CN109502962A - 一种光纤预制棒的烧结装置及烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤预制棒的烧结装置及烧结方法，烧结装置包括炉心管、与炉心管下端连通的进气管，与炉心管上端连通的出气管、围绕炉心管外面设置的石墨发热管和围绕石墨发热管外面设置的烧结炉外壳，烧结炉外壳与石墨发热管之间构成密封腔内设置有可上下移动的加热线圈。烧结方法步骤如下：将光纤预制棒疏松体固定安装在炉心管内，并使光纤预制棒疏松体自转；向炉芯管内通入惰性保护气体和氯气；将加热线圈上下移动，进行脱水处理；关闭氯气，继续通过进气管向炉芯管内持续通入惰性保护气体，维持加热线圈上下移动和光纤预制棒疏松体自转，进行玻璃化处理。本发明可减少掉棒风险，减少炉心管长度，有效改善烧结炉内的温度准确性和温场均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤预制棒的烧结装置及烧结方法，属于光纤预制棒制造技术领域。
背景技术
VAD(气相轴向沉积)和OVD(外部气相沉积)常用于大规模光纤预制棒的生产，VAD和OVD工艺包括沉积和烧结两个步骤，其先采用四氯化硅、四氯化锗等原料通过高温水解反应在靶棒上，得到白色的光纤预制棒疏松体，将光纤预制棒疏松体在烧结炉内进行高温脱水、烧结得到透明的光纤预制棒。其中，光纤预制棒疏松体烧结炉是制造光纤预制棒的重要设备装置，烧结炉的性能优劣决定了光纤预制棒关键参数比如折射率分布、水峰羟基含量及内部微结构。
光纤预制棒烧结炉的关键性能包括温度准确性、温场均匀性等，其中，烧结炉温度过低不能使光纤预制棒疏松体完全脱水或烧结透明，温度过高则会使光纤预制棒容易拉伸变形；另外，烧结区必须具有温场均匀性，烧结得到的光纤预制棒产品才能通体透明、内部内力较小、没有微缺陷等。然而，目前的光纤预制棒烧结炉的温度准确性和温场均匀性较难保证，为保证光纤预制棒优良的性能参数，光纤预制棒在烧结炉内烧结时需要上下移动，以使光纤预制棒的表面进行均匀地烧结，但是光纤预制棒上下移动容易出现掉棒现象，而一旦出现掉棒现象，则需要重新调整、更换烧结炉的关键设备零件，影响了烧结炉的长期稳定性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有光纤预制棒烧结炉的温度准确性和温场均匀性较难保证长期稳定性、光纤预制棒有较大掉棒风险的技术问题，提供一种光纤预制棒的烧结装置及烧结方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种光纤预制棒的烧结装置，包括用于容纳光纤预制棒疏松体的炉心管、与炉心管下端连通的进气管，与炉心管上端连通的出气管、围绕炉心管外面设置的石墨发热管和围绕石墨发热管外面设置的烧结炉外壳，所述烧结炉外壳与石墨发热管之间构成密封腔，密封腔内设置有可上下移动的加热线圈。
优选地，在密封腔内、加热线圈的上端和/或下端设置有上辅助加热件和/或下辅助加热件，上辅助加热件和/或下辅助加热件在加热线圈离开后进行加热工作。
优选地，所述进气管通过第一进气阀、流量计与供气源相连通，所述出气管与废气处理装置相连通，所述炉心管上还设置有与炉心管连通的压力传感器。
优选地，所述进气管与炉心管之间设置有气体预混罐，气体预混罐通过第二进气阀与炉心管相连通。
优选地，所述烧结炉外壳具有循环水冷或者风冷装置，所述炉心管上设置有与炉心管连通的温度传感器。
优选地，所述石墨发热管外表面设置有无序排列的保温石墨毡，所述保温石墨毡外设置有防护管。
优选地，所述防护管上开设有若干开孔，加热线圈的上端和/或下端设置有感温探头和异常声光报警装置。
优选地，所述炉心管上部设置有至少两层密封盖，炉心管上端还连接有保护气体进气管。
本发明还提供一种光纤预制棒的烧结方法，包括以下步骤：
将待烧结的光纤预制棒疏松体固定安装在炉心管内，并使光纤预制棒疏松体自转；
向炉芯管内通入惰性保护气体和氯气，使炉芯管内压力处于正压状态；
将加热线圈上下移动，使炉芯管内的温度达到脱水处理温度，并保持光纤预制棒疏松体自转，完成脱水处理；
关闭氯气，继续通过进气管向炉芯管内持续通入惰性保护气体，维持加热线圈上下移动和光纤预制棒疏松体自转，使炉芯管内的温度达到玻璃化处理温度，直至完成玻璃化处理。
优选地，所述脱水处理温度为1050-1250℃，达到脱水处理温度的升温速率为3-5℃/min，脱水处理过程中加热线圈的移动速度为3-6mm/min，光纤预制棒疏松体的旋转速度为3-6rpm；玻璃化处理温度为1450-1550℃，从脱水处理温度达到玻璃化处理温度的升温速率为6-9℃/min，玻璃化处理过程中加热线圈的移动速度为7-10mm/min，光纤预制棒疏松体的旋转速度为3-6rpm。
本发明的有益效果是：
本发明光纤预制棒的烧结装置围绕炉心管外面设置有石墨发热管，围绕石墨发热管外面设置有烧结炉外壳，在石墨发热管和烧结炉外壳之间的密封腔内设置有可平行于炉心管方向上下移动的加热线圈，采用线圈上下移动的方式对石墨发热管，可以使光纤预制棒疏松体不需要上下移动，减少掉棒风险，并可以有效减少炉心管长度，炉心管长度仅仅需要满足光纤预制棒疏松体的长度即可，还可以有效改善光纤预制棒烧结炉内的温度准确性和温场均匀性；进一步，本发明的烧结装置输入炉心管内的气体预先进入气体预混罐，混合均匀后注入炉心管内，各气体充分混合均匀有助于温场均匀性，可以使生产的光纤预制棒内部应力较小，脱羟基和玻璃化效果好；另外，本发明的烧结装置安装及保养方便、适合大规模生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1的烧结炉剖面结构图；
图中的附图标记为：1-进气管，2-气体缓冲罐，3-炉心管，4-石墨发热管，5-保温层，6-防护管，7-加热线圈，8-出气管，9-烧结炉外壳，10-光纤预制棒疏松体，11-第一密封盖11，12-第二密封盖，13-第三密封盖，14-压力传感器，15-温度传感器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
本实施例提供了一种光纤预制棒的烧结装置，如图1所示，包括用于容纳光纤预制棒疏松体的炉心管3、与炉心管3下端连通的进气管1，与炉心管3上端连通的出气管8、围绕炉心管3外面设置的石墨发热管4和围绕石墨发热管4外面设置的烧结炉外壳9，所述烧结炉外壳9与石墨发热管4之间构成密封腔，密封腔内设置有可上下移动的加热线圈7，工作时，密封腔内通入惰性气体，使密封腔处于一个高压的状态，烧结炉外壳9外部的气体不会进入到密封腔内，加热线圈7和防护管6不易被氧化。
所述密封腔内、加热线圈的上端和/或下端设置有上辅助加热件17和/或下辅助加热件16，上辅助加热件17和/或下辅助加热件16在加热线圈7离开后进行加热工作，此设计可以使炉心管3内温度控制更加精准，减少加热线圈7的上下移动频率和速度，进一步提高烧结速度和质量。
所述进气管1通过第一进气阀、流量计与供气源相连通，所述出气管8与废气处理装置相连通，所述炉心管3上还设置有与炉心管3连通的压力传感器14，用于检测炉心管3内的气体压力，压力传感器与PLC控制器电信号连接，可以根据PLC控制器得到的压力通过流量计调节进气流量，确保气体稳定地进入炉心管3内。
所述进气管1与炉心管3之间设置有气体预混罐2，气体预混罐2通过第二进气阀与炉心管3相连通，从进气管1进入的各种气体先通过气体预混罐2混合均匀后，再充入炉心管3内，避免气流紊乱带来的温场不均匀性。
所述烧结炉外壳9具有循环水冷或者风冷装置，所述炉心管3上设置有与炉心管3连通的温度传感器15，温度传感器与PLC控制器电信号连接，当PLC控制器得到的炉心管3内温度过高时，通过循环水冷或者风冷装置调节加热线圈7温度，当PLC控制器得到的炉心管3内温度过低时，PLC程序可控制加热线圈7自动补温，使炉心管3内达到所需要的温度。
所述石墨发热管4外表面设置有无序排列的保温石墨毡5，以减少石墨发热管4的热量流失，达到较好的保温效果，可以节约电能，降低生产成本；所述保温石墨毡5的外设置有防护管，防止加热线圈7的上下移动刮坏石墨发热管4。
所述防护管6上开设有若干开孔，加热线圈7的上端和/或下端设置有感温探头，感温探头可以通过开孔检测并指示石墨发热管3的温度，感温探头与PLC控制器电信号连接，当PLC控制器得到的石墨发热管3温度过低时，PLC程序可控制加热线圈7自动补温，当PLC控制器得到的石墨发热管3温度过高时，PLC程序可控制循环水冷或者风冷装置调节加热线圈7温度；所述加热线圈7上还设置有异常声光报警装置，如果出现异常状况会有声光报警，异常包括烧结炉外壳9内冷却水或冷风温度、石墨发热管3温度异常等。
所述炉心管3上部设置有至少两层密封盖，如本实施例的密封装置包括第一密封盖11、第二密封盖12和第三密封盖13，可以有效防止外界空气及杂质污染炉心管3腔体和尽可能防止热量外泄。
所述炉心管3上端还连接有保护气体进气管，通过保护气体进气管通入惰性气体，使炉心管3内的气压更加稳定。
实施例2
一种光纤预制棒的烧结方法，包括以下步骤：
将待烧结的光纤预制棒疏松体10固定安装在炉心管3内，并使光纤预制棒疏松体10自转，并将密封腔内通入惰性气体，使密封腔处于高压状态；其中，在将光纤预制棒疏松体10安装在炉心管3内的过程中，炉芯管3的上部不安装密封盖，即将密封盖从炉芯管3上拆下来，在光纤预制棒疏松体10进入炉芯管3后，再将密封盖安装到炉芯管3上，进行炉芯管3的密封；
通过进气管1向炉芯管3内通入惰性保护气体(如氮气、氩气、氦气)和氯气，使炉芯管内压力处于正压状态；
将加热线圈7上下移动，使炉芯管3内的温度达到脱水处理温度，并保持光纤预制棒疏松体10自转，完成脱水处理；
关闭氯气，继续通过进气管1向炉芯管3内持续通入惰性保护气体(如氮气、氩气、氦气)，维持加热线圈7上下移动和光纤预制棒疏松体10自转，使炉芯管3内的温度达到玻璃化处理温度，直至完成玻璃化处理。
优选地，所述脱水处理温度为1050-1250℃(如1050℃、1100℃、1200℃、1250℃)，达到脱水处理温度的升温速率为3-5℃/min(如3℃/min、4℃/min、5℃/min)，脱水处理过程中加热线圈7的移动速度为3-6mm/min(如3mm/min、4mm/min、5mm/min、6mm/min)，光纤预制棒疏松体10的旋转速度为3-6rpm(如3rpm、4rpm、5rpm、6rpm)；玻璃化处理温度为1450-1550℃(如1450℃、1500℃、1550℃)，从脱水处理温度达到玻璃化处理温度的升温速率为6-9℃/min(如6℃/min、7℃/min、9℃/min)，玻璃化处理过程中加热线圈7的移动速度为7-10mm/min(如7mm/min、8mm/min、9mm/min、10mm/min)，光纤预制棒疏松体10的旋转速度为3-6rpm(如3rpm、4rpm、5rpm、6rpm)。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种光纤预制棒的烧结装置，其特征在于，包括用于容纳光纤预制棒疏松体的炉心管(3)、与炉心管(3)下端连通的进气管(1)，与炉心管(3)上端连通的出气管(8)、围绕炉心管(3)外面设置的石墨发热管(4)和围绕石墨发热管(4)外面设置的烧结炉外壳(9)，所述烧结炉外壳(9)与石墨发热管(4)之间构成密封腔，密封腔内设置有可上下移动的加热线圈(7)。
2.根据权利要求1所述的光纤预制棒的烧结装置，其特征在于，在密封腔内、加热线圈的上端和/或下端设置有上辅助加热件(17)和/或下辅助加热件(16)，上辅助加热件(17)和/或下辅助加热件(16)在加热线圈(7)离开后进行加热工作。
3.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒的烧结装置，其特征在于，所述进气管(1)通过第一进气阀、流量计与供气源相连通，所述出气管(8)与废气处理装置相连通，所述炉心管(3)上还设置有与炉心管(3)连通的压力传感器(14)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光纤预制棒的烧结装置，其特征在于，所述进气管(1)与炉心管(3)之间设置有气体预混罐(2)，气体预混罐(2)通过第二进气阀与炉心管(3)相连通。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光纤预制棒的烧结装置，其特征在于，所述烧结炉外壳(9)具有循环水冷或者风冷装置，所述炉心管(3)上设置有与炉心管(3)连通的温度传感器(15)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光纤预制棒的烧结装置，其特征在于，所述石墨发热管(4)外表面设置有无序排列的保温石墨毡(5)，所述保温石墨毡(5)外设置有防护管(6)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的光纤预制棒的烧结装置，其特征在于，所述防护管(6)上开设有若干开孔，加热线圈(7)的上端和/或下端设置有感温探头和异常声光报警装置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的光纤预制棒的烧结装置，其特征在于，所述炉心管(3)上部设置有至少两层密封盖，炉心管(3)上端还连接有保护气体进气管。
9.一种光纤预制棒的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待烧结的光纤预制棒疏松体(10)固定安装在炉心管(3)内，并使光纤预制棒疏松体(10)自转；
向炉芯管(3)内通入惰性保护气体和氯气，使炉芯管内压力处于正压状态；
将加热线圈(7)上下移动，使炉芯管(3)内的温度达到脱水处理温度，并保持光纤预制棒疏松体(10)自转，完成脱水处理；
关闭氯气，继续通过进气管(1)向炉芯管(3)内持续通入惰性保护气体，维持加热线圈(7)上下移动和光纤预制棒疏松体(10)自转，使炉芯管(3)内的温度达到玻璃化处理温度，直至完成玻璃化处理。
10.根据权利要求9所述的光纤预制棒的烧结方法，其特征在于，所述脱水处理温度为1050-1250℃，达到脱水处理温度的升温速率为3-5℃/min，脱水处理过程中加热线圈(7)的移动速度为3-6mm/min，光纤预制棒疏松体(10)的旋转速度为3-6rpm；玻璃化处理温度为1450-1550℃，从脱水处理温度达到玻璃化处理温度的升温速率为6-9℃/min，玻璃化处理过程中加热线圈(7)的移动速度为7-10mm/min，光纤预制棒疏松体(10)的旋转速度为3-6rpm。
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