CN111548004A - 光纤生产设备及制备方法及光纤 - Google Patents
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Abstract
一种光纤生产设备，包括机架以及设置于所述机架上的拉丝机构、沉积机构所述拉丝机构用于将预制棒拉制成光纤，所述沉积机构包括真空腔体、两个第一真空控制区及两个第二真空控制区，所述第二真空控制区分别连接于所述真空腔体的两侧，每一所述第二真空控制区均连通于所述第一真空控制区，所述第一真空控制区和第二真空控制区用于控制所述真空腔体内的真空条件，光纤经所述第一真空控制区和第二真空控制区进入所述真空腔体内进行物理沉积以在光纤表面镀膜。上述的光纤生产设备通过设置第一真空控制区和第二真空控制区，无需在完全密封的真空环境中进行镀膜，制备方法过程简单，实现连续化生产，加快生产效率，制备的光纤工作温度范围广。
Description
技术领域
本申请涉及光纤生产领域，尤其涉及一种光纤生产设备及制备方法及光纤。
背景技术
光纤作为一种介质光波导、光信号的传输线，具有频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高等优点，使之在光纤通信、传感、传光照明与能量信号传输等领域被广泛而大量地应用，并已成为当今信息世界的新兴支柱产业，需求非常旺盛。普通光纤主要结构包括纤芯、包层以及涂覆层，光纤应用的稳定性以及使用寿命与涂覆层有密切的关系。通常，采用紫外固化丙烯酸树脂涂层得到的普通光纤，使用温度为-60～85℃。当工作温度超过85℃时，涂覆层材料就会出现严重的老化从而失去了对光纤的保护作用，导致光纤失效。耐高温聚酯涂层和聚酰亚胺涂层能够保障光纤分别在150℃以下和300℃以下正常工作。随着光纤应用环境的扩展，尤其是在高温工作环境下，如涡轮火焰检测、油气井传感和高真空或高压力等许多高温应用下，需要光纤仍然能够保持良好的光学特性。
目前国内耐超高温光纤，传统的物理沉积设备工作是在3×10-3pa真空条件下通入氩气，在20～30pa的真空度下通过高压放电的方式电离氩气，在电场和磁场力的双重作用下，轰击靶材后，金属原子沉积在工件表面，这种真空镀膜方式必须在完全密封的环境中，无法实现连续化的生产，生产效率低。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种光纤生产设备及制备方法及光纤，其能够连续化生产，生产效率高。
本申请的实施例提供一种光纤生产设备，包括机架以及设置于所述机架上的拉丝机构、沉积机构、电镀机构以及处理机构，所述拉丝机构用于将预制棒拉制成光纤，所述沉积机构包括真空腔体、两个第一真空控制区及两个第二真空控制区，两个所述第二真空控制区连通于所述真空腔体，每一所述第一真空控制区均连通于所述第二真空控制区，所述第一真空控制区和第二真空控制区用于控制所述真空腔体内的真空条件，光纤经所述第一真空控制区和第二真空控制区进入所述真空腔体内进行物理沉积以在光纤表面镀膜，所述电镀机构用于对镀膜后的光纤进行电镀处理，所述处理机构用于对电镀后的光纤进行烘干退火处理。
进一步的，在本申请的一些实施例中，所述拉丝机构包括送棒器和加热炉，所述送棒器固定于所述机架，所述加热炉设置于所述机架的容置腔内，所述送棒器用于安装预制棒并将预制棒送入所述加热炉内加热后进行拉丝，以形成光纤。
进一步的，在本申请的一些实施例中，所述加热炉与沉积机构之间设有冷却设备，用于对拉丝后的光纤进行快速降温。
进一步的，在本申请的一些实施例中，所述光纤生产设备还包括测径机构，所述测径机构包括第一丝径仪，所述第一丝径仪设置于所述沉积机构和电镀机构之间，用于测量镀膜后的光纤直径。
进一步的，在本申请的一些实施例中，所述光纤生产设备还包括牵引机构，所述牵引机构包括收卷设备和驱动件，所述驱动件连接于所述收卷设备，用于驱动所述收卷设备转动，以将所述处理机构处理后的光纤进行收卷。
进一步的，在本申请的一些实施例中，所述测径机构还包括第二丝径仪，所述第二丝径仪设置于所述处理机构和牵引机构之间，用于对收卷前的光纤的直径进行测量。
本申请的实施例还提供一种采用所述光纤生产设备的制备方法，包括以下步骤：
送棒器安装预制棒并将预制棒送入加热炉进行加热，将预制棒拉制成光纤；
通过第一真空控制区和第二真空控制区控制真空腔体内的真空条件，将光纤在真空腔体内进行镀膜；
镀膜后的光纤送入电镀机构进行电镀；
对电镀后的光纤进行烘干和退火处理；
将烘干退火处理后的光纤进行收卷。
进一步的，在本申请的一些实施例中，光纤镀膜的表面沉积的金属涂层厚度为5nm～50nm，电镀后的光纤表面的金属涂层的厚度为10um～100um。
进一步的，在本申请的一些实施例中，收卷的长度≥2km，速度在0.1m～1000m/min。
本申请的实施例又提供一种采用所述制备方法制备的光纤，所述光纤的工作温度范围为-269℃～900℃，所述光纤的弯曲直径达到≤5cm。
上述的光纤生产设备通过在真空腔体的两侧设置第一真空控制区和第二真空控制区，控制真空腔体的的真空度，无需在完全密封的真空环境中进行镀膜，制备方法过程简单，可以实现连续化生产，加快生产效率，制备的光纤工作温度范围广。
附图说明
图1为本申请一实施方式中的光纤生产设备的结构示意图。
图2为本申请一实施方式中的沉积机构的结构示意图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。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。
本申请的实施例提供一种光纤生产设备，包括机架以及设置于所述机架上的拉丝机构、沉积机构、电镀机构以及处理机构，所述拉丝机构用于将预制棒拉制成光纤，所述沉积机构包括真空腔体、两个第一真空控制区及两个第二真空控制区，两个所述第二真空控制区连通于所述真空腔体，每一所述第一真空控制区均连通于所述第二真空控制区，所述第一真空控制区和第二真空控制区用于控制所述真空腔体内的真空条件，光纤经所述第一真空控制区和第二真空控制区进入所述真空腔体内进行物理沉积以在光纤表面镀膜，所述电镀机构用于对镀膜后的光纤进行电镀处理，所述处理机构用于对电镀后的光纤进行烘干退火处理。
本申请的实施例还提供一种采用所述光纤生产设备的制备方法，包括以下步骤：
送棒器安装预制棒并将预制棒送入加热炉进行加热，将预制棒拉制成光纤；
通过第一真空控制区和第二真空控制区控制真空腔体内的真空条件，将光纤在真空腔体内进行镀膜；
镀膜后的光纤送入电镀机构进行电镀；
对电镀后的光纤进行烘干和退火处理；
将烘干退火处理后的光纤进行收卷。
本申请的实施例又提供一种采用所述制备方法制备的光纤，所述光纤的工作温度范围为-269℃～900℃，所述光纤的弯曲直径达到≤5cm。
上述的光纤生产设备通过在真空腔体的两侧设置第一真空控制区和第二真空控制区，控制真空腔体的的真空度，无需在完全密封的真空环境中进行镀膜，制备方法过程简单，可以实现连续化生产，加快生产效率，制备的光纤工作温度范围广。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。
请参阅图1，在一实施方式中，图1所示光纤生产设备100用于制备耐高温光纤。所述光纤生产设备100包括机架10、拉丝机构20、沉积机构30、测径机构40、电镀机构50、处理机构60及牵引机构70。所述拉丝机构20、沉积机构30、测径机构40、电镀机构50及处理机构60均设置于所述机架10上，所述牵引机构70连接于所述处理机构60。在一实施方式中，所述拉丝机构20、沉积机构30、测径机构40、电镀机构50、处理机构60及牵引机构70由上而下依次设置于所述机架10上。
所述机架10包括容置腔，所述容置腔内设有所述拉丝机构20、沉积机构30、测径机构40、电镀机构50及处理机构60。在一实施方式中，所述机架10的周侧的各个高度设有活动窗口，便于观察所述机架10内部的各机构的运行情况。在一实施方式中，所述机架10大致为长方体结构，所述拉丝机构20部分连接于所述机架10的顶部。在一实施方式中，所述机架10内设有多个安装平台，用于安装所述拉丝机构20、沉积机构30、测径机构40、电镀机构50及处理机构60，以使所述拉丝机构20、沉积机构30、测径机构40、电镀机构50及处理机构60大致位于同一直线上。可以理解的是，所述机架10上还设有出线口，用于将光纤连接于所述牵引机构70，以进行收卷。
所述拉丝机构20包括送棒器21和加热炉22，所述送棒器21固定于所述机架10的顶部，所述加热炉22设置于所述机架10的容置腔内。所述送棒器21用于安装预制棒并将预制棒送入所述加热炉22内加热后进行拉丝，以形成光纤。在一实施方式中，所述送棒器21的送棒速度与所述加热炉22的温度有关，如在预制棒拉丝的设定温度内，所述加热炉22的温度越高，则所述送棒器21的送棒速度越快，所述加热炉22的温度较低，则所述送棒器21的送棒速度越慢。在一实施方式中，加热炉22为感应拉丝炉，所述加热炉22与所述送棒器21相对的一端设有传感器，用于感测是否有预制棒进入所述加热炉22。当感测到预制棒时，则进行快速升温以达到设定温度。可以理解的是，所述加热炉22在不进行加热拉丝时，即未感测到预制棒时，处于预热状态，便于快速到达拉丝所需的加热温度。在一实施方式中，预制棒拉制成φ125um的光纤。可以理解的是，光纤的直径不限于上述的限定，可以根据需求进行相应变化。在一实施方式中，所述加热炉22与沉积机构30之间还设有冷却设备，用于对拉丝后的光纤温度进行快速降温，以便于光纤进入所述沉积机构30进行物理沉积。
请参阅图2，所述沉积机构30包括真空腔体31、两个第一真空控制区32及两个第二真空控制区33。所述真空腔体31的相对两侧均分别设有所述第二真空控制区33，每一所述第二真空控制区33均连通于所述第一真空控制区32，所述第一真空控制区32正对所述加热炉22。预制棒拉丝形成的光纤穿过所述第一真空控制区32和第二真空控制区33，进入所述真空腔体31内进行物理沉积，使金属和非金属材料在光纤的表面镀膜，然后从所述真空腔体31另一端的所述第一真空控制区32和第二真空控制区33中穿出进入所述测径机构40。在一实施方式中，光纤表面沉积的金属涂层厚度为5nm～50nm且具有导电性。可以理解的是，所述第一真空控制区32和第二真空控制区33上均设有抽真空装置。在一实施方式中，所述第一真空控制区32内的压力抽取为10-3pa，所述第二真空控制区33内的压力抽取为2×10- 3pa。在一实施方式中，所述真空腔体31内的真空条件为3×10-3pa。在一实施方式中，所述物理沉积技术包括磁控溅射、多弧离子镀、蒸发、高能脉冲磁控溅射等。
所述测径机构40包括第一丝径仪41和第二丝径仪42，所述第一丝径仪41设置于所述沉积机构30和电镀机构50之间，镀膜后的光纤经所述第一丝径仪41进行测径，以检测镀膜后的光纤是否在设定的直径范围内。所述第二丝径仪42设置于所述处理机构60和牵引机构70之间，用于对收卷前的光纤的直径进行再一次测量，保证光纤的直径满足生产的要求。在一实施方式中，所述测径机构40还包括检测设备，所述检测设备设置于所述第一丝径仪41和所述电镀机构50之间，用于检测光纤的张力满足要求。
镀膜后的光纤虽然已经在其表面形成了金属膜，但是由于膜层太薄，需要通过所述电镀机构50进行电镀增厚。在一实施方式中，经过电镀后的金属涂层的厚度为10um～100um。在一实施方式中，电镀的金属包括铜、镍、钯镍、锡铅、银等。可以理解的是，电镀的金属不限于上述的限定，还可以为其他金属。
所述处理机构60包括烘干区和退火区。由于电镀后的光纤表面含有水份，通过所述烘干区烘干，去除水分后，在所述退火区进行退火，以使金属涂层的韧性达到最佳。在一实施方式中，采用红外线加热管进行退火。可以理解的是，退火的温度根据金属涂层材料本身进行调整，以选择合适的温度。
所述牵引机构70包括收卷设备和驱动件，所述收卷设备和驱动件设置于所述机架10的一侧，所述驱动件连接于所述收卷设备，用于驱动所述收卷设备转动，以将表面设有金属的光纤进行收卷。在一实施方式中，收卷的长度≥2km，节距为0.3mm，速度在0.1m～1000m/min。
可以理解的是，所述光纤生产设备100还包括控制器80，用于控制所述拉丝机构20、沉积机构30、测径机构40、电镀机构50、处理机构60及牵引机构70的运行。
一种耐高温光纤的制备方法，具体包括以下步骤：
送棒器安装预制棒并将预制棒送入加热炉进行加热，将预制棒拉制成光纤；
通过第一真空控制区和第二真空控制区控制真空腔体内的真空度，将光纤在真空腔体内进行镀膜；
镀膜后的光纤送入电镀机构进行电镀；
对电镀后的光纤进行烘干和退火处理；
将烘干退火处理后的光纤进行收卷。
制备的表面设有金属的光纤的工作温度范围为-269℃～900℃，光纤的弯曲直径达到≤5cm，具有较高的抗腐蚀性能，可以焊接，应用于如涡轮火焰检测、油气井传感、高真空或高压力等诸多高温应用。
上述的光纤生产设备采用双通结构，通过在真空腔体的两侧设置第一真空控制区和第二真空控制区，控制真空腔体的的真空度，可以与大气连通，无需在完全密封的真空环境中进行镀膜，工艺过程简单，可以实现连续化生产，加快生产效率。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本申请要求公开的范围内。
Claims (10)
1.一种光纤生产设备，包括机架以及设置于所述机架上的拉丝机构、沉积机构、电镀机构以及处理机构，所述拉丝机构用于将预制棒拉制成光纤，其特征在于：所述沉积机构包括真空腔体、两个第一真空控制区及两个第二真空控制区，两个所述第二真空控制区连通于所述真空腔体，每一所述第一真空控制区均连通于所述第二真空控制区，所述第一真空控制区和第二真空控制区用于控制所述真空腔体内的真空条件，光纤经所述第一真空控制区和第二真空控制区进入所述真空腔体内进行物理沉积以在光纤表面镀膜，所述电镀机构用于对镀膜后的光纤进行电镀处理，所述处理机构用于对电镀后的光纤进行烘干退火处理。
2.如权利要求1所述的光纤生产设备，其特征在于：所述拉丝机构包括送棒器和加热炉，所述送棒器固定于所述机架，所述加热炉设置于所述机架的容置腔内，所述送棒器用于安装预制棒并将预制棒送入所述加热炉内加热后进行拉丝，以形成光纤。
3.如权利要求2所述的光纤生产设备，其特征在于：所述加热炉与沉积机构之间设有冷却设备，用于对拉丝后的光纤进行快速降温。
4.如权利要求1所述的光纤生产设备，其特征在于：所述光纤生产设备还包括测径机构，所述测径机构包括第一丝径仪，所述第一丝径仪设置于所述沉积机构和电镀机构之间，用于测量镀膜后的光纤直径。
5.如权利要求4所述的光纤生产设备，其特征在于：所述光纤生产设备还包括牵引机构，所述牵引机构包括收卷设备和驱动件，所述驱动件连接于所述收卷设备，用于驱动所述收卷设备转动，以将所述处理机构处理后的光纤进行收卷。
6.如权利要求5所述的光纤生产设备，其特征在于：所述测径机构还包括第二丝径仪，所述第二丝径仪设置于所述处理机构和牵引机构之间，用于对收卷前的光纤的直径进行测量。
7.一种采用权利要求1至6任意一项所述光纤生产设备的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
送棒器安装预制棒并将预制棒送入加热炉进行加热，将预制棒拉制成光纤；
通过第一真空控制区和第二真空控制区控制真空腔体内的真空条件，将光纤在真空腔体内进行镀膜；
镀膜后的光纤送入电镀机构进行电镀；
对电镀后的光纤进行烘干和退火处理；
将烘干退火处理后的光纤进行收卷。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：光纤镀膜的表面沉积的金属涂层厚度为5nm～50nm，电镀后的光纤表面的金属涂层的厚度为10um～100um。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：收卷的长度≥2km，速度在0.1m～1000m/min。
10.一种采用如权利要求9所述制备方法制备的光纤，其特征在于，所述光纤的工作温度范围为-269℃～900℃，所述光纤的弯曲直径达到≤5cm。
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