CN106242262A - 掺杂光纤外包层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺杂光纤外包层的制备方法，包括以下步骤：1)将沉积管与首管熔融对接，并杂质；2)将芯棒的一端沿芯棒长度方向开设凹槽，将芯棒开设凹槽的一端伸入抽负压连接管内，加热使得抽负压连接管与芯棒熔融固定；3)将芯棒无凹槽的一端朝首管方向伸入沉积管，加热沉积管管口，使得抽负压连接管与沉积管密封连接；4)将沉积管抽成负压，喷灯由首管向抽负压连接管方向移动，将沉积管与芯棒加热融合在一起。通过在芯棒一端开设凹槽，抽空气时，凹槽起到关键作用，芯棒与沉积管之间的空气通过凹槽进入抽负压连接管，这样沉积管内就变成了一个负压系统，从而保证沉积管和芯棒的可靠融合。
Description
技术领域
本发明涉及光纤预制棒制造领域，具体涉及掺杂光纤外包层的制备方法。
背景技术
为了降低光纤预制棒的芯包比，提高预制棒的拉丝长度，一般在光纤预制棒的芯棒制造完成以后，会利用MCVD设备在芯棒的外层增加一层外套管，作为此预制棒的外包层。
在利用MCVD设备增加光纤预制棒外包层的过程中，为了实现沉积管和芯棒结合面无气泡，杂质，我们需要保证沉积管和芯棒具有一定的洁净度，且在MCVD设备加热熔融预制棒的过程中，沉积管内部必须具有一定的负压值，以利于沉积管与芯棒的融合。
如图1所示，是现有的掺杂光纤外包层制造方法的示意图，其中101为喷灯，102为机床床身，103为右夹具，104为左夹具；光纤预制棒制作外包层的过程是把芯棒202及首管201固定在右夹具103处，芯棒202插入沉积管203内；喷灯101从芯棒右端开始加热，使芯棒202和沉积管203逐步熔融。其中，芯棒与首管熔接处为中空的锥形坡(由于芯棒202制作过程中喷灯起始位置温度较低，原料沉积较少，所以形成锥形坡)，该锥形坡上制有通孔；沉积管203熔接有抽负压连接管204，抽负压连接管204固定在左夹具104上。
在现有制作掺杂光纤预制棒包层的方案中，锥形坡上的通孔用于将首管的管壁与沉积管结合使得其内外相通，以便抽真空，但是在锥形坡上开孔会出现多种问题，因为开孔位置处的应力特别大，其中一种严重的问题是锥形坡易开裂，这严重影响后续工序的进行。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种掺杂光纤外包层的制备方法。
本发明采取的技术方案如下：
一种掺杂光纤外包层的制备方法，利用MCVD设备将光纤预制棒的沉积管与芯棒融合，包括以下步骤：
1)将沉积管与首管熔融对接，对沉积管进行杂质去除操作；
2)将芯棒的一端沿芯棒长度方向开设凹槽，将芯棒开设凹槽的一端伸入抽负压连接管内，用喷灯加热抽负压连接管，使得抽负压连接管与芯棒熔融固定，抽负压连接管内部空间通过凹槽与外部空间连通；
3)将芯棒无凹槽的一端朝首管方向伸入沉积管，直至抽负压连接管管口与沉积管管口相接，加热抽负压连接管与沉积管相接处，使抽负压连接管与沉积管熔融连接；
4)将沉积管抽成负压，喷灯由首管向抽负压连接管方向移动，将沉积管与芯棒加热融合在一起。
芯棒包层制作中，沉积管内必须要产生负压，沉积管与芯棒才能融合在一起，否则沉积管就会出现鼓泡、扭曲、变形等问题，通过在芯棒一端开设凹槽，抽空气时，凹槽起到关键作用，芯棒与沉积管之间的空气通过凹槽进入抽负压连接管，这样沉积管内就变成了一个负压系统，从而保证沉积管和芯棒的可靠融合；在芯棒上设置凹槽，相对于现有技术在锥形坡上开孔而言，不会出现开裂的问题。
步骤3)的目的是使沉积管与抽负压连接管形成一个密封系统，且步骤3)中所说的“抽负压连接管管口与沉积管管口相接”有两种情况，一种是抽负压连接管口端面与沉积管管口端面相互抵靠，另一种是抽负压管伸入沉积管若干距离，如5-30mm。
步骤2)中，抽负压连接管安装在MCVD设备的一个夹具上，在进行步骤3)时，直接在另一个夹具上安装步骤1)的干净的沉积管，这样芯棒可以直接伸入抛光干净的沉积管内，不会与外界空气接触，当加热沉积管管口，使得抽负压连接管与沉积管密封连接时，可以形成一个密封系统；本申请的这种制造方法都是在MCVD设备上进行的，无需其他配套设备，避免了在加工过程中芯棒与外界接触造成污染，提高了产品合格率。本发明操作相对简单，所需设备投入较少，适合大规模推广。
可选的，步骤1)中对沉积管进行杂质去除操作的方法如下：
将首管和抽负压连接管分别安装在MCVD设备的两个夹具上；
将抽负压连接管与沉积管熔融对接；
向沉积管内通入六氟化硫及氧气，并用喷灯对沉积管表面进行抛光以去除沉积管内壁及外表面杂质；
杂质去除完成后，加热抽负压连接管与沉积管的熔接处，使两者分开，沉积管冷却后用塑料膜包覆以隔绝空气。
加热分开抽负压连接管与沉积管时，抽负压连接管和沉积管对应的端口不能封死，沉积管冷却后用干净的塑料薄膜包好，能够防止沉积管与空气对流产生杂质。
现有工艺对沉积管内部进行除杂时，只用氧气进行抛光，没有用六氟化硫，本申请通过向沉积管内通入的六氟化硫能够对沉积管进行蚀刻，除杂效果大大提高，保证了沉积管的质量。
可选的，所述步骤2)中，芯棒上开设的凹槽有多个，且沿芯棒的周向均匀分布。
可选的，各凹槽的长度范围在30-80mm，宽度范围在2-6mm，深度范围在2-9mm。
可选的，所述步骤2)中，抽负压连接管与芯棒熔融固定后，对芯棒进行校直操作以及对芯棒进行杂质去除操作。
可选的，对芯棒进行杂质去除操作的方法如下：
将抽负压连接管和辅助棒分别安装在MCVD设备的两个夹具上；
将芯棒和辅助棒熔融对接；
对芯棒进行火焰抛光操作；
抛光完成后，加热芯棒与辅助棒的对接处，使芯棒和辅助棒熔融拉断。
可选的，在芯棒开设凹槽后利用酒精清洗去除芯棒表面的杂质；在对芯棒进行火焰抛光操作前，利用酒精清洗去除芯棒表面的杂质。
可选的，所述步骤2)中，芯棒开设凹槽的一端伸入抽负压连接管内的距离为20-70mm。
通过增加芯棒伸入抽负压连接管内的距离，提高掺杂光纤预制棒在包层熔融过程中的支撑硬度，从而避免预制棒的外径不均匀，弯曲等现象的产生。
可选的，步骤1)中，首管与沉积管熔接处形成一个直径小于首管与沉积管的锥形环；步骤3)中，芯棒伸入沉积管的一端位于首管与沉积管熔接处；步骤4)中，在将沉积管与芯棒加热融合在一起之前，对首管与沉积管熔接处采用喷灯进行加热。
可选的，步骤4)中，喷灯的氢气控制在100-170L/min，喷灯的移动速度控制在5-30mm/min，沉积管内的压力控制在-1.5torr至-0.1torr。
MCVD是管内沉积法，对原料的洁净度要求很高，如果MCVD设备首部抽真空会把原料管路污染，本申请利用MCVD设备尾部的排废系统进行抽真空，实现负压控制在-1.5torr至-0.1torr之间，一举二得，不会造成原料管路的污染，也不需要增加专门的抽真空设备。
本发明的有益效果是：通过在芯棒一端开设凹槽，抽空气时，凹槽起到关键作用，芯棒与沉积管之间的空气通过凹槽进入抽负压连接管，这样沉积管内就变成了一个负压系统，从而保证沉积管和芯棒的可靠融合；在芯棒上设置凹槽，相对于现有技术在锥形坡上开孔而言，不会出现开裂的问题。
附图说明：
图1是现有的掺杂光纤外包层制造方法的示意图；
图2是本发明掺杂光纤外包层的制备方法的流程图；
图3是步骤3)和步骤4)中抽负压连接管、沉积管、首管以及芯棒的示意图。
图中各附图标记为：
101、喷灯，102、机床床身，103、右夹具，104、左夹具，201、首管，202、芯棒，203、沉积管，204、抽负压连接管，205、凹槽。
具体实施方式：
下面结合各附图，对本发明做详细描述。
如图2和3所示，一种掺杂光纤外包层的制备方法，利用MCVD设备将光纤预制棒的沉积管与芯棒融合，包括以下步骤：
1)将沉积管203与首管201熔融对接，对沉积管203进行杂质去除操作；
2)将芯棒202的一端沿芯棒长度方向开设凹槽205，将芯棒开设凹槽的一端伸入抽负压连接管204内，用喷灯101加热抽负压连接管，使得抽负压连接管与芯棒熔融固定，抽负压连接管内部空间通过凹槽与外部空间连通；
3)将芯棒无凹槽的一端朝首管方向伸入沉积管，直至抽负压连接管管口与沉积管管口相接，加热抽负压连接管与沉积管相接处，使抽负压连接管与沉积管熔融连接；
4)将沉积管203抽成负压，喷灯101由首管向抽负压连接管方向移动，将沉积管203与芯棒202加热融合在一起。
芯棒包层制作中，沉积管内必须要产生负压，沉积管与芯棒才能融合在一起，否则沉积管就会出现鼓泡、扭曲、变形等问题，通过在芯棒一端开设凹槽，抽空气时，凹槽起到关键作用，芯棒与沉积管之间的空气通过凹槽进入抽负压连接管，这样沉积管内就变成了一个负压系统，从而保证沉积管和芯棒的可靠融合；在芯棒上设置凹槽，相对于现有技术在锥形坡上开孔而言，不会出现开裂的问题。
于本实施例中，为了保证抽负压连接管内部空间通过凹槽与外部空间连通，凹槽一端延伸至芯棒端面；芯棒开设凹槽的一端伸入抽负压连接管时，凹槽有一部分位于抽负压连接管外部；在抽负压连接管与芯棒熔融固定时，要防止凹槽完全封死。
步骤3)的目的是使沉积管与抽负压连接管形成一个密封系统，且步骤3)中所说的“抽负压连接管管口与沉积管管口相接”有两种情况，一种是抽负压连接管口端面与沉积管管口端面相互抵靠，另一种是抽负压管伸入沉积管若干距离，如5-30cm。
步骤2)中，抽负压连接管安装在MCVD设备的一个夹具上，在进行步骤3)时，直接在另一个夹具上安装步骤1)的干净的沉积管，这样芯棒可以直接伸入抛光干净的沉积管内，不会与外界空气接触，当加热沉积管管口，使得抽负压连接管与沉积管密封连接时，可以形成一个密封系统。
于本实施例中，MCVD设备的两个夹具分别为左夹具和右夹具，步骤1)中，将沉积管安装在左夹具上，将首管安装在右夹具上，步骤1)中对沉积管进行杂质去除操作的方法如下：
左夹具松开，将抽负压连接管安装在左夹具上；
将抽负压连接管与沉积管熔融对接；
向沉积管内通入六氟化硫及氧气，并用喷灯对沉积管表面进行抛光以去除沉积管内壁及外表面杂质；
杂质去除完成后，加热抽负压连接管与沉积管的熔接处，使两者分开，沉积管冷却后用塑料膜包覆以隔绝空气。
加热分开抽负压连接管与沉积管时，抽负压连接管和沉积管对应的端口不能封死，为了防止管口封住，沉积管内必须把压力达到3-8torr，沉积管冷却后用干净的塑料薄膜包好，能够防止沉积管与空气对流产生杂质。
于本实施例中，向沉积管内通入的六氟化硫控制在100-300mL/min，通入的氧气控制在500-1500mL/min，这样能保证沉积管内压力大于1.0-2.0torr。用喷灯对沉积管进行抛光时，喷灯氢气控制在80-150L/min，喷灯的移动速度控制在100-180mm/min，使沉积管表面温度达到1900-2200℃。现有工艺对沉积管内部进行除杂时，只用氧气进行抛光，没有用六氟化硫，本实施例通过向沉积管内通入的六氟化硫能够对沉积管进行蚀刻，除杂效果大大提高，保证了沉积管的质量。
步骤2)中，芯棒上开设的凹槽有多个，且沿芯棒的周向均匀分布，凹槽的长度范围在30-80mm，宽度范围在2-6mm，深度范围在2-9mm，于本实施例中，芯棒的直径为14-25mmmm，凹槽的数量为2-4条，在开设凹槽时，把芯棒一端竖直45°在高速运转切割机金属刀片上割凹槽，如果刀片较薄，如1mm厚，芯棒要并列多切割几刀才能到达2-6mm宽，且芯棒开设凹槽后，对芯棒进行清理操作。于实际运用时，根据芯棒的直径来确定凹槽的数量以及凹槽的尺寸，并不限于本实施例的数据。
于本实施例中，步骤2)中，抽负压连接管与芯棒熔融固定后，对芯棒进行校直操作以及对芯棒进行杂质去除操作，对芯棒进行杂质去除操作的方法如下：
将抽负压连接管和辅助棒分别安装在MCVD设备的两个夹具上；
将芯棒和辅助棒熔融对接；
对芯棒进行火焰抛光操作；
抛光完成后，加热芯棒与辅助棒的对接处，使芯棒和辅助棒熔融拉断。
于本实施例中，辅助棒与芯棒在高温2000-2350℃熔融对接；芯棒进行火焰抛光操作时，喷灯氢气控制在110-180L/min，喷灯的移动速度为50-90mm/min，芯棒的表面温度达到2100-2350℃；芯棒彻底抛光干净后，将辅助棒与芯棒熔接处加热至2000-2350℃后分切开。
于本实施例中，在芯棒开设凹槽后利用酒精清洗去除芯棒表面的杂质；在对芯棒进行火焰抛光操作前，利用酒精清洗去除芯棒表面的杂质。
于本实施例中，步骤2)中，芯棒开设凹槽的一端伸入抽负压连接管内的距离为20-70mm。通过增加芯棒伸入抽负压连接管内的距离，提高掺杂光纤预制棒在包层熔融过程中的支撑硬度，从而避免预制棒的外径不均匀，弯曲等现象的产生。
于本实施例中，步骤1)中，首管与沉积管熔接处形成一个直径小于首管与沉积管的锥形环；步骤3)中，芯棒伸入沉积管的一端位于首管与沉积管熔接处；步骤4)中，在将沉积管与芯棒加热融合在一起之前，对首管与沉积管熔接处采用喷灯进行加热。
于本实施例中，步骤4)中，喷灯的氢气控制在100-170L/min，喷灯的移动速度控制在5-30mm/min，沉积管内的压力控制在-1.5torr至-0.1torr。MCVD是管内沉积法，对原料的洁净度要求很高，而如果设备首部抽真空会把原料管路污染，本实施例利用MCVD设备尾部的排废系统进行抽真空，实现负压控制在-1.5torr至-0.1torr之间，一举二得，不会造成原料管路的污染，也不需要增加专门的抽真空设备。
如图3所示，在进行步骤4)时，MCVD设备尾部抽风系统开始抽真空，整个管子(抽负压连接管、沉积管以及首管)内就变成负压系统，喷灯大火在首管201与沉积管203连接处高温烧结，喷灯101在加温当中，不管是沉积管203还是首管201都会慢慢缩细，直到和管内芯棒202熔融粘结，喷灯火焰左边，沉积管203与芯棒202之间产生一个界面，且喷灯101火焰在沉积管203与芯棒202之间产生的界面后面缓慢向设备左边移动，直到沉积管203与芯棒202完全融合在一起没有缝隙为止。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种掺杂光纤外包层的制备方法，利用MCVD设备将光纤预制棒的沉积管与芯棒融合，其特征在于，包括以下步骤：
1)将沉积管与首管熔融对接，对沉积管进行杂质去除操作；
2)将芯棒的一端沿芯棒长度方向开设凹槽，将芯棒开设凹槽的一端伸入抽负压连接管内，用喷灯加热抽负压连接管，使得抽负压连接管与芯棒熔融固定，抽负压连接管内部空间通过凹槽与外部空间连通；
3)将芯棒无凹槽的一端朝首管方向伸入沉积管，直至抽负压连接管管口与沉积管管口相接，加热抽负压连接管与沉积管相接处，使抽负压连接管与沉积管熔融连接；
4)将沉积管抽成负压，喷灯由首管向抽负压连接管方向移动，将沉积管与芯棒加热融合在一起。
2.如权利要求1所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，步骤1)中对沉积管进行杂质去除操作的方法如下：
将首管和抽负压连接管分别安装在MCVD设备的两个夹具上；
将抽负压连接管与沉积管熔融对接；
向沉积管内通入六氟化硫及氧气，并用喷灯对沉积管表面进行抛光以去除沉积管内壁及外表面杂质；
杂质去除完成后，加热抽负压连接管与沉积管的熔接处，使两者分开，沉积管冷却后用塑料膜包覆以隔绝空气。
3.如权利要求2所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，向沉积管内通入的六氟化硫控制在100-300mL/min，通入的氧气控制在500-1500mL/min；用喷灯对沉积管进行抛光时，喷灯氢气控制在80-150L/min，喷灯的移动速度控制在100-180mm/min，使沉积管表面温度达到1900-2200C°。
4.如权利要求1所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，芯棒上开设的凹槽有多个，且沿芯棒的周向均匀分布，各凹槽的长度范围在30-80mm，宽度范围在2-6mm，深度范围在2-9mm。
5.如权利要求1所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，抽负压连接管与芯棒熔融固定后，对芯棒进行校直操作以及对芯棒进行杂质去除操作。
6.如权利要求5所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，对芯棒进行杂质去除操作的方法如下：
将抽负压连接管和辅助棒分别安装在MCVD设备的两个夹具上；
将芯棒和辅助棒熔融对接；
对芯棒进行火焰抛光操作；
抛光完成后，加热芯棒与辅助棒的对接处，使芯棒和辅助棒熔融拉断。
7.如权利要求6所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，在芯棒开设凹槽后利用酒精清洗去除芯棒表面的杂质；在对芯棒进行火焰抛光操作前，利用酒精清洗去除芯棒表面的杂质。
8.如权利要求1所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，芯棒开设凹槽的一端伸入抽负压连接管内距离为20-70mm。
9.如权利要求1所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，首管与沉积管熔接处形成一个直径小于首管与沉积管的锥形环；步骤3)中，芯棒伸入沉积管的一端位于首管与沉积管熔接处；步骤4)中，在将沉积管与芯棒加热融合在一起之前，对首管与沉积管熔接处采用喷灯进行加热。
10.如权利要求1所述的掺杂光纤外包层的制备方法，其特征在于，步骤4)中，喷灯的氢气控制在100-170L/min，喷灯的移动速度控制在5-30mm/min，沉积管内的压力控制在-1.5torr至-0.1torr。
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