CN104944758A - 光纤用玻璃预制体的烧结设备及烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤用玻璃预制体的烧结设备及烧结方法。一种高温下热处理光纤用多孔玻璃预制体的烧结设备。烧结设备包括：玻璃预制体升降机构；要将玻璃预制体通过升降机构插入其中的、上部具有开口部并由石英玻璃制成的芯管；设置在芯管的外周上的加热炉；用于关闭芯管的开口部的上盖；和包括在上盖中并配置为保持开口部和上盖之间放入的密封构件保持机构。

Description

光纤用玻璃预制体的烧结设备及烧结方法

技术领域

本发明涉及光纤用玻璃预制体的烧结。本发明涉及防止在芯管内包含的气体泄漏至室内及大气侵入芯管的光纤用多孔玻璃预制体的烧结设备和烧结方法。

背景技术

作为光纤用玻璃预制体的制造方法有称作VAD法和OVD法的方法。这些方法中，首先，在火焰中燃烧玻璃原材料以生产玻璃细颗粒。将玻璃细颗粒沿轴方向或直径方向附着至待旋转的目标棒上，以制造多孔玻璃预制体。在称作烧结炉的设备中将由此制造的多孔玻璃预制体加热到1400℃至1600℃，以生产透明玻璃预制体。在将多孔玻璃预制体玻璃化为透明玻璃之前，可在1000℃至1250℃下进行脱水处理。

在称作芯管并由石英玻璃制成的容器内加热多孔玻璃预制体。将加热炉设置在芯管的中央部的周围以形成加热区。将用于把多孔玻璃预制体插入芯管的开口部和用于关闭开口部的上盖设置在芯管的上端部。吊起多孔玻璃预制体的杆(shaft)贯穿上盖。为了密封芯管与上盖之间的间隙，在芯管开口部的凸缘与上盖之间夹持密封构件。

在加热多孔玻璃预制体以使多孔玻璃预制体玻璃化为透明玻璃的烧结工序中，该工序在主要包含氦的气氛中进行。必要时，将减少玻璃中的OH基的脱水气体如氯气或用于减少玻璃中结合缺陷的氧气添加至气氛中。烧结工序期间将气氛加热至1400℃至1600℃。使用氦的原因为其热传导性高且在玻璃中的溶解度高，且气泡留在玻璃中的可能性小。

多孔玻璃预制体在旋转和升降时通过加热区，借此从端部顺次地热处理多孔玻璃预制体以生产光纤用预制体。

通过玻璃预制体升降机构将热处理后的光纤用预制体从芯管的上开口部取出。然而，当光纤用预制体通过开口部的凸缘的附近时，通过光纤用预制体的热辐射将芯管和芯管的凸缘加热至300℃以上。此时，因为插入上盖和芯管之间的密封构件如O环具有圆环形状，密封构件无法从芯管的开口部缩回(retracted)，且为其中密封构件仍设置在凸缘上的状态。因此，当取出预制体时密封构件也暴露在高温中。

在许多情况下，对于用于高温地方的密封构件通常使用金属衬垫(gasket)。然而，当脱水气体如氯气在芯管内流动时，可能腐蚀金属衬垫，且可能损害由石英玻璃制成的芯管的凸缘，难以重复使用金属衬垫。然后将耐热树脂如Viton或PTFE用作密封构件。然而，耐热温度至多为约300℃。当取出预制体时通过伴有高温暴露的重复使用而使密封构件固化和收缩变形，引起密封性下降。

另一方面，将热处理预制体时加热炉的温度增加至如上所述的1600℃。由石英制成的芯管具有约1.5的折射率，并用作由加热炉附近的热辐射生成的热射线(红外线等)的光波导。由于这个原因，在预制体的热处理期间加热炉的辐射热向上开口部的凸缘传递。随着预制体的大型化，加热器的所需发热量增加，且区加热的热处理时间也增加。因此，在预制体的热处理期间，上开口部的凸缘附近总是暴露在高温中，且通过长时间的重复热处理使树脂密封构件热变形，引起气密性(airtightness)下降。

本发明的目的为提供光纤用玻璃预制体的烧结设备和烧结方法，其可防止密封烧结设备的芯管凸缘部的密封材料的劣化、外部气体的吸入和烧结气氛气体向外部的泄漏。

发明内容

本发明解决上述问题。根据第一方面的发明为在高温下热处理光纤用多孔玻璃预制体以烧结所述玻璃预制体的烧结设备。所述烧结设备包括：玻璃预制体升降机构；要将所述玻璃预制体通过所述升降机构插入其中的、上部具有开口部并由石英玻璃制成的芯管；设置在所述芯管的外周上的加热炉；用于关闭所述芯管的所述开口部的上盖；和包括在所述上盖中并配置为保持所述开口部和所述上盖之间放入的密封构件的密封构件保持机构。

优选的是所述密封构件保持机构为形成在所述上盖中的槽；所述槽为燕尾槽；且所述上盖由透明石英玻璃制成。优选的是所述密封构件为由树脂制成的O环；所述密封构件具有白色表面；且所述密封构件由硅橡胶、氟化物橡胶和聚四氟乙烯的任一种制成。

根据第二方面的发明为光纤用多孔玻璃预制体的烧结方法。所述方法包括：在要将所述玻璃预制体插入其中的、上部具有开口部并由石英玻璃制成的芯管中插入玻璃预制体；通过上盖和在所述开口部与所述上盖之间放入的密封构件关闭所述开口部；通过设置在所述芯管的外周的加热炉热处理储存的玻璃预制体；和在通过包括在所述上盖中的密封构件保持机构使所述密封构件保持在所述上盖上的状态下，使加热的玻璃预制体通过所述开口部并取出。

根据第三方面的发明为在高温下热处理光纤用多孔玻璃预制体以烧结所述玻璃预制体的烧结设备。所述烧结设备包括：玻璃预制体升降机构；要将所述玻璃预制体通过所述升降机构插入其中的、上部具有开口部并由石英玻璃制成的芯管；设置在所述芯管的外周上的加热炉；用于关闭所述芯管的所述开口部的上盖；为了将所述上盖置于所述开口部上而设置的凸缘；密封在所述凸缘和所述上盖之间的间隙的密封构件，和设置在所述芯管的所述开口部下方的热辐射机构。

所述芯管可具有涂布有吸光涂料的外表面作为所述热辐射机构。所述芯管可具有不透明外表面作为所述热辐射机构。优选的是所述凸缘由不透明石英制成。所述上盖装备有O环。优选的是所述密封构件具有白色表面，且将所述密封构件设置为不横切所述芯管内壁的上方延长面。

发明的效果

使用本发明的光纤用玻璃预制体的烧结设备和烧结方法，由此本发明显示出以下优良的效果。可防止外部气体吸入至芯管内和烧结气氛气体泄漏至外部，且可抑制光纤用预制体的特性的劣化。

附图说明

图1为示出本发明的烧结设备中芯管的开口部与上盖之间的密封状态的局部截面示意图；

图2为示出芯管的凸缘使用不透明石英的实例的局部截面示意图；

图3为示出其中芯管的外周部涂黑的烧结设备的局部截面示意图；

图4为示出其中芯管的外周部的表面通过粗化制成不透明的烧结设备的局部截面示意图；

图5为示出使用白色密封构件的实例的局部截面示意图。

具体实施方式

本发明的烧结设备中，为了密封上盖与芯管的开口部之间的间隙，将上盖装备有保持密封构件的密封构件保持机构。保持机构的实例包括形成在上盖中的槽。因此，将密封构件附着至上盖侧，从而当在烧结工序结束之后将上盖提起以移动光纤用预制体时，在高温条件下的光纤用预制体和密封构件可以一定的距离相互分离。密封构件未暴露在高温中，其可抑制密封构件的热劣化。

来自加热炉加热器的辐射热通过芯管向上传递到达密封构件，并加热密封构件。辐射热使密封构件变形(transform)并劣化。然而，芯管的凸缘由不透明石英制成，因此辐射热分散在凸缘部上并辐射至外部，其可抑制密封构件的变质(transmutation)和劣化。密封构件制成白色，由此增加密封构件对热射线的反射率，其可抑制密封构件的热吸收。由树脂制成的O环用作密封构件。所述密封构件由硅橡胶、氟化物橡胶或聚四氟乙烯等制成。

热辐射机构设置在芯管的开口部下方。热辐射机构使通过芯管向上传递的热射线变弱，并减少到达上凸缘部的热射线，其可抑制密封构件的温度增加。将黑色涂料等涂布至芯管的上凸缘与由加热炉加热的区之间的外壁上作为热辐射机构，由此辐射热通过芯管的石英玻璃构件传递的同时逐渐被涂层吸收。辐射热从涂层部辐射至外部。可减少向上传递的辐射热。此外，芯管的外壁的表面通过粗化制成不透明，从而还可减少上盖侧的辐射热。

上盖可装备有O环，且可将密封构件设置为不横切芯管内壁的上方延长面。因此，通过芯管向上传递的辐射热通过透明上盖而不用辐射热直接照射密封构件，并辐射上盖上方。

下文中，将参考实施例进一步详细地描述本发明。

实施例1；

图1为示出本发明中芯管的开口部与上盖之间的密封状态的示意图。附图标记1表示芯管的上开口部的凸缘；附图标记2表示上盖；附图标记3表示密封构件。密封构件3储存于在上盖2中形成的槽中。

芯管具有380mm内径和390mm外径，并由透明石英玻璃制成。将由透明石英玻璃制成的、并具有10mm厚度和25mm宽度的凸缘1设置在开口部上。上盖2由透明石英玻璃制成，并具有430mm直径和15mm厚度。吊起预制体的杆贯穿上盖2的中央。所述杆连接至预制体升降设备。

密封构件3为由氟化物橡胶制成的黑色O环，并具有400mm内径和8mm线径。密封构件3储存于在上盖2的具有405mm直径的圆周上的槽中。所述槽为具有5mm深度、6mm开口部和10mm底边的燕尾槽，并将密封构件3保持在上盖2上。密封构件3与凸缘1的平坦面接触，从而可密封芯管。将密封构件3设置在芯管(内径：380mm/外径：390mm)内壁的上方延长面外侧而不横切上方延长面(内径：400mm)。

使用设置有芯管、上盖和密封构件的烧结设备烧结具有360mm体部(body part)直径和2000mm体部长度的多孔玻璃预制体。

具体地，将由杆吊起的多孔玻璃预制体从芯管的上开口部插入，并容纳在芯管内。通过上盖关闭开口部以密封芯管。在芯管充满含有15体积％氯气的氩气的状态下，将加热炉的温度设定至1200℃，将多孔玻璃预制体进行脱水处理同时将多孔玻璃预制体以5mm/min的速度通过加热区。随后，芯管内使用氦气作为气体，将加热炉的温度设定至1550℃，将多孔玻璃预制体玻璃化为透明玻璃同时将多孔玻璃预制体以3mm/min的速度通过加热区。

在热处理期间将上盖的温度保持在130℃以下，并还将密封构件的温度保持在200℃以下。处理之后，获得具有170mm体部直径和约2000mm长度的透明玻璃预制体。在芯管内将玻璃预制体缓慢冷却至约1000℃，然后将上盖打开以将玻璃预制体从芯管的上开口部取出。通过由预制体升降设备以30mm/sec的速度升高玻璃预制体来取出玻璃预制体。玻璃预制体在约1分钟内通过开口部的附近。此时，开口部的凸缘的表面温度升至400℃。然而，上盖和密封构件的温度仍分别在130℃以下和200℃以下，其不会引起密封构件的变形。

实施例2；

通过使用图2的烧结设备，在与实施例1相同的条件下烧结多孔玻璃预制体。图2所示的烧结设备为其中本发明的烧结设备中芯管的凸缘部由不透明石英制成的实例。由加热炉放出的并通过芯管向上传递的热射线分散在凸缘部并辐射至外部，其可有效地减少上盖和密封构件的温度增加，并可将上盖和密封构件的温度保持在110℃以下。

实施例3；

通过使用图3的烧结设备，在与实施例1相同的条件下烧结多孔玻璃预制体。图3所示的烧结设备设置有设置在芯管的开口部下方的热辐射机构。将芯管的上凸缘与由加热炉加热的区之间的外壁涂黑作为热辐射机构。由加热炉放出的、并通过芯管向上传递的热射线通过芯管的石英玻璃构件传递的同时逐渐被涂层吸收，且吸收热从涂层辐射至外部。因此，可减少到达上凸缘部的热射线，并可将上盖和密封构件的温度保持在110℃以下。

实施例4；

通过使用图4的烧结设备，在与实施例1相同的条件下烧结多孔玻璃预制体。图4所示的烧结设备设置有在芯管的开口部下方设置的热辐射机构。将芯管的上凸缘与由加热炉加热的区之间的外壁不透明化作为热辐射机构，以使外壁为磨砂玻璃。由加热炉放出的、并通过芯管向上传递的热射线通过芯管的石英玻璃构件传递的同时逐渐分散在外壁的不透明部分，且热射线从不透明部分辐射至外部。因此，可减少到达上凸缘部的热射线，并可将上盖和密封构件的温度保持在120℃以下。

实施例5；

通过使用图5的烧结设备，在与实施例1相同的条件下烧结多孔玻璃预制体。在图5所示的烧结设备中，密封构件制成白色，由此增加密封构件对热射线的反射率，其可抑制热吸收，并可将密封构件的温度保持在150℃以下。

Claims (15)

1.一种在高温下热处理光纤用多孔玻璃预制体以烧结所述玻璃预制体的烧结设备，

所述烧结设备包括：

玻璃预制体升降机构；

要将所述玻璃预制体通过所述升降机构插入其中的、上部具有开口部并由石英玻璃制成的芯管；

设置在所述芯管的外周上的加热炉；

用于关闭所述芯管的所述开口部的上盖；和

包括在所述上盖中并配置为保持所述开口部和所述上盖之间放入的密封构件的密封构件保持机构。

2.根据权利要求1所述的烧结设备，其中所述密封构件保持机构为形成在所述上盖中的槽。

3.根据权利要求2所述的烧结设备，其中所述槽为燕尾槽。

4.根据权利要求1所述的烧结设备，其中所述上盖由透明石英玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的烧结设备，其中所述密封构件为由树脂制成的O环。

6.根据权利要求1所述的烧结设备，其中所述密封构件具有白色表面。

7.根据权利要求1所述的烧结设备，其中所述密封构件由硅橡胶、氟化物橡胶和聚四氟乙烯的任一种制成。

8.一种光纤用多孔玻璃预制体的烧结方法，

所述方法包括：

在要将所述玻璃预制体插入其中的、上部具有开口部并由石英玻璃制成的芯管中插入玻璃预制体；

通过上盖和在所述开口部与所述上盖之间放入的密封构件关闭所述开口部；

通过设置在所述芯管的外周的加热炉热处理储存的多孔玻璃预制体；和

在通过包括在所述上盖中的密封构件保持机构使所述密封构件保持在所述上盖上的状态下，使加热的玻璃预制体通过所述开口部并取出。

9.一种在高温下热处理光纤用多孔玻璃预制体以烧结所述玻璃预制体的烧结设备，

所述烧结设备包括：

玻璃预制体升降机构；

要将所述玻璃预制体通过所述升降机构插入其中的、上部具有开口部并由石英玻璃制成的芯管；

设置在所述芯管的外周上的加热炉；

用于关闭所述芯管的所述开口部的上盖；

为了将所述上盖置于所述开口部上而设置的凸缘；

密封在所述凸缘和所述上盖之间的间隙的密封构件；和

设置在所述芯管的所述开口部下方的热辐射机构。

10.根据权利要求9所述的烧结设备，其中所述芯管具有涂布有吸光涂料的外表面作为所述热辐射机构。

11.根据权利要求9所述的烧结设备，其中所述芯管具有不透明外表面作为所述热辐射机构。

12.根据权利要求9所述的烧结设备，其中所述凸缘由不透明石英制成。

13.根据权利要求9所述的烧结设备，其中所述上盖装备有由树脂制成的O环。

14.根据权利要求9所述的烧结设备，其中所述密封构件具有白色表面。

15.根据权利要求9所述的烧结设备，其中将所述密封构件设置为不横切所述芯管内壁的上方延长面。