CN104817263B - 挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具及使用方法，包括外层套筒、内层套筒、分流器和活塞，其中：内层套筒位于外层套筒内，外层套筒和内层套筒底部分别开设有外层套筒喷嘴、内层套筒喷嘴；分流器为分布有若干通孔的圆板，通孔包括中心孔和分布于中心孔周围的若干周边孔；分流器置于外层套筒底部，内层套筒喷嘴插入分流器中心孔；活塞内设与内层套筒匹配的环形槽，使得活塞正好置入外层套筒、内层套筒间的环形空腔以及内层套筒内腔。本发明可挤制具有特定芯包比及具有特定芯包形状的硫系玻璃光纤预制棒。

Description

挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具及使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于制备光纤预制棒的挤压模具，尤其涉及一种挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具及使用方法。

背景技术

硫系玻璃具有优良的中红外透光性、高的线性和非线性折射率、低的声子能量，因此硫系玻璃光纤在红外红信号和激光传输、非线性光学、中红外激光等领域具有重要应用背景和潜力。目前，硫系玻璃光纤的制备工艺主要有双坩埚法、棒管法和堆积挤出法。

双坩埚法装置由两个石英坩埚组成，纤芯和包层材料分别放在两个坩锅中，通过调节坩埚出口尺寸和气体压力实现具有不同芯包比光纤的拉制。此方法制备的光纤芯包界面散射缺陷少，利于制备低损耗光纤。但工艺对设备要求严格，芯包比的均匀性较难控制，亦不适用于制备复杂结构光纤，同时该工艺要求纤芯和包层材料具有极好的抗析晶能力。

棒管法采用纤芯玻璃棒直接插进包层玻璃套管中形成光纤预制棒，然后拉制成光纤。棒管法易于控制光纤芯包比的均匀性，对纤芯和包层材料的抗析晶性能要求不像双坩埚法那么苛刻。然而，高光学质量的薄壁硫系玻璃包层套管很难制备，这使得棒管法不适用于制备芯包比很大的光纤。

堆积挤出法利用挤压模具在活塞的压力下迫使加热到软化状态的玻璃从模具出口被挤出得到光纤预制棒，然后拉制成光纤。挤压过程中，下层玻璃会自然包裹在外层，上层玻璃被包在内层，形成光纤预制棒。该方法对玻璃的预处理要求简单，且纤芯和包层玻璃在挤压过程中结合良好，芯包界面缺陷少。由于芯包尺寸通过被挤压的两种玻璃的厚度粗略调节，因此芯包比的均匀性很难精确控制。此外，此方法很难制备具有复杂结构的光纤预制棒，如纤芯和包层形状不同的光纤。

发明内容

针对现有技术中难以实现具有均匀芯包比和复杂结构光纤预制棒的制备，本发明提供了一种挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具及使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一、一种挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，包括外层套筒、内层套筒、分流器和活塞，其中：

内层套筒位于外层套筒内，外层套筒和内层套筒底部分别开设有外层套筒喷嘴、内层套筒喷嘴；

分流器为分布有若干通孔的圆板，通孔包括中心孔和分布于中心孔周围的若干周边孔；分流器置于外层套筒底部，内层套筒喷嘴插入分流器中心孔；

活塞内设与内层套筒匹配的环形槽，使得活塞正好置入外层套筒、内层套筒间的环形空腔以及内层套筒内腔。

上述周边孔，其尺寸和形状均相同。

上述中心孔孔径与内层套筒喷嘴外径相匹配。

作为优选，外层套筒喷嘴呈漏斗状。

上述外层套筒内径和分流器直径相匹配，所述的外层套筒喷嘴入口内径小于分流器直径。

上述内层套筒喷嘴内径小于外层套筒喷嘴出口内径。

上述活塞包括外层活塞体和内层活塞体，外层活塞体和内层活塞体间形成环形槽，外层活塞体与内层套筒、外层套筒间的环形空腔匹配，内层活塞体与内层套筒内腔匹配。

二、上述挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具的使用方法，包括步骤：

(1)将作为纤芯材料的硫系玻璃棒插入内层套筒内，硫系玻璃棒直径与内层套筒内径匹配；

(2)将作为包层材料的硫系玻璃套管插入外层套筒、内层套筒形成的空腔内，硫系玻璃套管内径与内层套筒外径匹配，其外径与外层套筒内径匹配，硫系玻璃套管和硫系玻璃棒长度相同；

(3)使硫系玻璃棒和硫系玻璃套管软化，同时在活塞顶端施加压力，从而从外层套筒喷嘴处挤压出具有纤芯和包层结构的硫系玻璃光纤预制棒。

作为优选，硫系玻璃棒和硫系玻璃套管的内外壁均需进行抛光处理。

上述硫系玻璃套管采用钻孔法获得。

本发明具有以下特点和有益效果：

1、挤出的预制棒芯包尺寸分别由内外层套筒喷嘴尺寸决定，可通过改变内外层套筒喷嘴尺寸在大范围内任意调节芯包比，且芯包比的均匀性易控制。

2、挤出的预制棒芯包形状分别由内外层套筒喷嘴的出口形状决定，可通过改变内外层套筒喷嘴的出口形状挤出具有不同芯包形状的预制棒。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

可用于精确控制挤出预制棒芯包比的均匀性；同时，可用于挤出具有特定芯包形状的光纤预制棒。

附图说明

图1为本发明双套筒挤压模具的结构示意图。

其中：1-外层套筒，1.1-外层套筒喷嘴，2-内层套筒，2.1-内层套筒喷嘴，3-分流器，4-活塞，4.1-外层活塞体，4.2-内层活塞体，5-纤芯玻璃棒，6-包层玻璃套管。

具体实施方式

文中“芯包结构”为纤芯和包层结构的缩写；“芯包形状”为纤芯和包层形状的缩写；“芯包比”指纤芯和包层的直径比。

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，由外层套筒1、内层套筒2、分流器3和活塞4组成，内层套筒2位于外层套筒1内，外层套筒1底部设有外层套筒喷嘴1.1，内层套筒2底部设有内层套筒喷嘴2.1，内层套筒喷嘴2.1内径小于外层套筒喷嘴1.1出口内径。分流器3置于外层套筒1底部；内层套筒2位于分流器3上部、且内层套筒喷嘴2.1插入分流器3内；活塞4包括外层活塞体4.1和内层活塞体4.2，外层活塞体4.1和内层活塞体4.2形成环形槽，该环形槽与内层套筒2匹配。活塞4自上而下挤压，外层活塞体4.1可填满内层套筒2和外层套筒1间形成的环形腔，内层活塞体4.2可填满内层套筒2内腔。

分流器3为分布有若干通孔的圆板，通孔包括中心孔和分布于中心孔周围的周边孔，中心孔直径等于内层套筒喷嘴2.1外径，使得内层套筒喷嘴2.1可正好插入中心孔。中心孔和周边孔的形状和尺寸可根据实际需要进行调整。

外层套筒1内径等于分流器3直径，使得分流器3可正好置于外层套筒1内；外层套筒喷嘴1.1最大内径小于分流器3直径。为防止分流器3周边孔被堵住，外层套筒喷嘴1.1为漏斗状。

利用上述双套筒挤压模具，通过调整内层套筒喷嘴和外层套筒喷嘴出口的尺寸和形状，从而可挤制具有不同芯包比和不同芯包形状的硫系玻璃光纤预制棒。

本发明双套筒挤压模具的使用步骤如下：

1)准备作为纤芯材料的硫系玻璃棒，即图1中纤芯玻璃棒5，硫系玻璃棒直径等于内层套筒内径，保证硫系玻璃棒刚好放入内层套筒中，硫系玻璃棒长度小于内层套筒深度。

2)准备作为包层材料的硫系玻璃套管，即图1中包层玻璃套管6，硫系玻璃套管可通过常规钻孔法获得。硫系玻璃套管外径等于外层套筒内径，保证硫系玻璃套管刚好放入外层套筒中；硫系玻璃套管内径等于内层套筒外径，保证内层套筒刚好插入硫系玻璃套管中，硫系玻璃套管长度等于硫系玻璃棒长度。

3)首先，将分流器放入外层套筒底部，将内层套筒喷嘴插入分流器中心孔；然后，将硫系玻璃棒插入内层套筒内，将硫系玻璃套管插入内层套筒、外层套筒间形成的空腔内；最后，将活塞置于外层套筒、内层套筒间的环形腔以及内层套筒内腔内，并处于硫系玻璃棒和硫系玻璃套管上方。

4)将步骤3)装置好的双套筒挤压磨具置于挤压机中，升温使硫系玻璃棒和硫系玻璃套管软化，同时在活塞顶端施加压力开始挤压。

挤压过程中，硫系玻璃棒在软化状态从内层套筒喷嘴处挤出，受到内层套筒喷嘴出口形状束缚，得到与内层套筒喷嘴出口形状吻合的纤芯玻璃；硫系玻璃套管在软化状态经过分流器周边孔从外层套筒喷嘴处挤出，受到外层套筒喷嘴出口形状束缚，得到与外层套筒喷嘴出口形状吻合的包层玻璃；纤芯玻璃与包层玻璃同步挤出，得到具有芯包结构的硫系玻璃光纤预制棒。

下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例1：芯包比为4:5的硫系玻璃光纤预制棒挤制。

本实施例中，内层套筒喷嘴和外层套筒喷嘴出口截面为圆形，内径比为4:5。

挤制方法包括以下步骤：

1)准备作为纤芯材料的硫系玻璃棒，硫系玻璃棒直径等于内层套筒内径，保证玻璃棒刚好放入内层套筒中，玻璃棒长度小于内层套筒深度。2)准备作为包层材料的硫系玻璃套管，硫系玻璃套管通过常用钻孔法获得；所得硫系玻璃套管外径等于外层套筒内径，保证硫系玻璃套管刚好放入外层套筒中，硫系玻璃套管内径等于内层套筒外径，保证内层套筒刚好插入硫系玻璃套管中，硫系玻璃套管长度等于硫系玻璃棒的长度。3)首先，将分流器放入外层套筒底部，将内层套筒喷嘴插入分流器中心孔中；然后，将硫系玻璃棒插入内层套筒中，将硫系玻璃套管插入内层套筒、外层套筒间的环形腔；最后，将活塞置于外层套筒、内层套筒间的环形腔以及内层套筒内腔内，且处于硫系玻璃棒和硫系玻璃套管上方；4)将装置好的双套筒挤压磨具置于挤压机中，升温使硫系玻璃棒和硫系玻璃套管软化，同时在活塞顶端施加压力开始挤压，纤芯玻璃与包层玻璃被同步挤出，得到芯包比为4:5的硫系玻璃光纤预制棒。

实施例2：芯包比为1:15的硫系玻璃光纤预制棒挤制

本实施例中，内层套筒喷嘴和外层套筒喷嘴出口截面为圆形，内径比为1:15。

挤制方法包括以下步骤：

1)准备作为纤芯材料的硫系玻璃棒，硫系玻璃棒直径等于内层套筒内径，保证玻璃棒刚好放入内层套筒中，玻璃棒长度小于内层套筒深度。2)准备作为包层材料的硫系玻璃套管，硫系玻璃套管通过常用钻孔法获得；所得硫系玻璃套管外径等于外层套筒内径，保证硫系玻璃套管刚好放入外层套筒中，硫系玻璃套管内径等于内层套筒外径，保证内层套筒刚好插入硫系玻璃套管中，硫系玻璃套管长度等于硫系玻璃棒的长度。3)首先，将分流器放入外层套筒底部，将内层套筒喷嘴插入分流器中心孔中；然后，将硫系玻璃棒插入内层套筒中，将硫系玻璃套管插入内层套筒、外层套筒间的环形腔；最后，将活塞置于外层套筒、内层套筒间的环形腔以及内层套筒内腔内，且处于硫系玻璃棒和硫系玻璃套管上方。4)将装置好的双套筒挤压磨具置于挤压机中，升温使硫系玻璃棒和硫系玻璃套管软化，同时在活塞顶端施加压力开始挤压，纤芯玻璃与包层玻璃被同步挤出，得到芯包比为1:15的硫系玻璃光纤预制棒。

实施例3：芯包形状分别为圆形和正六边形的硫系玻璃光纤预制棒挤制。

本实施例中，内层套筒喷嘴出口截面为圆形，外层套筒喷嘴出口截面为正六边形。

挤制方法包括以下步骤：

1)准备作为纤芯材料的硫系玻璃棒，硫系玻璃棒直径等于内层套筒内径，保证玻璃棒刚好放入内层套筒中，玻璃棒长度小于内层套筒深度。2)准备作为包层材料的硫系玻璃套管，硫系玻璃套管通过常用钻孔法获得；所得硫系玻璃套管外径等于外层套筒内径，保证硫系玻璃套管刚好放入外层套筒中，硫系玻璃套管内径等于内层套筒外径，保证内层套筒刚好插入硫系玻璃套管中，硫系玻璃套管长度等于硫系玻璃棒的长度。3)首先，将分流器放入外层套筒底部，将内层套筒喷嘴插入分流器中心孔中；然后，将硫系玻璃棒插入内层套筒中，将硫系玻璃套管插入内层套筒、外层套筒间的环形腔；最后，将活塞置于外层套筒、内层套筒间的环形腔以及内层套筒内腔内，且处于硫系玻璃棒和硫系玻璃套管上方。4)将装置好的双套筒挤压磨具置于挤压机中，升温使硫系玻璃棒和硫系玻璃套管软化，同时在活塞顶端施加压力开始挤压，纤芯玻璃与包层玻璃被同步挤出，得到芯包形状分别为圆形和正六边形的硫系玻璃光纤预制棒。

Claims (10)

1.一种挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，其特征在于：

包括外层套筒、内层套筒、分流器和活塞，其中：

内层套筒位于外层套筒内，外层套筒和内层套筒底部分别开设有外层套筒喷嘴、内层套筒喷嘴；

分流器为分布有若干通孔的圆板，通孔包括中心孔和分布于中心孔周围的若干周边孔；分流器置于外层套筒底部，内层套筒喷嘴插入分流器中心孔；

活塞内设与内层套筒匹配的环形槽，使得活塞正好置入外层套筒、内层套筒间的环形腔以及内层套筒内腔。

2.如权利要求1所述的挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，其特征在于：

所述的周边孔，其尺寸和形状均相同。

3.如权利要求1所述的挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，其特征在于：

所述的中心孔孔径与内层套筒喷嘴外径相匹配。

4.如权利要求1所述的挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，其特征在于：

所述的外层套筒喷嘴呈漏斗状。

5.如权利要求1所述的挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，其特征在于：

所述的外层套筒内径和分流器直径相匹配，所述的外层套筒喷嘴入口内径小于分流器直径。

6.如权利要求1所述的挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，其特征在于：

所述的内层套筒喷嘴内径小于外层套筒喷嘴出口内径。

7.如权利要求1所述的挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具，其特征在于：

所述的活塞包括外层活塞体和内层活塞体，外层活塞体和内层活塞体间形成环形槽，外层活塞体与内层套筒、外层套筒间的环形腔匹配，内层活塞体与内层套筒内腔匹配。

8.权利要求1所述的挤制硫系玻璃光纤预制棒的双套筒挤压模具的使用方法，其特征在于，包括步骤：

(1)将作为纤芯材料的硫系玻璃棒插入内层套筒内，硫系玻璃棒直径与内层套筒内径匹配；

(2)将作为包层材料的硫系玻璃套管插入外层套筒、内层套筒形成的空腔内，硫系玻璃套管内径与内层套筒外径匹配，其外径与外层套筒内径匹配，硫系玻璃套管和硫系玻璃棒长度相同；

(3)使硫系玻璃棒和硫系玻璃套管软化，同时在活塞顶端施加压力，从而从外层套筒喷嘴处挤压出具有芯包结构的硫系玻璃光纤预制棒。

9.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于：

所述的硫系玻璃棒和硫系玻璃套管的内外壁均进行抛光处理。

10.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于：

所述的硫系玻璃套管采用钻孔法获得。