一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈及其大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈及其大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法涉及 的是一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造過程使用的噴燈及其大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法，使用該 噴燈及方法可有效提升生產(chǎn)速率、原材料利用率，降低生產(chǎn)成本。
【背景技術(shù)】
[0002] 為降低光纖生產(chǎn)成本，同時(shí)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。
[0003] 光纖預(yù)制棒主要有四種制造工藝，即VAD (軸向氣相沉積法)、OVD (外部氣相沉積 法)、PCVD (低溫等離子氣相沉積法）和MCVD (改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法)。
[0004] 外部氣相沉積法（OVD)是目前最常用的外包層制備方法。該方法的沉積速率、原材 料利用率主要受噴燈結(jié)構(gòu)及流量設(shè)定的影響。目前OVD廣泛使用的噴燈，由于噴燈結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)不合理，燃燒氣體、助燃?xì)怏w、原材料無法充分反應(yīng)，造成沉積速率和原材料利用率較低。
[0005] 為了提高光纖預(yù)制棒的產(chǎn)能，必須提升沉積速率。然而，沉積速率的增加會(huì)導(dǎo)致沉 積效率的降低，使得光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)成本增加。另外，沉積效率的降低使沉積腔體內(nèi)沒有 沉積在粉末棒上的310 2顆粒增加，導(dǎo)致腔體內(nèi)漂浮的顆粒物附著到粉末棒的表面，使得粉 末棒燒結(jié)后在預(yù)制棒內(nèi)存在氣泡。
[0006] 外部氣相沉積法（OVD)所使用的噴燈，中國發(fā)明專利尚未涉及。日本專利 No. 04-243929公開了一種具有同軸線多管路結(jié)構(gòu)的噴燈，在該結(jié)構(gòu)中，原料噴出口位于燃 燒氣體噴出口和助燃?xì)怏w噴出口之間。在該噴燈中，噴出燃燒氣體（H2)和助燃?xì)怏w（02)， 從而原料氣體（SiC14)夾在該燃燒氣體和助燃?xì)怏w之間，使得形成Si02,該種結(jié)構(gòu)的噴燈 沉積速率較慢。
[0007] 現(xiàn)有的大尺寸光纖預(yù)制棒OVD制造技術(shù)中，由于噴燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)設(shè)定的 原因，產(chǎn)量無法有效提升，同時(shí)原材料利用率較低，給企業(yè)帶了損失。因此，發(fā)明一種新型噴 燈，并設(shè)計(jì)出最佳的流量匹配值，成為了一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明目的是針對上述不足之處提供一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈及其大 尺寸光纖預(yù)制棒制造方法，主要是發(fā)明了一種新型噴燈，并根據(jù)噴燈的管路結(jié)構(gòu)及原料氣 體流速，設(shè)定了最佳的原料、氣體流量。該新型噴燈，能夠有效提升噴燈的沉積速率、原材料 利用率；同時(shí)，使用最佳的原料、氣體流量能有效降低預(yù)制棒內(nèi)的氣泡數(shù)量。
[0009] -種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈及其大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法是采取以下 技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 目前最通用的預(yù)制棒制造工藝為軸向氣相沉積工藝（VAD工藝）+外部氣相沉積工藝 (0VD工藝)，使用軸向氣相沉積工藝（VAD工藝）制備出芯棒，制備出的芯棒使用外部氣相沉 積工藝（OVD工藝)在芯棒的外層附著Si02粉末，形成疏松體粉末棒，粉末棒經(jīng)燒結(jié)爐脫水、 玻璃化形成最終的透明預(yù)制棒。
[0010] OVD裝置是利用相對的、沿軸向移動(dòng)的噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有把棒的 芯棒上，芯棒直徑約50mm，當(dāng)噴燈支架運(yùn)行回?cái)?shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止。粉末棒沉積 速率、原材料利用率的高低主要取決于噴燈的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及流量設(shè)定，目前外部氣相沉積工 藝（0VD工藝）使用的噴燈受制于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的限制，沉積速率、原材料利用率相對較低；且由 于原材料利用率低，腔體內(nèi)懸浮的石英顆粒較多，容易附著在粉末棒上，燒結(jié)后在預(yù)制棒內(nèi) 形成氣泡。
[0011] 一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈包括原料中心管、內(nèi)層密封氣體噴燈口、燃燒 氣體噴出口、內(nèi)層助燃性氣體噴出口、外層助燃性氣體噴出口和外層密封氣體噴燈口。
[0012] 本發(fā)明的噴燈安裝在外包沉積設(shè)備噴燈支架上，在生產(chǎn)過程中噴燈隨噴燈支架往 復(fù)移動(dòng)，將SiO 2顆粒附著在芯棒上。本發(fā)明的噴燈的中心管為原料管，原料管的外側(cè)為內(nèi) 層密封氣體噴出口，用于隔絕原料和燃燒、助燃?xì)怏w，防止原料在噴燈口反應(yīng)，堵塞噴燈。內(nèi) 層密封氣體噴出口的外側(cè)為燃燒氣體噴燈口，燃燒氣體噴出口內(nèi)，相對于原料管同心地布 置一圈內(nèi)層助燃性氣體噴出口，內(nèi)層助燃性氣體噴出口與原料管具有相同的焦距。在內(nèi)層 助燃性氣體噴出口的外側(cè)，同心地布置一圈外層助燃性氣體噴出口，與內(nèi)層助燃性氣體噴 出口有相同的焦距。外層助燃性氣體噴出口的外側(cè)為外層密封氣體噴出口，用于控制噴燈 的火焰形狀，防止火焰分散。
[0013] 本發(fā)明一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法包括以下工藝步驟： 1) 使用軸向氣相沉積工藝（VAD工藝）制備出芯棒，芯棒直徑約50mm ; 2) 在芯棒兩端對接把棒； 3) 對接有把棒的芯棒進(jìn)行拋光，除去對接口的應(yīng)力，同時(shí)除去芯棒表面的雜質(zhì)。拋光流 量：H2 :300L/min，內(nèi) 02:80L/min，外 0 2:70L/min ; 4) 將對接有把棒的芯棒兩端安裝在沉積設(shè)備的卡盤基座上； 5) 對沉積噴燈噴燈點(diǎn)火，按"自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)"按鈕，沉積設(shè)備卡盤基座以50rpm的轉(zhuǎn)速開始 旋轉(zhuǎn)，噴燈隨噴燈支架以250mm/min的移動(dòng)速度開始在芯棒表面沉積SiO 2粉末，排風(fēng)罩始 終位于噴燈的正上方，和噴燈的移動(dòng)速度相同； 6) 生產(chǎn)過程中噴燈流量：SiCl4:50g/min，H2 :120L/min，內(nèi) O2 :20L/min，外 O2 :35L/min， 內(nèi) Ar :4L/min，外 Ar :20L/min ; 7) 噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有把棒的芯棒上，轉(zhuǎn)速50rpm，當(dāng)噴燈支架運(yùn)行回?cái)?shù) 達(dá)到設(shè)定值時(shí)，沉積結(jié)束，設(shè)備自動(dòng)停止； 8 )粉末棒沉積結(jié)束后，沉積用噴燈自動(dòng)熄火，沉積結(jié)束； 9) 粉末棒在燒結(jié)爐進(jìn)行脫水、玻璃化，制成大尺寸光纖預(yù)制棒； 10) 根據(jù)沉積過程中消耗的SiCl4總流量及最終的預(yù)制棒有效重量，預(yù)制棒有效重量為 總重量-芯棒重量-把棒重量，計(jì)算沉積速率及原材料利用率； 11) 燒結(jié)得到的透明預(yù)制棒在暗室的聚光燈下觀察進(jìn)行檢查，確認(rèn)包層內(nèi)的氣泡數(shù)量， 包層內(nèi)氣泡的數(shù)量小于2,且氣泡直徑小于Imm為合格品。
[0014] -種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈及其大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法設(shè)計(jì)合理，能 夠有效升沉積速率、原材料利用率；同時(shí)結(jié)合最佳的流量設(shè)定值，能有效降低預(yù)制棒內(nèi)氣泡 的數(shù)量。這種噴燈構(gòu)造簡單，成本與當(dāng)前廣泛使用的噴燈相當(dāng)。
[0015] 本發(fā)明不僅可以確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行，還可以提升沉積速率、原材料利用率，提升 企業(yè)的產(chǎn)能，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。同時(shí)，該發(fā)明能有效降低預(yù)制棒內(nèi)氣泡的數(shù)量，提升預(yù)制 棒的質(zhì)量，降低拉絲斷纖率，提升拉絲合格率。
【附圖說明】
[0016] 以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明： 圖1外部氣相丨幾積法（OVD)制造光纖預(yù)制棒的設(shè)備不意圖。
[0017] 圖2本發(fā)明噴燈的噴嘴配置的主視圖。
[0018] 圖3比較對比例1中使用噴燈的噴嘴配置的主視圖。
[0019] 圖4實(shí)施例1和比較對比例1中的原料的供給速率和沉積效率之間的關(guān)系較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 目前最通用的預(yù)制棒制造工藝為軸向氣相沉積工藝（VAD工藝）+外部氣相沉積工 藝（0VD工藝)，使用軸向氣相沉積工藝（VAD工藝）制備出芯棒，制備出的芯棒使用外部氣相 沉積工藝（0VD工藝）在芯棒的外層附著SiO 2粉末，形成疏松體粉末棒，粉末棒經(jīng)燒結(jié)爐脫 水、玻璃化形成最終的透明預(yù)制棒。
[0021 ] OVD裝置是利用相對的、沿軸向移動(dòng)的噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有把棒的 芯棒上，芯棒直徑約50mm，當(dāng)噴燈支架運(yùn)行回?cái)?shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止。粉末棒沉積 速率、效率、原材料利用率的高低主要取決于噴燈的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及流量設(shè)定，目前外部氣相沉 積工藝（0VD工藝）使用的噴燈受制于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的限制，沉積速率、原材料利用率相對較低； 且由于原材料利用率低，腔體內(nèi)懸浮的石英顆粒較多，容易附著在粉末棒上，燒結(jié)后在預(yù)制 棒內(nèi)形成氣泡。
[0022] 參照附圖1~4, 一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈包括原料中心管6、內(nèi)層密封 氣體噴出（燈）口 7、燃燒氣體噴出口 8、內(nèi)層助燃性氣體噴出口 9、外層助燃性氣體噴出口 10、外層密封氣體噴燈口 11。
[0023] 本發(fā)明的噴燈4安裝在外包沉積設(shè)備噴燈支架5上，在生產(chǎn)過程中噴燈4隨噴燈 支架5往復(fù)移動(dòng)，將510 2顆粒附著在芯棒1上。本發(fā)明的噴燈的中心管為原料中心管6,原 料中心管6的外側(cè)為內(nèi)層密封氣體噴出口 7,用于隔絕原料和燃燒、助燃?xì)怏w，防止原料在 噴燈口反應(yīng)，堵塞噴燈。內(nèi)層密封氣體噴出口 7的外側(cè)為燃燒氣體噴出口 8,燃燒氣體噴出 口 8內(nèi)，相對于原料管6同心地布置一圈內(nèi)層助燃性氣體噴出口 9,內(nèi)層助燃性氣體噴出口 9與原料中心管6具有相同的焦距。在內(nèi)層助燃性氣體噴出口9 (內(nèi)層助燃性氣體噴出口 9)的外側(cè)，同心地布置一圈外層助燃性氣體噴出口 10,與內(nèi)層助燃性氣體噴出口 9有相同