CN107162589B - 一种全陶瓷波分复用器及其制备方法 - Google Patents

一种全陶瓷波分复用器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种全陶瓷波分复用器及其制备方法，具有套筒，套筒内装有单芯光纤准直器和双芯光纤反射件，所述波分复用器、单芯光纤准直器及双芯光纤反射件中所采用的套筒均是采用陶瓷材料制成，所述单芯光纤准直器中采用的单芯插芯为圆形微孔陶瓷插芯，双芯光纤反射件中所采用的双芯插芯为异形微孔陶瓷插芯；本发明有效解决了传统玻璃材质波分复用器材质易碎、不易加工的缺点，本发明的全陶瓷波分复用器，工艺简单，生产效率高，制作成本低，具有插入损耗低，高回波损耗、可靠性优良等特点，比传统玻璃材质的波分复用器易加工、成本低、一致性好、受环境影响小、可靠性更高，本发明方法制备的波分复用器透射插入损耗达到0.35dB以下。

Description

一种全陶瓷波分复用器及其制备方法
技术领域
本发明属于光器件制造技术领域，具体涉及一种全陶瓷波分复用器及其制备方法。
背景技术
波分复用技术是将两种或者多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
波分复用器被广泛应用于电信运营商、广电、电力以及信息安全等领域，具有传输信号独立透明，多路信号合波传输，节省光纤资源，安全可靠等特点，可帮助客户组建一个长距离、无阻断、高可靠、安全灵活、抗灾能力强的光传输网络。传统的波分复用器是采用高硼硅玻璃制成，由于玻璃易碎、生产精度不高，因此容易产生光束偏移，导致同芯度不佳，影响到器件的使用。另外，玻璃材料容易受到外围冷热影响产生膨胀变化，造成产品性能的不稳定。
目前也有人想到要在波分复用器中使用陶瓷元器件来替换玻璃元器件，降低波分复用器的生产成本及使用寿命，但是受限于现有陶瓷插芯种类单一，只有圆形微孔的陶瓷插芯而没有异形微孔的陶瓷插芯，导致波分复用器中的双芯插芯反射件中所使用的陶瓷插芯也只能采用圆形内孔的陶瓷插芯，圆形内孔多芯陶瓷插芯定位不精准，会对产品稳定性造成较大影响。而玻璃材质的波分复用器中，双芯插芯反射件一般均是采用异形微孔结构的玻璃毛细管，如双芯玻璃毛细管的长方形内孔，相较圆形内孔，矩形内孔可以更好实现两根光纤与玻璃毛细管内孔的匹配，光纤在玻璃毛细管的异形内孔中的定位更精准，可以更好满足光器件对各项光学性能的要求，但是目前的异形内孔玻璃插芯由于生产精度不高，也容易产生光束便宜，导致同心度不佳，并且玻璃材料容易受到外围冷热影响而产生膨胀变化，这些都会导致采用玻璃插芯的波分复用器性能不稳定，因此，理论上，采用异形陶瓷插芯代替玻璃插芯是可以提高波分复用器的精度及稳定性的。
但是目前陶瓷插芯中还没有采用异形微孔结构的陶瓷插芯。原因是因为目前圆形内孔陶瓷插芯在加工时，需要经过内径研磨及外径研磨工艺来完成其最后加工，内径研磨工艺决定陶瓷插芯的内径精度及圆度，其外径研磨工艺主要是通过内孔定位、采用穿钢丝的方式进行外径研磨，确保陶瓷插芯内孔与外圆的同心度。而异形微孔陶瓷插芯内孔无法进行后续加工，进而导致内孔尺寸精度、内孔相对外圆位置度极难达到微米级，无法满足光纤准直器等光无源器件对毛细管与光纤的的极高匹配要求。
此外，由于目前用于制备陶瓷插芯的氧化锆粉体熔点高达2715℃，软化温度高达2390～2500℃，粉体自身流动性较差，很难直接用于成型陶瓷插芯，因此，生产陶瓷插芯的厂家一般是在氧化锆粉体中加入各种助剂，将其制成具有良好流动性及均匀性的陶瓷颗粒，然后进行注射成型加工，但是由于目前氧化锆陶瓷颗粒中氧化锆粉体与各种有机助剂混合均匀程度差，并且部分有机助剂存在一定挥发性，导致成型的陶瓷插芯生坯在后续烧结过程中，不能均匀、稳定的收缩，烧结后的陶瓷插芯生坯内孔及外径均发生很大变化，在不通过后续加工的情况下，其制备的陶瓷插芯尺寸精度、内孔与外圆同心度或位置度等极难达到微米级的精度要求，但是异形微孔陶瓷插芯的内孔目前是无法通过后续加工得到，导致目前现有的氧化锆陶瓷颗粒不适合用于制备异形微孔陶瓷插芯。
因此，研发一种适合用于波分复用器中的异形微孔陶瓷插芯，并将其用于制备全陶瓷波分复用器是行业内亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的就是要解决目前市面上还没有全陶瓷波分复用器产品出现，其主要原因是目前市面上的双芯陶瓷插芯内孔均为圆形结构，而光纤在圆形内孔中的定位不如异形内孔中的定位精准，导致光纤插入损耗、回波损耗都大幅增加，无法生产出高精度的全陶瓷波分复用器的问题，提供一种全陶瓷波分复用器及其制备方法。本发明方法制得的全陶瓷波分复用器反射端插入损耗≤0.20dB，透射端插入损耗≤0.35dB，回波损耗≥50dB。
本发明的一种全陶瓷波分复用器，具有套筒，套筒内装有单芯光纤准直器和双芯光纤反射件，所述波分复用器、单芯光纤准直器及双芯光纤反射件中所采用的套筒均是采用陶瓷材料制成，所述单芯光纤准直器中采用的单芯插芯为圆形微孔陶瓷插芯，双芯光纤反射件中所采用的双芯插芯为异形微孔陶瓷插芯。
本发明的一种全陶瓷波分复用器的制备方法，依次由下述步骤组成：
（1）膜片粘接：把滤波片放在G透镜平面上，在滤波片与G透镜的结合处点一圈紫外胶，用紫外灯烘烤固化，所述紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2；
（2）反射调试：将光纤插入异形微孔陶瓷插芯中，在异形微孔陶瓷插芯外壁点一圈353胶，将陶瓷套筒与异形微孔陶瓷插芯粘结一体，加热固化，然后通过调试设备把带套筒的异形微孔陶瓷插芯和粘接好的G透镜、滤波片进行调试，将光纤插入损耗调至0.20dB以下，在G透镜和异形微孔陶瓷插芯的接触面点一圈紫外胶，用紫外灯烘烤固化，所述紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2；
（3）透射调试：通过调试设备把双芯光纤反射件和单芯光纤准直器进行调试，将光纤插入损耗调至0.30dB以下，在双芯光纤反射件和单芯光纤准直器外穿陶瓷套筒，再次进行调试，使透射损耗调至0.35dB以下，在陶瓷套筒与双芯光纤反射件和单芯光纤准直器的结合处分别点紫外胶，再用紫外灯烘烤固化，紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2，在光入射端做好标记，即得。
本发明中所述异形微孔陶瓷插芯是由下述步骤制成：
A.制备氧化锆颗粒：取钇稳定纳米氧化锆粉体81～83重量份，经120～150℃干燥3～5小时后投入混炼机中，同时投入热塑性丙烯酸树脂8～10重量份，搅拌均匀，预热至150℃，再加入改性聚苯乙烯3～4重量份，硬脂酸1～2重量份，石蜡3～5重量份，搅拌30～40分钟后成泥状，在170～180℃下继续混炼2小时至氧化锆粉体与各种有机物完全混合均匀，再刮出进入造粒机造粒，得到在180～200℃下仍具备良好流动性的直径3～4mm，长度2～4mm的氧化锆陶瓷颗粒；
B.准备模具：将异形微孔陶瓷插芯成型组件安装在异形微孔陶瓷插芯成型模具的模体内，使成型芯针头部精确插入芯针定位保护套的矩形内孔中，插入深度为1～2mm；
C.注射成型：将步骤（1）制备好的氧化锆陶瓷颗粒通过注射成型机，以30mm/s注射速度，在190～200℃温度下注入成型模具中，通过施加40～60MPa压力保型4～6秒，冷却20～30s后，打开模具将陶瓷插芯生坯及浇道骨架一起取出，再将陶瓷插芯生坯沿根部从浇道骨架上掰下放置在氧化铝钵具中；
D.生坯脱脂：将步骤（3）制得陶瓷插芯生坯取出放入脱脂炉中，以50℃/h速率快速升温至100℃排出残留水分；以8℃/h速率升温至180℃，使低分子量、低熔点的石蜡及硬脂酸热分解排出并形成开口气孔；以3℃/h速率升温至300℃，使丙烯酸树脂热分解排出；以4℃/h速率升温至350℃，使改性聚苯乙烯分解排出；以30℃/h速率快速升温至500℃并保温1小时，将残余的有机物全部排出；
E.生坯烧结：将脱脂后的陶瓷插芯生坯置于钟罩炉中，以100℃/h速率升温至800℃并保温两小时，以55℃/h速率升温至1350℃并保温两小时，通过高温下颗粒间的界面扩散和体积扩散实现颗粒的重排、物质的迁移、气孔的排出等过程，最终实现致密化烧结，完成烧结后的异形微孔陶瓷插芯生坯密度达到6.00～6.10g/cm3，内孔尺寸公差在３μm以内；
F.精密加工：将陶瓷插芯生坯进行外径粗加工，提高陶瓷插芯生坯的圆柱度，然后利用陶瓷插芯生坯两端的顶针定位孔，使用顶针外径研磨机研磨其外径，使陶瓷插芯生坯内孔与外圆的位置度达1μm以内，最后通过立式平面研磨机将陶瓷插芯生坯两端的顶针定位孔磨去即得到成品陶瓷插芯；
上述步骤B中所述的异形微孔陶瓷插芯成型模具，具有模体，模体上设有若干个陶瓷插芯成型组件，与每个陶瓷插芯成型组件内部连通设有内浇道，所述陶瓷插芯成型组件包括成型芯针、芯针导向镶件、下模芯和芯针保护套，芯针导向镶件和下模芯分别位于内浇道两侧，下模芯底端装有芯针保护套，成型芯针穿过芯针导向镶件和下模芯，并将其头端插入芯针保护套内进行定位；所述成型芯针的前端加工有一段与陶瓷插芯内孔相匹配的矩形芯针，后端加工有一段与芯针导向镶件内孔相匹配的导向杆，导向杆与矩形芯针之间采用棱锥或圆锥结构过渡，所述下模芯的内径加工为与陶瓷插芯外径相匹配的圆筒形，下模芯的底端加工有与芯针保护套尾端相匹配的定位孔，芯针保护套的外径与下模芯内径相匹配，芯针保护套头端加工有圆形凸台，圆形凸台四周加工有“V”型凹槽，圆形凸台中心加工有与矩形芯针相匹配的矩形内孔；所述矩形芯针与陶瓷插芯内孔尺寸公差控制在1μm以内，矩形芯针头部与芯针保护套内孔的间隙控制在2μm以内，下模芯内径与陶瓷插芯外径尺寸公差控制在2μm以内。
本发明中所述内浇道是由一个主浇道和若干个副浇道构成，副浇道呈辐射状均布在主浇道四周，并与主浇道底部垂直连接，每个副浇道末端均设计为“Y”型浇道，每个副浇道的“Y”型浇道开口内设有一个梭型的毛细管浇道，相邻两个副浇道的“Y”型浇道之间也同样设有一个梭型的毛细管浇道，毛细管浇道与下模芯和成型芯针组成的陶瓷插芯空腔相连通。
为方便取下陶瓷插芯生坯，本发明中所述下模芯头端外径上还加工有10-30°倒角。
本发明中所述钇稳定纳米氧化锆粉体，是在氧化锆粉体中添加质量百分含量5.2-5.8%氧化钇，混合均匀后得到的，所述钇稳定纳米氧化锆粉体的平均粒径为0.1-0.2μm。
本发明中所述改性聚苯乙烯，是采用聚乙烯和聚苯乙烯按质量比为1:1的比例共同混合均匀进行改性得到的。改性后的聚苯乙烯与氧化锆粉体相容性更好，且韧性、耐热性、冲击强度等更优良。
本发明中所述热塑性丙烯酸，其具有反复受热软化和冷却凝固的特点，具备较好的柔韧
性，耐候性及耐水性。
本发明为了制备全陶瓷波分复用器，专门研究开发了异形微孔陶瓷插芯，本发明的异形微孔陶瓷插芯是采用专门的高精密成型模具，将成型芯针的头端设计为矩形芯针结构，并与待加工陶瓷插芯内径尺寸公差控制在1μm以内，下模芯内径与陶瓷插芯外径尺寸公差控制在2μm以内，成型芯针与芯针定位套的高精度对接有效保证了陶瓷插芯内孔与外圆的位置度；并通过芯针保护套头端结构及成型芯针结构设计，使成型的陶瓷插芯生坯首尾两端均具有顶针定位孔，内孔一次成型为矩形结构并将尺寸公差控制在3μm以内，这样免去了异形微孔陶瓷插芯内径加工及研磨工序，只需要对其进行外径加工即可，并且为了克服异形内孔陶瓷插芯外径无法加工的问题，在制作模具之初即在陶瓷插芯生坯首尾均设计有顶针定位孔，使陶瓷插芯生坯的外径研磨可以通过顶针定位研磨机进行加工，加工完成后将陶瓷插芯生坯两端的顶针定位孔切除，并将其两端头研磨合格即得异形微孔陶瓷插芯。
本发明在异形微孔陶瓷插芯制备过程中，专门针对陶瓷插芯的后续加工特点，设计了氧化锆陶瓷颗粒的配方及专用烧结工艺，本发明氧化锆陶瓷颗粒中所采用的钇稳定纳米氧化锆粉体，具有粉体超细、集中度高、无团聚、形貌规则等特点，比普通氧化锆粉体更适合使用注射成型工艺制备高精度的结构复杂的陶瓷产品；所采用的热塑性丙烯酸树脂，具有反复受热软化和冷却凝固及较好的柔韧性，可以起到粘合作用；所采用的改性聚苯乙烯，具有与氧化锆粉体良好的相容性，其分子量高、韧性好，主要作为陶瓷插芯成型体的骨架材料，所采用的硬脂酸主要是起到表面活性剂的作用，所采用的石蜡主要是起到润滑及脱模作用。本发明制备的氧化锆陶瓷颗粒，在后续烧结工艺中，可以保证陶瓷插芯外观尺寸稳定且均匀一致，因此免去了毛细管内孔加工，同时其外径加工也比较简单。
当然本发明中异形微孔陶瓷插芯制备时，也可以采用其他配方的氧化锆陶瓷颗粒，只要能够在烧结过程中实现尺寸稳定、均匀变化，烧结完成后内孔尺寸公差在微米级变化范围之内即可，所采用的模体浇道也可以是其他结构形式，只要能够实现陶瓷插芯注射成型要求即可。
本发明制得的异形微孔陶瓷插芯密度达到6.0～6.10g/cm3，与四方相氧化锆陶瓷理论密度相符，硬度大于1200HV、抗弯强度大于1200MPa，均满足《YD/T 1198.1-2014 光纤活动连接器插芯技术条件 第1部分:陶瓷插芯》行业标准要求。
本发明在制备全陶瓷波分复用器过程中，改进了其生产工艺，采用单芯陶瓷材料光纤准直器，多芯陶瓷材料插芯，陶瓷套筒做原料，大大简化了波分复用器的生产工艺，在制备双芯陶瓷插芯时不容易发生产品崩口现象，并且点胶固化时采用紫外胶预固化，加热老化的方式，可靠性高，由于环氧树脂胶与陶瓷材料的膨胀系数基本一致，可以使粘结固化时间缩短到1个小时，而玻璃材料的固化时间则长达20小时，并且是采用梯度固化，在批量生产加工过程中，加工周期长，能耗大，成本高。
本发明制得的全陶瓷波分复用器透射插入损耗可以达到0.35dB以下，而传统的玻璃材质波分复用器透射插入损耗一般要求达到0.50 dB以下。本发明的全陶瓷波分复用器在极端环境下插入损耗的变化量不超过±0.03dB，全陶瓷波分复用器耐磨损，不易破碎，使用寿命长，适用于各种极端环境下，成本比传统玻璃材质波分复用器低。
附图说明
图1是本发明中全陶瓷波分复用器的结构示意图；
图2是本发明的全陶瓷波分复用器制备工艺流程图；
图3是本发明模体中内浇道及陶瓷插芯成型组件的立体结构示意图（图示状态为注射成型后内浇道及陶瓷插芯生坯示意图，为便于理解，同时附有一套陶瓷插芯成型组件及一套陶瓷插芯成型组件与陶瓷插芯生坯的半剖视图）；
图4是图3的半剖立体结构示意图；
图5是本发明陶瓷插芯成型组件的半剖视图；
图6是本发明陶瓷插芯生坯的半剖视图；
图7是本发明陶瓷插芯外径研磨时顶针定位状态示意图；
图8是本发明实施例1制得的双芯陶瓷插芯半剖视图；
图9是图8的左视图。
图中，1—套筒，2—单芯光纤准直器，3—双芯光纤反射件，4—异形微孔陶瓷插芯，5—滤波片，6—G透镜，7—光纤，8—模体，9—内浇道，10—成型芯针，11—芯针导向镶件，12—下模芯，13—芯针保护套，14—矩形芯针，15—导向杆，16—定位孔，17—圆形凸台，18—“V”型凹槽，19—矩形内孔，20—主浇道，21—副浇道，22—“Y”型浇道，23—梭型毛细管浇道，24—陶瓷插芯空腔，25—陶瓷插芯生坯，26—倒角，27—陶瓷插芯外径，28—顶针定位孔，29—顶针，30—陶瓷插芯内孔，31—陶瓷插芯。
具体实施方式
实施例1
参见图1、图8、图9，本实施例的一种全陶瓷波分复用器，具有套筒1，套筒1内装有单芯光纤准直器2和双芯光纤反射件3，所述波分复用器、单芯光纤准直器2及双芯光纤反射件3中所采用的套筒均是采用陶瓷材料制成，所述单芯光纤准直器2中采用的单芯插芯为圆形微孔陶瓷插芯，双芯光纤反射件3中所采用的双芯插芯为异形微孔陶瓷插芯4。
参见图1、图2、图8、图9，本实施例的一种全陶瓷波分复用器的制备方法，依次由下述步骤组成：
（1）膜片粘接：把滤波片5放在G透镜6的平面上，在滤波片5与G透镜6的结合处点一圈紫外胶，用紫外灯烘烤固化，所述紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2；
（2）反射调试：将光纤7插入异形微孔陶瓷插芯4中，在异形微孔陶瓷插芯外壁点一圈353环氧树脂胶，将陶瓷套筒1与异形微孔陶瓷插芯4粘结一体，加热固化，然后通过调试设备把带套筒1的异形微孔陶瓷插芯4和粘接好的G透镜6、滤波片5进行调试，将光纤插入损耗调至0.20dB以下，在G透镜6和异形微孔陶瓷插芯4的接触面点一圈紫外胶，用紫外灯烘烤固化，所述紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2；
（3）透射调试：通过调试设备把双芯光纤反射件3和单芯光纤准直器2进行调试，将光纤插入损耗调至0.30dB以下，在双芯光纤反射件3和单芯光纤准直器2外穿陶瓷套筒1，再次进行调试，使透射损耗调至0.35dB以下，在陶瓷套筒1与双芯光纤反射件3和单芯光纤准直器2的结合处分别点紫外胶，再用紫外灯烘烤固化，紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2，在光入射端做好标记，即得。
参见图3-图9，本实施例中所述异形微孔陶瓷插芯是由下述步骤制成：
A.制备氧化锆颗粒：取钇稳定纳米氧化锆粉体82重量份，经135℃干燥4小时后投入混炼机中，同时投入热塑性丙烯酸树脂9重量份，搅拌均匀，预热至150℃，再加入改性聚苯乙烯3.5重量份，硬脂酸1.5重量份，石蜡4重量份，搅拌约35分钟后成泥状，在175℃下继续混炼2小时至氧化锆粉体与各种有机物完全混合均匀，再刮出进入造粒机造粒，得到在180～200℃下仍具备良好流动性的直径3～4mm，长度2～4mm的氧化锆陶瓷颗粒；
B.准备模具：将异形微孔陶瓷插芯成型组件安装在异形微孔陶瓷插芯成型模具的模体8内，使成型芯针10头部精确插入芯针定位保护套11的矩形内孔19中，插入深度为2mm；
C.注射成型：将步骤A制备好的氧化锆陶瓷颗粒通过注射成型机，以30mm/s注射速度，在195℃温度下注入成型模具中，通过施加50MPa压力保型5秒，冷却25s后，打开模具将陶瓷插芯生坯25及浇道骨架一起取出，再将陶瓷插芯生坯25沿根部从浇道骨架上掰下放置在氧化铝钵具中；
D.生坯脱脂：将步骤C制得陶瓷插芯生坯25取出放入脱脂炉中，以50℃/h速率快速升温至100℃排出残留水分；以8℃/h速率升温至180℃，使低分子量、低熔点组分的石蜡及硬脂酸热分解排出并形成开口气孔；以3℃/h速率升温至300℃，使丙烯酸树脂热分解排出，较低的升温速率有效避免了有机高分子材料热分解导致的鼓泡等缺陷；以4℃/h速率升温至350℃，高分子组分聚苯乙烯分解排出；以30℃/h速率快速升温至500℃并保温1小时，将残余的有机物全部排出；
E.生坯烧结：将脱脂后的陶瓷插芯生坯25置于钟罩炉中，以100℃/h速率升温至800℃并保温两小时，以55℃/h速率升温至1350℃并保温两小时，通过高温下颗粒间的界面扩散和体积扩散实现颗粒的重排、物质的迁移、气孔的排出等过程，最终实现致密化烧结，完成烧结后的异形微孔陶瓷插芯生坯密度达到6.00～6.10g/cm3，内孔尺寸公差在3μm以内；
F.精密加工：将陶瓷插芯生坯25进行陶瓷插芯外径27粗加工（见图6中外径研磨界限），提高陶瓷插芯生坯25的圆柱度，然后利用陶瓷插芯生坯25两端的顶针定位孔28，使用顶针外径研磨机的顶针29顶住陶瓷插芯生坯进行固定研磨其外径，使陶瓷插芯生坯内孔30与外圆的位置度达1μm以内，最后通过立式平面研磨机将陶瓷插芯生坯25两端的顶针定位孔28磨去即得到成品陶瓷插芯31。
参见图3-图7，上述步骤B中所述的异形微孔陶瓷插芯成型模具，具有模体8，模体上设有若干个陶瓷插芯成型组件，与每个陶瓷插芯成型组件内部连通设有内浇道9，所述陶瓷插芯成型组件包括成型芯针10、芯针导向镶件11、下模芯12和芯针保护套13，芯针导向镶件11和下模芯12分别位于内浇道9两侧，下模芯12底端装有芯针保护套13，成型芯针10穿过芯针导向镶件11和下模芯12，并将其头端插入芯针保护套13内进行定位；所述成型芯针10的前端加工有一段与陶瓷插芯内孔相匹配的矩形芯针14（本实施例中矩形芯针的横截面尺寸为0.336mm×0.168mm），后端加工有一段与芯针导向镶件内孔相匹配的导向杆15，导向杆15与矩形芯针14之间采用棱锥或圆锥结构过渡（本实施例中是采用棱锥过渡），所述下模芯12的内径加工为与陶瓷插芯外径相匹配的圆筒形，下模芯的底端加工有与芯针保护套13尾端相匹配的定位孔16，芯针保护套13的外径与下模芯12内径相匹配，芯针保护套13头端加工有圆形凸台17，圆形凸台17四周加工有“V”型凹槽18，圆形凸台17中心加工有与矩形芯针14相匹配的矩形内孔19；所述矩形芯针14与陶瓷插芯内孔尺寸公差控制在1μm以内，矩形芯针14头部与芯针保护套13内孔的间隙控制在2μm以内，下模芯12内径与陶瓷插芯外径尺寸公差控制在2μm以内；
上述成型模具中所述内浇道9是由一个主浇道20和若干个副浇道21构成，本实施例中具体设有12个副浇道，副浇道21呈辐射状均布在主浇道20四周，并与主浇道20底部垂直连接，每个副浇道21末端均设计为“Y”型浇道22，每个副浇道21的“Y”型浇道22开口内设有一个梭型的毛细管浇道23，相邻两个副浇道21的“Y”型浇道22之间也同样设有一个梭型的毛细管浇道23，毛细管浇道23与下模芯12和成型芯针10组成的陶瓷插芯空腔24相连通。
为方便取下陶瓷插芯生坯25，本实施例中所述下模芯12头端外径上还加工有20°倒角26。
所述钇稳定纳米氧化锆粉体，是在氧化锆粉体中添加质量百分含量5.2-5.8%氧化钇，混合均匀后得到的，所述钇稳定纳米氧化锆粉体的平均粒径为0.1-0.2μm。
所述改性聚苯乙烯，是采用聚乙烯和聚苯乙烯按质量比为1:1的比例共同混合均匀进行改性得到的。改性后的聚苯乙烯与氧化锆粉体相容性更好，且韧性、耐热性、冲击强度等更优良。
本实施例制得的陶瓷插芯，其密度达到6.00～6.10g/cm3，内孔尺寸公差在３μm以内，内孔与外圆的位置度达1μm以内，符合《YD/T 1198.1-2014 光纤活动连接器插芯技术条件 第1部分:陶瓷插芯》行业标准要求及光无源器件标准GR1209/1221相关要求。
采用本实施例制得的双芯陶瓷插芯制得的全陶瓷波分复用器，反射端插入损耗≤0.20dB，透射端插入损耗≤0.35dB，回波损耗≥50dB。
上述实施例仅仅是用于详细解释本发明的制备方法，并不以任何形式限制本发明，任何人依据本发明的原理制备异形微孔陶瓷插芯，均可认为是落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全陶瓷波分复用器的制备方法，所述全陶瓷波分复用器，具有套筒，套筒内装有单芯光纤准直器和双芯光纤反射件，所述波分复用器、单芯光纤准直器及双芯光纤反射件中所采用的套筒均是采用陶瓷材料制成，所述单芯光纤准直器中采用的单芯插芯为圆形微孔陶瓷插芯，双芯光纤反射件中所采用的双芯插芯为异形微孔陶瓷插芯，其特征在于其制备方法依次由下述步骤组成：
（1）膜片粘接：把滤波片放在G透镜平面上，在滤波片与G透镜的结合处点一圈紫外胶，用紫外灯烘烤固化，所述紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2；
（2）反射调试：将光纤插入异形微孔陶瓷插芯中，在异形微孔陶瓷插芯外壁点一圈353胶，将陶瓷套筒与异形微孔陶瓷插芯粘结一体，加热固化，然后通过调试设备把带套筒的异形微孔陶瓷插芯和粘接好的G透镜、滤波片进行调试，将光纤插入损耗调至0.20dB以下，在G透镜和异形微孔陶瓷插芯的接触面点一圈紫外胶，用紫外灯烘烤固化，所述紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2；
（3）透射调试：通过调试设备把双芯光纤反射件和单芯光纤准直器进行调试，将光纤插入损耗调至0.30dB以下，在双芯光纤反射件和单芯光纤准直器外穿陶瓷套筒，再次进行调试，使透射插入损耗调至0.35dB以下，在陶瓷套筒与双芯光纤反射件和单芯光纤准直器的结合处分别点紫外胶，再用紫外灯烘烤固化，紫外灯烘烤固化功率为1.5W/cm2，在光入射端做好标记，即得。
2.根据权利要求1所述的一种全陶瓷波分复用器的制备方法，其特征在于所述异形微孔陶瓷插芯是由下述步骤制成：
A.制备氧化锆颗粒：取钇稳定纳米氧化锆粉体81～83重量份，经120～150℃干燥3～5小时后投入混炼机中，同时投入热塑性丙烯酸树脂8～10重量份，搅拌均匀，预热至150℃，再加入改性聚苯乙烯3～4重量份，硬脂酸1～2重量份，石蜡3～5重量份，搅拌30～40分钟后成泥状，在170～180℃下继续混炼2小时至氧化锆粉体与各种有机物完全混合均匀，再刮出进入造粒机造粒，得到在180～200℃下仍具备良好流动性的直径3～4mm，长度2～4mm的氧化锆陶瓷颗粒；
B.准备模具：将异形微孔陶瓷插芯成型组件安装在异形微孔陶瓷插芯成型模具的模体内，使成型芯针头部精确插入芯针定位保护套的矩形内孔中，插入深度为1～2mm；
C.注射成型：将步骤（1）制备好的氧化锆陶瓷颗粒通过注射成型机，以30mm/s注射速度，在190～200℃温度下注入成型模具中，通过施加40～60MPa压力保型4～6秒，冷却20～30s后，打开模具将陶瓷插芯生坯及浇道骨架一起取出，再将陶瓷插芯生坯沿根部从浇道骨架上掰下放置在氧化铝钵具中；
D.生坯脱脂：将步骤（3）制得陶瓷插芯生坯取出放入脱脂炉中，以50℃/h速率快速升温至100℃排出残留水分；以8℃/h速率升温至180℃，使低分子量、低熔点的石蜡及硬脂酸热分解排出并形成开口气孔；以3℃/h速率升温至300℃，使丙烯酸树脂热分解排出；以4℃/h速率升温至350℃，使改性聚苯乙烯分解排出；以30℃/h速率快速升温至500℃并保温1小时，将残余的有机物全部排出；
E.生坯烧结：将脱脂后的陶瓷插芯生坯置于钟罩炉中，以100℃/h速率升温至800℃并保温两小时，以55℃/h速率升温至1350℃并保温两小时，通过高温下颗粒间的界面扩散和体积扩散实现颗粒的重排、物质的迁移、气孔的排出过程，最终实现致密化烧结，完成烧结后的异形微孔陶瓷插芯生坯密度达到6.00～6.10g/cm3，内孔尺寸公差在３μm以内；
F.精密加工：将陶瓷插芯生坯进行外径粗加工，提高陶瓷插芯生坯的圆柱度，然后利用陶瓷插芯生坯两端的顶针定位孔，使用顶针外径研磨机研磨其外径，使陶瓷插芯生坯内孔与外圆的位置度达1μm以内，最后通过立式平面研磨机将陶瓷插芯生坯两端的顶针定位孔磨去即得到成品陶瓷插芯；
上述步骤B中所述的异形微孔陶瓷插芯成型模具，具有模体，模体上设有若干个陶瓷插芯成型组件，与每个陶瓷插芯成型组件内部连通设有内浇道，所述陶瓷插芯成型组件包括成型芯针、芯针导向镶件、下模芯和芯针保护套，芯针导向镶件和下模芯分别位于内浇道两侧，下模芯底端装有芯针保护套，成型芯针穿过芯针导向镶件和下模芯，并将其头端插入芯针保护套内进行定位；所述成型芯针的前端加工有一段与陶瓷插芯内孔相匹配的矩形芯针，后端加工有一段与芯针导向镶件内孔相匹配的导向杆，导向杆与矩形芯针之间采用棱锥或圆锥结构过渡，所述下模芯的内径加工为与陶瓷插芯外径相匹配的圆筒形，下模芯的底端加工有与芯针保护套尾端相匹配的定位孔，芯针保护套的外径与下模芯内径相匹配，芯针保护套头端加工有圆形凸台，圆形凸台四周加工有“V”型凹槽，圆形凸台中心加工有与矩形芯针相匹配的矩形内孔；所述矩形芯针与陶瓷插芯内孔尺寸公差控制在1μm以内，矩形芯针头部与芯针保护套内孔的间隙控制在2μm以内，下模芯内径与陶瓷插芯外径尺寸公差控制在2μm以内。
3.根据权利要求2所述的一种全陶瓷波分复用器的制备方法，其特征在于：所述异形微孔陶瓷插芯成型模具的内浇道是由一个主浇道和若干个副浇道构成，副浇道呈辐射状均布在主浇道四周，并与主浇道底部垂直连接，每个副浇道末端均设计为“Y”型浇道，每个副浇道的“Y”型浇道开口内设有一个梭型的毛细管浇道，相邻两个副浇道的“Y”型浇道之间也同样设有一个梭型的毛细管浇道，毛细管浇道与下模芯和成型芯针组成的陶瓷插芯空腔相连通。
4.根据权利要求2所述的一种全陶瓷波分复用器的制备方法，其特征在于：所述钇稳定纳米氧化锆粉体，是在氧化锆粉体中添加质量百分含量5.2-5.8%氧化钇，混合均匀后得到的，所述钇稳定纳米氧化锆粉体的平均粒径为0.1-0.2μm。
5.根据权利要求2所述的一种全陶瓷波分复用器的制备方法，其特征在于：所述改性聚苯乙烯，是采用聚乙烯和聚苯乙烯按质量比为1:1的比例共同混合均匀进行改性得到的。
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