CN102503114B - 一种光纤用石英芯棒的制造装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光纤用石英芯棒的制造装置及方法，所述装置包括：伺服电机，用于使芯棒进行旋转以及轴向运动；石英玻璃基棒，通过石英销固定在伺服电机上；滚针轴承，该滚针轴承固定在石英玻璃基棒上，并且用金属杆连接在塔架的导轨上；芯棒，形成在石英玻璃基棒的底端；芯层喷灯和包层喷灯，分别用于形成芯棒的芯层和包层，塔架，在其上装有导轨，伺服电机沿导轨运动。所述方法包括：在沉积箱体内放置石英玻璃基棒，该石英玻璃基棒旋转并向沉积箱体外移动；将反应气体送入沉积箱体内，利用轴向汽相沉积法进行沉积；在沉积过程中，一端固定在石英玻璃基棒另一端连接导轨的滚针轴承随伺服电机在导轨上同步滑动。

Description

一种光纤用石英芯棒的制造装置及方法
技术领域
本发明涉及一种光纤用石英芯棒的制造装置及方法。
背景技术
光纤通常是利用拉丝塔将高纯度的石英玻璃预制棒经高温软化同比例拉丝，并进一步在其表面上涂覆而获得。该高纯度的石英玻璃预制棒通常是采用“两步法”（Two-step Processes），包括各种芯棒制造技术（OVD技术：Outside Vapor Deposition，外汽相沉积法；VAD技术：Vapor Phase Axial Deposition，汽相轴向沉积法；MCVD技术：Modified Chemical Vapor Deposition，改进的化学汽相沉积法；PCVD技术：Plasma Chemical Vapor Deposition，等离子体化学汽相沉积法）和外包层制造技术（套管法、等离子喷涂法、火焰水解法、溶胶--凝胶法），生产常规单模光纤，用VAD技术制造芯棒加SOOT外包的预制棒工艺成本最低，因此大部分商业生产光纤预制棒均是采用此种方法。
VAD技术是指在竖直的种子石英基棒端部，即其轴向，发生化学反应，生成的石英玻璃粉尘微粒经喷灯喷出，沉积于种子石英基棒一端，种子石英基棒不断旋转，并通过提升杆向上慢速移动，沿轴向形成多孔疏松体芯棒，如附图所示。
反应的主要公式：
Figure 831807DEST_PATH_IMAGE001
2004年Heraeus 推出了Online-RIC技术，即芯棒-套管的熔缩与拉丝同步进行，减少了从光纤预制棒芯棒到拉丝成型之间的生产步骤，光纤生产效率得到极大提高，可以一下子实现拉丝在5000km以上，有的企业甚至达到7000km，因此，相应地芯棒（光纤预制棒母材）的制造也需要大尺寸。但是在光纤预制棒母材制造过程中，其下部一侧有燃烧器火焰气流的吹扫，不断受到一个横向的作用力，以及随着沉积过程中芯棒的体积、重量的增大，芯棒在旋转提升时难免会出现一定的向心或者离心的偏移，更坏的情况是在沉积过程中芯棒产生弯曲、破裂，或发生玻璃基棒顶端破损芯棒落下等问题。最终导致芯棒的几何特性、光学参数等的不合格，因此本发明就此缺陷研发出一种新型的光纤预制棒母材制造装置，在沉积时，可以在玻璃基棒没有摆动的情况下制造石英芯棒。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的石英芯棒制造装置，通过对原有装置增加一滚针轴承来保证由该芯棒制成的光纤预制棒的几何尺寸、光学参数的稳定性，从而提高光纤预制棒的利用率。
本发明提供了一种光纤用石英芯棒的制造装置，该装置包括：伺服电机1用于使石英玻璃基棒进行旋转以及向沉积箱体外进行轴向运动；石英玻璃基棒2，通过石英销固定在伺服电机1上；滚针轴承3，该滚针轴承3固定在石英玻璃基棒2上，并且用金属杆连接在塔架7的导轨8上；芯棒4，形成在石英玻璃基棒底端；芯层喷灯5和包层喷灯6，分别用于形成芯棒的芯层和包层；塔架7，在其上装有导轨8，伺服电机1沿导轨运动。
根据本发明所述装置，所述滚针轴承内涂覆耐高温脱模剂。
根据本发明所述装置，在沉积芯棒过程中滚针轴承3随伺服电机1在导轨8上同步滑动。
根据本发明所述装置，滚针轴承选择旋转精度高的组合滚针轴承。
本发明还提供了一种光纤用石英芯棒的制造方法，其包括：
步骤（1）在沉积箱体内放置石英玻璃基棒，该石英玻璃基棒旋转并向沉积箱体外移动；
步骤（2）将反应气体送入沉积箱体内，利用轴向汽相沉积法进行沉积；
步骤（3）在沉积过程中，一端固定在石英玻璃基棒另一端连接导轨的滚针轴承随伺服电机在导轨上同步滑动。
根据本发明的方法，所述滚针轴承内涂覆耐高温脱模剂。
根据本发明的方法，滚针轴承选择旋转精度高的组合滚针轴承。
本发明的有益效果：本发明通过在玻璃基棒上增加一滚针轴承保证了芯棒在旋转过程不破裂，从而提高了由该芯棒制成的光纤预制棒的几何尺寸、光学参数等的稳定性，从而提高了光纤预制棒的利用率，节约资金。
附图说明
图1为现有的制造装置。
图2为根据本发明的制造装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行具体说明。
参见图1和2，附图标记含义为：1、伺服电机，2、石英玻璃基棒，3、滚针轴承，4、芯棒，5、芯层喷灯，6、包层喷灯，7、塔架，8、导轨，9、沉积箱体。其中，滚针轴承3安装在导轨8上，在沉积芯棒过程中随伺服电机1在导轨8上同步滑动，伺服电机与石英玻璃基棒是通过石英销固定住的。
本发明解决现有技术问题采用的技术方案是：以轴向汽相沉积法（VAD----Vapor phase Axial Deposition）为例，这种方法是在沉积箱体里放置一根基棒——石英玻璃基棒，基棒可以旋转并向沉积箱外轴向移动，当反应气体送入沉积箱体后，在芯层喷灯、包层喷灯点火后发生化学反应，产生的物质沉积在石英玻璃基棒底端逐渐形成芯棒，芯层喷灯5和包层喷灯6分别用于形成芯棒的芯层和包层，包层喷灯6用于使发生背景技术中所述的第一个化学反应，形成的包层只有SiO，芯层喷灯用于使发生背景技术中提到的两个化学反应，形成的芯层是SiO和Ge O的混合物，基棒的旋转运动保证了芯棒的轴对称性， 随着芯棒体积和重量的增大，芯棒在旋转提升时难免会出现一定的向心或者离心的偏移，因此，本发明在VAD沉积塔架上附加了一个滚针轴承装置，此滚针轴承选择旋转精度高的组合滚针轴承，此滚针轴承内涂覆耐高温脱模剂，且滚针轴承固定在石英玻璃基棒上，用金属杆连接在塔架的传动导轨上，在沉积过程中，伴随着伺服电机沿导轨同步向上移动，利用两点固定一线原理，很好地解决了石英玻璃基棒的摆动及芯棒的破裂问题，保证了最终制成的光纤预制棒的几何特性、光学参数的稳定性，提高了光纤预制棒的利用率，节约资金。图1和图2所示均是芯棒沉积好后的状态图，如图中所示，芯棒位于沉积箱体内，而石英玻璃基棒此时已基本露在沉积箱体外。
实施例：                                                                                              
分别对未装滚针轴承的VAD芯棒沉积设备与安装滚针轴承的VAD芯棒沉积设备分别沉积制造10根芯棒，在沉积制造过程中保持伺服电机的转速为30转/分钟，提速为0.8毫米/分钟，在沉积结束后，分别对这20根石英芯棒进行烧结、延伸。同时选取合适的以OVD（Outside Vapor Deposition 外汽相沉积法）工艺制造的石英套管，将芯棒和石英套管熔缩到一起，然后用氢氟酸（HF）对其表面进行腐蚀，得到透明的光纤预制棒，分别将这20根光纤预制棒直接拉丝，采用单模光纤生产用涂料，拉丝速度为1500米/分钟，所拉光纤的主要参数如表1和表2所示。其中表1为未安装滚针轴承的VAD沉积设备制造的10根芯棒在制成光纤预制棒后所拉光纤获得的参数，表2为安装滚针轴承的VAD沉积设备制造的10根芯棒在制成光纤预制棒后所拉光纤获得的参数。
表1
Figure 916120DEST_PATH_IMAGE003
注：5号芯棒沉积过程中因开裂作为报废品处理。
表2
Figure 941714DEST_PATH_IMAGE004
 数据表明，由采用安装滚针轴承的VAD沉积设备制造的芯棒制成的透明光纤预制棒可获得完全满足ITU-T G.652.D的光纤，且比由未安装滚针轴承的VAD沉积设备制造的芯棒制成的光纤预制棒所拉光纤的各项参数均得到了优化，数据趋于稳定。
以上所述，仅是本发明典型实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (2)

1.一种光纤用石英芯棒的制造装置，其特征在于该装置包括：
伺服电机（1），用于使石英玻璃基棒（2）进行旋转以及向沉积箱体（9）外进行轴向运动；
石英玻璃基棒（2），通过石英销固定在伺服电机（1）上；
滚针轴承（3），该滚针轴承（3）固定在石英玻璃基棒（2）上，并且用金属杆连接在塔架（7）的导轨（8）上；所述滚针轴承内涂覆耐高温脱模剂，在沉积芯棒过程中滚针轴承（3）随伺服电机（1）在导轨（8）上同步滑动，滚针轴承选择旋转精度高的组合滚针轴承；
芯棒（4），沉积形成在石英玻璃基棒（2）的底端；
芯层喷灯（5）和包层喷灯（6），分别用于形成芯棒的芯层和包层；
塔架（7），在其上装有导轨（8），伺服电机（1）沿导轨运动。
2.一种光纤用石英芯棒的制造方法，其特征在于该方法包括：
步骤（1）在沉积箱体内放置石英玻璃基棒，该石英玻璃基棒旋转并向沉积箱体外移动；
步骤（2）将反应气体送入沉积箱体内，利用轴向汽相沉积法进行沉积；
步骤（3）在沉积过程中，一端固定在石英玻璃基棒另一端连接导轨的滚针轴承随伺服电机在导轨上同步滑动，所述滚针轴承内涂覆耐高温脱模剂，滚针轴承选择旋转精度高的组合滚针轴承。
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