CN107056042B - 光纤预制棒的喷灯 - Google Patents

光纤预制棒的喷灯 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光纤预制棒的喷灯，所述喷灯包括灯芯、位于该灯芯外面且为灯芯加热的加热带、与该灯芯连接的灯体、与该灯体连接的分流板、以及与分流板连接的喷灯头，所述灯芯为三层同心管灯芯，该三层同心管灯芯由内至外分别设有第一层、第二层、以及第三层。本发明喷灯的灯芯呈三层同心管状，即可以满足原料（如OMCTS）中心有足够的氧气是原料充分反应；本发明从根本上解决了喷灯中心原料管和氧气混合生产过程中容易发生开环产生凝胶而使灯芯产生堵塞和因同心圆出气孔相互间距设计不好，出气孔容易积SiO2颗粒造成气孔堵塞的问题，保证了沉积过程的稳定性生产出高品质的预制棒，增加外O2使喷灯沉积火焰形状聚集不发散，大大提高了喷灯火焰的稳定性和原料利用率。

Description

光纤预制棒的喷灯
技术领域
本发明属于光纤预制棒制造的技术领域，尤其涉及一种光纤预制棒的喷灯。
背景技术
在现有的光纤预制棒制造方法中，多采用轴向气相沉积法（VAD）生产芯棒，再用外部气相沉积法（OVD）生产外包层两步法生产光纤预制棒。传统的OVD工艺一直采用SiCl4作为主要转化为二氧化硅的含硅原料，采用SiCl4为原料生产过程中会产生大量的HCl，需要投入大量的处理费用和高昂的防腐设备，并且还会消耗大量的水资源，无卤素含硅原料替代SiCl4原料可以避免以上缺点从而降低光纤预制棒生产成本，如硅氧烷作为替代SiCl4原料已有专利对其描述。
研究发现，在生产二氧化硅中使用硅氧烷，特别是八甲基环四硅氧烷（OMCTS）所用喷灯和采用SiCl4为原料使用的喷灯因所反应原理分别为水解和氧化而存在差异。美国专利5599371公开发一种用于OMCTS原料的氧化反应的喷灯,该喷灯中心原料管和氧气混合生产过程中容易发生开环产生凝胶而使灯芯产生堵塞，另一个问题是出气孔相互间距设计不好，出气孔容易积SiO2颗粒造成气孔堵塞，上述两个问题均会造成生产的SiO2烟灰棒质量异常。
故有必要设计一种新的喷灯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保证了沉积过程的稳定性生产出高品质的预制棒的光纤预制棒的喷灯。
本发明提供一种光纤预制棒的喷灯，所述喷灯包括灯芯、位于该灯芯外面且为灯芯加热的加热带、与该灯芯连接的灯体、与该灯体连接的分流板、以及与分流板连接的喷灯头，所述灯芯为三层同心管灯芯，该三层同心管灯芯由内至外分别设有第一层、第二层、以及第三层。
优选地，所述第一层内通入氧气；所述第二层内通入八甲基环四硅氧烷和氮气；所述第三层通入隔离气体。
优选地，所述隔离气体为氮气。
优选地，所述第一层内通入氧气的流量为2～7 slpm；所述第二层内通入八甲基环四硅氧烷的流量为10～20g/min，氮气的流量为5～15slpm；所述第三层通过氮气的流量为10～20slpm。
优选地，所述喷灯还包括同心圆设置的多个第一出气孔、多个第二出气孔、以及多个第三出气孔，其中，多个第一出气孔位于同一圆周内，多个第二出气孔也位于同一圆周内，多个第三出气孔也位于同一圆周内，且多个第一出气孔、多个第二出气孔、以及多个第三出气孔由内向外依序设置。
优选地，每个第一出气孔、每个第二出气孔、以及每个第三出气孔的直径均为D，相邻两个第一出气孔之间的间距、相邻两个第二出气孔之间的间距、相邻两个第三出气孔之间的间距均为S，其中，S与D之间的关系为：0.3≤S/D≤0.9。
优选地，所述第一出气孔内通入反应氧气至喷灯头，第二出气孔内通入天然气和氧气至喷灯头，第三出气孔内通过氧气至喷灯头。
优选地，所述第一出气孔内通入氧气的流量为15～30slpm，第二出气孔内通入天然气的流量为10～30slpm、氧气的流量为7～24slpm；第三出气孔内通入氧气的流量为5～15slpm。
优选地，所述喷灯安装在包层喷灯位置中，喷灯包括芯层喷灯和包层喷灯。
本发明喷灯的灯芯呈三层同心管状，即可以满足原料（如OMCTS）中心有足够的氧气使原料充分反应；喷灯头同心圆出气小孔孔间隔S和小孔直径D满足0.3≤S/D≤0.9 可使喷灯头表面无积灰，这增加了沉积的稳定性提高了产品的质量；本发明喷灯还设有通入氧气的第三出气孔，氧气保持火焰有更好的形状，提高了沉积的稳定性；本发明从根本上解决了喷灯中心原料管和氧气混合生产过程中容易发生开环产生凝胶而使灯芯产生堵塞和因同心圆出气孔相互间距设计不好，出气孔容易积SiO2颗粒造成气孔堵塞的问题，保证了沉积过程的稳定性生产出高品质的预制棒，增加外O2使喷灯沉积火焰形状聚集不发散，大大提高了喷灯火焰的稳定性和原料利用率。
附图说明
图1所示为喷灯矩阵分布光纤预制松散体沉积装置结构示意图；
图2为本发明喷灯的仰视图；
图3为本发明喷灯第一实施例的结构示意图；
图4本发明喷灯第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明用于硅氧烷生产光纤预制棒的喷灯，本发明喷灯采用光纤预制松散体沉积装置，如图1所示为喷灯矩阵分布光纤预制松散体沉积装置结构示意图，沉积装置包括：箱体10、固定该箱体10内的12×3矩阵分布喷灯20、与该12×3矩阵分布喷灯20连接的喷灯平移电机30和喷灯平移载台40、3根靶棒200、与该3根靶棒200对应连接的3个引杆60、与该3个引杆60对应连接的3个传感器70、与该3个引杆60对应连接的3个旋转电机80、固定该3个旋转电机80的升降载台90、以及与该升降载台90连接的升降电机100。引杆60固定在升降载台90上；传感器70为重量传感器；每个引杆60的一端穿过升降载台90，该端固定连接对应的传感器70，每个引杆60的另一端固定连接对应的靶棒200。
通过本光纤预制松散体沉积装置，12×3矩阵分布喷灯20不断将SiO2沉积到靶棒200上，同时形成3个松散体50。
其中，位于第一排的喷灯为第一喷灯21，位于第二排的喷灯为第二喷灯22，位于第三排的喷灯为第三喷灯23。
光纤预制松散体沉积装置采用12×3喷灯矩阵分布安装本发明喷灯以进行沉积生产三根松散体50，其中，第一喷灯21的S/D=0.5，第二喷灯22的S/D=0.8，第三喷灯23的S/D=1.2，喷灯材料为T6铝合金材料。
如图2和图3所示为喷灯第一实施例的结构示意图，本发明在不影响光纤预制棒松散体质量的前提下，每个喷灯包括灯芯7、位于该灯芯7外面且为灯芯7加热的加热带8、与该灯芯7连接的灯体9、与该灯体9连接的分流板101、以及与分流板101连接的喷灯头11。
灯芯7为三层同心管灯芯7，三层同心管灯芯7外由加热带8进行加热。
该三层同心管灯芯7由内至外分别设有第一层1、第二层2、以及第三层3。其中，第一层1内通入氧气（O2），其流量为2～7 slpm ，最好为5 slpm（标准公升每分钟流量值）；第二层2内通入八甲基环四硅氧烷（OMCTS，octamethylcyclotetrasiloxane)和氮气（N2），OMCTS为10～20g/min ，最好为20g/min，氮气的流量为5～15slpm ，最好为8slpm；第三层3通入隔离气体，在本实施例中，隔离气体为N2，其流量为10～20slpm ，最好为15slpm。
灯芯7从内到外分别通入O2、OMCTS+N2、以及隔离气体（N2），氧气（O2）和八甲基环四硅氧烷（OMCTS，octamethylcyclotetrasiloxane)隔离，避免了OMCTS和O2在喷灯内混合而发生氧化反应堵塞灯芯7。
喷灯还包括同心圆设置的多个第一出气孔4、多个第二出气孔5、以及多个第三出气孔6，其中，多个第一出气孔4位于同一圆周内，多个第二出气孔5也位于同一圆周内，多个第三出气孔6也位于同一圆周内，且多个第一出气孔4、多个第二出气孔5、以及多个第三出气孔6由内向外依序设置。
其中，第一出气孔4内通入反应氧气至喷灯头11，第二出气孔5内通入天然气和氧气至喷灯头11，第三出气孔6内通过氧气至喷灯头11。
每个第一出气孔4、每个第二出气孔5、以及每个第三出气孔6的直径均为D，相邻两个第一出气孔4之间的间距、相邻两个第二出气孔5之间的间距、相邻两个第三出气孔6之间的间距均为S，其中，0.3≤S/D≤0.9，这样可确保沉积过程中不发生出气孔容易积SiO2颗粒造成气孔堵塞的情况，从而保证了沉积过程的稳定性生产出高品质的预制棒，且第三出气孔6使喷灯沉积火焰形状聚集不发散，大大提高了喷灯火焰的稳定性和原料利用率。
每个喷灯流量调整为平均为：第一层1内通入O2，其流量为5slpm；第二层2内通入OMCTS+ N2，其流量为20g/min+8slpm；第三层3内通入隔离N2，其流量为15slpm；第一出气孔4内通入反应O2，其流量为30slpm；第二出气孔5内通入CH4+O2，其流量分别为20slpm和16slpm；第三出气孔6内通入外部O2，其流量为12slpm;三层同心管灯芯7由加热带8加热至温度190℃,沉积过程中观察第一排C1列和第二排C2列喷灯火焰稳定，其对应喷灯头11各同心圆出气小气孔（无SiO2附着），第二排C2列喷灯火焰因喷灯头表面各同心圆小气孔附着了SiO2而变得发散，沉积速度变慢，沉积过程中出现过热现象。沉积结束后检查第一排C1列、第二排C2列和第三排C3喷灯三层同心管通OMCTS+N2管口无胶状物，沉积过程三根松散体预制棒实际重量和对应喷灯流量无PID调节，沉积结束后经测量松散体的沉积主要参数如表1所示：
表1：松散体的沉积主要参数
如图4所示为喷灯第二实施例的结构示意图，本发明喷灯安装在VAD（（气相轴向沉积法））包层喷灯位置，其中，A为芯层喷灯，B为包层喷灯，C为VAD松散体。
其中，芯层喷灯A不同层分别通入氢气H2、氧气O2、四氯硅烷SiCl4、以及四氯化锗GeCl4，其中，氢气H2的流量为70slpm；氧气O2的流量为35slpm；四氯硅烷 SiCl4的流量为8slpm；四氯化锗GeCl4的流量为0.04slpm。
包层喷灯B由T6铝合金材料制成，其S/D=0.9。包层喷灯B的灯芯也为三层同心管灯芯，该三层同心管灯芯由内至外分别设有第一层1、第二层2、以及第三层3，其中，第一层1内通入氧气O2，其流量为7slpm；第二层2内通入八甲基环四硅氧烷（OMCTS，octamethylcyclotetrasiloxane)+氮气N2，八甲基环四硅氧烷（OMCTS，octamethylcyclotetrasiloxane)的流量为20g/min，氮气N2的流量为12slpm；第三层3内通入作为隔离气体的氮气N2，氮气N2的流量为20slpm。
包层喷灯B还包括同心圆设置的多个第一出气孔4、多个第二出气孔5、以及多个第三出气孔6，其中，第一出气孔4内通入反应氧气至喷灯头，第二出气孔5内通入天然气和氧气至喷灯头，第三出气孔6内通过氧气至喷灯头，其中，第一出气孔4内通入氧气O2的流量为15～30slpm ，最好为25slpm，第二出气孔5内通入天然气的流量为10～30slpm ，最好为15slpm、氧气的流量为7～24slpm ，最好为12slpm，第三出气孔6内通入氧气O2的流量为5～15slpm ，最好为10slpm。
三层同心管由加热带8加热至温度190℃，沉积过程中喷灯头各同心圆出气小孔无SiO2附着，Soot预制棒表面质量无过热等缺陷。沉积600分种结束工程，沉积结束后检查三层同心管灯芯7的灯口无胶状物，沉积结果如下表2：
表2：沉积结果
本发明喷灯的灯芯呈三层同心管状，即可以满足原料（如OMCTS）中心有足够的氧气使原料充分反应；喷灯头同心圆出气小孔孔间隔S和小孔直径D满足0.3≤S/D≤0.9 可使喷灯头表面无积灰，这增加了沉积的稳定性提高了产品的质量；本发明喷灯还设有通入氧气的第三出气孔，氧气保持火焰有更好的形状，提高了沉积的稳定性；本发明从根本上解决了喷灯中心原料管和氧气混合生产过程中容易发生开环产生凝胶而使灯芯产生堵塞和因同心圆出气孔相互间距设计不好，出气孔容易积SiO2颗粒造成气孔堵塞的问题，保证了沉积过程的稳定性生产出高品质的预制棒，增加外O2使喷灯沉积火焰形状聚集不发散，大大提高了喷灯火焰的稳定性和原料利用率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种光纤预制棒的喷灯，其特征在于，所述喷灯包括灯芯、位于该灯芯外面且为灯芯加热的加热带、与该灯芯连接的灯体、与该灯体连接的分流板、以及与分流板连接的喷灯头，所述灯芯为三层同心管灯芯，该三层同心管灯芯由内至外分别设有第一层、第二层、以及第三层；
所述喷灯还包括同心圆设置的多个第一出气孔、多个第二出气孔、以及多个第三出气孔，其中，多个第一出气孔位于同一圆周内，多个第二出气孔也位于同一圆周内，多个第三出气孔也位于同一圆周内，且多个第一出气孔、多个第二出气孔、以及多个第三出气孔由内向外依序设置；
每个第一出气孔、每个第二出气孔、以及每个第三出气孔的直径均为D，相邻两个第一出气孔之间的间距、相邻两个第二出气孔之间的间距、相邻两个第三出气孔之间的间距均为S，其中，S与D之间的关系为：0.3≤S/D≤0.9；
所述第一出气孔内通入反应氧气至喷灯头，第二出气孔内通入天然气和氧气至喷灯头，第三出气孔内通过氧气至喷灯头。
2.根据权利要求1所述的光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述第一层内通入氧气；所述第二层内通入八甲基环四硅氧烷和氮气；所述第三层通入隔离气体。
3.根据权利要求2所述的光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述隔离气体为氮气。
4.根据权利要求3所述的光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述第一层内通入氧气的流量为2～7 slpm；所述第二层内通入八甲基环四硅氧烷的流量为10～20g/min，氮气的流量为5～15slpm；所述第三层通过氮气的流量为10～20slpm。
5.根据权利要求1所述的光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述第一出气孔内通入氧气的流量为15～30slpm，第二出气孔内通入天然气的流量为10～30slpm、氧气的流量为7～24slpm；第三出气孔内通入氧气的流量为5～15slpm。
6.根据权利要求1所述的光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述喷灯安装在包层喷灯位置中，喷灯包括芯层喷灯和包层喷灯。
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