CN105271699A - 一种用于沉积ovd疏松体的装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于沉积OVD疏松体的装置，包括石英质喷灯以及喷灯出口处正对芯棒设置的石墨中心管；喷灯外部设有第一加热装置，在该第一加热装置外侧设有第一保温层；石墨中心管外部设有第二加热装置，在该第二加热装置外侧设有第二保温层；第二保温层外侧设有金属壳体，在该金属壳体上设有进气口；在芯棒两侧靠近石墨中心管的位置设有第三加热装置；喷灯中心设有内腔，环绕内腔由内而外依次设有第一屏蔽腔、中间腔、第二屏蔽腔和外腔。本发明用高纯度的去离子水作为SiCl4水解的反应物，通过合理的温度场控制来调节目标疏松体的密度。工艺稳定性和沉积效率，降低了生产成本，提高了生产安全性。
Description
技术领域
本发明属于光纤预制棒的研发和制造技术领域，尤其是涉及一种用于沉积OVD疏松体的装置及其应用。
背景技术
OVD工艺的设备本体及基材主要包括沉积腔体、火焰喷灯系统、芯棒及其旋转机构等组成。由于预制棒沉积过程中发生化学反应所产生的HCl或Cl2具有很强的腐蚀性，所以预制棒的整个沉积过程均在密闭的沉积腔体中进行。一般情况下，用于沉积包层的芯棒的两端安装在一个旋转机构上并以一定的速度旋转，火焰喷灯处于与芯棒保持一定距离的正对方向并延芯棒的轴向方向来回运动。
从火焰喷灯中喷射出的反应气体(SiCl4、H2、CH4、O2等)在喷灯出口和预制棒之间的距离范围内发生水解或氧化反应，反应生成的SiO2粉尘粒子在初始动量和热泳作用下向目标松体预制棒运动并沉积在目标疏松体预制棒上。具体的反应化学方程式包括：
SiCl4+2H2O→SiO2+4HCl(3)
SiCl4+O2→2SiO2+2Cl2(4)
原材料及工艺气体从喷灯出口到目标疏松体之间的过程是非常复杂的工艺工程，它包含了反应化学、表面化学、物理学、流程流体力学等诸多学科。原材料及工艺气体(如H2、CH4、O2、Ar、SiCl4等)从喷灯口喷射出后立即会发生相应的化学反应：H2或CH4和O2燃烧(反应式1～2)后释放出大量的热量并生成一定量H2O，该反应的释放的热为紧接其后的SiCl4的水化或氧化反应(反应式3～4)提供活化能，同时也为SiO2的团聚提供热能。燃烧反应生成的H2O为SiCl4水化反应的反应物。SiCl4水化或氧化反应生成的SiO2一边团聚长大一边在热泳作用及初始动量的作用下向温度较低的目标疏松体上运动，并最终沉积在疏松体上。
通常情况下，为了防止SiCl4过早反应生成的SiO2沉积在喷灯口，会在原材料气体和燃烧气体之间设计一路惰性的屏蔽气体(如Ar，N2等)。根据以上的工艺描述可知：从喷灯口到目标疏松体的工艺控制主要包括反应过程、物质迁移及温度场的控制。但是这三方面的控制是相互影响的，如SiCl4的水解反应发生的位置受屏蔽气体的流量影响，同时也会影响SiO2的迁移的速度；燃烧气体的比例和分布不但会影响各种反应的发生程度，也会影响生成物的团聚程度及目标疏松体的密度。由于以上各种因素的关联性、复杂性和特殊性，使得当前OVD工艺存在以下几方面的缺陷：
a.工艺稳定性和重复性差，不同设备需要配套不同的且非常敏感的工艺参数，难以控制；
b.40％以上的原材料生成物SiO2被燃烧气体带走，收集效率低；
c.燃烧气体生成的热量大部分扩散到反应腔体及周围环境中，能耗大；
d.燃烧及反应气体H2及O2的纯度要求高，而且易燃易爆，使得生产成本及管理成本非常高。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于沉积OVD疏松体的装置及其应用，预制棒生产的安全性高，工艺稳定性好，同时由于没有使用大量的燃烧气体，反应生成物的流束会更加集中，提高了原材料的收集效率和沉积速率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于沉积OVD疏松体的装置，包括石英质喷灯以及喷灯出口处正对芯棒设置的石墨中心管；所述喷灯外部设有第一加热装置，在该第一加热装置外侧设有第一保温层；所述石墨中心管外部设有第二加热装置，在该第二加热装置外侧设有第二保温层；所述第二保温层外侧设有金属壳体，在该金属壳体上设有进气口；在所述芯棒两侧靠近所述石墨中心管的位置设有第三加热装置；所述喷灯中心设有内腔，环绕所述内腔由内而外依次设有第一屏蔽腔、中间腔、第二屏蔽腔和外腔。
进一步，所述第一加热装置的加热体为缠绕在所述喷灯外部的加热电阻丝。
进一步，所述加热电阻丝的加热温度为1000℃～1100℃。
进一步，所述第二加热装置的加热体为环绕所述石墨中心管的石墨电阻。
进一步，所述第三加热装置的加热体为石墨电阻或加热电阻丝。
进一步，所述第一保温层为石棉保温层。
进一步，所述第二保温层为石墨质保温层。
进一步，所述石墨中心管表面设有碳化硅镀层。
进一步，靠近所述喷灯、以及靠近所述喷灯出口处、以及靠近所述石墨中心管正对的芯棒沉积区域分别设有非接触式温度传感器。
应用上述用于沉积OVD疏松体的装置进行疏松体沉积的方法：进行沉积时，向中间腔喷吹SiCl4蒸汽，分别向内腔和外腔喷吹金属离子含量≤1PPB的H2O蒸汽，同时，分别向第一屏蔽腔和第二屏蔽腔喷吹惰性气体。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
1)大幅度提升了预制棒生产的安全性能。传统OVD工艺生产光纤预制棒的工艺中一般使用H2、CH4等燃火气体，此类气体易燃易爆，为光纤预制棒生产的重点安全隐患。本发明中杜绝了燃烧气体的使用，避免了厂房外围H2等高压易爆容器的建设和使用，不但提高了生产的安全性，也降低了建设成本和气体本身的投入。同时，工厂厂房内部的燃气管道也大幅度减少，H2泄漏探头及其安防系统也得到很大程度的精简，因此，工厂的安全性能和运营成本都得到了大幅度改善。
2)光纤预制棒的制造成本会大幅降低。a.由于本发明避免了H2等燃烧气体的使用，所以与之配套的气站、管道及安防的建设成本会大幅度降低，同时也节省了燃烧气体本身的投入。b.由于本发明中没有使用燃烧气体，所以从喷灯口喷射出来的SiCl4及其水化产物SiO2在运动到疏松体处不会太过分散，其结果是大幅提高了原材料的收集效率,原材料使用效率提高。c.由于原材料收集效率得到了提高，同时沉积过程中产生尾气温度也较低，所以尾气收集系统及其尾气管道的负荷和大幅度降低，这样会降低尾气处理系统的建设和维护成本。因此，本发明会大幅度降低光纤预制棒的生产成本。
3)光纤预制棒性能得到了优化。由于避免了H2、O2等燃烧气体的使用，所以SiCl4及其水化生成物SiO2流体的流速及流束不会被太大的扰动，同时本发明中的喷灯、由喷灯喷吹出的混合流体及沉积而成的疏松体的温度都可以被精确控制，因此使得预制棒疏松体的密度、直径等预制棒性能参数得到极大的优化。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A-A方向的剖视图；
图3为本发明中喷灯的横截面示意图。
附图标记说明：
1-喷灯，2-第一加热装置，3-第一保温层，4-第二保温层，5-第二加热装置，6-金属壳体，7-石墨中心管，8-进气口，9-芯棒，10-混合流体，11-第三加热装置，12-疏松体，13-内腔，14-第一屏蔽腔，15-中间腔，16-第二屏蔽腔，17-外腔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种用于沉积OVD疏松体的装置，如图1至3所示，包括石英质喷灯1以及喷灯1出口处正对芯棒9设置的石墨中心管7；所述喷灯1外部设有第一加热装置2，在该第一加热装置2外侧设有第一保温层3；所述石墨中心管7外部设有第二加热装置5，在该第二加热装置5外侧设有第二保温层3；所述第二保温层4外侧设有金属壳体6，在该金属壳体6上设有进气口8；在所述芯棒9两侧靠近所述石墨中心管7的位置设有第三加热装置11；所述喷灯1中心设有内腔13，环绕所述内腔13由内而外依次设有第一屏蔽腔14、中间腔15、第二屏蔽腔16和外腔17。
其中，所述第一加热装置2的加热体为缠绕在所述喷灯1外部的加热电阻丝。采用电阻加热丝的加热方式对喷灯1内的反应及工艺气体进行预热。通常，所述加热电阻丝的加热温度为1000℃～1100℃。为了防止热量的向外过度散发，在电阻丝外部包裹一圈石棉保温层。
其中，所述第二加热装置5的加热体为环绕所述石墨中心管7的石墨电阻。采用石墨电阻对喷吹出喷灯1的混合流体10进行加热，为其水化反应及反应物的团聚提供热源。
其中，所述第三加热装置11的加热体为石墨电阻或加热电阻丝。在疏松体沉积区附近设置的第三加热装置11，为SiO2颗粒在疏松体上的沉积建立合适的温度场条件。需要说明的是，以上喷灯1及外部热源的结构设计需满足气体及反应物作层流运动的流体力学条件。
当原材料气体和工艺气体(SiCl4、H2O、Ar等)从喷灯1的出口喷射出来以后，会在喷灯口的附近发生水化反应从而产生包含SiO2、HCl、Ar、SiCl4及H2O的混合流体10，为了促使水化反应快速并完全的发生，同时为了反应生成的SiO2粉尘迅速团聚成一定直径的颗粒，需要将混合流体10加热到1700～2000℃。第二加热装置5用于对混合流体10进行加热，为了防止第二加热装置5和混合流体10之间的石墨中心管7被氧化，在其表面沉积了一层SiC薄膜。第二加热装置5外部设置一层石墨材质的第二保温层4，以防止第二加热装置5所产生的热向外过度辐射。第二加热装置5和第二保温层4被金属壳体6和石墨中心管7封闭其中，并通过进气口8向金属壳体6内吹入惰性气体，以减小第二加热装置5和第二保温层4的氧化。为了防止金属壳体6被HCl腐蚀，建议将其设计在OVD的沉积腔体之外。
混合流体10在流出石墨中心管7后会有一段自然降温的过程，当混合流体10运动到预制棒疏松体12时，混合流体10及疏松体12沉积区域的温度均需控制900～1000℃。混合流体10的温度可以通过调整石墨中心管7出口和疏松体12之间的距离来控制。为了使预制棒疏松体12的沉积区域温度控制在900～1000℃，在沉积区域附近设置第三加热装置11，第三加热装置11的加热体一般选用石墨电阻，其加热量通过功率进行控制。需要注意的是，第三加热装置11不能阻挡和影响混合流体10的运行方向，同时能够对疏松体12进行有效加热，通常可以分为两瓣，分别设置在疏松体12的两侧。
在生产过程中，喷灯及加热系统保持静止。原材料及工艺气体通过喷灯1喷吹出后在一系列加热系统所产生的热量的作用下发生水化反应并SiO2的团聚，并最终沉积在疏松体12上。疏松体12一边沿其轴心自转以便沿轴向反复运动，使混合流体10中的SiO2颗粒均匀的沉积疏松体12上，并逐渐长大到目标直径。
其中，靠近所述喷灯1、以及靠近所述喷灯1出口处、以及靠近所述石墨中心管7正对的芯棒沉积区域分别设有非接触式温度传感器，对喷灯1、混合流体10及疏松体沉积区域的温度进行在线测量，在沉积过程中，根据温度传感器测试的温度，调节各加热装置的功率，使得混合流体温度和沉积区域的温度达到目标温度。
下面提供应用上述用于沉积OVD疏松体的装置进行疏松体沉积的方法：
在进行沉积时，向中间腔15喷吹SiCl4蒸汽，并同时分别向内腔13和外腔17喷吹金属离子含量≤1PPB的H2O蒸汽，还同时分别向第一屏蔽腔14和第二屏蔽腔16内喷吹惰性气体(如Ar)。
需要说明的是，用于OVD工艺中与SiCl4发生水解反应的原材料气体采用高纯度的去离子H2O蒸汽，其纯度应大于99.9999％，其中金属杂质如Fe、Ni、Cu等金属离子的含量需要控制的1PPB以下。
第一屏蔽腔14和第二屏蔽腔16内喷吹的气体作为控制水化反应发生位置的屏蔽气体，需要指出的是，屏蔽腔的尺寸及屏蔽腔内气体流量大小可以控制SiCl4水化反应发生的位置，由于本发明中喷灯的结构设计合理，使得屏蔽效果极佳。
本发明采用高纯度的去离子水代替H2和O2成为SiCl4水解的反应物，应用3组加热装置为水解反应和SiO2的团聚提供热源，通过合理的温度场控制来调节目标疏松体的密度。对喷灯出口到目标疏松体之间的工艺过程的物质迁移、化学反应及温度场控制进行单独调整，能够很大程度的提高工艺稳定性和沉积效率，并避免的H2和O2等燃烧气体的使用，降低了生产成本，提高了生产安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：包括石英质喷灯以及喷灯出口处正对芯棒设置的石墨中心管；所述喷灯外部设有第一加热装置，在该第一加热装置外侧设有第一保温层；所述石墨中心管外部设有第二加热装置，在该第二加热装置外侧设有第二保温层；所述第二保温层外侧设有金属壳体，在该金属壳体上设有进气口；在所述芯棒两侧靠近所述石墨中心管的位置设有第三加热装置；所述喷灯中心设有内腔，环绕所述内腔由内而外依次设有第一屏蔽腔、中间腔、第二屏蔽腔和外腔。
2.根据权利要求1所述的一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：所述第一加热装置的加热体为缠绕在所述喷灯外部的加热电阻丝。
3.根据权利要求2所述的一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：所述加热电阻丝的加热温度为1000℃～1100℃。
4.根据权利要求1所述的一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：所述第二加热装置的加热体为环绕所述石墨中心管的石墨电阻。
5.根据权利要求1所述的一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：所述第三加热装置的加热体为石墨电阻或加热电阻丝。
6.根据权利要求1所述的一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：所述第一保温层为石棉保温层。
7.根据权利要求1所述的一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：所述第二保温层为石墨质保温层。
8.根据权利要求1所述的一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：所述石墨中心管表面设有碳化硅镀层。
9.根据权利要求1所述的一种用于沉积OVD疏松体的装置，其特征在于：靠近所述喷灯、以及靠近所述喷灯出口处、以及靠近所述石墨中心管正对的芯棒沉积区域分别设有非接触式温度传感器。
10.应用权利要求1所述的用于沉积OVD疏松体的装置进行疏松体沉积的方法，其特征在于：进行沉积时，向中间腔喷吹SiCl4蒸汽，分别向内腔和外腔喷吹金属离子含量≤1PPB的H2O蒸汽，同时，分别向第一屏蔽腔和第二屏蔽腔喷吹惰性气体。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1301926A (zh) * | 1999-12-24 | 2001-07-04 | 上海达邦科工贸有限公司 | 纯滚动轴承 |
| CN1694849A (zh) * | 2002-12-20 | 2005-11-09 | 皮雷利&C.有限公司 | 用于玻璃的化学汽相沉积的燃烧器 |
| CN1301926C (zh) * | 2002-03-15 | 2007-02-28 | 纤维管有限公司 | 采用内外并行沉积制造光纤料坯的方法 |
| US20100162769A1 (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method and apparatus for manufacturing optical fiber preform using high frequency induction thermal plasma torch |
| CN104649577A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-27 | 江苏通鼎光棒有限公司 | 一种对vad和ovd火焰温度进行在线调整的装置和方法 |
| CN205115285U (zh) * | 2015-11-16 | 2016-03-30 | 江苏通鼎光棒有限公司 | 一种用于沉积ovd疏松体的装置 |
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2015
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1301926A (zh) * | 1999-12-24 | 2001-07-04 | 上海达邦科工贸有限公司 | 纯滚动轴承 |
| CN1301926C (zh) * | 2002-03-15 | 2007-02-28 | 纤维管有限公司 | 采用内外并行沉积制造光纤料坯的方法 |
| CN1694849A (zh) * | 2002-12-20 | 2005-11-09 | 皮雷利&C.有限公司 | 用于玻璃的化学汽相沉积的燃烧器 |
| US20100162769A1 (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method and apparatus for manufacturing optical fiber preform using high frequency induction thermal plasma torch |
| CN104649577A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-27 | 江苏通鼎光棒有限公司 | 一种对vad和ovd火焰温度进行在线调整的装置和方法 |
| CN205115285U (zh) * | 2015-11-16 | 2016-03-30 | 江苏通鼎光棒有限公司 | 一种用于沉积ovd疏松体的装置 |
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