CN112499957A - 一种pcvd车床多通道旋转夹头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PCVD车床多通道旋转夹头，包括有固定座和旋转夹套，固定座的前端通过轴承与旋转夹套相连接，在固定座与旋转夹套之间设置有密封装置，所述的固定座内设置有原料气体混合腔并连接基本混合原料气体管道，其特征在于所述的固定座连接有稀土原料加热气体管道和辅助原料气体加热管道，所述的稀土原料加热气体管道和辅助原料气体加热管道穿过固定座进入旋转夹头的内腔。本发明可为PCVD沉积系统提供所需的稀土掺杂原料，使不同的原料能够顺利到达反应沉积区，从而完成掺稀土光纤预制棒的PCVD沉积，不仅掺杂均匀性好，而且光纤剖面精度高，可以满足各种复杂光纤剖面的制作，保证光纤的传输性能要求。

Description

一种PCVD车床多通道旋转夹头
技术领域
本发明涉及一种PCVD车床多通道旋转夹头，用于稀土光纤预制棒的沉积制备，属于稀土光纤加工设备技术领域。
背景技术
在光通信领域，以掺铒光纤为核心的EDFA研究和发展，支撑长距离、大容量、高速率的光纤通信，是密集波分复用系统(DWDM)、未来高速系统(100G已商用，未来五年的400G技术)、全光网络不可缺少的重要器件，也是超高速长距离传输系统中主要器件。在激光放大领域，以掺镱光纤为代表的光纤激光器，在工业、国防、医疗等应用广泛，用于焊接、打标、表面处理等，输出功率从几瓦发展到单模输出万瓦。
虽然掺稀土光纤制备技术在不断创新发展，但商用的掺稀土光纤制备主流技术都是基于MCVD工艺派生而来的：溶液法和CDS溶液法是在MCVD设备上，管内沉积多孔、疏松的SiO2沉积层，取下反应管，用所需的稀土氯化物溶液泡，然后进行脱水、玻璃化熔缩，制备出掺稀土芯棒；CDS高温螯合物掺杂是在利用稀土螯合物(铒，镱等)在接近200℃时具有较高的饱和蒸汽压，使用He等惰性气体携带，接入到MCVD进气系统中，再选择合适的共掺杂元素，结合MCVD制备掺稀土光纤预制棒。
PCVD技术是光纤预制棒四大制备工艺之一，相比MCVD，PCVD具有沉积均匀性好，光纤剖面精度高，工艺稳定性强的特定。采用PCVD技术，反应物必须以气态形式输送到反应区，在高频的作用下，变成等离子体，完成等离子反应，而制备掺稀土光纤预制棒，所需的反应物除了常规的SiCl4、GeCl4、O2及其它辅助气体外，还有AlCl3和稀土氯化物。AlCl3和稀土氯化物常温下是固态，必须通过加热，使其升华，输送到PCVD等离子区，参与等离子反应，才能将稀土等掺杂物沉积到石英玻璃衬管中。PCVD工艺是通过PCVD车床来实现的，PCVD工艺所需要的原料，是以气态的形式，在50℃左右的管道混合后，经过旋转夹头，进入到反应衬管的。现有的PCVD车床旋转夹头包括有固定座和旋转夹套，固定座中安设有气体原料输送管道，该输送管道适于输送50℃左右的气体原料，但制备稀土光纤所需的AlCl3和稀土氯化物，其升华温度分别是180℃和800℃以上，使用现有的输送管道会使高温气态原料在输送过程中产生凝结或部分凝结，无法实现原料的输送。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种PCVD车床多通道旋转夹头，它不仅能保证自身的旋转密封性能，而且可以满足掺稀土光纤预制棒沉积原料的输送。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案如下：包括有固定座和旋转夹套，固定座的前端通过轴承与旋转夹套相连接，在固定座与旋转夹套之间设置有密封装置，所述的固定座内设置有原料气体混合腔并连接基本混合原料气体管道，其特征在于所述的固定座连接有稀土原料加热气体管道和辅助原料气体加热管道，所述的稀土原料加热气体管道和辅助原料气体加热管道穿过固定座进入旋转夹头的内腔。
按上述方案，所述的辅助原料气体加热管道包括穿入固定座的金属管，金属管内穿装一根双层石英加热管，所述的双层石英加热管包括一根双层石英管，双层石英管之间的环形孔腔中设置有电热丝，双层石英管的中间孔腔为气体通道。
按上述方案，所述的辅助原料气体加热管道的进气端与辅助原料气体源相接，所述的辅助原料气体加热管道的出气端延伸至旋转夹套前端的沉积衬管装夹处。
按上述方案，所述的稀土原料加热气体管道包括穿入固定座的双层石英加热管，所述的双层石英加热管包括一根双层石英管，双层石英管之间的环形孔腔中设置有电热丝，双层石英管的中间孔腔为气体通道。
按上述方案，所述的稀土原料气体加热管道的进气端与稀土原料气体源相接，所述的稀土原料气体加热管道的出气端延伸至旋转夹套前端外沉积衬管内腔。
按上述方案，所述的稀土原料气体加热管道穿装安设在固定座的中部或中部附近，所述的辅助原料气体加热管道穿装安设在稀土原料气体加热管道的一侧。
按上述方案，所述的稀土原料气体加热管道平直安设，即管道中心线与固定座轴线相平行，所述的辅助原料气体加热管道斜向安设，即管道中心线与固定座轴线相交成10～30°夹角，且辅助原料气体加热管道的出气端相距固定座轴线较近。
按上述方案，所述的稀土原料气体加热管道的加热温度为800～1200℃；所述的辅助原料气体加热管道的加热温度为180～200℃。
按上述方案，所述的固定座后端设置有包绕稀土原料气体加热管道的环形冷却腔，所述的环形冷却腔与冷却水源相连通，用于对固定座的冷却。
按上述方案，所述的固定座的前端通过薄壁轴承与旋转夹套相连接。
本发明的有益效果在于：1、通过设置稀土和辅助原料气体加热管道可为PCVD沉积系统提供所需的稀土掺杂原料，使不同的原料能够顺利到达反应沉积区，从而完成掺稀土光纤预制棒的PCVD沉积；2、通过PCVD工艺沉积稀土制备光纤预制棒，不仅掺杂均匀性好，而且光纤剖面精度高，可以满足各种复杂光纤剖面的制作，保证光纤的传输性能要求；3、稀土原料气体加热管道的出气端延伸至从旋转夹套前端外沉积衬管内腔和辅助原料气体加热管道的出气端延伸至旋转夹套前端的沉积衬管装夹处可使高温气体原料顺利到达反应沉积区，避免凝结和堵塞，保证气体原料输送的畅通；4、设置冷却腔能使旋转夹头在较低的温度下工作，确保旋转夹头各环节的密封。
附图说明
图1为本发明一个实施例的主剖视图。
图2为本发明一个实施例旋转一个角度后的主剖视图。
图3为本发明一个实施例的侧视图。
图4为本发明一个实施例的主立体视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的一个实施例如图1～4所示，包括有固定座2和旋转夹套1，固定座与PCVD车床相连接，固定座的前端通过轴承4与旋转夹套相连接，有传动皮带带动其旋转，所述的轴承为薄壁轴承，在固定座与旋转夹套之间设置有密封装置5，所述的密封装置为X形密封圈，所述的旋转夹套的前端收缩设置有沉积衬管装夹孔，沉积衬管装夹孔前端安设密封圈13并配置锁紧螺母12，通过密封圈和锁紧螺母将沉积衬管与旋转夹套密封锁紧。所述的固定座内前部设置有原料气体混合腔20，基本混合原料气体管道21穿入固定座与原料气体混合腔连通，基本原料包括有GeCl4、SiCl4和O2等。所述的固定座还连接有稀土原料加热气体管道和辅助原料气体加热管道，所述的稀土原料加热气体管道包括穿入固定座的双层石英加热管，所述的双层石英加热管包括一根双层石英管，双层石英管包括内管18和外管16，双层石英管之间的环形孔腔中设置有电热丝17，双层石英管的中间孔腔为气体通道，外管16上设置有固定法兰与固定座的穿入孔端面相配置，并安设端面密封圈15与固定座的孔肩相配置，外管的外径为D30mm，在外管外周还安设有密封圈14与固定座的穿入孔相配置，所述的稀土原料气体加热管道的进气端与稀土原料气体源相接，所述的稀土原料气体加热管道的出气端延伸至旋转夹套前端外进入沉积衬管22内腔一端距离，出气端的外管端头收缩为半球形，所述的稀土原料气体加热管道穿装安设在固定座的中部附近，管道平直安设，即管道中心线与固定座轴线相平行，偏心5～10mm，所述的稀土原料气体加热管道的加热温度为900℃。所述的稀土原料为镧系元素得氯化物。所述的辅助原料气体加热管道包括穿入固定座的金属管11，金属管为不锈钢管，不锈钢管内穿装一根双层石英加热管，所述的双层石英加热管包括一根双层石英管，双层石英管包括内管7和外管6，双层石英管之间的环形孔腔中设置有电热丝8，双层石英管的中间孔腔为气体通道，在金属管的外端头设置有锁紧螺母10，并配置密封圈9，用于穿入双层石英加热管的压紧密封；所述的辅助原料气体加热管道直径较细，穿装安设在稀土原料气体加热管道的一侧，所述的辅助原料气体加热管道斜向安设，即管道中心线与固定座轴线相交成15°夹角，且辅助原料气体加热管道的出气端相距固定座轴线较近，贴近稀土原料气体加热管道外周，这样一方面可以使得辅助气体在流出管道后能附着稀土原料气体加热管道外周流动，使原料气体容易进入到衬管中，另一方面也可以吸收稀土原料气体加热管道外周的余热，使其得到更好的预热参与反应。所述的辅助原料气体加热管道的加热温度为185℃，所述的辅助原料为AlCl3。所述的固定座后端设置有包绕稀土原料气体加热管道的环形冷却腔19，所述的环形冷却腔通过进水管23和出水管24与循环冷却水源相连通，用于对固定座的冷却，此外在原料气体混合腔20的周壁3设置一个环形腔，由此在固定座前部形成一个轴向截面扁平的前环形冷却腔，且该冷却腔与外侧的环形冷却腔19相连通，可对固定座前端外周的轴承和密封装置进行冷却。基本混合原料气体管道21、稀土原料加热气体管道和辅助原料气体加热管道均穿过环形冷却腔进入旋转夹头的内腔。

Claims (10)

1.一种PCVD车床多通道旋转夹头，包括有固定座和旋转夹套，固定座的前端通过轴承与旋转夹套相连接，在固定座与旋转夹套之间设置有密封装置，所述的固定座内设置有原料气体混合腔并连接基本混合原料气体管道，其特征在于所述的固定座连接有稀土原料加热气体管道和辅助原料气体加热管道，所述的稀土原料加热气体管道和辅助原料气体加热管道穿过固定座进入旋转夹头的内腔。
2.按权利要求1所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于所述的辅助原料气体加热管道包括穿入固定座的金属管，金属管内穿装一根双层石英加热管，所述的双层石英加热管包括一根双层石英管，双层石英管之间的环形孔腔中设置有电热丝，双层石英管的中间孔腔为气体通道。
3.按权利要求1或2所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于所述的辅助原料气体加热管道的进气端与辅助原料气体源相接，所述的辅助原料气体加热管道的出气端延伸至旋转夹套前端的沉积衬管装夹处。
4.按权利要求1或2所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于所述的稀土原料加热气体管道包括穿入固定座的双层石英加热管，所述的双层石英加热管包括一根双层石英管，双层石英管之间的环形孔腔中设置有电热丝，双层石英管的中间孔腔为气体通道。
5.按权利要求4所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于所述的稀土原料气体加热管道的进气端与稀土原料气体源相接，所述的稀土原料气体加热管道的出气端延伸至旋转夹套前端外沉积衬管内腔。
6.按权利要求1或2所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于所述的稀土原料气体加热管道穿装安设在固定座的中部或中部附近，所述的辅助原料气体加热管道穿装安设在稀土原料气体加热管道的一侧。
7.按权利要求6所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于所述的稀土原料气体加热管道平直安设，即管道中心线与固定座轴线相平行，所述的辅助原料气体加热管道斜向安设，即管道中心线与固定座轴线相交成10~30°夹角，且辅助原料气体加热管道的出气端相距固定座轴线较近。
8.按权利要求1或2所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于所述的稀土原料气体加热管道的加热温度为800~1200℃；所述的辅助原料气体加热管道的加热温度为180~200℃。
9.按权利要求1或2所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于所述的固定座后端设置有包绕稀土原料气体加热管道的环形冷却腔，所述的环形冷却腔与冷却水源相连通，用于对固定座的冷却。
10.按权利要求9所述的PCVD车床多通道旋转夹头，其特征在于在原料气体混合腔的周壁设置一个环形腔，由此在固定座前部形成一个轴向截面扁平的前环形冷却腔，且该冷却腔与外侧的环形冷却腔相连通。
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