CN108395092B - 一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，若干个喷灯沿着靶棒的轴向按均匀间距排列，所有喷灯的喷射方向与靶棒的轴向保持相同的倾角；靶棒上通过喷灯沉积的松散体外径增加达到设定值后，靶棒在牵引机构的带动下沿靶棒轴向单向移动一段距离后停止，重复上述过程直至靶棒的沉积区形成连续均匀外径的松散体。本发明所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法中靶棒只沿单向移动，一次性的在靶棒表面沉积出所需的松散体厚度，有效缩短沉积时间，原料的利用率高，无需往复移动靶棒或喷灯，有效提高沉积效率，可大大缩短沉积时间，一次成型出外径均匀的松散体。

Description

一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法

技术领域

本发明涉及光纤制造技术领域，尤其涉及一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法。

背景技术

近年以来，随着国家对信息产业的政策支持，光纤到户、4G、5G的全面发展，光通信产业得到迅速发展，但是，我国光纤预制产业无论工艺还是设备技术，与国际先进水平相比，尚存在一定的差距.最终体现在预制棒的成本上。外气相沉积方法生产光纤预制棒通常采用单灯沉积，沉积时间长，生产效率低下，导致生产成本居高不下，多灯沉积是在单灯沉积的基础上的改进，多个喷灯按均匀间距线性排列，各喷灯火焰中心对准圆柱形的并有一定转速的靶棒，并相对于靶棒按一定的规律沿着靶棒的轴向往复运动，使粉尘粘附到靶棒表面，相对于传统的单灯沉积工艺而言有效缩短了沉积时间，提高了生产效率，但是由于靶棒外径较细，沉积效率偏低，原料利用率低，原料利用率只有20％～30％左右。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，解决目前技术中的多喷灯沉积方法的沉积效率较低，原料利用率低的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，若干个喷灯沿着靶棒的轴向按均匀间距排列，喷灯数量为N，N≥2，L为靶棒的沉积区长度，相邻喷灯的间距为L/N，所有喷灯的喷射方向与靶棒的轴向保持相同的倾角；

喷灯内通入SiCl₄、H₂、O₂进行水解反应生成SiO₂颗粒喷附到旋转的靶棒上，靶棒上沉积的松散体外径增加达到设定值时，靶棒在牵引机构的带动下沿靶棒轴向单向移动一段距离后停止，靶棒沿其轴向移动的方向为朝喷灯喷口偏向的一端移动，由此完成一个沉积过程单元，重复上述沉积过程单元直至靶棒的沉积区形成连续均匀外径的松散体。

本发明所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法采用多喷灯沉积方法的方式有效缩短沉积时间，将靶棒的沉积区分为与喷灯数量相同的N个区域，每个喷灯分别沉积加工一个区域，由于喷灯倾斜于靶棒的轴向，在沉积过程中松散体上靠近喷灯火焰处会成一个沉积倾斜面，沉积倾斜面与喷灯的火焰宽度相当，水解反应生成的SiO₂颗粒大部分都沉积在沉积倾斜面上，沉积效率保持高效并且恒定，有效提高原料的利用率，靶棒只需单向移动，一次性的在靶棒表面沉积出所需的松散体厚度，无需往复移动靶棒或喷灯，有效提高沉积效率，可大大降低沉积时间，靶棒单向移动大约一个喷灯间距的距离便能一次成型出外径均匀的松散体棒。

进一步的，所述的喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量在沉积过程的起始阶段逐步增加，同时靶棒在牵引机构的带动下沿靶棒轴向并朝喷灯喷口偏向的一端移动，此过程在靶棒上形成起头斜面过度区，然后再重复进行沉积过程单元直至靶棒的沉积区形成连续均匀外径松散体，避免松散体的端部开裂，保障预制棒沉积加工质量。

进一步的，在完后起头斜面过度区后，以喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量维持恒定值的状态重复进行沉积过程单元，保障高效的沉积效率，缩短沉积时间，提高生产效率。

进一步的，在靶棒移动至前一个喷灯接触到后一个喷灯形成的起头斜面过度区时，最末端的喷灯关闭气体供应，最末端的喷灯形成的沉积倾斜面构成松散体的倾斜端部，有效避免开裂。

进一步的，在靶棒移动至前一个喷灯接触到后一个喷灯形成的起头斜面过度区时，继续维持喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量不变并重复进行沉积过程单元直到后一个喷灯形成的起头斜面过度区的最前端处松散体外径达到设定值(也就是在靶棒的移动距离达到喷灯的间距时)为止，保持高效的沉积效率，使得松散体的外径快速达到设定值，此时靶棒沉积区上的松散体只在每个喷灯的起头斜面过度区处未达到外径设定值，也就是在松散体上具有若干个环形凹槽。

进一步的，在后一个喷灯形成的起头斜面过度区的最前端处松散体外径达到设定值后，逐步降低喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量并重复进行沉积过程单元直至靶棒的沉积区形成连续均匀外径松散体，也就对起头斜面过度区处的环形凹槽进行沉积补满的作业，使得起头斜面过度区处的外径全部达到设定值，最终得到外径均匀一致的松散体。

进一步的，在靶棒侧边距离靶棒轴心R处设置用于检测外径的激光束装置，R为在靶棒表面的松散体所需达到的外径设定值；靶棒上沉积的松散体外径增加至阻挡激光束装置时，靶棒在牵引机构的带动下沿靶棒轴向并朝喷灯倾斜方向一侧进行单向移动至激光束装置露出时停止，重复上述过程直至靶棒沉积区形成连续均匀外径的松散体，通过激光束装置来实现自动控制靶棒的移动，通过对喷灯流量的调节来控制靶棒的移动速度。

进一步的，所述的激光束装置仅设置有一个，并且位于靶棒移动方向上最前端的喷灯覆盖的沉积区范围内，以一个喷灯来控制整个沉积过程，保障靶棒移动速度的一致性。

进一步的，所述激光束装置包括激光发射端和用于接收激光发射端发出的激光束的激光接收端。

进一步的，所述喷灯的喷射方向与靶棒的轴向呈25～40°，确保水解反应生成的SiO₂颗粒大部分都沉积在沉积倾斜面上，提高原料利用率，保障沉积效率。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法采用多喷灯同时进行沉积，并且喷灯倾斜于靶棒的轴向，靶棒只沿单向移动，一次性的在靶棒表面沉积出所需的松散体厚度，原料的利用率高，原料利用率始终保持在60％左右进行沉积，无需往复移动靶棒或喷灯，有效提高沉积效率，可大大缩短沉积时间，一次成型出外径均匀的松散体，最终保障预制棒整根棒玻璃化完成后外径的均匀一致性。

附图说明

图1为稳定段沉积的沉积状况示意图；

图2为进入结束段沉积第一阶段的沉积状况示意图；

图3为进入结束段沉积第二阶段的沉积状况示意图；

图4为喷灯1在整个沉积过程中的气体流量变化示意图；

图5为激光束装置监测外径的结构示意图。

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。

本发明实施例公开的一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，提高沉积效率，提高原料利用率，采用单向提升一次外包成型，生产效率高，能耗低。

一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，将若干个喷灯沿着靶棒a的轴向按均匀间距排列，喷灯数量为N，N≥2，L为靶棒a的沉积区长度，相邻喷灯的间距为L/N，在本实施例中，靶棒a轴向沿着竖向，在沉积过程中，靶棒a沿着竖向被牵引机构向上提升，所有喷灯的喷射方向与靶棒a的轴向保持相同的倾角，喷灯的喷射方向与靶棒a的轴向呈25～40°(即喷灯的喷射方向为水平面向上抬升50～65°)，N个喷灯从上向下依次编号为喷灯1、喷灯2、……、喷灯n，喷灯采用多层喷灯结构；

主要沉积过程原理为：喷灯内通入SiCl₄、H₂、O₂进行水解反应生成SiO₂颗粒喷附到旋转的靶棒a上，通过一段时间的沉积后，每个喷灯都在靶棒a上沉积出一定厚度的松散体，当松散体外径增加达到设定值时，靶棒a在牵引机构的带动下沿靶棒a轴向单向向上提升一段距离后停止，由此完成一个沉积过程单元，重复上述沉积过程单元直至靶棒a的沉积区形成连续均匀外径的松散体；

由于喷灯倾斜于靶棒a的轴向，在沉积过程中松散体上靠近喷灯火焰处会成一个沉积倾斜面b，沉积倾斜面b与喷灯的火焰宽度相当，水解反应生成的SiO₂颗粒大部分都沉积在沉积倾斜面b上，沉积效率保持高效并且恒定，有效提高原料的利用率；

为了精确控制靶棒a的提升速度，在靶棒a侧边距离靶棒a轴心R处设置用于检测外径的激光束装置d，R为在靶棒a表面的松散体所需达到的外径设定值，如图5所示，激光束装置d包括激光发射端d1和用于接收激光发射端d1发出的激光束的激光接收端d2，激光发射端d1与激光接收端d2连线位于靶棒a横截面方向；靶棒a上沉积的松散体外径增加至阻挡激光束装置d时，靶棒a在牵引机构的带动下向上提升至激光束装置d不再被阻挡时停止，重复上述过程直至靶棒a沉积区形成连续均匀外径的松散体；激光束装置d仅设置有一个，并且位于喷灯1覆盖的沉积区范围内，以喷灯1处的沉积过程来控制棒移动速度，保障靶棒移动速度的一致性。

具体的沉积过程主要包括起头段沉积、稳定段沉积和结束段沉积三个阶段，如图1至图3所示；

起头段沉积：在沉积过程的起始阶段，喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量为一个逐步增加的过程，所有喷灯的SiCl₄、H₂、O₂流量相同并且同步变化，与此同时靶棒a在牵引机构的带动下向上缓慢提升，此过程每个喷灯都在靶棒a上形成每个喷灯的松散体的起头斜面过度区c，也就是在靶棒a上形成了N个间隔的起头斜面过度区c，相邻起头斜面过度区c的间距为L/N；

稳定段沉积：如图1所示，在起头斜面过度区c的外径达到设定值时进入稳定段沉积，维持此时的喷灯的SiCl₄、H₂、O₂流量不变进行沉积作业，当靶棒a上沉积的松散体外径增加至阻挡激光束装置d时，靶棒a在牵引机构的带动下向上提升至激光束装置d不再被阻挡时停止，重复上述过程直到靶棒a移动至喷灯1接触到喷灯2形成的起头斜面过度区c为止；

结束段沉积：结束段沉积包括两个阶段，如图2所示，第一阶段为当靶棒a移动至喷灯1接触到喷灯2形成的起头斜面过度区c时，关闭喷灯n气体供应，喷灯n形成的沉积倾斜面b构成沉积区最下端的结束端斜面，然后维持其余的喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量不变继续进行沉积作业，当靶棒a上沉积的松散体外径增加至阻挡激光束装置d时，靶棒a在牵引机构的带动下向上提升至激光束装置d不再被阻挡时停止，重复上述过程直到喷灯2形成的起头斜面过度区c的最前端处松散体外径达到设定值(即靶棒的移动距离达到喷灯的间距时)为止，沉积到此刻时，靶棒a处沉积区上在每个喷灯形成的起头斜面过度区c处还未达到外径设定值，形成若干个间隔的环形凹槽；

如图3所示，第二阶段则是将起头斜面过度区c处的环形凹槽沉积补满从而使得整个沉积区达到均匀一致的外径，在靶棒的移动距离达到喷灯的间距后，逐步降低喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量并继续进行沉积作业，当靶棒a上沉积的松散体外径增加至阻挡激光束装置d时，靶棒a在牵引机构的带动下向上提升至激光束装置d不再被阻挡时停止，重复上述过程直至起头斜面过度区c处的环形凹槽被沉积填满，使得靶棒a的沉积区形成连续均匀外径的松散体，最后消火停止作业。

如图4所示，在整个沉积过程中，喷灯1内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量逐步增加至恒定值然后再降低，在提高沉积效率的同时保障沉积得到的松散体外径的均匀一致性，靶棒a的总提升距离大概为喷灯的间距加上起头斜面过度区c的长度，只需靶棒单向移动一次即可完成整个沉积加工，提升功耗低，沉积效率高，提高原料的利用率，有效缩短沉积时间，提高生产效率。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，若干个喷灯沿着靶棒（a）的轴向按均匀间距排列，喷灯数量为N，N≥2，L为靶棒（a）的沉积区长度，相邻喷灯的间距为L/N，所有喷灯的喷射方向与靶棒（a）的轴向保持相同的倾角；

喷灯内通入SiCl₄、H₂、O₂进行水解反应生成SiO₂颗粒喷附到旋转的靶棒（a）上，靶棒（a）上沉积的松散体外径增加达到设定值时，靶棒（a）在牵引机构的带动下沿靶棒（a）轴向单向移动一段距离后停止，靶棒（a）沿其轴向移动的方向为朝喷灯喷口偏向的一端移动，由此完成一个沉积过程单元，重复上述沉积过程单元直至靶棒（a）的沉积区形成连续均匀外径的松散体；

在靶棒（a）侧边距离靶棒（a）轴心R处设置用于检测外径的激光束装置（d），R为在靶棒（a）表面的松散体所需达到的外径设定值；靶棒（a）上沉积的松散体外径增加至阻挡激光束装置（d）时，靶棒（a）在牵引机构的带动下沿靶棒（a）轴向并朝喷灯倾斜方向一侧进行单向移动至激光束装置（d）露出时停止，重复上述过程直至靶棒（a）沉积区形成连续均匀外径的松散体。

2.根据权利要求1所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，所述的喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量在沉积过程的起始阶段逐步增加，同时靶棒（a）在牵引机构的带动下沿靶棒（a）轴向并朝喷灯喷口偏向的一端移动，此过程在靶棒（a）上形成松散体的起头斜面过度区（c），然后再重复进行沉积过程单元直至靶棒（a）的沉积区形成连续均匀外径松散体。

3.根据权利要求2所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，在完成起头斜面过度区（c）后，以喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量维持恒定值的状态重复进行沉积过程单元。

4.根据权利要求3所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，在靶棒（a）移动至前一个喷灯接触到后一个喷灯形成的起头斜面过度区（c）时，最末端的喷灯关闭气体供应。

5.根据权利要求4所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，在靶棒（a）移动至前一个喷灯接触到后一个喷灯形成的起头斜面过度区（c）时，继续维持喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量不变并重复进行沉积过程单元直到后一个喷灯形成的起头斜面过度区（c）的最前端处松散体外径达到设定值为止。

6.根据权利要求5所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，在后一个喷灯形成的起头斜面过度区（c）的最前端处松散体外径达到设定值后，逐步降低喷灯内通入的SiCl₄、H₂、O₂流量并重复进行沉积过程单元直至靶棒（a）的沉积区形成连续均匀外径松散体。

7.根据权利要求1所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，所述的激光束装置（d）仅设置有一个。

8.根据权利要求1所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，所述激光束装置（d）包括激光发射端（d1）和用于接收激光发射端（d1）发出的激光束的激光接收端（d2）。

9.根据权利要求1所述的制备光纤预制棒的多喷灯沉积方法，其特征在于，所述喷灯的喷射方向与靶棒（a）的轴向呈25~40°。

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