CN103708722A - 一种沉积光纤预制棒用母棒及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沉积光纤预制棒用母棒及其制造方法，该母棒分为上母棒与下母棒两部分，在上母棒处增加1销孔用于母棒与提升杆连接时插入石英销以避免母棒从连接处滑落，石英销直径与销孔相匹配，销孔之上增加有一凹槽，凹槽中固定一环状密封圈，母棒的一端具有椭圆形前锥。根据本发明制造的石英母棒在沉积初期的沉积速率较传统母棒快，生产效率大大提高，另外本发明避免了因母棒损伤或碎裂而导致的疏松体损坏的情况。同时，通过循环使用上母棒，有效的降低了生产成本。

Description

一种沉积光纤预制棒用母棒及其制造方法
技术领域
本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种沉积光纤预制棒用母棒及其制造方法。
背景技术
目前在光纤预制棒制造中主要有以下四种工艺：外部汽相沉积法（OVD）、改进的化学汽相沉积法（MCVD）、等离子体化学汽相沉积法（PCVD）和轴向气相沉积法（VAD）。而VAD工艺由于其沉积速率快、生产效率高同时易于制造大尺寸的光纤预制棒被生产厂家广泛采用。
VAD技术是指在竖直的石英母棒端部，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，沉积于石英母棒一端，母棒通过连接套夹持在提升杆上，并随提升杆不断旋转，通过提升杆向上慢速移动，沿轴向形成多孔疏松体光纤预制棒，如图1所示：
发生反应的化学方程式：
Figure 615929DEST_PATH_IMAGE001
        （1）
      （2）
采用VAD工艺生产多孔疏松体时，喷灯角度、腔体压力以及疏松体生长面的形状等因素对沉积速率均有着重要影响。因此石英母棒的前锥锥形决定着沉积初期的沉积速率及生产效率。传统的石英母棒采用圆锥形结构。在制造这种母棒时，通常采用圆锥磨头进行研磨，而研磨后的石英表面粗糙，不适用于粉尘粘附还需进行抛光处理，耗费时间长，生产效率低；同时，在研磨的过程中，磨头与石英之间剧烈摩擦易在石英内部产生微裂纹，在高温沉积的过程中有发生碎裂的风险。
随着疏松体逐渐生长变大，重量逐渐增加，伴随着石英母棒旋转过程中，疏松体由于受到离心力的作用会出现晃动的情况，这种晃动会造成：
1、原料燃烧经喷灯喷出后不能及时的粘附在生长面上，造成沉积生长速率下降；
2、疏松体晃动时使得母棒与提升杆连接处之间产生很大的力矩，石英母棒与金属连接套发生碰撞并可能对母棒造成损伤，严重时可造成母棒断裂造成损失。
本发明针对以上缺陷和不足，发明了一种沉积光纤预制棒用母棒及其制造方法，使用该制造方法能够生产出一种成本低、效率高，且不易造成损伤的石英母棒。
发明内容
本发明的目的是提供一种沉积光纤预制棒用母棒，该母棒分为上母棒与下母棒两部分，在上母棒处增加1销孔用于母棒与提升杆连接时插入石英销以避免母棒从连接处滑落，石英销直径与销孔相匹配，销孔之上增加有一凹槽，凹槽中固定一环状密封圈，母棒的一端具有椭圆形前锥。
进一步，所述母棒外径30～50mm，总长500～650mm，所述销孔直径为8～12mm，所述凹槽宽0.2～1mm，深0.2～0.5mm。
进一步，所述上母棒与下母棒是在焊接车床上通过高温焊接的方式连接在一起形成。
进一步，通过由2根外径相同的母棒在高温加热的情况下，先对接在一起，待完全融合后在通过移动夹具拉开，用火焰烧断，形成椭圆状前锥。
本发明还提供了一种沉积光纤预制棒用母棒的制造方法，其包括以下步骤：
步骤（1）将母棒分为上母棒与下母棒两部分；
步骤（2）在上母棒处增加1销孔用于母棒与提升杆连接时插入石英销以避免母棒从连接处滑落，石英销直径与销孔相匹配；
步骤（3）销孔之上增加有一凹槽，凹槽中固定一环状密封圈；
步骤（4）母棒前锥通过由2根外径相同的母棒在高温加热的情况下，先对接在一起，待完全融合后在通过移动夹具拉开，用火焰烧断，形成椭圆状前锥；
步骤（5）加工完成的母棒置于退火炉中进行退火处理，消除石英内部应力。
进一步，所述上母棒与下母棒是在焊接车床上通过高温焊接的方式连接在一起形成，焊接时上下母棒间跳动度小于1mm。
进一步，所述上下母棒焊接过程以及所述步骤（4）中的前锥形成过程均在同一焊接车床进行，通过车床夹具夹持被焊接部件进而完成上述过程，焊接过程使用喷灯即氢氧焰进行加热，氢气和氧气按2:1进行配比。
进一步，所述步骤（5）中的退火时间不小于8小时，退火温度800～1100℃。
进一步，该制造方法还包括步骤（6），即退火后的母棒经氢氟酸酸洗，去除母棒表面杂质，氢氟酸浓度5%～15%。
根据本发明的优点在于：
根据本发明制造的石英母棒在沉积初期的沉积速率较传统母棒快，生产效率大大提高，另外本发明避免了因母棒损伤或碎裂而导致的疏松体损坏的情况。同时，通过循环使用上母棒，有效的降低了生产成本。
附图说明
图1为现有的使用VAD方法生产疏松体的设备结构图。其中101为提升杆，102为金属连接套，103为石英母棒，104为疏松体，105为喷灯，106为生产原料，107为疏松体生长面，108为抽风系统。
图2为现有技术母棒与根据本发明的母棒的对比图。其中201为传统母棒，202为传统母棒前锥，203为本发明母棒，204为上母棒，205为下母棒，206为销孔，207为凹槽，208为上下母棒焊接点，209为本发明母棒前锥。
图3为上下母棒焊接示意图。其中301为上母棒，302为下母棒，303为焊接点，304为火焰喷灯，左右箭头代表车床夹具进给方向。
图4为母棒拉锥过程示意图。其中401为喷灯，左右箭头代表车床夹具进给方向。
图5：根据本发明的拉锥母棒与传统母棒沉积前期生长速率对比图。其中A、B、C为拉锥目棒，D、E、F为传统母棒。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明进行具体说明。
为达到前述技术目的，根据本发明的沉积光纤预制棒用母棒的结构如下：
该母棒分为上母棒与下母棒两部分，母棒外径30～50mm，总长500～650mm。在上母棒处增加1销孔用于母棒与提升杆连接时插入石英销以避免母棒从连接处滑落，销孔直径为8～12mm，石英销直径与销孔相匹配。销孔之上增加有一凹槽，凹槽宽0.2～1mm，深0.2～0.5mm。使用时，凹槽中固定一环状密封圈，在母棒随提升杆旋转过程中起到缓冲作用，避免疏松体晃动时石英母棒与连接套发生剧烈碰撞造成损伤，同时也可以使母棒与连接套连接更为紧密。母棒的一端具有椭圆形前锥。所述上母棒与下母棒是在焊接车床上通过高温焊接的方式连接在一起形成。通过由2根外径相同的母棒在高温加热的情况下，先对接在一起，待完全融合后在通过移动夹具拉开，用火焰烧断，形成母棒的椭圆状前锥。
根据本发明的制造沉积光纤预制棒用母棒的方法如下：
（1）在常规石英母棒基础上，将母棒分为上母棒与下母棒两部分，如图2所示。母棒外径30～50mm，总长500～650mm；
（2）在上母棒处增加1销孔用于母棒与提升杆连接时插入石英销以避免母棒从连接处滑落，销孔直径为8～12mm，石英销直径与销孔相匹配；
（3）销孔之上增加有一凹槽，凹槽宽0.2～1mm，深0.2～0.5mm。使用时，凹槽中固定一环状密封圈，在母棒随提升杆旋转过程中起到缓冲作用，避免疏松体晃动时石英母棒与连接套发生剧烈碰撞造成损伤，同时也可以使母棒与连接套连接更为紧密；
（4）上母棒与下母棒在焊接车床上通过高温焊接的方式连接在一起形成，如图3所示，焊接时，上下母棒间跳动度小于1mm。上母棒可多次重复使用；
（5）母棒前锥通过由2根外径相同的母棒在高温加热的情况下，先对接在一起，待完全融合后在通过移动夹具拉开，用火焰烧断，形成椭圆状前锥，如图4所示，表示母棒拉锥过程；
（6）所述（4）、（5）过程均在同一焊接车床进行，通过车床夹具夹持被焊接部件进而完成上述过程，焊接过程使用喷灯401（即氢氧焰）进行加热，氢气和氧气按2:1进行配比，气体流量应视母棒外径做相应调整；
（7）加工完成的母棒置于退火炉中进行退火处理，消除石英内部应力。退火时间不小于8h，退火温度800～1100℃；
（8）退火后的母棒经氢氟酸（化学式HF）酸洗，去除母棒表面杂质。氢氟酸浓度5%～15%，酸洗时间应视氢氟酸浓度不同做相应调整，不低于30分钟。
分别取拉锥母棒和传统母棒各3根，编号分别为A、B、C、D、E、F。在同一沉积设备上进行沉积生产，保证其他工艺条件如喷灯角度、腔体压力、原料配比等因素完全一致的情况下测量比较沉积速率。其中沉积速率的测量通过由PID控制的自动提升系统来完成。得出沉积速率变化趋势图，如图5所示。
通过上述的沉积速率对比发现，沉积前期生长速率波动较大，但整体上采用拉锥的母棒在沉积初期的沉积速率较传统母棒更快，生长效率更高。说明通过对母棒进行拉锥操作使母棒锥头处曲面更加平滑，SiO2粉尘附着沉积的效率提高，这能有效的提高原料利用率和降低光纤预制棒生产成本。

Claims (9)

1.一种沉积光纤预制棒用母棒，其特征在于：该母棒分为上母棒与下母棒两部分，在上母棒处增加1销孔用于母棒与提升杆连接时插入石英销以避免母棒从连接处滑落，石英销直径与销孔相匹配，销孔之上增加有一凹槽，凹槽中固定一环状密封圈，母棒的一端具有椭圆形前锥。
2.根据权利要求1所述的母棒，其特征在于：所述母棒外径30～50mm，总长500～650mm，所述销孔直径为8～12mm，所述凹槽宽0.2～1mm，深0.2～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的母棒，其特征在于：所述上母棒与下母棒是在焊接车床上通过高温焊接的方式连接在一起形成。
4.根据权利要求1所述的母棒，其特征在于：通过由2根外径相同的母棒在高温加热的情况下，先对接在一起，待完全融合后在通过移动夹具拉开，用火焰烧断，形成椭圆状前锥。
5.一种沉积光纤预制棒用母棒的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1）将母棒分为上母棒与下母棒两部分；
步骤（2）在上母棒处增加1销孔用于母棒与提升杆连接时插入石英销以避免母棒从连接处滑落，石英销直径与销孔相匹配；
步骤（3）销孔之上增加有一凹槽，凹槽中固定一环状密封圈；
步骤（4）母棒前锥通过由2根外径相同的母棒在高温加热的情况下，先对接在一起，待完全融合后在通过移动夹具拉开，用火焰烧断，形成椭圆状前锥；
步骤（5）加工完成的母棒置于退火炉中进行退火处理，消除石英内部应力。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述上母棒与下母棒是在焊接车床上通过高温焊接的方式连接在一起形成，焊接时上下母棒间跳动度小于1mm。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述上下母棒焊接过程以及所述步骤（4）中的前锥形成过程均在同一焊接车床进行，通过车床夹具夹持被焊接部件进而完成上述过程，焊接过程使用喷灯即氢氧焰进行加热，氢气和氧气按2:1进行配比。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述步骤（5）中的退火时间不小于8小时，退火温度800～1100℃。
9.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于进一步包括：步骤（6）退火后的母棒经氢氟酸酸洗，去除母棒表面杂质，氢氟酸浓度5%～15%。
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