(yīng)物至鄰近燃燒器組件的燃燒帶以制成用于制備玻璃的煤煙的方法。在液體輸送系統(tǒng)中，提供能由熱氧化分解轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡУ囊后w反應(yīng)物，并直接引入燃燒器的燃燒帶，由此形成無(wú)定形態(tài)的微細(xì)無(wú)定形煤煙。這種液體輸送系統(tǒng)的例子在以下專利申請(qǐng)中有描述1996年10月17日申請(qǐng)、名稱為“由液體反應(yīng)物的燃燒形成熔凝氧化硅的方法和設(shè)備”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/767,653；1997年7月30日申請(qǐng)、名稱為“采用氧氣燃燒液體反應(yīng)物形成氧化硅的方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/903,501；1998年6月3日申請(qǐng)、名稱為“采用加熱器燃燒液體反應(yīng)物形成氧化硅的方法和設(shè)備”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.09/089,869；1997年10月19日申請(qǐng)、名稱為“制備金屬氧化物煤煙的燃燒器和方法”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/068,255和1998年7月31日申請(qǐng)、名稱為“制備用于制造玻璃的煤煙的設(shè)備和方法”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)，這些專利申請(qǐng)的說(shuō)明書都參考結(jié)合于此。無(wú)定形的煤煙能夠以任意的方法收集，但一般是沉積到一個(gè)接收器表面，在該表面上或者基本與沉積同時(shí)或者在沉積之后，將煤煙固結(jié)成熔凝玻璃體。然后，該玻璃體可以直接制成制品，或者可以對(duì)熔凝體進(jìn)一步進(jìn)行處理，例如拉伸形成光導(dǎo)如制成光導(dǎo)纖維，這在例如名稱為“純化聚烷基硅氧烷和所形成制品的方法”美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/574/961中進(jìn)一步有所敘述，其說(shuō)明書參考結(jié)合于此。
本發(fā)明的方法與本行業(yè)內(nèi)已知的其他玻璃煤煙的制造方法相比，有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明能夠精確改變并控制所形成煤煙的組成，從而可提供具有很好確定的非常準(zhǔn)確的指數(shù)變化剖面以及其他特性的光導(dǎo)纖維。本發(fā)明還為工業(yè)提供一種同時(shí)可輸送很多種類的成分進(jìn)入火焰制成多組分玻璃煤煙的方法。任意多種的有機(jī)金屬、稀土元素并且現(xiàn)在鹽類能夠全部同時(shí)輸送進(jìn)入火焰，制成均勻的煤煙。相似地，這些成分能夠同時(shí)或有選擇地在同一煤煙制備程序中進(jìn)行輸送，以便制成滿足特定層狀需求的預(yù)制品。因此，用本發(fā)明方法制成的光導(dǎo)纖維預(yù)制品就具有各成分含量精確的優(yōu)點(diǎn)，其中有些成分從沒(méi)有在單個(gè)光導(dǎo)纖維預(yù)制品中存在過(guò)。
為了獲得這些和其他優(yōu)點(diǎn)，要將一種非水性液體反應(yīng)物和一種水溶液進(jìn)行霧化，形成由許多液滴組成的氣霧。該氣霧被送入燃燒帶，并在燃燒帶的火焰內(nèi)反應(yīng)，形成細(xì)微的玻璃煤煙顆粒。
在本發(fā)明的另一方面，非水性液體反應(yīng)物和水溶液被輸送到燃燒器組件。非水性液體反應(yīng)物和水溶液從燃燒器組件排放進(jìn)入火焰，它們?cè)诨鹧嬷羞M(jìn)行反應(yīng)，形成煤煙。煤煙沉積到目標(biāo)物上，形成預(yù)制品。
在本發(fā)明的又一方面，用輸送非水性液體反應(yīng)物和水溶液至燃燒器組件的方法，制成光導(dǎo)纖維預(yù)制品。非水性液體反應(yīng)物和水溶液以氣霧的形式從燃燒器組件排放進(jìn)入火焰，該氣霧由許多非水性液體反應(yīng)物液滴和許多水溶液液滴組成。液滴在火焰內(nèi)反應(yīng)，形成煤煙而沉積到目標(biāo)物上，成為預(yù)制品。
在本發(fā)明的再一方面，將水溶液的輸送與常規(guī)蒸汽的輸送結(jié)合起來(lái)。水溶液在燃燒器組件中用氣體霧化，形成由許多液滴組成的氣霧，同時(shí)將另一種反應(yīng)物蒸發(fā)輸送到燃燒器組件中。該蒸汽狀態(tài)的反應(yīng)物和氣霧在鄰近燃燒器組件的燃燒帶內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，形成細(xì)微的玻璃煤煙。
本發(fā)明的另一些特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)說(shuō)明部分中描述，其中部分可從描述中顯而易見，或從本發(fā)明的操作實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到。本行業(yè)的技術(shù)人員將會(huì)明白，上面的概述和下面的詳細(xì)說(shuō)明兩者都是示范性和說(shuō)明性的，旨在進(jìn)一步說(shuō)明在這里要求權(quán)利的本發(fā)明。
為進(jìn)一步理解本發(fā)明，本說(shuō)明書內(nèi)包括一些附圖，附圖構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。這些


了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，與文字描述一同用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1示意說(shuō)明用于本發(fā)明方法中液體輸送系統(tǒng)的第一優(yōu)選實(shí)施方式。
圖2示意說(shuō)明用于本發(fā)明方法中液體輸送系統(tǒng)的第二優(yōu)選實(shí)施方式。
圖3示意說(shuō)明用于本發(fā)明方法中蒸汽和液體混合輸送系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明許多煤煙收集和煤煙沉積技術(shù)都被用來(lái)制造玻璃制品。雖然本發(fā)明能夠用于許多這樣的技術(shù)中，但是，它尤其適于那些用來(lái)在目標(biāo)物上沉積煤煙以制成用于制造光導(dǎo)尤其是光導(dǎo)纖維的玻璃預(yù)制品的技術(shù)。然而，本行業(yè)技術(shù)人員將會(huì)明白，本發(fā)明的方法也能夠用于制造平面波導(dǎo)。
在制造光導(dǎo)纖維的過(guò)程中，煤煙一般是均勻地沉積到目標(biāo)物上或其內(nèi)。將收集的煤煙固結(jié)成高純的玻璃預(yù)制品，之后，經(jīng)受進(jìn)一步的加工步驟例如拉伸，形成能夠傳輸并導(dǎo)向光的細(xì)纖維。因此，本發(fā)明將在該方面展開描述。然而，光導(dǎo)纖維行業(yè)的技術(shù)人員將會(huì)明白，也有其他系統(tǒng)和與這里所述系統(tǒng)有些改變的系統(tǒng)，可以采用本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)上述和這里所要求權(quán)利的功能。下面將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，附圖中示意說(shuō)明了這些實(shí)施方式的例子。
圖1中示意說(shuō)明將液體送入燃燒帶形成用于制造玻璃的多組分煤煙的系統(tǒng)的第一優(yōu)選實(shí)施方式。輸送液體的系統(tǒng)10包括裝有水溶液14的水溶液容器12、裝有非水性液體反應(yīng)物18的非水性液體反應(yīng)物容器16和也可采用的裝有摻雜物22的摻雜物容器20。另外，輸送液體的系統(tǒng)10包括霧化燃燒器組件26，例如一個(gè)霧化燃燒器組件和相關(guān)的輸送機(jī)構(gòu)，(下面總稱為“燃燒器組件”)。對(duì)于這種燃燒器組件，1996年10月17日申請(qǐng)、名稱為“由液體反應(yīng)物的燃燒形成熔凝氧化硅的方法和設(shè)備”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/767,653；1997年7月30日申請(qǐng)、名稱為“采用氧氣燃燒液體反應(yīng)物形成氧化硅的方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.08/903,501；1998年6月3日申請(qǐng)、名稱為“采用加熱器燃燒液體反應(yīng)物形成氧化硅的方法和設(shè)備”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.09/089,869；1997年10月19日申請(qǐng)、名稱為“制備金屬氧化物煤煙的燃燒器和方法”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/068,255和1998年7月31日申請(qǐng)、名稱為“制備用于制造玻璃的煤煙的設(shè)備和方法”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)中都有所描述，其說(shuō)明書參考結(jié)合于此。
在操作中，將水溶液14、非水性液體反應(yīng)物18和摻雜物22根據(jù)所要求的化學(xué)計(jì)量進(jìn)行混合，并儲(chǔ)存在它們各自的容器12、16和20內(nèi)。水溶液14優(yōu)選裝有水溶性鹽例如堿金屬硝酸鹽、堿金屬碳酸鹽、堿金屬硫酸鹽、堿金屬乙酸鹽、堿土金屬硝酸鹽、堿土金屬碳酸鹽、堿土金屬硫酸鹽或堿土金屬乙酸鹽。更具體地說(shuō)，水溶液14含有一種或多種水溶性鹽例如硝酸鋇、乙酸鋇、氯化鋇、硝酸鍶、乙酸鍶、氯化鍶、硝酸銻、乙酸銻、硝酸鉛、碳酸鉛、硫酸鉛、乙酸鉛、硝酸鑭、碳酸鑭、硫酸鑭、乙酸鑭、硝酸鈷、乙酸鈷、氯化鈷、硝酸釹、氯化釹、硝酸鉀、氯化鉀、硝酸鐠(praeseodymium)、硝酸銫、氯化銫、硫酸銫、氫氧化銫、氯化鈣、硝酸鋁、硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉺和硫酸鉺，但是也可以含有能夠混入并以水溶液形式輸送的其他鹽和/或其他成分。
非水性液體反應(yīng)物18優(yōu)選是液態(tài)的有機(jī)金屬化合物例如八甲基環(huán)四硅氧烷，但也可以是硅醇鹽、金屬醇鹽或用合適的有機(jī)溶劑例如乙二醇單甲醚使之可溶的其他含硅基材。摻雜物22，如果使用的話，可以是酮鹽、醇鹽、乙酸鹽、β-二酮鹽、或溶解于合適有機(jī)溶劑例如乙二醇單甲醚的鐠、鈥和銩的氟-β-二酮鹽。優(yōu)選的摻雜物22一般是性能對(duì)光導(dǎo)纖維有利的鉺、鍺和其他稀土元素。
如果需要，水溶液14、非水性液體反應(yīng)物18和摻雜物22以所要求的數(shù)量通過(guò)液體輸送管線24輸送到燃燒器組件26。液體14、18和22以霧化液滴30的形式從燃燒器組件26排放進(jìn)入火焰28中。液滴30在霧化過(guò)程中均勻地混合，并在火焰28中反應(yīng)，制成煤煙流32。煤煙流32優(yōu)選指向目標(biāo)物例如旋轉(zhuǎn)軸34，此時(shí)燃燒器組件26沿著旋轉(zhuǎn)軸34的長(zhǎng)度來(lái)回移動(dòng)，使煤煙沉積到旋轉(zhuǎn)軸34上，就形成含有所要求量的包含于水溶液14、非水性液體反應(yīng)物18和摻雜物22內(nèi)元素的氧化物的均勻煤煙體36。
將液體輸入燃燒帶形成用于制造玻璃的多組分煤煙的系統(tǒng)的第二優(yōu)選實(shí)施方式，如圖2所示。象第一優(yōu)選實(shí)施方式一樣，液體輸送系統(tǒng)包括儲(chǔ)存水溶液44的水溶液容器42、儲(chǔ)存非水性液體反應(yīng)物48的非水性液體反應(yīng)物容器46、和可能采用的儲(chǔ)存摻雜物52的摻雜物容器50。然而，與本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式不同的是，輸送液體的系統(tǒng)40包括第一燃燒器組件56，它與非水性液體反應(yīng)物容器46和摻雜物容器50選擇性地連通，還包括第二燃燒器組件66，與水溶液容器42連通。如下所述，本行業(yè)技術(shù)人員將會(huì)明白，水溶液44和非水性液體反應(yīng)物48可以包含一種或多種上面本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式所述的化合物。
在操作中，水溶液44有選擇地輸送到第二燃燒器組件66，而非水性液體反應(yīng)物48和摻雜物52(如果需要的話)，有選擇地輸送到第一燃燒器組件56。第一燃燒器組件56將霧化液滴60排放進(jìn)入火焰58內(nèi)，在火焰中液滴60燃燒，形成煤煙流62，它含有由所選擇的包含于非水性液體反應(yīng)物48和摻雜物52內(nèi)的成分氧化而生成的氧化物的均勻混合物。第二燃燒器組件66可以與第一燃燒器組件56同時(shí)或分別啟動(dòng)，將霧化的液滴70排放進(jìn)入火焰68內(nèi)，形成均勻的煤煙流72，它含有由包含于水溶液44內(nèi)的成分氧化而形成的氧化物。煤煙流62和72優(yōu)選指向目標(biāo)物例如旋轉(zhuǎn)軸74，當(dāng)?shù)谝蝗紵鹘M件56和第二燃燒器組件66沿著旋轉(zhuǎn)軸74的長(zhǎng)度來(lái)回移動(dòng)時(shí)，煤煙流62和72的煤煙以均勻?qū)映练e到旋轉(zhuǎn)軸74上。根據(jù)輸送速率，所形成的煤煙體76含有來(lái)自于煤煙流62和72的所有氧化物。
本發(fā)明這個(gè)實(shí)施方式所用的多燃燒器組件通常有利于產(chǎn)生比本發(fā)明第一實(shí)施方式大的煤煙沉積速率。另外，燃燒器組件56和66的空間排列使煤煙能夠以非連續(xù)層的方式沉積，這可提供一種受控的和成本上有效的方法，制備具有被良好確定的指數(shù)變化剖面和其他特性的光導(dǎo)。
圖3示意說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明方法的蒸汽和液體混合輸送系統(tǒng)80的優(yōu)選實(shí)施方式。該蒸汽和液體混合輸送系統(tǒng)80包括儲(chǔ)存水溶液84的水溶液容器82，和將水溶液84輸送到第一燃燒器組件94的液體輸送管線90。另外，蒸汽和液體混合輸送系統(tǒng)80還包括通過(guò)蒸氣輸送管線92輸送蒸汽反應(yīng)物88到第二燃燒器組件96的蒸汽輸送系統(tǒng)86。蒸汽輸送系統(tǒng)86可以是本行業(yè)已知的任何蒸汽輸送系統(tǒng)，例如但不局限于美國(guó)專利No.5,043,002和No.3,698,936所揭示的蒸汽輸送系統(tǒng)，其說(shuō)明書在參考結(jié)合于此。蒸汽反應(yīng)物88優(yōu)選是鹵化物基的原料，例如但不局限于SiCl4，或非氯化物基的原料，例如但不局限于八甲基環(huán)四硅氧烷。水溶液84優(yōu)選含有水溶性鹽例如堿金屬硝酸鹽，堿金屬碳酸鹽、堿金屬硫酸鹽、堿金屬乙酸鹽、堿土金屬硝酸鹽、堿土金屬碳酸鹽、堿土金屬硫酸鹽、或堿土金屬乙酸鹽。更具體地說(shuō)，水溶液84含有一種或多種水溶性鹽例如硝酸鋇、乙酸鋇、氯化鋇、硝酸鍶、乙酸鍶、氯化鍶、硝酸銻、乙酸銻、硝酸鉛、碳酸鉛、硫酸鉛、乙酸鉛、硝酸鑭、碳酸鑭、硫酸鑭、乙酸鑭、硝酸鈷、乙酸鈷、氯化鈷、硝酸釹、氯化釹、硝酸鉀、氯化鉀、硝酸鐠、硝酸銫、氯化銫、硫酸銫、氫氧化銫、氯化鈣、硝酸鋁、硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉺和硫酸鉺，但是也可以含有能夠混入并以水溶液形式輸送的其他鹽和/或其他成分。
操作中，水溶液84有選擇地輸送到燃燒器組件94，蒸發(fā)的反應(yīng)物88輸送到第二燃燒器組件96。在第一燃燒器組件94處，水溶液84用氣體例如空氣霧化，但優(yōu)選使用氧氣或與氧氣一同使用惰性氣體例如氮?dú)?，形成由許多粒徑通常約為10-200微米的液滴組成的氣霧。多數(shù)液滴的粒徑一般約為20微米。霧化的液滴98排放進(jìn)入靠近第一燃燒器組件94形成的第一火焰，在其中霧化液滴98進(jìn)行燃燒，形成第一煤煙流102，它含有由所選擇的包含于水溶液84內(nèi)的成分氧化形成的氧化物的均勻混合物。蒸汽反應(yīng)物88通過(guò)蒸汽輸送管線92和第二燃燒器組件96作為蒸汽104被輸送，蒸汽104被排放進(jìn)入靠近第二燃燒器組件96形成的第二火焰106內(nèi)。蒸汽104在第二火焰106內(nèi)燃燒，形成煤煙流108，它含有由所選擇的包含于蒸汽反應(yīng)物88內(nèi)的成分氧化形成的氧化物的均勻混合物。第一和第二煤煙流102、108分別指向目標(biāo)物，例如旋轉(zhuǎn)軸110；當(dāng)?shù)谝蝗紵鹘M件94和第二燃燒器組件96沿著旋轉(zhuǎn)軸110的長(zhǎng)度來(lái)回移動(dòng)時(shí)，煤煙流102和108內(nèi)的煤煙以均勻?qū)映练e到旋轉(zhuǎn)軸110上。根據(jù)輸送速率，所形成的煤煙體112含有分別來(lái)自于第一和第二煤煙流102和108的所有氧化物。
雖然圖3中未示出，但還可以附加一個(gè)燃燒器組件和相關(guān)的輸送機(jī)構(gòu)到圖3所示的系統(tǒng)中，用以輸送通常用于制造光導(dǎo)纖維的煤煙的附加摻雜物。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方式結(jié)合了蒸汽沉積的較高煤煙沉積率和以水溶液形式輸送的鹽所提供的獨(dú)特的光學(xué)性能。本行業(yè)技術(shù)人員將會(huì)明白，蒸氣反應(yīng)物88和水溶液84可以送入同一個(gè)火焰，制成均勻的煤煙流，能夠以本行業(yè)內(nèi)通常所知的任意方式收集，而且隨后可進(jìn)一步加工成光導(dǎo)、尤其是光導(dǎo)纖維的預(yù)制品。
雖然在附圖中未示出，但本行業(yè)技術(shù)人員將會(huì)明白，圖1、2和3所示的系統(tǒng)并不局限于圖中所示的燃燒器組件和相關(guān)輸送機(jī)構(gòu)的數(shù)目。每種系統(tǒng)都可添裝一些燃燒器組件和相關(guān)的輸送機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施本發(fā)明的方法?？偟膩?lái)說(shuō)，燃燒器組件的數(shù)目越多，煤煙沉積速率就越大。此外，也可以將本發(fā)明與本行業(yè)內(nèi)通常所的其他蒸汽輸送系統(tǒng)結(jié)合使用，以便在光導(dǎo)纖維的煤煙制造過(guò)程中，提供更大的靈活性。
本行業(yè)技術(shù)人員將會(huì)明白，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情形下，可以對(duì)本發(fā)明制造光導(dǎo)纖維預(yù)制品的煤煙的方法進(jìn)行各種改變和變化。因此，如果它們是在所附權(quán)利要求及其等效內(nèi)容的范圍內(nèi)，那么本發(fā)明就覆蓋這些改變和變化。另外，所附權(quán)利要求內(nèi)的所有裝置或步驟和起同樣作用的裝置或步驟的相應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、操作以及要旨，是包括與本文所具體要求的其他要旨結(jié)合以實(shí)現(xiàn)其功能的任意結(jié)構(gòu)、材料或操作的。
權(quán)利要求
1．一種制造光導(dǎo)纖維預(yù)制品用的煤煙的制備方法，該方法包括如下步驟a)霧化非水性液體反應(yīng)物和水溶液，形成包含許多液滴的氣霧；b)將所述氣霧送入燃燒帶；c)使所述氣霧在所述燃燒帶內(nèi)提供的火焰中發(fā)生反應(yīng)，形成細(xì)微的玻璃煤煙顆粒。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的非水性液體反應(yīng)物含有非水性溶液。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括在將所述非水性液體反應(yīng)物和所述水溶液霧化之前，將所述非水性液體反應(yīng)物和所述水溶液輸送到一單個(gè)燃燒器組件的步驟。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，在所述步驟a)之前，該方法還包括如下步驟將所述非水性液體反應(yīng)物輸送到第一燃燒器組件；將所述水溶液輸送到與所述第一燃燒器組件隔開的第二燃燒器組件。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，它還包括如下步驟將所述非水性液體反應(yīng)物在所述第一燃燒器組件中霧化，形成第一氣霧；將所述水溶液在所述第二燃燒器組件中霧化，形成第二氣霧。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，它還包括如下步驟使所述第一氣霧在所述第一燃燒器組件附近形成的第一火焰內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)；使所述第二氣霧在所述第二燃燒器組件附近形成的第二火焰內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的非水性液體反應(yīng)物含有至少一種前體和至少一種摻雜物。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的非水性液體反應(yīng)物含有硅氧烷，而其中所述的水溶液含有一種鹽。
9．如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的鹽選自堿金屬硝酸鹽、堿金屬碳酸鹽、堿金屬硫酸鹽、堿金屬乙酸鹽、堿土金屬硝酸鹽、堿土金屬碳酸鹽、堿土金屬硫酸鹽、堿土金屬乙酸鹽、硝酸鋇、乙酸鋇、氯化鋇、硝酸鍶、乙酸鍶、氯化鍶、硝酸銻、乙酸銻、硝酸鉛、碳酸鉛、硫酸鉛、乙酸鉛、硝酸鑭、碳酸鑭、硫酸鑭、乙酸鑭、硝酸鈷、乙酸鈷、氯化鈷、硝酸釹、氯化釹、硝酸鉀、氯化鉀、硝酸鐠、硝酸銫、氯化銫、硫酸銫、氫氧化銫、硝酸鈣、氯化鈣、硝酸鋁、硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉺和硫酸鉺。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述的非水性液體反應(yīng)物還含有一種摻雜物。
11．一種制造光導(dǎo)纖維預(yù)制品的方法，所述方法包括如下步驟a)將非水性液體反應(yīng)物與水溶液輸送到燃燒器組件；b)將所述非水性液體反應(yīng)物和所述水溶液從所述燃燒器組件排放進(jìn)入火焰中；c)使所述非水性液體反應(yīng)物和所述水溶液在所述火焰中反應(yīng)，產(chǎn)生煤煙；和d)將所述煤煙沉積到旋轉(zhuǎn)軸上。
12．如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述步驟b)包括將所述非水性液體反應(yīng)物和所述水溶液霧化形成一種氣霧的步驟，所述氣霧含有與許多水溶液液滴混合的許多非水性液體反應(yīng)物液滴。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的霧化步驟在所述非水性液體反應(yīng)物和所述水溶液從所述燃燒器組件排出時(shí)進(jìn)行。
14．如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的燃燒器組件包括第一燃燒器組件和與所述第一燃燒器組件隔開的第二燃燒器組件，其中所述的非水性液體反應(yīng)物作為含有許多非水性液體反應(yīng)物液滴的第一氣霧從所述第一燃燒器組件排出，其中所述的水溶液作為含有許多水溶液液滴的第二氣霧從所述第二燃燒器組件排出。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述的火焰包括靠近所述第一燃燒器組件的第一火焰和靠近第二燃燒器組件的第二火焰，其中所述的第一氣霧在所述第一火焰中進(jìn)行反應(yīng)，而所述第二氣霧在所述第二火焰中進(jìn)行反應(yīng)。
16．如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的非水性液體反應(yīng)物含有至少一種前體和至少一種摻雜物。
17．如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述非水性液體反應(yīng)物含有硅氧烷，而且其中所述的水溶液含有一種鹽。
18．如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述的鹽選自堿金屬硝酸鹽、堿金屬碳酸鹽、堿金屬硫酸鹽、堿金屬乙酸鹽、堿土金屬硝酸鹽、堿土金屬碳酸鹽、堿土金屬硫酸鹽、堿土金屬乙酸鹽、硝酸鋇、乙酸鋇、氯化鋇、硝酸鍶、乙酸鍶、氯化鍶、硝酸銻、乙酸銻、硝酸鉛、碳酸鉛、硫酸鉛、乙酸鉛、硝酸鑭、碳酸鑭、硫酸鑭、乙酸鑭、硝酸鈷、乙酸鈷、氯化鈷、硝酸釹、氯化釹、硝酸鉀、氯化鉀、硝酸鐠、硝酸銫、氯化銫、硫酸銫、氫氧化銫、硝酸鈣、氯化鈣、硝酸鋁、硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉺和硫酸鉺。
19．一種光導(dǎo)纖維預(yù)制品，它通過(guò)下述過(guò)程制成a)將非水性液體反應(yīng)物與水溶液輸送到燃燒器組件；b)將所述非水性液體反應(yīng)物和所述水溶液以含有許多非水性液體反應(yīng)物液滴和許多水溶液液滴的氣霧形式，從所述燃燒器組件排放進(jìn)入火焰中；c)使所述許多非水性液體反應(yīng)物液滴和所述許多水溶液液滴在所述火焰中反應(yīng)，產(chǎn)生煤煙；d)將所述煤煙沉積到目標(biāo)物上。
20．一種制造光導(dǎo)纖維預(yù)制品用的煤煙的制備方法，該方法包括如下步驟a)用氣體在第一燃燒器組件中使水溶液霧化，形成包含許多粒徑約為10-200微米的液滴的氣霧；b)蒸發(fā)反應(yīng)物，輸送到第二燃燒器組件中；c)使蒸氣狀態(tài)的反應(yīng)物和氣霧在靠近第一和第二燃燒器組件的燃燒帶內(nèi)反應(yīng)，形成至少一種煤煙流。
21．如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述的反應(yīng)物選自鹵化物基的含硅化合物和不含鹵化物的含硅化合物。
22．如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述水溶液含有一種鹽，它選自堿金屬硝酸鹽、堿金屬碳酸鹽、堿金屬硫酸鹽、堿金屬乙酸鹽、堿土金屬硝酸鹽、堿土金屬碳酸鹽、堿土金屬硫酸鹽、堿土金屬乙酸鹽、硝酸鋇、乙酸鋇、氯化鋇、硝酸鍶、乙酸鍶、氯化鍶、硝酸銻、乙酸銻、硝酸鉛、碳酸鉛、硫酸鉛、乙酸鉛、硝酸鑭、碳酸鑭、硫酸鑭、乙酸鑭、硝酸鈷、乙酸鈷、氯化鈷、硝酸釹、氯化釹、硝酸鉀、氯化鉀、硝酸鐠、硝酸銫、氯化銫、硫酸銫、氫氧化銫、硝酸鈣、氯化鈣、硝酸鋁、硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉺和硫酸鉺。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備用于制造光導(dǎo)的煤煙的方法。輸送含有一種或多種鹽的非水性液體反應(yīng)物和水溶液兩類物質(zhì)經(jīng)過(guò)霧化燃燒器組件，形成均勻煤煙流，它含有所選用的包含于非水性液體反應(yīng)物和水溶液中的成分的氧化物。用常規(guī)方法收集所形成的多組分煤煙，制成用于制造光導(dǎo)纖維的預(yù)制品。另外，水溶液可以與一種氣體在第一燃燒器組件中霧化，形成煙霧，而蒸汽狀態(tài)的反應(yīng)物則輸送到第二燃燒器組件中。本發(fā)明也揭示了由該方法制成的預(yù)制品。水溶液優(yōu)選含有金屬鹽，例如乙酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、氯化物、氫氧化物。金屬鹽的金屬優(yōu)選堿金屬、堿土金屬、鉛、鑭、鈷、銻、鉺、鋁、釹、鐠。
文檔編號(hào)C03B37/018GK1318038SQ99810253
公開日2001年10月17日 申請(qǐng)日期1999年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月30日
發(fā)明者M·B·卡安, D·W·霍托夫, V·斯里康德 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司