CN112194359A - 玻璃预制件的制造方法 - Google Patents

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巴德里·贡塔姆
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Abstract

本发明公开了一种玻璃预制件(128)的制造方法。该方法包括使用前体材料在燃烧室(106)中产生烟尘颗粒(116)。前体材料的加热产生烟尘颗粒(116)以及一个或多个杂质。此外，该方法包括烟尘颗粒的团聚(116)。此外，该方法包括从一个或多个杂质中分离烟尘颗粒(116)。此外，在旋风分离器(112)中分离烟尘颗粒(116)进行。此外，该方法包括收集烟尘颗粒(116)。此外，在预制件压缩室(120)的促进下，将烟尘颗粒(116)进行压实。此外，在烧结炉(130)的促进下烧结所述压实预制件(124)。将烟尘颗粒(116)压实后烧结导致玻璃预制棒(128)的形成。

Description

玻璃预制件的制造方法
技术领域
目前发现涉及光纤领域.更具体地，目前发现一种用于制造玻璃预制件的方法。本申请基于2019年8月13日提交的印度申请号201921032707并要求其优先权，和其公开内容通过引用合并于此。
背景技术
在过去几年中，由于相对于金属线的巨大益处，光纤被广泛用于网络通信。光纤需求增加导致光纤预制棒的大量生产。习惯上,使用各种方法来制造光纤预制件各种方法包括但不限于外部气相沉积(OVD)和气相轴向沉积(VAD).OVD涉及的基本过程OVD涉及的基本过程叫“火焰水解"。在这个过程中，SiCl4与氧气(O)和氢气(H2)反应生成二氧化硅(SiO2),氯化氢(HCl)和水蒸气(H2O).另外,OVD过程是复杂的机器设计限制过程为批量制造光纤预制棒.此外，使用OVD过程制造光纤预制棒导致材料效率降低.由于降低了材料效率,因此运行成本高并且也浪费时间。
鉴于上的述论述，需要一种用于制造玻璃预成型坯的改进方法.
发明内容
本公开的主要目的是提供一种导致化学计量能量消耗的高效制造玻璃预成型坯的方法.
本公开的另一个目的是提供消除许多步骤和过程的用于制造玻璃预制件的方法。
本公开的另一个目的是提供一种用于玻璃预成型件的制造方法，该方法导致工厂的总体占地面积大大减少.
附图说明
这个方法在所有附图中都有说明，并且在各个附图中都有相应的字母.通过以下参考附图的描述，将会更好地理解本文的实施例，其中：
图1示出了根据本公开的实施例的用于制造预成型件的系统；
图2示出了根据本公开的另一实施例的用于制造玻璃预制件的系统:和
图3示出了流程图，该流程图描绘了根据本公开各种实施例的玻璃预成型件制造方法。
应该注意，附图旨在呈现本公开的一些示例性实施例的图示。这些附图无意于限制本公开的范围。还应该注意，附图不一定按比例绘制.
具体实施方式
现在将结合附图详细参考本公开的选定实施例.本文描述的实施例不旨在限制本公开的范围，并且本公开不应该被解释为限于所描述的实施例和本公开.在不脱离本公开的范围和精神的情况下，这个公开可以不同形式并入。这个应该理解，附图旨在并被提供以示出以下描述的本公开的实施例，并且不一定按比例绘制.在附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件.并且可能夸大某些部件的厚度和尺寸以提供更好的清晰度和易于理解.
应该注意，术语“第一”，“第二”等在本文中不表示任何顺序，等级，数量或重要性，而是用于将一个元素与另一个元素区分开。
图1示出了根据本公开的实施例的用于制造玻璃预制件128的系统100。图1示出了系统100的各种部件的布置。系统100使得能够进行玻璃预制件128的制造。常见玻璃预制件128是用于拉伸光纤的大玻璃体。另外，可以理解，玻璃体可以是中空的圆柱玻璃体，透明玻璃体，实心玻璃体或有色玻璃体。而且，玻璃预成型件128通过使用一种或多种制造技术来制造。此外，一种或多种制造技术包括但不限于外部气相沉积和气相轴向沉积。
系统100包括燃烧室106，多个附聚器管110，冷却层108，旋风分离器112,烟灰收集室118，预成型坯压实室120和烧结炉130。
系统100包括燃烧室106。另外，燃烧室106由哈氏合金材料制成。通常哈氏合金材料是由镍-钼-铬制成的高温合金。而且，哈氏合金具有高耐环境腐蚀性。此外，哈氏合金材料用于承受高温度，一般来说,燃烧室106是能够燃烧的封闭空间。燃烧室106包括入口102和多个燃烧器104。通常，燃烧室106中用于产生热量的气体可以是氢气(H 2)或氧气(O)或CH 4和氧气(O)。在本公开的实施例中，燃烧室106通过入口102填充有净化气体。还有，净化气体用于维持燃烧室106内部的温度。在一个示例中，吹扫气体是氮气。在又一个示例中，吹扫气体是任何合适的类似气体。
在本公开的实施例中，燃烧室106用于利用前体材料产生烟灰颗粒116。通常，烟灰相当于由二氧化硅组成的粉状或片状物质.通过在多个燃烧器104的促进下加热前体材料来产生烟灰颗粒116。一般来说，产生颗粒的初级尺寸是0.1微米附聚的初级水平也沿着可燃气体火焰发生。附聚初级水平也沿着可燃气体火焰发生。另外，前体材料的加热产生烟灰颗粒116以及一种或多种杂质。而且，如果前体为SiCl4，则一种或多种杂质为HCl和水蒸气。此外，如果前体是SiCl 4，则一种或多种杂质是HCl和水蒸气。另外，前体材料是用于制造二氧化硅烟灰颗粒的原材料。
在本公开的实施例中，前体材料是四氯化硅(SiCl4)或八甲基环四硅氧烷(OMCTS或D4)中的至少一种。通常，八甲基环四硅氧烷是化学式为[(CH3)2SiO]4的有机硅化合物。另外，八甲基环四硅氧烷为无色粘性液体。在本公开的另一个实施例中,前体材料可以变化。
系统100包括多个集聚器管110。此外，多个集聚器管110被冷却层108围绕.此外，冷却层108与一种或多种杂质一起降低了烟灰颗粒116的整体温度。在本公开的实施例中，烟灰颗粒116与一种或多种杂质一起在多个附聚器管110内经历附聚。另外，烟灰颗粒116在冷却层108的促进下在多个附聚器管110内附聚。通常，集聚是是批量收集过程和指烟灰颗粒彼此粘附。在本公开的一个实施例中，烟灰颗粒116的集聚是均匀的并且具有期望的尺寸.在本公开的实施例中，基于粒度要求，集聚管110和冷却层108可保持为非功能性的。在本公开的一个实施方案中，对于1至100微米二氧化硅粒径的范围进行二氧化硅粒子108的集聚。在本公开的实施例中，对于直径在10到40微米范围内的平均二氧化硅颗粒尺寸，执行二氧化硅颗粒108的集聚.二氧化硅的平均预期决定了旋风分离器112的收集效率。
系统100包括旋风分离器112。旋风分离器112包括第一进口122和出口114.在本公开的实施例中，烟灰颗粒116与一种或多种杂质一起通过第一进口122释放在旋风分离器112内。一般来说,旋风分离器利用离心力产生旋流中的颗粒，和由于重力而分离出颗粒。在本公开的实施例中，旋风分离器112促进烟灰颗粒116与一种或多种杂质的分开。在本公开的实施例中，一种或多种杂质通过出口114从旋风分离器112中流出。另外，烟灰颗粒116被收集在烟灰收集室118中。此外，烟灰颗粒116在粉末形式。在本公开的一个实施例中，旋风分离器112接收直径在10微米至40微米在直径范围内的颗粒尺寸，和将这些二氧化硅颗粒108与废物颗粒分离。在本公开的实施例中，旋风分离器112还从废物颗粒中分离出直径大于40微米在直径的颗粒。烟灰颗粒116被收集在烟灰收集室118中(如图1所示)。
系统100包括预成型件压实室120。一般来说，烟灰制造过程的最终损失通常取决于烟灰的大小，其最终贡献20％-30％.这个该压可以将最终损失减少50％以上。在本公开的实施例中，预成型件压紧室120用于对两端具有非常低曲率表面的二氧化硅颗粒108进行压紧，以表示圆锥体，与传统的光学器件相比，该圆锥体可以减少超过50％的端部损耗纤维制造过程。在本公开的实施例中，预成型件压实室120用于执行二氧化硅颗粒108的压实以提供无锥度的预成型件。另外，预成型件压紧室120用于维持高温。而且，预成型件压实室120连接到脱水气体进口126。在本公开的实施例中，预成型件压实室120促进烟灰颗粒116的压实。另外，在连续促进通过脱水气体进口126的脱水气体的情况下进行烟灰颗粒116的压实。此外，烟灰颗粒116的脱水在由预成型件压实室120维持的高温下进行。而且,在预成型件压实室120内释放的脱水气体包括但不限于氯。此外，脱水气体去除了烟灰颗粒116的OH离子浓度。另外，脱水所需的维持温度可以不限于1050℃至1150℃。在本公开的实施例中，预成型件压实室120提供在0.5m至2m的范围内的烟灰预成型件长度的压实和在0.05m至0.35m的范围内的最终压实预成型件直径的压实。腔室提供的预成型坯的压实长度不超出上述长度范围0.5m至2m，并且压实的预成型坯的直径范围为0.05m至0.35m。在本公开的实施例中，预成型件压实室120具有用于通过烧结炉130对压实的烟尘颗粒进行烧结的能力。在本公开的一个实施例中，在对烧结的脱水压实烟灰颗粒进行烧结之后，在可接受的预成型坯直径变化范围内获得玻璃预成型坯128的期望尺寸和形状。粘合剂可以连续但不串联聚碳酸亚丙酯，聚乙烯醇，聚苯乙烯，樟脑和明胶基琼脂。粘合剂的浓度在约100ppm至10,000ppm的范围内。在本公开的一个实例中，粘合剂的浓度可以在任何其他合适的范围内。
在本公开的实施例中，烟灰颗粒116的压实导致烟灰预成型件124的产生。在本公开的实施例中，使用单轴压实过程，冷等静压过程和热等静压过程中的至少一种来执行烟灰颗粒116的压实。预成型件压紧室120用于利用不同的掺杂剂压实二氧化硅颗粒。在本公开的实施例中，预成型件压实室120用于利用具有相同或不同前体的多层掺杂剂来执行二氧化硅颗粒的压实。在本公开的实施例中，预成型件压实室120具有用于通过烧结炉130对压实的烟尘颗粒进行烧结能力。在本公开的实施例中，预成型件压实室120具有用于通过烧结炉130对压实的烟尘颗粒进行烧结能力。
在本公开的实施例中，烟灰颗粒116在热单轴压紧过程的促进下被压紧。在本公开的另一个实施例中，烟灰颗粒116通过热等静压压实过程而被压实。在本公开的又一个实施例中，烟灰颗粒116在热单轴压紧过程和热等静压紧过程的促进下被压紧。在本公开的又一个实施例中，烟灰颗粒116的压实过程可以变化。一般来说，热单轴压实是通过在一个方向上施加压力来压实颗粒的过程。通常，热等静压是通过全方位施加压力来压实颗粒的过程。另外，热等静压紧增加了颗粒的密度。通常，热单轴压实和热等静压实在高压和温度的联合作用下提供致密化作用。在本公开的实施例中，烟灰预成型件124在预成型件压实室120中在所需温度下加热。而且，由预成型件压实室120保持的所需温度可以不限于压实烟灰颗粒的1000摄氏度至1200摄氏度。在本公开的实施例中，预成型件压实室120具有用于通过烧结炉130对压实的烟尘颗粒进行烧结的能力。在本公开的实施例中，由烧结炉130在高温下烧结炉的烟灰预制棒124导致玻璃预制棒128的形成。另外，由烧结炉130保持的所需温度可以不限于烧结密实的烟灰颗粒的1500℃至1600℃。
图2显示了根据本公开的另一实施例的用于制造玻璃预制件128的系统100.图2显示了系统100的组件排列。图2的组件类似于图1的各种组件。系统100包括燃烧室106，多个附聚器管110，冷却层108，旋风分离器112，烟灰收集室118和预成型件压实室120。另外，系统100包括受控气氛炉130(如图2显示)。
烟灰颗粒116填充在预成型件压紧室120内部。此外，烟灰颗粒116在预型件压实室120的促进下进行压实。在本公开的实施例中，使用冷单轴压实工艺压实烟灰颗粒116。在本公开的另一个实施例中，烟灰颗粒116使用冷等静压压实过程压实。在本公开的又一个实施例中，使用冷单轴压紧工艺和冷等静压压工艺压实烟灰颗粒116。在本公开的又一个实施例中，烟灰颗粒116的压实过程可以变化。在本公开的实施例中，烟灰颗粒116的压实导致烟灰预成型件124的形成。
烟灰预制棒124放置在受控气氛炉130内。在本公开的实施例中，受控大气炉130向烟灰预制棒124提供高温.另外，脱水所需的维持温度可以不限于1050℃1150℃,另外，由烧结炉130保持的所需温度可以不限于烧结密实的烟灰颗粒的1500℃至1600℃。另外，受控气氛炉130内的高温促进了烟灰预制棒124的烧结以获得玻璃预制棒128的期望形状和尺寸。在本公开的实施例中，预成型件124可以进一步直接拉入光纤，或者可以是在RIC工艺中进一步利用的包层预成型件。在本公开的实施例中，压实的烟灰预制棒124在受控大气炉130中的烧结结果玻璃预制棒128的形成。
图3示出了流程图200，该流程图200描绘了根据本公开的各种实施例的玻璃预成型件128的制造方法.可以注意到,为了解释流程图200的处理步骤，将参考图2的系统组件.图1和图2。还应该注意，流程图200可以具有更少或更多的步骤。
流程图200在步骤202启动。在步骤202之后，在步骤204，该方法包括在燃烧室106中产生烟灰颗粒116。另外，燃烧室106正在使用净化气体。此外，吹扫气体用于维持燃烧室106内部的温度。而且，烟灰颗粒116是通过在多个燃烧器104的促进下加热前体材料而产生的。此外，前体材料的加热产生烟灰颗粒116以及一种或多种杂质。而且，一种或多种杂质包括HCl和水蒸气。
在步骤206，该方法包括在多个附聚器管110中进行的烟尘颗粒116的附。另外，通过促进冷却层108，烟灰颗粒116在多个附聚器管110内附聚。此外，冷却层108减少了烟灰颗粒116的整体温度。此外，烟灰颗粒116的团聚是均匀且期望的尺寸。此外，烟灰颗粒116与一种或多种杂质一起通过第一进口122插入旋风分离器112中。此外，可以通过ESP或布袋过滤器的方法分离烟灰颗粒116和一种或多种杂质。在步骤208，该方法包括从旋风分离器112中的一种或多种杂质中分离烟灰颗粒116。此外，一种或多种杂质通过出口114离开旋风分离器112。
在步骤210，该方法包括将烟尘颗粒116收集在烟尘收集室118内。在步骤212，该方法包括将烟灰颗粒116压实在预成型件压实室120内。此外，在连续促进脱水气体的同时，烟灰颗粒116在高温下进行脱水。此外，脱水气体包括但不限于氯。此外，烟灰颗粒116的压实随后烧结结果形成玻璃预成坯128。该流程图在步骤214处终止。
本公开提供了优于现有技术的许多优点。本公开提供了一种用于高效地制造玻璃预制件128的改进方法。而且，用于制造玻璃预制棒128的方法是成本有效的，并且需要较少的总处理时间。此外，在玻璃制造预型件128期间，该方法提供了容易的操作。此外，这种方法适用于光纤芯和包层的制造。而且，这种方法可用于制造纯二氧化硅核和纯二氧化硅掺杂层。
为了说明和描述的目的，已经给出了本技术的预定义实施例的前述描述。它们不旨在是详尽的或将本技术限制为所公开的精确形式，和显然可以根据以上教导进行许多修改和变型。选择和描述实施例是为了最好地解释本技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本技术以及具有各种修改的各种实施例，这些修改适合于预期的特定用途。应当理解，可以想到各种等效的省略和替代，因为情况可以暗示或提供权宜之计，但是其意图是覆盖本申请或实施方式而不背离目前本技术权利要求的精神或范围。

Claims (12)

1.一种玻璃预制件(128)的制造方法，其特征在于，该方法包括：
使用前体材料在燃烧室(106)中产生烟尘颗粒(116)，其中，通过在多个燃烧器(104)的促进下加热前体材料来产生烟尘颗粒(116)，其中，前体材料的加热产生烟尘颗粒(116)以及一个或多个杂质；
所述烟尘颗粒(116)的团聚，其中所述团聚是使用多个凝聚器管(110)进行的，其中所述烟尘颗粒(116)基于所述多个凝聚器管(110)的尺寸聚集；
从一个或多个杂质中分离所述烟尘颗粒(116)，其中所述烟尘颗粒(116)在旋风分离器(112)中进行分离；
烟尘颗粒(116)的收集，其中所述烟尘颗粒(116)的收集在烟尘收集室(118)中进行；并且
烟灰颗粒(116)的压实，其中，烟灰颗粒(116)在预制件压实室(120)的促进下被压实，其中，在烧结之后压实烟尘颗粒(116)导致玻璃预制件(128)的形成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中燃烧室(106)包括多个燃烧器(104)和入口(102)，其中燃烧室(106)充满吹扫气体，其中入口(102)用于释放燃烧室(106)中的吹扫气体。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中燃烧室(106)由哈氏合金材料制成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，如果前体材料为四氯化硅(SiCl4)，则含有HCl和水蒸气的一种或多种杂质。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述前体材料为四氯化硅(SiCl4)或八甲基环四硅氧烷(OMCTS或D4)中的至少一种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述多个凝聚器管(110)被冷却层(108)包围，其中所述冷却层(108)有助于多个凝聚器管(110)内的烟尘颗粒(116)的冷却。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中旋风分离器(112)有助于从一种或多种杂质中分离烟尘颗粒(116)。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述烟尘颗粒(116)的压实使用单轴压实工艺、冷等静压压实工艺和热等静压压实工艺中的至少一种进行。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述烟灰颗粒(116)的压实是在脱水气体的持续促进下进行的，其中所述脱水气体是氯中的至少一种，其中所述脱水气体从烟灰预制体(124)中去除OH离子浓度。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压实烟灰预制件(124)在预制件压实室(120)中烧结形成玻璃预制件(128)，其中所述玻璃预制件(128)具有高效性。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述脱水在受控常压炉(130)中进行，脱水气体持续促进脱水气体，其中所述脱水气体是氯中的至少一种，其中所述脱水气体从烟灰预制件(124)中去除OH离子浓度。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压实的烟灰预制体(124)在受控常压炉(130)中烧结形成所述玻璃预制体(128)，其中所述玻璃预制体(128)具有高效性。
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