CN108249751A - 保温装置、光纤预制烧结炉及制备光纤预制棒的方法 - Google Patents

保温装置、光纤预制烧结炉及制备光纤预制棒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种保温装置，所述保温装置包括一中空柱体，其中，所述中空柱体由氮化铝陶瓷制成。本发明还涉及一种包括所述保温装置的光纤预制烧结炉，以及使用所述光纤预制烧结炉制备光纤预制棒的方法。本发明的保温装置具有良好的导热系数、且膨胀系数小、机械性能好、不易氧化。

Description

保温装置、光纤预制烧结炉及制备光纤预制棒的方法
技术领域
本发明涉及陶瓷领域，尤其涉及一种利用氮化铝陶瓷制备的保温装置及其应用。
背景技术
氮化铝(AlN)是一种新型功能陶瓷材料，具有良好的热传导性能、可靠的电绝缘性能、较低的介电损耗和介电常数、以及与硅相接近的热膨胀系数等一系列优良特性，是新一代高密度封装的理想基板材料。其热导率在160-230W/mk，已经应用在大功率模块电路、开关电源以及其他需要既绝缘又高散热的大功率器件上，同时，也作为手提电话微电路芯片承载基板而被广泛应用。氮化铝陶瓷材料作为陶瓷材料的一个重要分类，它的主体为氮化铝材料，具备非常高的导热系数。
现有的保温装置一般由石墨、石英玻璃、金属等材料制作，主要用于保证受热体的均匀加热。而在这些材料中，石墨虽然具有导热系数高、机械强度高等优点，但其在高温下容易发生氧化，且热膨胀系数高，容易影响保温装置的使用寿命，导致使用成本较高；石英玻璃等材质耐高温强度有限、导热慢，且高纯度的石英制作成本较高；金属材料导热较快，但在高温环境下，金属材料容易发生氧化，适用范围较窄。
发明内容
为解决现有技术中保温装置易氧化、导热慢、膨胀系数高等问题，有必要提供一种利用氮化铝陶瓷制备的保温装置。
还有必要提供一种包括所述保温装置的光纤预制烧结炉及应用该光纤预制烧结炉制备光纤预制棒的方法。
一种保温装置，所述保温装置包括一中空柱体，其中，所述中空柱体由氮化铝陶瓷制成。
进一步地，所述氮化铝陶瓷的成分包括氮化铝、氧化钇、氧化铝及稳定剂。
进一步地，所述氮化铝的纯度在98％以上。
进一步地，所述中空柱体为圆柱形结构。
进一步地，所述中空柱体的厚度介于5毫米至8毫米之间。
一种光纤预制烧结炉，包括加热体，其中，所述光纤预制烧结炉包括上述保温装置。
一种使用上述光纤预制烧结炉制备光纤预制棒的方法，包括：
a.对光纤预制烧结炉的加热体进行通电，保温装置受热并将热量传递给保温装置内的光纤预制棒原料，使光纤预制棒原料熔融；
b.对高温熔融后的光纤预制棒原料进行冷凝成型。
进一步地，所述步骤a包括升温阶段及恒温阶段，所述升温阶段的输出功率为50kw，加热时间为15～20分钟，温度为0～600℃，所述恒温阶段的输出功率为30kw，温度为600～800℃。
进一步地，所述步骤b包括：向所述保温装置中空部分通入压缩空气进行降温，所述降温阶段的温度为600～0℃。
采用上述方案，保温装置以氮化铝为原料，具有导热系数高、膨胀系数小、机械性能好及不易氧化等优点，可提高保温装置的使用寿命，降低其成本。当氮化铝保温装置应用于光纤预制烧结炉中时，光纤预制烧结炉烧制光纤预制棒过程中的能耗将降低，且光纤预制棒成型时间也将缩短。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的光纤预制烧结炉的结构示意图。
图2为图1所示的光纤预制烧结炉的保温装置的结构示意图。
图3为使用图1所示光纤预制烧结炉制备光纤预制棒的工艺流程图。
图4为氮化铝陶瓷保温装置与石墨保温装置应用于光纤预制烧结炉中的温度与时间的对比关系曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1至图2，图1所示为光纤预制烧结炉的结构示意图，图2为图1所示光纤预制烧结炉的保温装置的结构示意图。本发明实施例的光纤预制烧结炉100包括保温装置12以及设置于保温装置12外周的加热体11，所述加热体11截面呈I型结构。
在本实施方案中，保温装置12包括一中空柱体，所述中空柱体由氮化铝陶瓷制成。所述中空柱体围成一空腔121，在制备光纤预制棒13时，光纤预制棒原料将置于中空柱体的空腔121内。所述氮化铝陶瓷的主要成分包括氮化铝98.8％～99.5％、氧化钇0.5％～0.8％、氧化铝0～0.1％及稳定剂0～0.3％，其中，氮化铝的纯度在98％以上，氧化钇作为氮化铝陶瓷烧结时的烧结助剂，同时也可作为稳定剂使用。将氮化铝、氧化钇、氧化铝及稳定剂按照预定比例混合，并依次进行过筛、加压造粒、过筛，获得氮化铝陶瓷原料，将所述氮化铝陶瓷原料放入石膏模具中进行烧结，先将原料升温至1600℃，达到温度后恒温保持3h，待恒温结束后，将材料冷却至室温从而得到氮化铝陶瓷制成的保温装置。
除此之外，为使光纤预制棒13均匀受热，保温装置12采用厚度均匀的圆柱形结构，所述中空柱体的厚度介于5毫米至8毫米之间，本实施方式中，保温装置12的厚度为6毫米。
请参考图3，用所述光纤预制烧结炉制备光纤预制棒的步骤包括:
步骤201，接通光纤预制烧结炉100电源，使加热体11通电，加热体11逐渐升温并将热量传递给圆柱型结构的保温装置12，保温装置12受热升温的同时将热量传递至整个空腔121，使空腔121形成热区14，从而使收容于保温装置12空腔121内的光纤预制棒原料受热升温熔融。在本步骤中，保温装置12需经过升温阶段及恒温阶段两个阶段。具体的，在升温阶段，保温装置12的温度在0～600℃之间，保温装置12的输出功率为50kw，加热时间为15～20分钟；在恒温阶段，保温装置12的温度在600～800℃之间，保温装置12的输出功率为30kw。
步骤202，使加热体11断电，通过向保温装置12的中空部分通入压缩空气使保温装置12温度不断降低，本步骤中，保温装置12处于降温阶段，高温熔融后的光纤预制棒原料随着保温装置12温度的降低不断凝固，最终形成光纤预制棒13成品。具体的，在所述降温阶段，温度处于600～0℃之间。
请参考图4，图4为氮化铝陶瓷保温装置与石墨保温装置应用于光纤预制烧结炉中的温度与时间的对比关系曲线图，其中，曲线A为氮化铝陶瓷保温装置的温度变化曲线，曲线B为石墨保温装置的温度变化曲线。
曲线A中所示0～TA1阶段与曲线B中所示0～TB1阶段为保温装置的升温阶段，由图4中两曲线对比可知，在所述升温阶段，氮化铝陶瓷保温装置的升温时间TA1小于石墨保温装置升温时间TB1，具体的，TB1约为30～40分钟，约为氮化铝陶瓷保温装置升温时间的两倍。
曲线A中所示TA1～TA2阶段与曲线B中所示TB1～TB2阶段为保温装置的恒温阶段，由图4中两曲线对比可知，在所述恒温阶段，氮化铝陶瓷保温装置的温度与石墨保温装置的温度相同，但石墨保温装置的输出功率需达到45kw以上，对比与氮化铝陶瓷保温装置的输出功率30kw，石墨保温装置的输出功率更高，能耗更大。
曲线A中所示TA2～TA3阶段与曲线B中所示TB2～TB3阶段为保温装置的降温阶段，由图4中两曲线对比可知，在所述降温阶段，氮化铝陶瓷保温装置的降温时间明显小于石墨保温装置降温时间，具体的，氮化铝陶瓷保温装置的降温时间相比于石墨保温装置的降温时间缩短2～3小时。
由以上数据对比可知，氮化铝陶瓷保温装置的热传递效率更强，且其能耗更小。
采用上述方案，保温装置以氮化铝为原料，具有导热系数高、膨胀系数小、机械性能好及不易氧化等优点，可提高保温装置的使用寿命，降低其成本。当氮化铝保温装置应用于光纤预制烧结炉中时，光纤预制烧结炉烧制光纤预制棒过程中的能耗将降低，且光纤预制棒成型时间也将缩短。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种保温装置，所述保温装置包括一中空柱体，其特征在于，所述中空柱体由氮化铝陶瓷制成。
2.如权利要求1所述的保温装置，其特征在于，所述氮化铝陶瓷的成分包括氮化铝、氧化钇、氧化铝及稳定剂。
3.如权利要求2所述的保温装置，其特征在于，所述氮化铝的纯度在98％以上。
4.如权利要求1所述的保温装置，其特征在于，所述中空柱体为圆柱形结构。
5.如权利要求4所述的保温装置，其特征在于，所述中空柱体的厚度介于5毫米至8毫米之间。
6.一种光纤预制烧结炉，包括加热体，其特征在于，所述光纤预制烧结炉还包括如权利要求1-5任一项所述的保温装置。
7.一种使用如权利要求6所述的光纤预制烧结炉制备光纤预制棒的方法，包括：
a.对光纤预制烧结炉的加热体进行通电，保温装置受热并将热量传递给保温装置内的光纤预制棒原料，使光纤预制棒原料熔融；
b.对高温熔融后的光纤预制棒原料进行冷凝成型。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a包括升温阶段及恒温阶段，所述升温阶段的输出功率为50kw，加热时间为15～20分钟，温度为0～600℃，所述恒温阶段的输出功率为30kw，温度为600～800℃。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b包括：向所述保温装置中空部分通入压缩空气进行降温，所述降温阶段的温度为600～0℃。
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