CN106986534B - 多孔玻璃预制件的制造设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多孔玻璃预制件的制造设备。将能够抑制在基材夹持器和转动机构上的锈的产生的制造设备提供于多孔玻璃预制件的制造中。在多孔玻璃预制件的制造设备中，所述多孔玻璃预制件通过将使用燃烧器借助火焰水解反应生产的玻璃细颗粒沉积在反应容器中由基材夹持器夹持的起始构件上来形成，所述基材夹持器覆盖有罩子，并且将气体供给至所述罩子内部并且使所述气体从所述罩子内部流动至所述反应容器内部。

Description

多孔玻璃预制件的制造设备
技术领域
本发明涉及用于生产光纤的多孔玻璃预制件的制造设备。
背景技术
光纤通过将称为"光纤预制件"的玻璃棒拉丝(wire-drawing)来生产，所述玻璃棒通过将具有大直径的玻璃预制件的直径减小至适于拉丝的直径来获得。所述具有大直径的玻璃预制件通过将借助气相轴向沉积(vapor phase axial deposition)(VAD法)或外气相沉积(outside vapor deposition)(OVD法)生产的多孔玻璃预制件(灰体(soot body))通过热处理烧结从而使其形成为透明玻璃来获得。
图1示出借助OVD法的多孔玻璃预制件的制造设备的一个实例。多孔玻璃预制件的制造设备1包括转动机构2、重量检测器3、反应容器4、基材夹持器5、罩子6、燃烧器7和排气罩8。
反应容器4设置在制造设备1中，并且也称为“起始构件(starting member)”的基材玻璃棒11在棒11的两端由基材夹持器5来支承的状态下配置在反应容器4中。各基材夹持器5在反应容器4中用罩子6覆盖，以防止夹持器暴露至由用于沉积玻璃细颗粒的燃烧器(下文中称为"燃烧器")7导致的高温。设置各基材夹持器5以致其从反应容器4内部向反应容器4外部突出并且其突出的部分设置在反应容器4外部设置的转动机构2上。转动机构2使由基材夹持器5夹持的基材玻璃棒11围绕棒11的轴旋转。转动机构2设置在进行产品的重量测量的重量检测器3上。
将使用燃烧器7借助原料的火焰水解反应生产的玻璃细颗粒(灰体)吹至旋转的基材玻璃棒11的周面上，并且沿基材玻璃棒11的直径方向沉积。灰体12以以下方式来形成：燃烧器7沿着基材玻璃棒11的长度方向往复运动，并且玻璃细颗粒的沉积持续直至获得预定的外径。使燃烧器7向后退，使得根据灰体12的直径的增加来确保在燃烧器7与灰体12之间预定的间隔。
排气罩8使通过原料的燃烧产生的废气排出至制造设备1外部。制造设备1还包括用于供给作为清洁化气体的清洁空气的清洁空气供给装置(未示出)，并且将清洁空气供给至反应容器4中(参见，例如，JP 2003-40626A)。清洁空气为经过能够捕获颗粒的过滤器例如HEPA过滤器的空气。
发明内容
最近，为了降低生产成本，已经需要具有高生产性的预制件的制造方法。例如，较大的灰体可以通过在燃烧器往复运动时燃烧器移动至基材夹持器的附近而在一次生产中获得。然而，当燃烧器移动至基材夹持器的附近时，以下问题发生。
当转变为灰体的氧化硅通过火焰水解反应来产生时，起始气体的反应式如下：
2H2+O2→2H2O 2H2O+SiCl4→SiO2+4HCl
如上所述，除了产生氧化硅以外，大量的氯化氢气体作为副产物产生。当基材夹持器暴露至氯化氢气体时，基材夹持器腐蚀或生锈。进一步，由燃烧器的往复运动导致的热循环向基材夹持器提供大的热应力(thermal stress)。
锈和热应力导致基材夹持器的故障。另外，在反应容器的基材夹持器设置的部分上存在间隙，并且氯化氢气体从该间隙流出导致在转动机构上的锈的产生。
由燃烧器导致的热应力可以通过用罩子覆盖基材夹持器来降低。然而，当用罩子覆盖基材夹持器时，在罩子与起始构件之间留有小的间隙，这是因为起始构件需要是可旋转的。氯化氢气体从间隙流入，由此即使用罩子覆盖基材夹持器，基材夹持器依然暴露至氯化氢气体。此外，在其中起始构件通过基材夹持器本身的旋转而旋转的构造中，在反应容器与基材夹持器之间也留有小的间隙，这是因为基材夹持器需要是可旋转的。结果，当氯化氢气体流动至罩子内部时，氯化氢气体从间隙流动至反应容器外部，由此配置在反应容器外部的转动机构也暴露至氯化氢气体。
本发明的目的在于提供一种多孔玻璃预制件的制造设备，其在生产多孔玻璃预制件时可以抑制在基材夹持器或转动机构上的锈的产生。
本发明的多孔玻璃预制件的制造设备是通过如下形成的多孔玻璃预制件的制造设备，通过将使用燃烧器借助火焰水解反应产生的玻璃细颗粒沉积在反应容器中的由基材夹持器夹持的起始构件上，其中所述基材夹持器用罩子覆盖，并且包括将气体供给至所述罩子内部从而使所述气体从所述罩子内部流动至所述反应容器内部的机构。通过形成从罩子内部至反应容器内部的气体的流动，可以防止通过火焰水解反应产生的氯化氢气体流入罩子内部，并且可以防止由基材夹持器和转动机构暴露至氯化氢气体导致的锈的产生。另外，本发明可以仅通过用罩子覆盖基材夹持器，并且添加将气体供给至罩子内部的机构来实现，由此不需要显著地改变反应容器的结构。因此，本发明可以容易地和便宜地实现。
从有效防止氯化氢气体的流入并且获得产品的强度的观点，期望的是，将从罩子内部流动至反应容器内部的气体的线速度V调节至0.001m/秒<V<1m/秒，
供给至罩子内部的气体是在基材夹持器和转动机构上不产生锈并且不影响反应容器中的火焰水解反应的气体。优选使用，例如，每立方英尺内具有100个以下的直径为0.3μm以下的颗粒的清洁空气。
附图说明
图1是示出传统的多孔玻璃预制件的生产设备的示例性构造的图；
图2是示出本发明的多孔玻璃预制件的生产设备的示例性构造的图；
图3是示出每线速度下罩子内部的氯化氢浓度的测量结果的图；和
图4是示出每线速度下反应容器外部的氯化氢浓度的测量结果的图。
具体实施方式
参考以下图来说明本发明的实施方案。将相同的符号应用于包括用于背景技术的图的图中的共同构成部件。
本发明的多孔玻璃预制件的制造设备具有其中将使气体供给至罩子6内部的气体供给管9添加至图1中示出的传统的多孔玻璃预制件的制造设备1的构造。图2示出与传统构造不同的本发明的多孔玻璃预制件的制造设备的部分。
当罩子6放在基材夹持器5上时，通常在基材夹持器5与罩子6之间设置空间。当基材夹持器5用罩子6覆盖时，如图2中示出，在罩子6与起始构件11之间必须留有小的间隙，这是因为起始构件11需要是可旋转的。另外，在其中起始构件11通过基材夹持器本身的旋转而旋转的构造中，如图2中示出，在反应容器4与基材夹持器5之间也需要留有小的间隙，这是因为基材夹持器5需要是可旋转的。
在本发明中，如图2中示出设置使气体供给至罩子6内部的气体供给管9，从其气体供给至罩子6内部。以此方式，如由图2中的实线箭头所示，供给至罩子6内部的气体从在罩子6与起始构件11之间的间隙流动至反应容器4中。如上所述，通过形成从罩子6内部至反应容器4内部的气体的流动，可以防止通过火焰水解反应产生的氯化氢气体流入罩子6内部，并且可以防止基材夹持器5暴露至氯化氢气体。除了氯化氢气体不流动至罩子6内部的事实以外，因为供给至罩子6内部的气体形成了从在反应容器4与基材夹持器5之间的间隙至反应容器4外部的气体的流动，也可以防止反应容器4外部的转动机构2暴露至氯化氢气体。
为了有效防止氯化氢气体的流入，必要的是使气体以一定程度的线速度从罩子6内部流动至反应容器4内部。另一方面，如果线速度太快，则由于由从罩子6内部流动至反应容器4内部的气体导致的燃烧器7的火焰的紊乱，使沉积变得不均匀。因此，所得产品容易裂纹。由于这些原因，在考虑可使得流动至罩子6内部的氯化氢的浓度和期望的产品的产率的同时，可以确定气体从罩子6内部流动至反应容器4内部的线速度。
供给至罩子6内部的气体是在基材夹持器5和转动机构2上不产生锈的气体并且不影响反应容器4中的火焰水解反应的气体。优选使用，例如，每立方英尺内具有100个以下的直径为0.3μm以下的颗粒的清洁空气。
如上所述，通过形成从罩子内部至反应容器外部的气体的流动，可以防止通过火焰水解反应产生的氯化氢气体流入罩子内部，并且可以防止由基材夹持器和转动机构暴露至氯化氢气体导致的锈的产生。此外，本发明可以仅通过用罩子覆盖基材夹持器，并且添加将气体供给至罩子内部的机构来实现，由此不需要显著地改变反应容器的结构。因此，本发明可以容易地和便宜地实现。
本发明的多孔玻璃预制件的制造设备中的各构成部件可以按需要组合或分开。另外，各实施方案仅是示例，并且可以在本发明中表现的技术思想的范围内适当地做出修改。从整套权利要求的记载清楚的是，具有此类修改和改善的实施方案也涵盖在本发明的技术范围内。
[实施例]
在测试气体从罩子6内部流动至反应容器4内部的线速度(m/秒)的变化和在各线速度下获得的产品是否裂纹的同时，测量反应容器4外部的氯化氢浓度(ppm)和罩子6内部的氯化氢浓度(ppm)。
描述产品的制造方法。作为基材玻璃棒11，使用直径为55mm的石英棒。玻璃细颗粒使用燃烧器7通过原料的火焰水解反应来生产，将该颗粒吹至旋转着的基材玻璃棒11的周面上从而沿直径方向沉积该颗粒，并且燃烧器7沿着基材玻璃棒11的长度方向往复运动，由此形成了灰体12。持续沉积直至灰体12的重量达到130kg。燃烧废气从排气罩8排出至制造设备1外部。预制件的生产时间是约40小时。
使用包括具有第1至5管的多路管的燃烧器7，其中8个小喷嘴配置在第2管与第3管之间。将SiCl4和O2分别以18L/分钟和18.7L/分钟供给至第1管。将N2以16L/分钟供给至第2管。将H2以630L/分钟供给至第3管。将O2以88L/分钟供给至喷嘴。将空气以20L/分钟供给至第4管。将O2以170L/分钟供给至第5管。此时，H2和O2反应从而产生H2O。同时，H2O和SiCl4反应从而产生SiO2。将SiO2沉积在基材玻璃棒11上从而获得灰体12。N2和空气用于防止由燃烧反应导致的燃烧器7的燃烧。在该试验中，沉积在上述气体条件下进行，并且将气体供给至罩子6内部。此时，作为气体，使用通过使用HEPA过滤器以致将直径为0.3μm以下的颗粒的数量调节至每立方英尺为100个以下的颗粒来制备的清洁空气。此时，将气体从罩子内部流动至反应容器内部的线速度通过调节清洁空气的供给量来调节。
在其中将线速度调节至0.01m/秒的实施例1中生产了一个产品，在其中将线速度调节至0.1m/秒的实施例2中生产了一个产品，在其中将线速度调节至0.5m/秒的实施例3中生产了一个产品，在其中将线速度调节至0m/秒(没有供给气体)的比较例1中生产了一个产品，在其中将线速度调节至0.001m/秒的比较例2中生产了一个产品，并且在其中将线速度调节至1.0m/秒的比较例3中生产了一个产品。氯化氢浓度测量装置设置在罩子6内部和反应容器4外部，其在图2中没有示出；并且测量各实施例中的氯化氢(HCl)浓度。在开始生产之后10小时，进行测量。试验结果在表1、图3和图4中示出。
[表1]
Figure BDA0001118906340000071
在实施例1中，罩子内部的氯化氢浓度是145ppm，反应容器外部的氯化氢浓度是117ppm，并且产品没有裂纹。在实施例2中，罩子内部的氯化氢浓度是10ppm，反应容器外部的氯化氢浓度是4ppm，并且产品没有裂纹。在实施例3中，罩子内部的氯化氢浓度是7ppm，反应容器外部的氯化氢浓度是2ppm，并且产品没有裂纹。在比较例1中，罩子内部的氯化氢浓度是571ppm，反应容器外部的氯化氢浓度是478ppm，并且产品没有裂纹。在比较例2中，罩子内部的氯化氢浓度是265ppm，反应容器外部的氯化氢浓度是231ppm，并且产品没有裂纹。在比较例3中，罩子内部的氯化氢浓度和反应容器外部的氯化氢浓度都是0ppm，并且产品裂纹。
从试验结果，发现，当从罩子内部至反应容器内部的清洁空气的线速度V是0.01m/秒至1.0m/秒时，罩子内部和反应容器外部的氯化氢浓度可以抑制至可能抑制锈的产生的200ppm以下。当线速度是1.0m/s时，产品裂纹。这说明，当清洁空气的线速度太慢时，不能充分抑制氯化氢气体流入罩子内部和反应容器内外部，并且氯化氢浓度变高且容易产生锈。另一方面，当清洁空气的线速度太快时，从罩子内部流动至反应容器内部的清洁空气扰乱燃烧器7的火焰从而导致不均匀的沉积，由此导致容易裂纹的产品的形成。发现，通过适当地维持从罩子内部至反应容器内部的清洁空气的线速度，可以防止在夹持部分和转动机构上的锈，并且难以使产品裂纹。

Claims (2)

1.一种多孔玻璃预制件的制造设备(1)，包括反应容器(4)、基材夹持器(5)、转动机构(2)和燃烧器(7)，所述多孔玻璃预制件通过将使用燃烧器(7)借助火焰水解反应产生的玻璃细颗粒沉积在反应容器(4)中的由基材夹持器(5)夹持的起始构件(11)上来形成，其中
设置各基材夹持器(5)以致其从反应容器(4)内部向反应容器(4)外部突出并且其突出的部分设置在反应容器(4)外部设置的转动机构(2)上，
罩子(6)在反应容器(4)中覆盖基材夹持器(5)，沿着所述多孔玻璃预制件的长度方向，所述基材夹持器(5)不相对于所述罩子(6)和所述反应容器(4)移动，并且
设置使清洁空气供给至罩子(6)内部的手段，使所述清洁空气从所述罩子(6)的内部流动至所述反应容器(4)的内部，
其中所述清洁空气以0.001m/秒<V<1m/秒的线速度V流动。
2.多孔玻璃预制件的制造方法，其使用权利要求1所述的多孔玻璃预制件的制造设备，其中所述清洁空气是每立方英尺具有100个以下的直径为0.3μm以下的颗粒的清洁空气。
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