CN1015333B - 光纤用高纯玻璃预制件的生产方法 - Google Patents

光纤用高纯玻璃预制件的生产方法

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Abstract

一种用外汽相沉积法生产光纤预制件的方法，该方法包括从第一种喷灯喷射气状玻璃原料和燃料气体形成玻璃粉末，以在一种能使生成的粉尘沉积棒具有低比体积密度的温度下在籽棒上形成沉积棒，接着用第二种喷灯加热该沉积棒使粉尘沉积物的密度增加，然后烧结沉积棒而得到光纤的透明预制件，通过此种方法，可以在高的沉积率下生产出无裂纹的高纯玻璃预制件。

Description

本发明是关于一种光纤用高纯玻璃预制件的生产方法，确切地说，本发明涉及到用外汽相沉积法（下文中简称“OVD”法）来生产光纤用玻璃预制件的一种改进方法。
所谓“OVD”法是生产玻璃预制件通常采用的方法之一（参见日本专利（公开）公报（未审查）No.73522/1973/和No.18909/1974）。“OVD”法包括在氧化火焰中氧化SiCl4这类玻璃原料，形成例如SiO2的细玻璃粉末;在籽棒（例如一个预先安装好的玻璃芯棒，即一个在玻璃预制件烧结之前或之后可去掉的支撑棒等）上按预计的量沉积上细玻璃粉，形成一个玻璃粉粒的沉积棒，然后在适当气氛下烧结此沉积棒而得到光纤用的透明的熔融玻璃预制件。按照通常的“OVD”法，一般可以用相当高的产率生产高纯玻璃预制件，同时因为沉积和烧结是分开进行的，所以玻璃预制件的干燥和/或添加剂的加入都能够有效地进行。
可是，通常采用的“OVD”法存在一些缺点，这就是，在沉积过程中如果沉积棒的表面温度较低时，虽可提高细玻璃粉的沉积量，但沉积棒会趋于开裂;如果沉积表面温度过高，虽然沉积棒不会开裂，但沉积量将要减少。
本发明的目的之一是提供一种改进的“OVD”法，从而弥补通常采用的“OVD”法的不足。
本发明的另一目的是提供一种改进的“OVD”法，用这种方法能生产既不开裂，沉积量又高的光纤用高纯玻璃预制件。
上述发明目的和其它目的可通过此种改进的“OVD”法达到，本发明中的方法包括从第一个喷灯喷出气体玻璃原料和燃料气体形成细玻 璃粉末，此种玻璃粉末在籽棒上沉积成粉尘沉积棒，但在该沉积温度下所形成的粉尘沉积棒的体积密度要低;为了提高此种沉积棒的体积密度，采用第二个喷灯加热该沉积棒，然后烧结它而得到透明的光纤玻璃预制件。
图1表明实施本发明中方法的设备的实施方案;
图2表明此粉尘沉积物的体积密度和该沉积棒的表面温度之间的关系;
图3中的曲线表明沉积量和比体积密度间的关系。
本发明将通过举例方式对照附图加以说明。
现在参看图1，其中所示的是实施本发明方法时所用装置的实施方案，通过一对喷灯31和32喷出玻璃原料和燃料气体形成细玻璃粉，围绕按箭头指向转动的籽棒1沉积成体积密度低的粉尘沉积棒21，这类喷灯可以是单个或更多。接着，将所形成的沉积棒用加热喷灯41加热。图1中，将喷灯31、32和41按箭头方向水平移动，沉积棒22的已成形部分则用喷灯41加热，从而能调整它的体积密度。当这些喷灯的移动与箭头指向相反时，可用喷灯43代替41加热此沉积棒，当然，也可以用沉积棒的水平移动代替喷灯的移动。
沉积量取决于籽棒外径的大小和沉积过程中沉积棒的表面温度。可是，要测定沉积棒的表面温度的绝对值是很困难的。现在，本发明人已经找出了沉积棒的表面温度和体积密度之间的对应关系，如图2所示，其中的粉尘沉积物是由SiO2组成。于是，此种粉尘沉积物的体积密度就可以作为该沉积棒表面温度的第二个参数。
沉积率（η）随比体积密度（ρ/ρ0）的变化关系示于图3。ρ/ρ0 是由SiCl4与含有氢、氧的燃料气体反应得到的粉尘沉积物的比体积密度（其中ρ0是理想的烧结玻璃的体积密度，ρ是沉积棒的体积密度）。从图3可以看出，沉积率随比体积密度增加而减少。当籽棒上沉积了比沉积密度约为0.1的细玻璃粉厚层时，沉积棒就易于开裂而且优质的粉尘沉积率减少。
本发明所用原料可以是任一种已知的玻璃原料，例如SiCl4、GeCl4等。
在本发明中所优选的实施方案中，首先是形成一种比体积密度低到0.02～0.1的沉积棒，然后再将体积密度增加到0.15～0.5。为了增加沉积量，最好的比体积密度为0.1或低于0.1。但是当比体积密度变小至0.02时，则在随后的加热提高比体积密度过程中，会使体积密度不均匀或导致沉积棒趋于开裂;在提高体积密度时，假如比体积密度大于0.5，此沉积棒在烧结过程中又将难于脱水或者容易使玻璃预制件含有气泡。而当比体积密度低于0.15时，沉积棒在烧结中趋于开裂或者热效降低。
用普通方法烧结按此法生产的沉积棒，以把它们转变成透明的光纤玻璃预制件。
下面，用一些例子来详细解释本发明。
实施例1
由氮气作载气载带的玻璃原料和含有氢、氧、氮的燃料气体，按照表1所示的喷射速度，从带有四个同轴排列圆柱形喷嘴的组合喷灯中相应的喷嘴，喷到一个外径为10毫米纯SiO2的籽棒周围，在这样的条件下，可生产比体积密度为0.1的细玻璃粉沉积棒。为了调整此沉积棒的体积密度，可在组合喷灯的两边各设置一个喷灯，而表2 中所示的气体就是由两边的喷灯燃烧，来加热已形成的沉积棒使其体积密度增加到0.2。细玻璃粉沉积棒的平均沉积率为60%。所生产的沉积棒纯度高，并且不开裂。
表1
气体    喷射速率（升/分钟）
SiCl40.5
H24
O24
N42
表2
气体    喷射速率（升/分钟）
H26
O26
N22
比较例1
用与实施例1相同的方式生产沉积棒，但是以表3所示的气体喷射速率喷射玻璃原料和燃料气体，不使用调整沉积体积密度的喷灯。当比体积密度约为0.2时，平均沉积率仅在45%左右。
表3
气体    喷射速率（升/分钟）
SiCl40.5
H210
O210
N22
比较例2
用与实施例1相同的方式生产沉积棒，但不使用调整沉积的体积密度的喷灯，当粉尘沉积棒的外径达到70毫米时，终止供应原料、氧气和氢气。沉积棒开裂。
虽则本发明已对照据信为最富实用性的实施例作了描述，但应认识到，在不脱离本发明的精神的前提下，本发明还可以采用其它一些具体形式体现。因而，上述一些实施例无论如何只应视作为解释性的，而不应视为受其中所公开的细节所限，但这些实施例是与所申请的权利要求的全部保护范围一致的，因而就能概括任何形式的和所有与之等价的方法。

Claims (1)

1、一种用外汽相沉积法生产光纤预制件的方法，该方法包括从第一种喷灯喷射气状玻璃原料和燃料气体形成玻璃粉末，以在一种能使生成的粉尘沉积棒具有低比体积密度的温度下于籽棒上形成沉积棒，其粉尘沉积的比体积密度范围为0.02～0.1，接着用第二种喷灯加热该沉积棒使粉尘沉积物的体积密度增加，增加至0.15-0.5范围，然后烧结沉积棒而得到透明的光纤玻璃预制件。
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