CN106830665B - 光纤预制棒的生产工艺及其光纤预制棒 - Google Patents

光纤预制棒的生产工艺及其光纤预制棒 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤预制棒的生产工艺，包括以下步骤:1)芯棒沉积工序：在松散体沉积烧结过程中，使用气体取样装置，抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体分析气体中氯化氢的含量；2)玻璃化工序：在松散体玻璃化过程中，使用气体取样装置，抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量；本发明公开了一种光纤预制棒的生产工艺在芯棒沉积工序使用气体取样装置，抽取并分析气体中氯化氢的含量，与吹入的气体浓度相比较；测算反应速率；精确监控工艺过程。在玻璃化工序使用气体取样装置，抽取并分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量，精确判断玻璃化去水的效果。

Description

光纤预制棒的生产工艺及其光纤预制棒
技术领域
本发明涉及光纤预制棒生产领域，具体涉及一种光纤预制棒的生产工艺及其光纤预制棒。
背景技术
光纤预制棒是制造石英系列光纤的核心原材料。光纤的内部结构就是在预制棒中形成的，因而预制棒的制造是光纤工艺中最重要的部分。光纤预制棒的制造有多种方法，常用的制造工艺是气相氧化法。在气相氧化法中，高纯度卤化物的蒸汽和氧气发生反应，形成一些氧化物微粒，这些氧化物微粒会沉积在玻璃或者石英体的表面上(或管状体的内壁)，然后通过烧结形成透明的玻璃棒。
众所周知，用VAD或OVD法沉积的松散体要经过烧结才能变成可供拉丝的光纤预制棒。在这一过程中，如何制得高度透明的均匀的玻璃体预制棒，对光纤的传输衰减特性十分重要。随着制造的预制棒直径的增大，棒中的残留气泡问题再度成为关注的焦点。固化过程中气孔的变化收缩与烧结前松散体芯棒的直径、密度、气孔的大小有关，因此烧结工艺必须结合沉积后松散体预制棒的特点，根据实际情况选择合适的工艺条件。而在松散体的烧结过程中，通入四氯化硅、氢气和氧气，烧结生成的二氧化硅微粒附着在芯棒上形成松散体上，该烧结过程的稳定，直接影响了松散体各层次的气泡的均匀性和松散体的密度分布(松散体的沿由外而内径向方向密度依次增加，且气泡分布由疏变密，同一直径区域的气泡应一致)，最终直接影响后续玻璃化工序烧结的效果。
现有的预制棒烧结和松散体玻璃化过程中，由于缺乏实时的气相反应详细的数据，对实际生产状况，只能要依靠工人直接观察火焰颜色和以往的经验进行粗略判断，因此，在实际的生产过程中，现有的工艺无法精确了解实际的烧结沉积和玻璃化过程，因而无法保证生产工艺的稳定性。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种光纤预制棒的生产工艺，解决了现有光纤预制棒生产工艺无法监测实际生产过程的缺陷。
本发明采取的技术方案如下：
一种光纤预制棒的生产工艺，包括以下步骤:
1)芯棒沉积工序：在芯棒车床上，于氢氧喷灯中通入四氯化硅、氢气和氧气，进行烧结，生成的二氧化硅微粒附着在芯棒上形成松散体；在松散体烧结沉积过程中，使用气体取样装置，抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氯化氢的含量，与吹入的气体浓度相比较；
2)玻璃化工序：得到的松散体熔融脱水，得到玻璃化的芯棒；在松散体玻璃化过程中，使用气体取样装置，抽取松散体底部外侧的气体和松散体顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量；
步骤1)和步骤2)中所述烧结炉上设有气体取样装置、气相色谱装置和计算机系统；所述气体取样装置包括底部取样器和顶部取样器；所述底部取样器包括弧形采样管和固定接管；所述顶部采样器包括同样的弧形采样管和滑动接管；所述弧形采样管具有120℃的弧度，所述弧形采样管的末端设有取样头；所述取样头内设有耐高温陶瓷滤网；所述烧结炉上开有第一穿孔、第二穿孔和排气管，所述排气管位于烧结炉的顶部；所述固定接管穿过第一穿孔外接第一进样管；所述滑动接管穿过第二穿孔外接第二进样管；所述滑动接管可沿第二穿孔滑动，使得弧形采样管的采样头接近或远离芯棒；所述第一进样管和第二进样管上均设有截止阀，所述第一进样管和第二进样管均连接进样总管上，所述进样总管连接气体储器，所述气体储器连接气相色谱装置；所述气相色谱装置电性连接计算机系统。
本发明公开了一种光纤预制棒的生产工艺在芯棒沉积工序使用气体取样装置抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氯化氢的含量，与吹入的气体浓度相比较；测算反应速率；精确监控工艺过程。在玻璃化工序使用气体取样装置，抽取松散体底部外侧的气体和松散体顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量；精确判断玻璃化去水的效果，进而精确控制烧结时间。
可选的，所述气相色谱装置设有TCD检测器。
可选的，所述第二穿孔内壁两侧设有若干个外凸且可活动的第一滑齿；所述滑动接管与第二穿孔接触的部位两侧设有若干个外凸且固定的第二滑齿；所述第二穿孔的第一滑齿和位于同一侧的滑动接管的第二滑齿相互交错卡合；所述第一滑齿底部设有弹性元件；所述弹性元件用于提供第一滑齿与第二滑齿相向的弹力。
可选的，所述第一滑齿和第二滑齿均具有弧面。该结构简单，便于操作。
可选的，所述进样总管上设有耐腐蚀滤网。
可选的，所述烧结炉还设有直径检测仪和测温传感器；所述直径检测仪和测温传感器均电性连接计算机系统。设置直径检测仪和测温传感器进一步加强了对工序的监控。
可选的，所述烧结炉顶部与芯棒接触的部位内侧设有耐高温密封垫圈。烧结炉顶部与芯棒接触的部位内侧设有耐高温密封垫圈提高了烧结炉的密封效果，保证气体的采样效果。
本发明还公开了一种光纤预制棒，所述光纤预制棒利用上述光纤预制棒工艺制成。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种光纤预制棒的生产工艺在芯棒沉积工序使用气体取样装置，抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氯化氢的含量，与吹入的气体浓度相比较；测算反应速率；精确监控工艺过程。在玻璃化工序使用气体取样装置，抽取松散体底部外侧的气体和松散体顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量；精确判断玻璃化去水的效果，进而精确控制烧结时间。
附图说明：
图1是本发明光纤预制棒的生产工艺流程示意图；
图2是光纤预制棒的生产工艺的烧结炉结构示意图；
图3是光纤预制棒的生产工艺的滑动接管和第二穿孔的装配结构示意图；
图4是光纤预制棒的生产工艺的弧形采样管结构示意图。
图中各附图标记为：
1、气体取样装置；2、气相色谱装置；3、计算机系统；4、底部取样器；5、顶部取样器；6、弧形采样管；7、固定接管；8、滑动接管；10、取样头；11、第一穿孔；12、第二穿孔；13、排气管；14、耐高温陶瓷滤网；15、截止阀；16、气体储器；17、TCD检测器；18、第一滑齿；19、第二滑齿；20、弹性元件；21、耐腐蚀滤网；22、直径检测仪；23、测温传感器；24、耐高温密封垫圈；25、氢氧喷灯。
具体实施方式：
下面结合各附图，对本发明做详细描述。
本发明中说的TCD检测器为热导池或热丝检热器。
本发明公开了一种光纤预制棒，所述光纤预制棒利用下述光纤预制棒的生产工艺制成。
实施例一：本发明还一种光纤预制棒的生产工艺(见附图1)，包括以下步骤:
1)芯棒沉积工序：在芯棒车床上，于氢氧喷灯25中通入四氯化硅、氢气和氧气，进行烧结，生成的二氧化硅微粒附着在芯棒上形成松散体；在松散体烧结沉积过程中，使用气体取样装置1，抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置2分析气体中氯化氢的含量，与吹入的气体浓度相比较；
2)玻璃化工序：得到的松散体熔融脱水，得到玻璃化的芯棒；在松散体玻璃化过程中，使用气体取样装置1，抽取松散体底部外侧的气体和松散体顶部外侧的气体，使用气相色谱装置2分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量；
本发明公开了一种光纤预制棒的生产工艺在芯棒沉积工序使用气体取样装置1抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置2分析气体中氯化氢的含量，与吹入的气体浓度相比较；测算反应速率；精确监控工艺过程。在玻璃化工序使用气体取样装置1，抽取芯棒松散体外侧的气体和松散体顶部外侧的气体，使用气相色谱装置2分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量；精确判断玻璃化去水的效果，进而精确控制烧结时间。
本发明公开了一种烧结炉(见附图2、3、4)，所述烧结炉上设有气体取样装置1、气相色谱装置2和计算机系统3；所述气体取样装置1包括底部取样器4和顶部取样器5；所述底部取样器4包括弧形采样管6和固定接管7；所述顶部采样器包括同样的弧形采样管6和滑动接管8；所述弧形采样管6具有120℃的弧度，所述弧形采样管6的末端设有取样头10；所述取样头10内设有耐高温陶瓷滤网14；所述烧结炉上开有第一穿孔11、第二穿孔12和排气管13，所述排气管13位于烧结炉的顶部；所述固定接管7穿过第一穿孔11外接第一进样管；所述滑动接管8穿过第二穿孔12外接第二进样管；所述滑动接管8可沿第二穿孔12滑动，使得弧形采样管6的采样头接近或远离芯棒；所述第一进样管和第二进样管上均设有截止阀15，所述第一进样管和第二进样管均连接进样总管上，所述进样总管连接气体储器16，所述气体储器16连接气相色谱装置2；所述气相色谱装置2电性连接计算机系统3。
所述气相色谱装置2设有TCD检测器17。所述第二穿孔12内壁两侧设有若干个外凸且可活动的第一滑齿18；所述滑动接管8与第二穿孔12接触的部位两侧设有若干个外凸且固定的第二滑齿19；所述第二穿孔12的第一滑齿18和位于同一侧的滑动接管8的第二滑齿19相互交错卡合；所述第一滑齿18底部设有弹性元件20；所述弹性元件20用于提供第一滑齿18与第二滑齿19相向的弹力。
所述第一滑齿18和第二滑齿19均具有弧面。该结构简单，便于操作。所述进样总管上设有耐腐蚀滤网21。
所述烧结炉还设有直径检测仪22和测温传感器23；所述直径检测仪22和测温传感器23均电性连接计算机系统3。设置直径检测仪22和测温传感器23进一步加强了对工序的监控。
所述烧结炉顶部与芯棒接触的部位内侧设有耐高温密封垫圈24。烧结炉顶部与芯棒接触的部位内侧设有耐高温密封垫圈24提高了烧结炉的密封效果，保证气体的采样效果。
本发明实施时，在芯棒车床上，于氢氧喷灯中通入四氯化硅、氢气和氧气，进行沉积烧结，生成的二氧化硅微粒附着在芯棒上形成松散体；在松散体沉积烧结过程中，使用气体取样装置，抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氯化氢的含量，与吹入的气体浓度相比较；得到的松散体熔融脱水，得到玻璃化的芯棒；在松散体玻璃化过程中，使用气体取样装置，抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光纤预制棒的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)芯棒沉积工序：在芯棒车床上，于氢氧喷灯中通入四氯化硅、氢气和氧气，进行烧结，生成的二氧化硅微粒附着在芯棒上形成松散体；在松散体烧结沉积过程中，使用气体取样装置，抽取芯棒底部外侧的气体和芯棒顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氯化氢的含量，与吹入的气体浓度相比较；
2)玻璃化工序：得到的松散体熔融脱水，得到玻璃化的芯棒；在松散体玻璃化过程中，使用气体取样装置，抽取松散体底部外侧的气体和松散体顶部外侧的气体，使用气相色谱装置分析气体中氢气、氯化氢和水蒸汽的含量；
所述步骤1)和步骤2)通过烧结炉进行实施，所述烧结炉上设有气体取样装置、气相色谱装置和计算机系统；所述气体取样装置包括底部取样器和顶部取样器；所述底部取样器包括弧形采样管和固定接管；所述顶部采样器包括同样的弧形采样管和滑动接管；所述弧形采样管具有120℃的弧度，所述弧形采样管的末端设有取样头；所述取样头内设有耐高温陶瓷滤网；所述烧结炉上开有第一穿孔、第二穿孔和排气管，所述排气管位于烧结炉的顶部；所述固定接管穿过第一穿孔外接第一进样管；所述滑动接管穿过第二穿孔外接第二进样管；所述滑动接管可沿第二穿孔滑动，使得弧形采样管的采样头接近或远离芯棒；所述第一进样管和第二进样管上均设有截止阀，所述第一进样管和第二进样管均连接进样总管上，所述进样总管连接气体储器，所述气体储器连接气相色谱装置；所述气相色谱装置电性连接计算机系统。
2.如权利要求1所述的光纤预制棒的生产工艺，其特征在于，所述气相色谱装置设有TCD检测器。
3.如权利要求2所述的光纤预制棒的生产工艺，其特征在于，所述第二穿孔内壁两侧设有若干个外凸且可活动的第一滑齿；所述滑动接管与第二穿孔接触的部位两侧设有若干个外凸且固定的第二滑齿；所述第二穿孔的第一滑齿和位于同一侧的滑动接管的第二滑齿相互交错卡合；所述第一滑齿底部设有弹性元件；所述弹性元件用于提供第一滑齿与第二滑齿相向的弹力。
4.如权利要求3所述的光纤预制棒的生产工艺，其特征在于，所述第一滑齿和第二滑齿均具有弧面。
5.如权利要求1所述的光纤预制棒的生产工艺，其特征在于，所述进样总管上设有耐腐蚀滤网。
6.如权利要求1所述的光纤预制棒的生产工艺，其特征在于，所述烧结炉还设有直径检测仪和测温传感器；所述直径检测仪和测温传感器均电性连接计算机系统。
7.如权利要求1所述的光纤预制棒的生产工艺，其特征在于，所述烧结炉顶部与芯棒接触的部位内侧设有耐高温密封垫圈。
8.一种光纤预制棒，其特征在于，所述光纤预制棒利用如权利要求1至7任意一项权利要求所述的光纤预制棒的生产工艺制成。
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