CN104556673A - 一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置及其方法涉及的是一种大尺寸光纤预制棒制造过程中的减少芯包界面杂质附着、气泡产生的装置及其方法，用来消除芯棒表面的杂质、灰尘和静电，防止芯棒外部气相沉积之后形成的粉末棒，在烧结后芯包界面存在气泡和杂质。包括芯棒保管专用箱、净化空气风机和除静电风机；芯棒保管专用箱具有箱体，箱体前侧设置有箱门，在箱体顶部安装有净化空气风机和除静电空气风机，在箱体上方设置有净化空气进风口、除静电空气进风口；除静电空气风机出风口通过管道与箱体上的除静电空气进风口相连；在芯棒保管专用箱的箱体底部安装有芯棒支撑台，用于支撑芯棒，在箱体下部两侧装有支持卡盘，用于夹持固定芯棒。

Description

一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置及其方法

技术领域

本发明大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置及其方法涉及的是一种大尺寸光纤预制棒制造过程中的减少芯包界面杂质附着、气泡产生的装置及其方法，用来消除芯棒表面的杂质、灰尘和静电；同时，通过去除静电，可有效防止芯棒二次吸附杂质和灰尘，防止芯棒外部气相沉积之后形成的粉末棒，在烧结后芯包界面存在气泡和杂质。

背景技术

为降低光纤生产成本，同时提高沉积效率，大尺寸光纤预制棒成为预制棒技术发展的主要方向。

生产石英光纤预制棒芯棒的方法主要有以下四种：

微波等离子体激活化学气相沉积法(PCVD- Plasma activated Chemical Vapour Deposition )，改进的化学气相沉积法(MCVD-Modified Chemical Vapour Deposition)，棒外化学气相沉积法(OVD-Outside Chemical Vapour Deposition)，轴向气相沉积法(VAD-Vapour phase Axial Deposition)

外包层的制作方法则主要集中在套管法（RIT/RIC法）、外部气相沉积法（Soot法）和外部等离子喷涂法等制造技术，这也是目前大尺寸光纤预制棒的主要生产技术。RIT/RIC法是将芯棒插入套管中直接拉制光纤，或者融缩成实心预制棒后拉丝；Soot法和外部等离子喷涂法则直接制得实心预制棒。一般将光纤预制棒直径在100mm以上的称之为大直径光纤预制棒或者大尺寸光纤预制棒。

外部气相沉积法（OVD）制作大直径预制棒有以下1个难点：由于芯棒和外包层是分别单独制备的，因此芯棒制作完成后用于外部气相沉积前，若保管不当，容易在芯棒表面吸附灰尘、杂质。若该芯棒表面的灰尘、杂质在后续外部气相沉积前，无法有效除去，外部气相沉积时杂质会存在于芯棒与soot粉末之间，沉积完成的soot粉末棒烧结后的预制棒芯包界面容易产生杂质和气泡，对预制棒的质量产生较大的影响。

中国发明专利02138036.8提供了一种外部气相沉积（OVD）法。包括以下步骤：内部气相沉积方法先在纯石英管的里面沉积包层和芯层；沉积好芯层的石英玻璃在2100-2300℃高温下熔缩成固体芯棒；2000-2100℃的高温氢氧火焰对固体芯棒进行表面抛光；外部气相沉积方法在芯棒的外面包覆基本均匀的石英材料,形成疏松体预制棒；该疏松体进行缓慢的高温加热,烧结成透明的大型光纤预制棒,外包层的折射率接近纯石英管的折射率。

该方法是采用高温氢氧火焰对固体芯棒进行表面抛光，来除去芯棒表面的灰尘和杂质。但这种方法要求芯棒抛光完成到外部气相沉积之间没有耽搁，若产生耽搁而导致芯棒冷却，芯棒表面反而更加容易附着灰尘和杂质。

中国发明专利CN1606534A提供了一种外部气相沉积（OVD）法，通过在旋转芯棒的表面上沉积火焰水解物颗粒来制备光纤预制棒，该颗粒由喷灯喷射的燃气反应生成。在沉积所述火焰水解物颗粒时，通过使所述的预制棒表面上一个点的轨迹速度保持恒定或逐渐减小。该方法控制沉积在预制棒上的火焰水解物颗粒的沉积浓度，使浓度保持恒定而不随预制棒的半径而变化，或者控制沉积浓度向预制棒的外围方向逐渐增加。

该方法中未介绍芯棒的保管装置及保管方法，若在外部气相沉积之前，芯棒表面已经附着了灰尘和杂质，该工艺并不能够去除，粉末棒烧结完成后极容易在芯包界面产生杂质、气泡。

现有的大尺寸光纤预制棒OVD制造技术中，由于设备及工艺方面的原因，极易在预制棒的芯包界面产生气泡和杂质，该类预制棒拉丝时可能产生气线或者发生断纤，给企业带来损失。因此，发明一种装置及工艺，来减少大尺寸预制棒芯包界面的杂质、气泡，成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置及其方法，主要是在芯棒制作完成之后、外部气相沉积之前增加了一道工序：芯棒存储。

芯棒存储涉及了一个存储装置，通过这个装置的添加，能够有效的去除芯棒表面的杂质、灰尘和静电；同时，去除静电的芯棒，在其表面不会二次吸附杂质和灰尘。这种装置构造简单，成本较低，安装此装置后，能大大降低预制棒芯包表面的杂质和气泡数量。

一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置及其方法是采取以下技术方案实现：

目前最通用的预制棒制造工艺为轴向气相沉积工艺（VAD工艺）+外部气相沉积工艺（OVD工艺），使用轴向气相沉积工艺（VAD工艺）制备出芯棒，制备出的芯棒使用外部气相沉积工艺（OVD工艺）在芯棒的外层附着SiO₂粉末，形成疏松体粉末棒，粉末棒经烧结炉烧结制备出预制棒。目前通用的轴向气相沉积工艺（VAD工艺）+外部气相沉积工艺（OVD工艺）的流程中缺少一道有效的保管芯棒的装置，来降低预制棒芯包界面的气泡和杂质。

一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置存在于轴向气相沉积工艺（VAD工艺）+外部气相沉积工艺（OVD工艺）两道工序之间，保管和洁净轴向气相沉积工艺（VAD工艺）产出的用于外部气相沉积工艺（OVD工艺）的芯棒。

一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置包括芯棒保管专用箱、净化空气风机、除静电风机。

芯棒保管专用箱具有箱体，箱体前侧设置有箱门，在箱体顶部安装有净化空气风机和除静电空气风机。在箱体上方设置有净化空气进风口、除静电空气进风口，净化空气风机进风口通过管道与净化空气源相连，净化空气风机出风口通过管道与箱体上的净化空气进风口相连；除静电空气风机进风口通过管道与净化空气源相连，除静电空气风机出风口通过管道与箱体上的除静电空气进风口相连。

在芯棒保管专用箱的箱体底部安装有芯棒支撑台，用于支撑芯棒，在箱体下部两侧装有支持卡盘，用于夹持固定芯棒。

在箱体下部设置有出气口，用于箱体内废气排出。

本发明一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的方法包括以下工艺步骤：

1）使用轴向气相沉积工艺（VAD工艺）制备出芯棒；

2）在芯棒两端对接把棒；

3）对接有把棒的芯棒放入芯棒保管专用箱，芯棒把棒放置在芯棒保管专用箱内芯棒支撑台上，并用夹持卡盘夹持；

4）关闭芯棒保管专用箱的门；

5）净化空气通过净化空气风机从芯棒保管专用箱上方送入，送风频率30Hz，净化空气吹在芯棒上，去除芯棒表面的杂质和灰尘；

6）除静电空气通过除静电空气风机从芯棒保管专用箱上方送入，送风频率30Hz，除静电空气吹在芯棒上，去除芯棒表面的静电，防止芯棒取出芯棒保管专用箱后再次吸附杂质和灰尘；

7）芯棒在芯棒保管专用箱内的存储时间为0.5～1h，在芯棒存储期间，芯棒表面的杂质、灰尘和静电可有效被去除。同时，去除静电后的芯棒取出芯棒保管专用箱后不会再次吸附杂质和灰尘；

8）对接有把棒的芯棒准备上机使用时，打开芯棒保管专用箱的门，取出对接有把棒的芯棒；

使用外部气相沉积工艺（OVD工艺）在对接有把棒的芯棒的外层附着SiO₂粉末，形成疏松体粉末棒，疏松体粉末棒经烧结炉烧结制备出预制棒。

一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置及其方法设计合理，本发明是在芯棒制作完成之后、外部气相沉积之前增加了一道工序：芯棒存储。芯棒存储涉及了一个存储装置，通过这个装置的添加，能够有效的去除芯棒表面的杂质、灰尘和静电；同时，去除静电的芯棒，在其表面不会二次吸附杂质和灰尘。这种装置构造简单，成本较低，安装此装置后，能大大降低预制棒芯包表面的杂质和气泡数量。

本发明不仅可以确保生产的正常进行，还可以优化工艺，提升产品质量、降低预制棒拉丝筛选断纤率、提升预制棒拉丝合格率，为企业降低损失。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置示意图。

具体实施方式

目前最通用的预制棒制造工艺为轴向气相沉积工艺（VAD工艺）+外部气相沉积工艺（OVD工艺），使用轴向气相沉积工艺（VAD工艺）制备出芯棒，制备出的芯棒使用外部气相沉积工艺（OVD工艺）在芯棒的外层附着SiO₂粉末，形成疏松体粉末棒，粉末棒经烧结炉烧结制备出预制棒。目前通用的VAD+OVD工艺的流程中缺少一道有效的保管芯棒的装置，来降低预制棒芯包界面的气泡和杂质。

一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置存在于轴向气相沉积工艺（VAD工艺）+外部气相沉积工艺（OVD工艺）两道工序之间，保管和洁净轴向气相沉积工艺（VAD工艺）产出的用于外部气相沉积工艺（OVD工艺）的芯棒。

参照附图1，一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置包括芯棒保管专用箱1、净化空气风机2、除静电风机3。

芯棒保管专用箱1具有箱体，箱体前侧设置有箱门，在箱体顶部安装有净化空气风机2和除静电空气风机3。在箱体上方设置有净化空气进风口12、除静电空气进风口13，净化空气风机进风口12通过管道与净化空气源相连，净化空气风机出风口14通过管道4与箱体上的净化空气进风口12相连；除静电空气风机进风口13通过管道与净化空气源相连，除静电空气风机出风口15通过管道5与箱体上的除静电空气进风口13相连。

在芯棒保管专用箱1的箱体底部安装有芯棒支撑台11，用于支撑芯棒8，在箱体下部两侧装有支持卡盘10，用于夹持固定芯棒8。

在箱体下部设置有出气口16，用于箱体内废气排出。

所述的净化空气风机2采用市售净化空气风机。

所述的除静电风机3采用市售除静电风机。

本发明一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡产生的方法包括以下工艺步骤：

1）使用轴向气相沉积工艺（VAD工艺）制备出芯棒8；

2 ）在芯棒8两端对接把棒9；

3）对接有把棒9的芯棒8放入芯棒保管专用箱1，芯棒把棒9放置在芯棒保管专用箱1内芯棒支撑台11上，并用夹持卡盘10夹持；

4）关闭芯棒保管专用箱1的门；

5）净化空气6通过净化空气风机2从芯棒保管专用箱1上方送入，送风频率30Hz，净化空气6吹在芯棒8上，去除芯棒表面的杂质和灰尘；

6）除静电空气7通过除静电空气风机3从芯棒保管专用箱1上方送入，送风频率30Hz，除静电空气7吹在芯棒8上，去除芯棒8表面的静电，防止芯棒8取出芯棒保管专用箱1后再次吸附杂质和灰尘；

7）芯棒8在芯棒保管专用箱1内的存储时间为0.5～1h，在芯棒8存储期间，芯棒8表面的杂质、灰尘和静电可有效被去除。同时，去除静电后的芯棒8取出芯棒保管专用箱1后不会再次吸附杂质和灰尘；

8）对接有把棒9的芯棒8准备上机使用时，打开芯棒保管专用箱1的门，取出对接有把棒9的芯棒8；

使用外部气相沉积工艺（OVD工艺）在对接有把棒9的芯棒8的外层附着SiO₂粉末，形成疏松体粉末棒，疏松体粉末棒经烧结炉烧结制备出预制棒。

实施例1

采用VAD工艺制备芯棒，将芯棒延伸后，测试其折射率剖面，由测试结果计算外包层所需量。

测试完成的芯棒在两端对接把棒，对接把棒后把芯棒放入芯棒保管专用箱，芯棒把棒放置在芯棒支撑台的夹持卡盘上，关闭保管专用箱的门。净化空气通过净化空气风机从芯棒保管专用箱上方送入，除静电空气通过除静电空气风机从芯棒保管专用箱上方送入。

芯棒在保管专用箱放置1h后，从中取出安装在OVD设备进行生产。OVD设备卡盘以20rpm的转速旋转，石英喷灯以200mm/min的移动速度开始在芯棒表面沉积SiO₂粉末，石英喷灯流量：SiCl₄：25g/min，H₂：80L/min，O₂：40L/min，Ar：20L/min。OVD设备通过重量计计量沉积量，当计量值达到设定值时，沉积结束，设备自动停止。沉积结束的疏松体粉末棒安排在烧结设备进行透明玻璃化。

生产结束的透明玻璃棒在暗室的聚光灯下观察，芯包界面无杂质、气泡。

试验预制棒进行拉丝，筛选断纤率1.3‰，拉丝合格率99.7%。

实施例2

对接把棒后对芯棒放入芯棒保管专用箱，保管箱内有净化空气通过净化空气风机从保管专用箱上方送入，无除静电空气风机，其它采用与实施例1相同的工艺过程。

生产结束的透明玻璃棒在暗室的聚光灯下观察，芯包界面有2个杂质、3个气泡。

试验预制棒进行拉丝，筛选断纤率6.8‰，拉丝合格率98.9%。

实施例3

对接把棒后对芯棒放入聚乙烯制成的洁净袋内，1h后取出直接用于生产。其它采用与实施例1相同的工艺过程。

生产结束的透明玻璃棒在暗室的聚光灯下观察，芯包界面有8个杂质、5个气泡。

试验预制棒进行拉丝，筛选断纤率20.8‰，拉丝合格率97.2%。

通过试验比对，采用了含有净化空气供应装置和除静电空气供应装置的保管专用箱后，预制棒芯包界面的杂质和气泡数量大大降低；试验预制棒进行拉丝验证，筛选断纤率明显降低，拉丝合格率明显升高，效果显著。

Claims (3)

1.一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置，其特征在于：包括芯棒保管专用箱、净化空气风机和除静电风机；

芯棒保管专用箱具有箱体，箱体前侧设置有箱门，在箱体顶部安装有净化空气风机和除静电空气风机，在箱体上方设置有净化空气进风口、除静电空气进风口，净化空气风机进风口通过管道与净化空气源相连，净化空气风机出风口通过管道与箱体上的净化空气进风口相连；除静电空气风机进风口通过管道与净化空气源相连，除静电空气风机出风口通过管道与箱体上的除静电空气进风口相连；

在芯棒保管专用箱的箱体底部安装有芯棒支撑台，用于支撑芯棒，在箱体下部两侧装有支持卡盘，用于夹持固定芯棒。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的装置，其特征在于：在箱体下部设置有出气口，用于箱体内废气排出。

3.一种大尺寸光纤预制棒减少芯包界面杂质、气泡的方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

使用轴向气相沉积工艺制备出芯棒；

在芯棒两端对接把棒；

对接有把棒的芯棒放入芯棒保管专用箱，芯棒把棒放置在芯棒保管专用箱内芯棒支撑台上，并用夹持卡盘夹持；

关闭芯棒保管专用箱的门；

净化空气通过净化空气风机从芯棒保管专用箱上方送入，送风频率30Hz，净化空气吹在芯棒上，去除芯棒表面的杂质和灰尘；

除静电空气通过除静电空气风机从芯棒保管专用箱上方送入，送风频率30Hz，除静电空气吹在芯棒上，去除芯棒表面的静电，防止芯棒取出芯棒保管专用箱后再次吸附杂质和灰尘；

芯棒在芯棒保管专用箱内的存储时间为0.5～1h，在芯棒存储期间，芯棒表面的杂质、灰尘和静电可有效被去除，同时，去除静电后的芯棒取出芯棒保管专用箱后不会再次吸附杂质和灰尘；

对接有把棒的芯棒准备上机使用时，打开芯棒保管专用箱的门，取出对接有把棒的芯棒；

使用外部气相沉积工艺在对接有把棒的芯棒的外层附着SiO₂粉末，形成疏松体粉末棒，疏松体粉末棒经烧结炉烧结制备出预制棒。