DK168067B1 - Varmeovn og fremgangsmaade til konsolidering af en poroes glaspraeform til en boelgelederfiber - Google Patents

Description

i DK 168067 B1

Opfindelsen angår en varmeovn og fremgangsmåde til konsolidering af en porøs glaspræform til en bølgeleder-fiber-

Diverse konventionelle metoder til tilvirkning af 5 optiske fibre indebærer brugen af varmeovne, som er i stand til at give temperaturer i området fra ca. 1000°C til ca. 1500°C.

Ved eksempelvis den metode, hvor der foretages damppåføring udefra, frembringes der en porøs glas-10 præform, der så anbringes i en varmeovn med henblik på tørring og konsolidering til et transparent glasemne, der kan trækkes til en optisk fiber. Denne tørring foregår ved, at præformen opvarmes til en temperatur på ca. 1100°C i nærværelse af én eller flere tørregasser, 15 såsom en blanding af helium og chlor. Konsolideringen foregår ved, at den tørre præform opvarmes til over sin sintringstemperatur, f.eks. en temperatur af størrelsesordenen 1450°C.

Før i tiden har man til tørring og konsolidering 20 brugt varmeovne, hvor der er en stationær "varm zone" og et bevægeligt emne. Sådanne ovne havde et cylindrisk rør af f.eks. aluminiumoxid i en længde på ca. 3 m og en inderdiameter på ca. 12,7 cm. Yderfladen på røret blev isoleret med f.eks. en isolation af aluminiumoxid 25 for at reducere varmetabet. Et varmelegeme, f.eks. et modstandslegeme, var anbragt rundt om midten af røret for at frembringe en central varm zone af en længde på ca. 26 cm, omgivet på begge sider af koldere endezoner med længder på ca. 84-99 cm.

30 I disse ovne foregik tørringen ved at anbringe sodpræformen i den øverste del af røret og ved at forsyne røret med tørregasser. I visse tilfælde har man sørget for at lade emnet dreje om sin længdeakse under tørreprocessen. Sædvanligvis lod man emnet blive be-35 handlet i den øverste del af røret i en tid på ca. 3-4 minutter, inden konsolideringen fandt sted.

2 DK 168067 B1 I disse ovne fandt konsolideringen sted ved, at emnet blev ført nedad i den varme zone med en hastighed på ca. 5 mm pr. minut under opretholdelse af en temperatur på ca. 1500°C i den varme zone. Under konsolide-5 ringen kunne emnet bringes til at dreje eller ej, alt efter ønske.

Disse kendte varmeovne udviste forskellige ulemper, hvoraf den alvorligste var, at ovnene kun havde handelsmæssig betydning til behandling af korte emner 10 af en længde på ca. 75 cm.

For at kunne rumme den centrale varme zone og de koldere endezoner krævede disse kendte ovne rør af en længde på ca. 3-4 gange længden af det længste emne, der skulle behandles i ovnen. Derfor krævede et emne på 15 75 cm et rør på 3 m. Da rør i en længde på mere end 1,8 m ikke var tilgængelige i handelen, måtte man op-bygge tre meter lange rør ved at samle to rørsektioner med en sammenføjning, der ikke måtte udsættes for temperaturer på mere end 1100°C, og som derfor blev place-20 ret udenfor den varme zone.

For et 2 m langt emne, i stedet for 75 cm, ville der således kræves rør af en længde på ca. 6 m. Selv om det er muligt at samle tre eller mere end tre rørsektioner til et 6 m langt rør, er sammenføjningen og op-25 retningen vanskelig at udføre, specielt fordi sammenføjningen skal være gastæt for at kunne holde de til behandlingen anvendte gasarter i det indre af røret.

Der er desuden risiko for defekt ved én eller flere sammenføjninger i røret på grund af virkningen af de 30 til behandling anvendte gasarter og på grund af de høje temperaturer, der bruges til tørring og konsolidering af emnerne.

Udover disse problemer, der knytter sig til rørene, opstod der ved brugen af disse kendte varmeovne 35 til behandling af lange emner diverse andre problemer. Eksempelvis er det fysiske rum, der kræves til at rumme 3 DK 168067 B1 en kendt ovn, som er i stand til at behandle lange emner, incl. ovnens rør, dets bærende struktur og de fornødne udstyr til indførelse i og fjernelse af emnerne fra røret, hurtigt blev meget stort i relation til den 5 forøgede emnelængde. For et 75 cm langt emne kan ovnen og det tilhørende udstyr rummes i en to-etagers bygning. For et emne af en længde på 2 m vil der kræves en bygning på tre etager. Det er klart, at dette gør ovnen kostbar.

10 Med forøgelsen af længden af ovnen og det tilhø rende udstyr er det desuden væsentligt vanskeligere at holde styr på emnets bevægelser. Det er navnlig vanskeligt at foretage opretning på et tre etager højt apparat, således at et emne på 2 m kan udføre både rotation 15 og translation langs centerlinien i et rør på 6 m.

Udover disse fysiske begrænsninger har de tidligere kendte ovne også begrænsninger med hensyn til selve processen. Navnlig på grund af den stationære varme zone og bevægelsen af emnet har man i disse ovne kun 20 udført enkeltvarmebehandling af ovenfor nævnte type til tørring og konsolidering.

Med udgangspunkt i den ovenfor nævnte kendte teknik har opfindelsen til formål at skabe en varmeovn, der afhjælper de ovenfor nævnte ulemper, der knytter 25 sig til kendt teknik.

Med henblik herpå er en varmeovn til behandling af glasmaterialer, på basis af hvilke der kan tilvirkes optiske fibre, og af den art, der indbefatter: - et langstrakt, stationært kammer indrettet til 30 at modtage en porøs præform, - midler til at bevæge præformen i kammeret, og - et konsolideringsorgan med opvarmningsmidler, ifølge opfindelsen ejendommelig ved, - at opvarmningsmidlerne er indrettede til peri-35 odevis at opvarme udvalgte dele af det langstrakte kam- 4 DK 168067 B1 mer til en temperatur, som er højere end præformens sintringstemperatur, idet nævnte dele af kammeret er fordelt langs kammerets længdeakse.

Udførelsesformer for varmeovnen 5 ifølge opfindelsen fremgår af de uselvstændige krav.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde ved konsolidering af en porøs glaspræform, hvilken præform anbringes i et aflangt, stationært kammer, hvilken fremgangsmåde ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at 10 der foretages opvarmning af givne dele af kammeret op over sintringstemperaturen for præformen, hvilke dele er rumligt fordelt over længden af kammeret, idet der sekventielt påbegyndes med dele, der er knyttet til den ene ende af kammeret og derefter progressivt over læng-15 den af kammeret frem til de dele, der er tilknyttet den modsatte ende af kammeret.

Med varmeovnen ifølge opfindelsen og under udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen er der opnået mulighed for strukturmæssig set ensartet konsoli-20 dering af præformer og for at anvende forskelligartede varmebehandlinger, herunder forskellige procesparametre, i afhængighed af glasmaterialernes specifikke egenskaber og beskaffenhed.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende un-25 der henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. i viser et perspektivisk billede af en varmeovn i overensstemmelse med opfindelsen med det tilhørende udstyr til indføring af porøse glaspræformer i ovnen med henblik på behandling, 30 fig. 2 et mere detaljeret perspektivisk billede af varmeovnen ifølge fig. 1, fig. 3 et sidebillede af den i fig. 1 viste varmeovn med det tilhørende udstyr, fig. 4 et frontbillede af den i fig. 1 viste 35 varmeovn med tilhørende udstyr, fig. 5 et snitbillede gennem den i fig. l viste varmeovn, DK 168067 Bl 5 fig. 6 et diagram, der viser strømningsforløbet for behandlingsgasserne og udgående gasser gennem den i fig. 1 viste ovn, fig. 7 et snitbillede langs snitlinierne 7-7 i 5 fig. 5, fig. 8 et detaljeret billede, delvis i snit, af konstruktionen af den øvre del af ovnen ifølge fig. i, fig. 9 et detaljeret billede, delvis i snit, af konstruktionen af den nedre del af den i fig. l viste 10 ovn, fig. 10 et snitbillede langs snitlinien 10-10 i fig. 4, fig. 11 et sidebillede af konstruktionen ifølge fig. 10, 15 fig. 12-15 illustrerer en foretrukken teknik til samling af de isolationsmaterialer, der bruges i forbindelse med susceptoren i ovnen ifølge fig. 1, og fig. 16 et diagram, der illustrerer brugen af ovnen ifølge opfindelsen til tørring og sintring af porøse 20 glaspræformer opnået ved damppåføringsprocessen.

Som nævnt i det foregående angår opfindelsen en varmeovn til brug ved tilvirkning af optiske bølgeleder-fibre. I den efterfølgende beskrivelse antages ovnen at blive brugt ved en damppåføringsproces til fremstilling 25 af optiske fibre. Hvad angår denne proces og navnlig tørring og konsolidering af porøse glaspræformer under processen, kan der henvises til US patentskrifterne nr.

4 453 961 og 4 125 388. Det understreges, at den efterfølgende beskrivelse af opfindelsen i denne kontekst kun 30 gives som et eksempel og ikke kan anses for at begrænse opfindelsens anvendelighed til andre kendte eller senere udviklede metoder til fremstilling af bølgeledere.

Fig. 1 viser et perspektivisk billede af en varmeovn 10 udformet i overensstemmelse med opfindelsen, og 35 det tilhørende tårn 12, der tjener til at føre den porøse glaspræform 14 ned i ovnen 10 eller opad fra 6 DK 168067 B1 ovnen, når tørringen og konsolideringen har fundet sted. Ovnen 10 og tårnet 12 har begge en højde på ca. én etage, idet den ovnbærende struktur 16 er opstillet på et ikke vist underlag, medens den tårnbærende struk-5 tur 18 er opstillet på et gulv 20.

Som det bedst ses i snitbilledet i fig. 7, er præformen 14, når den er ført ned, beliggende i et kammer 22, der dannes af et cylindrisk rør 24. Dette rør 24 består fortrinsvis af siliciumoxid, men kan også bestå 10 af et andet materiale, såsom aluminiumoxid, grafit eller lignende. Til behandling af præformer af en længde på ca. 2 m og en diameter på ca. 12 cm har det vist sig hensigtsmæssigt at anvende et rør med en længde på ca.

3,7 m, en inderdiameter på ca. 15 cm og en yderdiameter 15 på ca. 16,5 cm. Sådanne rør af siliciumoxid i de angivne dimensioner er tilgængelige hos sådanne leverandører som Verteq Co., U.S. Quartz Division, 17 Madison Road, Fairfield, NJ 07006.

Rundt om røret 24 findes der en "susceptor" 26, 20 f.eks. af typen Airco grade 890 RL graphite fra firmaet • Airco Speer Co., St. Marys, PA 15857. Af hensyn til en nem samling består susceptoren 26 fortrinsvis af et antal sektioner anbragt oven over hinanden, f.eks. fire sektioner. Som det omtales nærmere nedenfor, er denne 25 susceptor under drift udsat for induktiv opvarmning ved hjælp af en induktionsspole 38, jf. f.eks. fig. 2.

Som det fremgår af fig. 7, har susceptoren 26 en indre isolation 28, en ydre isolation 30, og den er omgivet af en kappe 32. Den indre isolationsbeklædning 30 28 består fortrinsvis af aluminiumoxid med en vægtfylde 3 på 0,48 g/cm , og den ydre isolationsbeklædning 30 består fortrinsvis af aluminiumoxid med en vægtfylde på 3 0,24 g/cm , medens kappen 32 fortrinsvis består af siliciumoxid, selv om der til disse bestanddele kan an-35 vendes andre materialer. Som det omtales nærmere nedenfor, er samtlige mellemrum mellem røret 24 og kappen 32 incl. mellemrummet 34 mellem susceptoren 26 og DK 168067 Bl 7 røret 24 og rummet 36 mellem beklædningen 30 og kappen 32 renset med en inert gas, såsom argon. Formålet med dette er at forhindre grafitsuseeptoren i at oxideres, når den opvarmes.

5 Den indre beklædning 28 og den ydre beklædning 30 er således konstruerede, at der er dannet spalter 40, gennem hvilke temperaturen af susceptoren 26 kan overvåges ved hjælp af pyrometre 42 og 44, jf. fig. 2 og den nedenfor givne forklaring. Den indre beklædning 10 28 og den ydre beklædning 30 består hver af sektioner, der er anbragt oven over hinanden med sammenføjningerne mellem sektionerne i den indre beklædning 28 forskudt fra sammenføjningerne mellem sektionerne i den ydre beklædning 30. Som det fremgår af fig. 12 og 13, 15 består hver sektion til den ydre beklædning 30 af ét enkelt stykke af isolerende materiale, medens hver sektion til den indre beklædning 28 består af fire stykker af isolerende materiale.

Som det fremgår af fig. 13-15, samles beklædnin-20 gerne, og der foretages opretning af spalterne 40 ved hjælp af et opretningsværktøj 46 og tappe 48 af keramik. Værktøjet 46 er påmonteret bæreplader 50 og 52, hvorpå beklædningerne anbringes på susceptoren 26, og der foretages opretning ved hjælp af værktøjet 46, 25 hvorefter bestanddelene fikseres ved hjælp af keramiktappene 48. Dette gentages, indtil hele susceptoren og den tilhørende beklasdning er samlet.

Som det fremgår af fig. 12, har det vist sig hensigtsmæssigt at placere tappene 48 indbyrdes forskudt.

30 i praksis viser det sig, at brugen af en isolerende beklasdning i sektioner i kombination med denne fiksering af sektionerne indbyrdes med tappe i området ved spalten 40 fører til en samlet konfiguration, hvor spalten 40 opretholder en relativt konstant størrelse og 35 beliggenhed under hele den termiske cyklus i ovnen.

Efter samling af beklædningerne 28 og 30 fjernes 8 DK 168067 B1 værktøjet 46, og kappen 32 placeres rundt om den ydre beklædning 30, hvorpå røret 24 placeres inden i sus-ceptoren 26, således at man får den komplette samling, som vist i fig. 7, Derefter foretages der opretning af 5 ovnen 10 og tårnet 12 i forhold til hinanden. Navnlig foretages der opretning af røret 24 og den drivaksel 96, der under behandlingen bruges til at bringe præformen 14 til at dreje, således at præformen befinder sig på centerlinien i røret. Dette kan mest hen-1Π sigtsmæssigt gøres ved ophængning af et blylod under drivakselen og justering af drivakselens position i forhold til røret således, at blyloddet befinder sig på centerlinien i røret.

Som det fremgår af fig. 8-11, opvarmes ovnen 10 15 ved hjælp af en induktionsspole 38 samt varmelegemer 54 og 56, henholdsvis foroven og forneden. Disse varmelegemer består fortrinsvis af grafit og opererer som modstandslegemer. De benyttes til at kompensere for varmetabene fra toppen og bunden af ovnen.

20 Induktionsspolen 38 bæres af en bevægelig bære struktur 58, der bevæger spolen op og ned langs ovnen med givne hastigheder, f.eks. en hastighed på 7 mm pr. minut under konsolideringen, således at der frembringes de ønskede temperaturprofiler i kammeret 22. En ikke 25 vist vekselstrømsgenerator forsyner spolen 38 gennem en transformer og en passende kondensator. Spolen, kondensatoren og transformeren vælges således, at generatoren ser en belastning med en effektfaktor på 1, og at spolen er i resonans ved generatorens arbejdsfrekvens.

30 Spolen frembringer i susceptoren 26 elektriske strømme, der opvarmer denne susceptor og dermed kammeret 22. Det har i praksis vist sig, at de Ønskede temperaturværdier til tørring og konsolidering af porøse glaspræ-former kan opnås ved hjælp af en halviedergenerator med 35 en effekt på 75 kW og en arbejdsfrekvens på 10 kHz.

Der opnås temperaturmæssig tilbagekobling ved 9 DK 168067 B1 hjælp af pyrometre 42 og 44 og termoelementer 60 og 62, jf. fig. 8 og 9. Termoelementerne er fortrinsvis af typen platin-rhodium, og pyrometrene er fortrinsvis optiske enkeltfrekvenspyrometre. Disse pyrometre er an-5 bragt på en bærende struktur 58, og de bevæger sig sammen med spolen 38. På grund af den transparente yderkappe 32 og spalten 40 kan disse pyrometre af-føle farven og dermed temperaturen i susceptoren 26. Medens der på tegningen vises to pyrometre, hvilket er 10 at foretrække for at skabe redundans i systemet, skal det forstås, at anlægget også kan operere med ét enkelt pyrometer.

En ikke vist mikroprocessor benyttes til at styre den effekt, der leveres til spolen 38 og til varme-15 legemerne 54 og 56. Mikroprocessoren modtager signalerne fra termoelementerne og fra pyrometrene og foretager på basis af disse værdier en justering af effekten til spolen og til varmelegemerne, således at de ønskede temperaturværdier opnås i kammeret 22.

20 Man har konstateret, at der efter en vis drifts periode på f.eks. én måned er tendens til dannelse af en film på inderfladen i kappen 32 i nærheden af spalten 40. Denne film kan føre til, at pyrometrene aflæser lavere værdier, hvilket igen kan bevirke, at mikropro-25 cessoren forøger den effekt, der leveres til spolen og varmelegemerne. Under tørring er temperaturstyringen generelt ikke så kritisk som under sintringsprocessen, og derfor kan denne forøgede opvarmning sædvanligvis accepteres. Under sintring er temperaturstyringen imid-30 lertid mere kritisk, og det har i visse tilfælde vist sig mere hensigtsmæssigt at anvende en direkte effektstyring fremfor denne regulering gennem pyrometrene.

Mikroprocessoren styrer også tilførslen af behandlingsgas, f.eks. nitrogen, helium, oxygen og chlor, til 35 kammeret 22. Som vist skematisk i fig. 6 tilføres disse behandlingsgasser 64 bunden af røret 24 gennem et 10 DK 168067 B1 manifold 72, jf. også fig. 9, og de forlader røret gennem et afløb 66, idet de deri kombineres med omgivende luft 68, inden en udgangsledning 70 fører dem til et passende, ikke vist antiforureningsudstyr. Disse 5 behandlingsgasser tilføres kammeret 22 under et tilstrækkeligt tryk og i en tilstrækkelig mængde til, at der i kammeret er et tryk over det atmosfæriske tryk.

Som også vist i fig. 6 kan ovnen 10 være udstyret med et luftudstødningsarrangement 92 til regule-10 ring af temperaturen omkring ovnen.

Som yderligere vist i fig. 6 er der et indgangsmanifold 76 til tilførsel af rensegas 74 til rummet mellem den ydre kappe 32 og røret 24 samt et udgangsmanifold 78 til bortledning af denne gas, jf. også 15 fig. 8 og 9. På samme måde som for behandlingsgasserne føres rensegasserne efter passage gennem ovnen til et passende antiforureningsudstyr.

Som tidligere nævnt består denne rensegas fortrinsvis af argon, idet formålet med denne gas er at forhind-20 re oxidering af grafitsusceptoren 26 og af grafitvarmelegemerne 54 og 56. Med henblik herpå overvåges indholdet af carbonmonoxid i de gasser, der forlader manifoldet 78 for at se, om der til trods for rensning er oxygen, der når frem til susceptoren og varmelegemerne.

25 En sådan situation kan for eksempel opstå, hvis røret 24 eller den ydre kappe 32 revner under driften. Udgangssignalet fra det instrument, der overvåger indholdet af carbonmonoxid føres til mikroprocessoren, der så afbryder ovnen, hvis en sådan revne skulle forekomme.

30 Udover overvågningen af indholdet af carbonmonoxid i de gasser, der forlader ovnen gennem manifoldet 78, foretages der også overvågning af vandindholdet i disse gasser. Dette gøres for det tilfælde, at det kølevand, der forsyner ovnens forskellige bærestrukturer (jf. led-35 ningerne 80-90 i fig. 8 og 9), siver ind i ovnen. Kølevandet er fortrinsvis destilleret vand, og de bærende 11 DK 168067 B1 strukturer består fortrinsvis af aluminium. Udgangssignalet fra instrumentet til overvågning af vandindholdet føres også til mikroprocessoren, og ovnen slukkes, såfremt en sådan lækage skulle opstå.

5 Fig. 16 viser skematisk den foretrukne sekvens af operationer til tørring og konsolidering af porøse glas-præformer under brugen af ovnen ifølge opfindelsen.

I fig. 16 symboliserer den aflange, rektangulære blok ovnen 10, medens den lille,rektangulære blok symbolise-10 rer den bevægelige induktionsspole 38.

Det første felt i fig. 16 repræsenterer tomgangstilstanden svarende til en partiel eller komplet afbrydelse af ovnen. Spolestrømmen er afbrudt, og strømmen til varmelegemerne er indstillet til opnåelse af en tem-15 peratur på f.eks. ca. 1150°C i nærheden af termoelementerne 60 og 62. Et arbejdspunkt på ca. 1050°C for temperaturen for termoelementerne 60 og 62 kan hensigtsmæssigt benyttes for de andre faser, der er vist i fig.

16. Kammeret 22 og mellemrummet mellem røret 24 og 20 kappen 32 renses med argon. Ligeledes renses de ikke viste fødeledninger, der bringer behandlingsgasserne, f.eks. chlor, til manifoldet 72, med nitrogen. Der tilføres kølevand til ovnens bærende strukturer gennem ledningerne 80-90, og der fjernes varme fra omgivelserne 25 omkring ovnen ved hjælp af udstødningsarrangementet 92.

For at bringe ovnen op til behandlingstemperaturen forsynes spolen 38 med strøm i den opvarmnings/holde-fase, der er vist i det andet felt i fig. 16. Under denne fase bevæger spolen sig over hele længden af ovnen 30 med en hastighed på f.eks. 1250 mm pr. minut i opadgående bevægelse og 2300 mm pr. minut i nedadgående bevægelse. Under denne fase kan arbejdspunktet for pyro-metrene 42 og 44 eksempelvis være på 1100°C. Under denne fase forsynes kammeret 22 gennem manifoldet 72 35 med en blanding af helium og oxygen, som igen føres ud gennem afløbet 66. Som i tomgangsfasen og i de øvrige 12 DK 168067 B1 faser, der er vist i fig. 16, tilføres der argon til mellemrummet mellem røret 24 og kappen 32 gennem manifoldet 76 og bort derfra gennem manifoldet 78, medens der føres kølevand til ovnens bærende struktur 5 gennem ledningerne 80-90, og varmen fjernes fra omgivelserne omkring ovnen gennem udstødningsarrangementet 92. Denne opvarmningsproces fortsætter, indtil den ønskede hol de temper a tur for ovnen er opnået, f.eks. 1100°C. Ovnen er nu klar til at foretage tørring og konsolide-10 ring af en glaspræform.

Under opvarmningsprocessen udvider røret 24 sig i længderetningen. Det arrangement, der benyttes til at bære røret 24 ved dets øverste ende, er indrettet til at kompensere for denne udvidelse.

15 Som det fremgår af fig. 8, bæres en flange 98 på røret af en opdelt bærering 100, der er påmonteret en ring 102. Denne ring 102 har bolte 94, der bæres af en bæreplade 106. Som vist i fig. 2 er bærepladen 106 påmonteret bæreorganer 140, der selv er fikserede i den 20 bygning, der rummer ovnen. Denne fiksering er ikke vist på tegningen. På denne måde kan den bærende struktur for den øvre ende af røret 24 termisk set være i hovedsagen uafhængig af den bærende struktur for den resterende del af ovnen.

25 Efterhånden som røret 24 udvider sig bort fra bærepladen 106, justeres boltene således, at den opdelte ring 100 fortsat understøtter røret. Når røret afkøles, justeres disse bolte tilsvarende for at kompensere for rørets sammentrækning. Da bærepladen 106 er 30 fast forbundet med bygningen i stedet for til ovnens bærestativ 16, kan der kompenseres for udvidelse og sammentrækning af røret uafhængigt af udvidelsen og sammentrækningen af bærestativet.

Som det fremgår af fig. 8, indbefatter det rør-35 bærende arrangement også bøjler 112, der bestemmer røret 24's placering i sideretningen, således at rørets 13 DK 168067 B1 centerlinie falder sammen med centerlinien i sodemnet, samt en beskyttelsesring 114, der dækker og dermed beskytter oversiden af flangen 98, samt en O-ring 110 ved sammenføjningen mellem flangen 98 og ringen 100, 05 samt en O-ring 108 ved sammenføjningen mellem flangen 98 og ringen 102. De enkelte dele i dette rørbærende arrangement, bortset fra O-ringene 108 og 110, består fortrinsvis af aluminium. O-ringene består fortrinsvis af fluorcarbon-materiale, eksempelvis Viton eller lig-10 nende, således at de kan modstå de høje temperaturer, som røret 24 opvarmes til.

Når man anvender rør af siliciumoxid, har det vist sig, at man for røret, der i længere tidsperioder er blevet opvarmet til temperaturer på over 1050°C, bør 15 undgå at afkøle dem til temperaturer under 600°C. Dette skyldes det forhold, at glaslignende siliciumoxider ved temperaturer over 1050°C udviser en langsom og irreversibel faseændring til beta-cristobalit, jf. T.P. Browell og G. Hetherington, "Vitreous Silica for the Scientific 20 Glassblower", The Journal of the British Society of

Scientific Glassblowers, bind 3, nr. 1, 1964, side 1-12.

Beta-cristobalit og glasagtigt siliciumoxid har de samme udvidelseskoefficienter ved de høje temperaturer, således at der ikke opstår termisk spænding i røret, 25 så længe røret holdes varmt. Når røret afkøles, skifter beta-cristobalit imidlertid til alpha-quartz ved 570°C og/eller alpha-cristobalit ved 270°C. Udvidelseskoefficienterne for disse former for siliciumoxid er væsentligt forskellige fra udvidelseskoefficienten for glas-30 siliciumoxid. På grund af disse faseændringer viser det sig, at rør af siliciumoxid, der i længere tidsperioder er blevet varmet op til over 1050°C, sædvanligvis revner, når de afkøles. Som tidligere nævnt går den foretrukne løsning på dette problem ud på at holde sådanne rør af 35 siliciumoxid oppe på høj temperatur, f.eks. en temperatur på ca. 600°C eller mere, fortrinsvis på omkring DK 168067 B1 14 1100°C, når de en gang er blevet taget i brug.

Faseændringen fra glas-siliciumoxid til beta-cristobalit har vist sig at være fordelagtig, hvis man lader ovnen køre ved de høje temperaturer, der er nød-5 vendige for konsolidering. Den temperatur på 1450°C, der bruges til konsolidering, ligger under smeltepunktet for beta-cristobalit, men i det område, hvori glas-siliciumoxidet blødgøres. Som følge heraf har det vist sig, at rør, der indeholder større mængder af beta-TO cristobalit på deres inderflader, er mindre tilbøjelige til at deformere sig under konsolideringen end rør, der har mindre mængder af beta-cristobalit.

Selv efter at relativt store mængder af beta-cristobalit har dannet sig på inderfladen i røret, kan der 15 forekomme deformationer af røret 24 ved de temperaturer, der benyttes til konsolidering. I overensstemmelse med opfindelsen holdes der styr på disse deformationer og på de deformationer, der kan forekomme, før en væsentlig devitrificering har fundet sted, ved brug af det 20 ovenfor beskrevne rørbær ear rangement, dvs. boltene 94, bærepladen 106 og bæreorganerne 140, og ved justering af trykket uden for røret, dvs. trykket i mellemrummet mellem kappen 32 og røret 24, således at det i det væsentlige er lig med trykket inden i røret. Dette kan 25 hensigtsmæssigt gøres ved for eksempel at måle trykket i røret 24 under for eksempel sintringsfasen, overvågning af trykket i udgangsmanifoldet 78 og justering af strømmængden til indgangsmanifoldet 74, således at trykket i udgangsmanifoldet i det væsentlige er lig med 30 det tryk, der måles inden i røret. I praksis vil trykket i røret 24 under sintringsfasen være ca. 0,2 mm til 5 mm vandsøjle over det atmosfæriske tryk, hvorfor ar-bejdspunktet for trykket i udgangsmanifoldet 78 justeres inden for dette område.

35 Der henvises igen til fig. 16. Efter enden af op- varmnings-holdefasen går man over til indføringsfasen, hvor præformen 14 fastgøres til drivakselen 116 og DK 168067 Bl 15 fra tårnet 12 føres nedad i kammeret 22. Under denne fase fortsætter ovnen 10 med at operere på samme måde som i opvarmnings-holdefasen, idet arbejdspunkterne for pyrometrene 42 og 44 eksempelvis er på ca. 1100°C.

5 Efter indføringsfasen går man over til fasen til rensning med Cl2/ hvor der ved hjælp af ikke viste fødeledninger til manifoldet 72 foretages udskiftning af chlor med nitrogen. Dette kan typisk vare 1 minut. Under denne fase standses tilførslen af oxygen til manifoldet 10 72, således at de behandlingsgasser, der ved enden af fasen træder ind i kammeret 22, er helium og chlor.

Efter denne Cl2~rensefase går ovnen over til tørrefasen, hvori vandindholdet i præformen mindskes forud for konsolideringen. Denne fase kan typisk vare ca. 20 15 minutter. I hele denne fase er kammeret 22 fyldt med en blanding af helium og chlor, og præformen 14 ved hjælp af drivakselen 96 bringes til at dreje med en hastighed på f.eks. 7 omdr/min, medens spolen 38 kører frem og tilbage over hele længden af ovnen med en 20 hastighed på f.eks. 1250 mm pr. minut i opadgående retning og 2300 mm pr. minut i nedadgående retning. I hele denne fase er ovnens temperatur på f.eks. 1100°C.

Efter at denne tørrefase er bragt til ophør, skifter ovnen over til sintringsfasen eller konsoliderings-25 fasen, der indbefatter et "opvarmnings"-trin, et "bund-holde"-trin, et "drive-up"-trin, et "top holde"-trin og et "drive-down"-trin, jf. fig. 16.

Spolen 38 er beliggende i bunden af ovnen under "opvarmnings"-trinet, og der leveres strøm til spolen, 30 indtil pyrometrene 42 og 44 måler en susceptortemperatur på f.eks. ca. 1400°C. Under "bund-holde"-trinet holdes spolen stationær, og den foretager sintring af enden af præformen, idet temperaturen ved bunden af ovnen under dette trin når op til ca. 1450°C. Under "drive-up"-35 trinet bevæges spolen nu opad med en hastighed på f.eks.

7 mm pr. minut, og den foretager progressiv opvarmning af dele af kammeret 22 op over sintringstemperaturen for præformen. Derefter og under "top hold"-trinet fore- 16 DK 168067 B1 tages der sintring af toppen af præformen. Derefter skifter ovnen over til "drive-down"-trinet, under hvilket spolen 38 bevæger sig imod bunden af ovnen med en hastighed på f.eks. 2300 mm pr. minut. Under dette trin 5 kan arbejdspunktet for pyrometrene 42 og 44 eksempelvis være på ca. 1100°C. Under hvert af disse trin er kammeret 22 fyldt med en blanding af helium og chlor, og præformen 14 drejes af drivakselen 96 med en hastighed på f.eks. 7 omdr/min. Ialt kan sintringsfasen .10 for en præform på 2 m tage en tid på ca. 5 timer.

Efter at denne sintring er bragt til ende, skifter ovnen over til rensefasen, under hvilken spolen svinger op og ned over den nederste del af ovnen for at genopvarme dette område. Tilførslen af chlor til kammeret 22 15 afbrydes, og kammeret renses med en blanding af helium og oxygen i en periode på f.eks. 5 minutter. Efter fjernelse af chlor skifter ovnen over til den afsluttende fase, hvori den konsoliderede præform fjernes fra kammeret 22. Spolen fortsætter med at svinge over den neder-20 ste del af ovnen i en periode på f.eks. 15 minutter, under hvilken den nedre del opvarmes til ca. 1000°C, medens den Øvre del afkøles til omtrent den samme temperatur. Derefter vender ovnen tilbage til opvarmnings/holde-fasen, klar til at foretage tørring og konsolidering af 25 den næste præform.

Det skal bemærkes, at varmeovnen ifølge opfindelsen kan bruges til på glaspræformer at foretage andre tørrings- og sintringsprocedurer end de her beskrevne.

Ved hjælp af den bevægelige spole og varmelegemerne kan 30 ovnen ifølge opfindelsen generelt bruges til at opnå vidt forskellige varmeforløb til behandling af glasmaterialer, hvorfra der kan tilvirkes optiske fibre.

}

Claims (10)

17 DK 168067 B1

1. Varmeovn til konsolidering af en porøs glas-præform (14), og af den art, der indbefatter: - et langstrakt, stationært kammer (22) indrettet til at modtage en porøs præform (14), 5. midler (12) til at bevæge præformen i kammeret (22), og - et konsolideringsorgan (10) med opvarmningsmidler (26, 38, 58), kendetegnet ved, 10. at opvarmningsmidlerne er indrettede til peri odevis at opvarme udvalgte dele af det langstrakte kammer (22) til en temperatur, som er højere end præformens (14) sintringstemperatur, idet nævnte dele af kammeret er fordelt langs kammerets (22) længdeakse.

2. Ovn ifølge krav l, kendetegnet ved, at opvarmmngsmidlerne (26, 38, 58. omfatter en aflang susceptor (26), hvis længdeakse er parallel med med kammerets (24) længdeakse, en induktionsopvarmningsspole (38), midler (58) til at bevæ-20 ge induktionsspolen (38) i en bane parallel med længdeaksen gennem susceptoren (26) og kammeret (22), og midler til aktivering af induktionsspolen (38).

3. Ovn ifølge krav 2, kendetegnet ved, at c^warmningsmidlerne yderligere 25 omfatter organer (42, 44) til af føling af temperaturen af susceptoren (26) i området ved induktionsspolen (38).

4. Ovn ifølge krav 3, kendetegnet ved, at føleorganerne (42, 44) bevæger sig sammen med induktionsspolen (38).

5. Ovn ifølge krav 4, kendetegnet ved, at susceptoren (26) er omgivet af en isolation (30), og at denne isolation (30) har en med længdeaksen gennem susceptoren (26) parallel spalte (40), gennem hvilken føleorganet afføler suscep-35 torens (26) temperatur. 18 DK 168067 B1

6. Ovn ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at det langstrakte kammer (22) har form som et cylindrisk rør (24) med vertikal længdeakse, og at ovnen indbefatter midler (94, 98, 100, 5 102, 106, 140) til at bære den øvre ende af røret (24), hvilke midler i hovedsagen er termisk uafhængige af den bærende struktur (16) for den resterende del af ovnen.

7. Ovn ifølge krav 6, kendetegnet ved, at midlerne (94, 98, 100, 10 102, 106, 140) til at bære den øvre ende af røret (24) indbefatter midler (94, 106) til at kompensere for den termiske udvidelse og sammentrækning af røret (24).

8. Ovn ifølge ethvert af kravene 1-7, kendetegnet ved midler (72) til at indføre 15 en eller flere gasser i det aflange kammer (22), midler (76) til at omgive det aflange kammer (22) med en inert atmosfære og midler til at opretholde trykket i den inerte atmosfære og trykket af nævnte gas eller gasser i kammeret (22) på tilnærmelsesvis samme værdi.

9. Ovn ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved et stationært varmelegeme (54, 56) ved hver ende af det aflange kammer (22) eller rør (24).

10. Fremgangsmåde ved konsolidering af en porøs 25 glaspræform, hvilken præform (14) anbringes i et aflangt, stationært kammer (22), kendetegnet ved, at der foretages opvarmning af givne dele af kammeret op over sintrings temper aturen for præformen (14), hvilke dele er rumligt fordelt over 30 længden af kammeret, idet der sekventielt påbegyndes med dele, der er knyttet til den ene ende af kammeret og derefter progressivt over længden af kammeret frem til de dele, der er tilknyttet den modsatte ende af kammeret. i