CN100504480C - 包含至少一种吸氢金属间化合物的光纤和光纤光缆 - Google Patents

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Abstract

在光纤的光导部分外侧的覆层中，包括至少一种晶态金属间化合物，所述化合物至少由两种金属构成，其在氢化物形成期间的平稳压力低于或等于5×10-2atm，该压力值采用PCT法在30℃下测得，所述化合物具有ABxMy形式，其中，A包括至少一种选自于元素周期表分类(CAS版本)中的IIa，IIIb或者IVb族元素，B包括至少一种选自于所述分类表中的Vb，VIII，或者IIIa族元素，M包括至少一种选自于所述分类表中的VIb，VIIb，Ib，或者IIb族元素，其中：0≤x≤10，0≤y≤3，如果A只包含IIa族元素，0.2≤y≤3，如果A包含至少一种IIIb或IVb族元素。所述光纤光缆的特征在于其包含这样一种晶态金属间化合物。

Description

包含至少一种吸氢金属间化合物的光纤和光纤光缆
技术领域
本发明涉及包含一种用于吸氢的金属间化合物的光纤。本发明也涉及包含这种吸氢金属间化合物的光纤光缆。
背景技术
光纤本身包括由任选掺杂的二氧化硅制成的光导部分，而且，其一般由一次覆层和，任选的通常由聚合物制的二次覆层覆盖，以保护其不受环境影响。这种包覆光纤通常用于数据传输光缆中。用于传输数据的光纤光缆是包含至少一根存在于外壳内的光纤的光缆，该外壳可以部分地由金属或塑性材料制成，所述光缆也可以存在用于提供抗拉强度的增强组元或者其它金属组元如护套或覆层。
由于氢吸附进入光纤中的二氧化硅晶格而导致的光信号传输衰减的问题已为人所知。因此，例如，美国专利4 718 747提出了一种解决方法，该方法的要点是将选自于周期表中的III族、IV族、V族和VIII族的元素，或者所述元素的合金或者金属间化合物加入到光纤结构或者光纤光缆中。所述元素优选是III族的镧系元素，IV族的钛，锆和铪，V族的钒，铌和钽，以及VIII族的钯，并且，甚至更优选地，这些元素是镧、锆、铪、钒、铌、钽或钯。钯是实际上使用最广泛的元素。
遗憾的是，这种方法意味着使用非常昂贵的金属，例如，其中最著名的是钯。此外，由III，IV和V族获得的化合物很容易被其它气体(例如，二氧化碳CO2，一氧化碳CO，或者氧气O2)污染，而且，结果，一旦受到污染，这些化合物与氢的反应性变得很差。因此，由于需要采取措施确保所述化合物处于惰性气氛中，……故它们尤其难于得到工业应用。最后，基于周期表中的VIII族元素的化合物一般存在高的平稳压力并且与氢形成不稳定氢化物。因此，现有技术要求提供具有更好的吸氢特性的化合物。
发明内容
根据本发明的吸氢金属间化合物试图克服现有技术方法的不足，并且，特别是试图通过形成稳定的具有低平稳压力(plateau pressure)的氢化物使氢在光纤内被吸收，从而获得更高的减少氢在光纤内存在的能力。
因此，本发明提供一种包括光导部分和包围该光导部分的周边部分的光纤，所述周边部分由至少一种保护覆层构成，所述光纤在位于其光导部分外侧的覆层中包含至少一种由至少两种金属构成的结晶态金属间化合物，所述化合物在氢化物形成期间具有小于等于5×10-2个大气压(atm)(其中，1atm＝1.013×105帕斯卡(Pa))的平稳压力，其中，压力采用PCT(压力组成温度)法测定，而且，所述化合物具有ABxMy形式，其中：
·A由至少一种选自于元素周期表分类中的IIa，IIIb，或IVb族元素构成(CAS版本)；
·B由至少一种选自于元素周期表分类中的Vb，VIII，或IIIa族元素构成(CAS版本)；
·M包含至少一种选自于元素周期表分类中的VIb，VIIb，Ib，或IIb族元素(CAS版本)；
而且：
·0≤x≤10；
·0≤y≤3，如果A包含仅选自IIa族的元素；
·0.2≤y≤3，如果A包含至少一种IIIb或IVb族元素。
存在于光纤的光导部分外侧覆层中的所述晶态金属间化合物可以采用各种方式加入到光纤中，例如，引入在所述光纤的至少一个覆层中。
本发明也提供一种具有至少一根光纤的光纤光缆，所述光缆包含至少一种晶态金属间化合物，所述化合物由至少两种金属形成，其在氢化物形成期间的平稳压力低于或等于5×10-2atm，该压力值在30℃下采用PCT法测得，所述化合物具有ABxMy形式，其中：
·A为至少一种选自于元素周期表分类中的IIa，IIIb，或IVb族元素(CAS版本)；
.B为至少一种选自于元素周期表分类中的Vb，VIII或IIIa族元素(CAS版本)；
·M含有至少一种选自于元素周期表分类中的VIb，VIIb，Ib或IIb族元素(CAS版本)；
而且：
·0≤x≤10；
·0≤y≤3，如果A只包含IIa族元素；
·0.2≤y≤3，如果A包含至少一种选自IIIb或IVb族的元素。
在本发明的一个实施方案中，所述晶态金属间化合物不论存在于光纤或者光纤光缆中，都至少部分地被一个金属沉积层包覆，该金属沉积层的作用包括保护所述金属间化合物不受除氢以外的气体如氧气O2，一氧化碳CO或二氧化碳CO2污染，而且，该沉积层仍然能够使氢扩散到所述金属间化合物。这种金属沉积层可以是镍(Ni)或铜(Cu)沉积层。
所述晶态金属间化合物可以采用各种方式加入到光纤光缆中，例如，以在基体中，如DSM 3471-2-102覆层；当套管采用聚合物材料制成时，则在用于所述套管的聚合物化合物如vestodur 3000型聚对苯二甲酸丁二酯中；在填料凝胶中，如Huber LA444光缆凝胶；或者以任何其它的本领域的专业人员可采用的形式。
有利的是，这种晶态金属间化合物具有将光缆中残余氢的分压固定在极低水平，小于或等于5×10-2atm，从而使衰减极小的平稳压力。在光纤或者光纤光缆中使用的根据本发明的晶态金属间化合物的优点之一是其平衡压力台阶尽可能平缓，以保持其性能尽可能恒定不变。最后，所述晶态金属间化合物的另一个优点在于优选其吸附能力尽可能高，以便使光纤光缆的寿命最长。这一特性一般采用H/M，H/ABxMy，或者重量百分数表示。
具体实施方式
下面给出在本发明中适合用于光纤或光纤光缆的晶态金属间化合物的各种实例。
可用于本发明的晶态金属间化合物的第一个实例是AB5型合金，该合金任选至少部分地，即部分地或者全部地采用M替代。在AB5型合金系列中，最著名的是LaNi5，该合金在250℃下的平稳压力为1.7atm，这使得该化合物不适合用于本发明，当在同样温度下评价时，采用Cr(VIb族)替代Ni能够使所获得的化合物LaNi4Cr的平稳压力降至0.04atm；因此，该所获得的金属间化合物即包括在本发明的范围之内。采用Mn(VIIb族)替代Ni可使所获得的化合物LaNi4Mn在20℃下的平稳压力降至0.02atm，因此，该所获得的晶态金属间化合物包括在本发明的范围之内。
适合用于本发明的晶态金属间化合物的第二个实例是AB2型合金，该合金任选至少部分地被M替代。在AB2型合金系列中，ZrFe1.4Cr0.6在20℃下的平稳压力为3atm，这意味着该化合物不包括在本发明的范围之内。相反，采用Cr(VIb族)全部替换Fe可使所获得的ZrCr2在25℃下的平稳压力低至0.003atm，因此，所获得的这种晶态金属间化合物包括在本发明的范围之内。
适合用于本发明的晶态金属间化合物的第三个实例是AB型合金，该合金任选至少部分地被M替代。在AB型合金系列中，TiFe在30℃的平稳压力为5.2atm，该化合物不包括在本发明的范围内。相反，采用Cu(Ib族)替代Fe可以使所获得的TiCu在25℃下的台介压力低至0.00002atm，结果，所获得的这种晶态金属间化合物包括在本发明的范围之内。
适合用于本发明的晶态金属间化合物的第四个实施例是A2B型合金，该合金任选至少部分地被M替代。在A2B型系列中，化合物如Zr2Cu或Ti2Cu在高温(400—600℃)下的平稳压力远低于0.1atm。碰巧，平稳压力随温度而下降，因此，这意味着这些化合物非常可能在本发明的范围内使用。
属于上述各系列的所有晶态金属间化合物均包括在本发明的范围内。但是，所列出的各种化合物是非限制性的。也可以建议不属于上述各系列的其它晶态金属间化合物，例如，在25℃下，平稳压力为3×10-7atm的Mg51Zn20(MgZn0.39)。同样地，ABxMy型化合物可以包括在本发明中。
总之，下表中的晶态金属间化合物均包括在本发明的范围之内。
表
 
化合物式 A B M x y 压力<sup>*</sup>(atm)
LaNi<sub>4</sub>Cr La(IIIb) Ni(VIII) Cr(VIb) 4 1 0.04
LaNi<sub>4</sub>Mn La(IIIb) Ni(VIII) Mn(VIIb) 4 1 0.02
ZrCr<sub>2</sub> Zr(IVb) Cr(VIb) 0 2 0.003
TiCu Ti(IVb) Cu(Ib) 0 1 0.00002
Zr<sub>2</sub>Cu Zr(IVb) Cu(Ib) 0 0.5 0.003<sup>**</sup>
Ti<sub>2</sub>Cu Ti(IVb) Cu(Ib) 0 0.5 0.02<sup>***</sup>
Mg<sub>51</sub>Zn<sub>20</sub> Mg(IIa) Zn(IIb) 0 0.39 3×10<sup>-7</sup>
*所有压力均是在20-30℃的温度下测得，除了：
**在600℃
***在500℃。
由下面通过非限制性实施例给出的描述，并且参照图1，可以更好地了解本发明，而且，将会看到本发明的其它特性和优点。
图1是单管光纤光缆的横截面简化示意图。光缆4包括一个由热塑管3构成的护套，它包含光纤1。所述热塑管3采用填料凝胶2填充，所述凝胶填满位于所述热塑管3内部的光纤1周围的空间。
实施例
下面的实施例用于说明本发明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
本发明中使用的晶态金属间化合物加入在置于热塑管内的填料凝胶(图1中的标号2)中。该凝胶可以是Huber La444型商品凝胶。对其组成进行控制，以便在5％的金属间化合物粉末预先研磨至30微米(μm)的平均直径后，借助Werner臂式混合机将其混入所述凝胶中。然后，将所述含有金属间化合物粉末的凝胶放入光缆内。
实施例2
晶态金属间化合物被加入到热塑管(图1中的标号3)中。作为实例，所述热塑性塑料可以是颗粒状的Vestodur 3000聚对苯二甲酸丁二酯，所述金属间化合物可以是颗粒尺寸为30μm的粉末。所述热塑性塑料和金属间化合物粉末在Brabender型混合机中进行混合，可能的话，与润滑剂一起混合，以减小金属间化合物的磨料效应，而且，还可以与润湿剂一起混合。对组成进行控制，以便在对混合一起的热塑性塑料和金属间化合物进行挤出之间，在热塑性塑料中加入5％的金属间化合物。
实施例3
晶态金属间化合物加入到聚合物粘结剂中。作为实例，所述聚合物粘结剂可以是DSM 3471-2-102覆层。采用涂覆方法，将聚合物粘结剂与金属间化合物的混合物作为光纤的二次包覆层在光纤(图1中的标号1)的周围沉积。所述覆层的厚度为30μm，金属间化合物的平均直径为5μm。对组成进行控制，以便在沉积之前，在聚合物粘结剂中加入3％的金属间化合物。

Claims (18)

1、包括光导部分和位于该光导部分周围的周边部分的光纤，所述周边部分由至少一个保护覆层构成，所述光纤在位于其光导部分外侧的覆层中包括至少一种由至少两种金属构成的晶态金属间化合物，所述化合物在氢化物形成期间的平稳压强低于等于5×10-2atm，该压强值在30℃下采用压力组成温度法测得，而且，所述化合物具有ABxMy形式，其中：
·A为至少一种选自于元素周期表分类中的IIa，IIIb，或IVb族元素；
·B为至少一种选自于元素周期表分类中的Vb，VIII，或IIIa族元素；
·M包括至少一种元素周期表分类中的VIb，VIIb，Ib或IIb族元素；
而且，
·0≤x≤10；
·0≤y≤3，如果A只包含IIa族元素；
·0.2≤y≤3，如果A包含至少一种IIIb或IVb族元素。
2、根据权利要求1的光纤，其中，所述晶态金属间化合物是一种AB5型合金，该合金中B任选地至少部分被M替代。
3、根据权利要求1的光纤，其中，所述晶态金属间化合物是一种AB2型合金，该合金中B任选地至少部分被M替代。
4、根据权利要求1的光纤，其中，所述晶态金属间化合物是一种A2B型合金，该合金中B任选地至少部分被M替代。
5、根据权利要求1的光纤，其中，所述晶态金属间化合物是一种AB型合金，该合金中B任选地至少部分被M替代。
6、根据权利要求1—5中之任何一项的光纤，其中，存在于光纤的光导部分外侧的包覆层中的所述晶态金属间化合物以在所述光纤的至少一个覆层中的形式加入到光纤中。
7、根据权利要求1-5中之任何一项的光纤，其中，所述晶态金属间化合物上至少部分地涂覆有一个金属沉积层，该沉积层的作用包括保护所述晶态金属间化合物不受除氢气以外的气体的污染，所述沉积层仍然能够使氢扩散至所述金属间化合物上。
8、根据权利要求7的光纤，其中，所述晶态金属间化合物采用镍或铜的沉积层涂覆。
9、具有至少一个光纤的光纤光缆，所述光缆在光纤之光导部分之外部分包括至少一种晶态金属间化合物，所述化合物由至少两种金属形成，其在氢化物形成期间的平稳压强小于或等于5×10-2atm，该压强值采用压力组成温度法在30℃下测得，所述化合物具有ABXMY形式，其中：
·A由至少一种选自于元素周期表分类中的IIa，IIIb，或IVb族元素构成；
·B由至少一种选自于元素周期表分类中的Vb，VIII，或IIIa族元素构成；
·M包括至少一种选自于元素周期表分类中的VIb，VIIb，Ib或IIb族元素；
而且：
·0≤x≤10；
·0≤y≤3，如果A只包含IIa族元素；
·0.2≤y≤3，如果A包含至少一种IIIb或IVb族元素。
10、根据权利要求9的光缆，其中，所述晶态金属间化合物是一种AB5型合金，该合金中B任选地至少部分被M替代。
11、根据权利要求9的光缆，其中，所述晶态金属间化合物是一种AB2型合金，该合金中B任选地至少部分被M替代。
12、根据权利要求9的光缆，其中，所述晶态金属间化合物是一种A2B型合金，该合金中B任选地至少部分被M替代。
13、根据权利要求9的光缆，其中，所述晶态金属间化合物是一种AB型合金，该合金中B任选地至少部分被M替代。
14.根据权利要求9的光缆，其中，所述晶态金属间化合物至少部分地涂覆有一个金属沉积层，该沉积层的作用包括保护所述金属间化合物不受除氢之外的气体的污染，所述沉积层仍然能够使氢扩散至所述金属间化合物上。
15.根据权利要求14的光缆，其中，所述晶态金属间化合物采用镍或铜的沉积层进行涂覆。
16.根据权利要求9-15中之任何一项的光缆，其中，所述晶态金属间化合物通过引入到光纤的光导部分外侧的包覆层中而被加入到光纤光缆中。
17.根据权利要求9-15中之任何一项的光缆，其中，所述晶态金属间化合物在光缆外套管由聚合物材料制成时，以在所述外套的聚合物化合物中的形式加入到光纤光缆中。
18.根据权利要求9-15中之任何一项的光缆，其中，所述晶态金属间化合物以在光缆的填料凝胶中的形式加入到光纤光缆中。
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