CN116062983A - 一种具有稳定气流场的沉积腔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有稳定气流场的沉积腔，包括有沉积腔体，沉积腔体中安设有上、下旋转夹盘，对应于上、下旋转夹盘安设有上下间隔的喷灯，上、下旋转夹盘或喷灯与上下移动装置相连，沉积腔体的一侧与进风腔相连通，沉积腔的另一侧与抽风腔相连通，其特征在于所述的抽风腔位于喷灯的前面一侧，抽风腔的前面与沉积腔相贯通，抽风腔的后面联接上下分隔的子抽风腔，每个子抽风腔的出风口处串接风量调节阀，用于对抽出气体流量的调节，所述的子抽风腔的出风口与抽风管道相连通。本发明有利于气流场的均匀顺畅，减少紊流，使沉积区域气流场趋于稳定，同时通过调节不同沉积区域抽风流量促进温度场的均匀，及时抽走粉尘，从而有效提高OVD工艺的沉积质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有稳定气流场的沉积腔，为用于外部气相沉积法制备合成石英玻璃圆柱体的配套设备。
背景技术
外部气相沉积法(OVD)制作石英玻璃圆柱体是一种重要的、众所周知的方法，可获得高纯合成二氧化硅石英玻璃产品，由于其杰出的材料特性，普遍应用于光纤、光学玻璃以及半导体行业。OVD的工艺流程为沉积喷灯将二氧化硅纳米气流沉积在目标靶棒上，形成多孔二氧化硅粉棒预制体，然后将多孔二氧化硅粉棒预制体在真空或者氦气中烧结成无孔纯二氧化硅石英玻璃圆柱体。
OVD法沉积机理是热泳，指的是由于温度梯度对颗粒产生的效应，它会造成颗粒从一个高温区移动至低温区，由此可见，温度梯度是影响沉积的主要因素，颗粒温度较高，靶材温度较低，可提高收集率和沉积效率。为了保证沉积二氧化硅粉棒的沉积纯度和均匀性，喷灯的喷射燃烧沉积过程是在具有负压的沉积腔中进行的，沉积腔将整个喷灯组和沉积靶棒封闭在沉积腔中，与外界相对隔离，使沉积区域保持较高的温度，同时通过设置进风腔和抽风腔，将未沉积至靶棒上粉尘及时抽出沉积区域。现有的沉积腔和抽风腔均为单个腔体结构，进入腔体的气流和气体温度上下是一致的，随着沉积燃烧不断进行，腔内温度升高，预制件粉棒外径不断增大，因空气对流热量向上运动，使沉积区域和预制件粉棒上下温度不均，在负压的沉积腔中产生紊流，导致热泳沉积速率不一，甚至会出现“葫芦状”等外径不均匀的预制件粉棒。沉积区域温度和气流的变化和波动，直接影响到沉积过程中的温度梯度分布和气流场的稳定性，致使粉棒沉积率减小，粉棒上下沉积不匀，引起沉积质量下降。为了获得预期的沉积率，现有技术往往选择加大下烤灯火焰温度，用于加热芯棒下部，调节因对流引起的热量上涌。但这种做法一方面造成了热量的浪费，另一方面也无法根本解决芯棒上下温度不均和气流紊乱的问题，难以得到质量优异的石英预制棒产品。尤其是大直径粉棒，此现象更为严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种具有稳定气流场的沉积腔，它能调节沉积区域气流流量，使沉积区域气流场趋于稳定，提高沉积质量。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
包括有沉积腔体，沉积腔体中安设有上、下旋转夹盘，对应于上、下旋转夹盘安设有上下间隔的喷灯，上、下旋转夹盘或喷灯与上下移动装置相连，沉积腔体的一侧与进风腔相连通，沉积腔的另一侧与抽风腔相连通，其特征在于所述的抽风腔位于喷灯的前面一侧，抽风腔的前面与沉积腔相贯通，抽风腔的后面联接上下分隔的子抽风腔，每个子抽风腔的出风口处串接风量调节阀，用于对抽出气体流量的调节，所述的子抽风腔的出风口与抽风管道相连通。
按上述方案，所述的子抽风腔呈棱台锥筒状，前大后小，前端与抽风腔前面联通，后端通过连接管与抽风管道相连通，所述的风量调节阀设置在连接管上。
按上述方案，所述的进风腔位于喷灯背面一侧，进风腔的前面与沉积腔相贯通，进风腔的后面联接上下分隔的子进风腔，每个子进风腔的进风口处设置加热装置，用于对进入气体的加温。
按上述方案，所述的子进风腔进风口与气体过滤腔相连通，所述的气体过滤腔中设置有气体过滤器。
按上述方案，所述的子进风腔呈棱台锥筒状，前大后小，前端与进风腔前面联通，后端通过连接管与气体过滤腔相连通，所述的加热装置设置在连接管上。
按上述方案，所述的子抽风腔对应抽风腔上下设置6～15个，所述的子进风腔对应进风腔上下设置6～15个。
按上述方案，所述的抽风管道旁接(并接)尾气回收管道，尾气回收管道中安设尾气回收泵，尾气回收管道的另一端与气体过滤腔相连通，使得尾气的部分热量得到回收。
按上述方案，在上、下旋转夹盘上对应安设上、下旋转挡盘。
按上述方案，所述的沉积腔两侧的侧壁设置有可上下摆动的导流翅片装置。
按上述方案，所述的导流翅片装置包括与侧壁铰接上下平行间隔设置的导流翅片，导流翅片的外端与上下移动摆杆相铰接，上下移动摆杆与往复驱动机构相连。
本发明的沉积过程为：先将沉积靶棒装夹于上、下旋转夹盘，开启进风腔和抽风腔，对进风气体进行加温并调节抽风量，使沉积腔达到预设的温度范围和气压范围，然后开启上、下旋转夹盘带动沉积靶棒旋转，开启上下移动装置使上、下旋转夹盘与喷灯之间保持相对上下往复移动，点燃喷灯使其喷射原料气体、燃料气体及惰性气体并混合燃烧生成二氧化硅反应物沉积至靶棒外周，沉积过程中，所述的进风腔的子进风腔，根据所分隔沉积区域的温度反馈自动进行进风温度的动态调节，使得靶棒上下沉积区域的温度趋于一致。沉积初期，旋转靶棒和沉积腔体温度趋于室温，进气腔温度补偿至400℃，进气腔上下都一样，不存在差异，喷灯喷射火焰，保持整个靶棒表面温度大于500℃，小于1200℃；沉积中期，沉积反应的发生，导致腔体温度上升，烟囱效应明显，进气腔温度补偿由400℃往下降低，同时呈现从下往上温度逐渐降低，保持整个靶棒表面温度大于500℃，小于1200℃；沉积末期，进气腔温度补偿和喷灯上温度补偿先升温，保持整个靶棒表面温度大于500℃，小于1200℃，然后逐渐降温，对粉棒进行退火。采用此种方案，沉积过程的温差可以维持一定水平(±50℃)，粉棒密度在径向和纵向保持一致，烧结后的折射率和光均水平也保持一致。喷灯持续喷射直至沉积完毕。所述的抽风腔的子抽风腔，根据的沉积区域的温度分布以及原料气体喷射量和沉积量通过风量调节阀对抽出气体流量的调节，促进温度场的均匀，保证沉积的粉尘及时抽走。
本发明的有益效果在于：1、子抽风腔的设置可对沉积腔的上下气流量进行调节，有利于气流场的均匀顺畅，减少紊流，使沉积区域气流场趋于稳定，同时通过调节不同沉积区域抽风流量促进温度场的均匀，及时抽走粉尘，避免喷灯口喷出未收集于粉棒上的粉尘在粉棒和抽风管口前形成涡流，再次沉积于粉棒，形成凸起，造成粉棒报废。2、进风腔设置为上下分隔的子进风腔结构，能够对送入沉积腔体中不同区域的气体温度进行调控，根据不同情况对不同沉积区域进行加热调温，其调温的区域更大，可使整个沉积腔尤其是粉棒沉积区域的上下温度分布更为均匀和一致，从而有效提高OVD工艺的沉积质量。3、设置上、下旋转挡盘结构可对沉积区域温度进行热量补偿，使上下热场温度分布更趋均匀。4、沉积腔两侧的侧壁设置有可上下摆动的导流翅片装置不仅可以减少腔内紊流，而且可以调节气流的流向，使气流更为平稳。安设尾气回收管道使得部分尾气回收至气体过滤腔，使得较高温度尾气的部分热量得到回收利用，实现节能节气的效果。
附图说明
图1为本发明一个实施例的总体结构示意图。
图2为本发明一个实施例的上、下旋转挡盘和导流翅片装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的沉积腔包括有长箱型的沉积腔体7，沉积腔中安设有上、下旋转夹盘8、15，在上、下旋转夹盘上对应安设上、下旋转挡盘9、14，所述的上、下旋转挡盘位于沉积靶棒的上下端，与上、下旋转夹盘及沉积靶棒一起旋转。对应于上、下旋转夹盘安设有上下间隔的喷灯6，喷灯与上下往复移动装置相连，沉积腔体7的一侧与进风腔相连通，所述的进风腔位于喷灯背面一侧，进风腔的前面5与沉积腔体相贯通，进风腔的后面联接上下分隔的子进风腔4，所述的子进风腔呈棱台锥筒状，前大后小，前端与进风腔前面联通，后端为进风口，通过连接管与气体过滤腔相连通，所述的加热装置设置在连接管处，所述的加热装置为电加热装置，每个子进风腔的进风口处设置电加热装置3，用于对进入气体的加温，子进风腔的进风口与气体过滤腔1相连通，所述的气体过滤腔中设置有气体过滤器2。沉积腔体的另一侧与抽风腔相连通，所述的抽风腔位于喷灯的前面一侧，抽风腔的前面10与沉积腔相贯通，抽风腔的后面联接上下分隔的子抽风腔11，所述的子抽风腔呈棱台锥筒状，前大后小，前端与抽风腔前面联通，后端出风口通过连接管与抽风管道12相连通，所述的风量调节阀13设置在连接管上，用于对抽出气体流量的调节。所述的抽风管道旁接(并接)尾气回收管道17，尾气回收管道中安设尾气回收泵16，尾气回收管道的另一端与气体过滤腔相连通，使得尾气的部分热量得到回收。抽风管道利用负压进行抽风，尾气回收通过尾气回收泵控制，从而节能减排。所述的沉积腔两侧的侧壁设置有可上下摆动的导流翅片装置，所述的导流翅片装置包括与侧壁铰支20相铰接的上下平行间隔设置的导流翅片18，导流翅片的外端与上下移动摆杆19相铰接，上下移动摆杆与往复驱动机构相连。
Claims (9)
1.一种具有稳定气流场的沉积腔，包括有沉积腔体，沉积腔体中安设有上、下旋转夹盘，对应于上、下旋转夹盘安设有上下间隔的喷灯，上、下旋转夹盘或喷灯与上下移动装置相连，沉积腔体的一侧与进风腔相连通，沉积腔的另一侧与抽风腔相连通，其特征在于所述的抽风腔位于喷灯的前面一侧，抽风腔的前面与沉积腔相贯通，抽风腔的后面联接上下分隔的子抽风腔，每个子抽风腔的出风口处串接风量调节阀，用于对抽出气体流量的调节，所述的子抽风腔的出风口与抽风管道相连通。
2.按权利要求1所述的具有稳定气流场的沉积腔，其特征在于所述的子抽风腔呈棱台锥筒状，前大后小，前端与抽风腔前面联通，后端通过连接管与抽风管道相连通，所述的风量调节阀设置在连接管上。
3.按权利要求1或2所述的具有稳定气流场的沉积腔，其特征在于所述的进风腔位于喷灯背面一侧，进风腔的前面与沉积腔相贯通，进风腔的后面联接上下分隔的子进风腔，每个子进风腔的进风口处设置加热装置，用于对进入气体的加温。
4.按权利要求3所述的具有稳定气流场的沉积腔，其特征在于所述的子进风腔进风口与气体过滤腔相连通，所述的气体过滤腔中设置有气体过滤器。
5.按权利要求3所述的具有稳定气流场的沉积腔，其特征在于所述的子抽风腔对应抽风腔上下设置6～15个，所述的子进风腔对应进风腔上下设置6～15个。
6.按权利要求4所述的具有稳定气流场的沉积腔，其特征在于所述的抽风管道旁接尾气回收管道，尾气回收管道中安设尾气回收泵，尾气回收管道的另一端与气体过滤腔相连通，使得尾气的部分热量得到回收。
7.按权利要求1或2所述的具有稳定气流场的沉积腔，其特征在于在上、下旋转夹盘上对应安设上、下旋转挡盘。
8.按权利要求1或2所述的具有稳定气流场的沉积腔，其特征在于所述的沉积腔两侧的侧壁设置有可上下摆动的导流翅片装置。
9.按权利要求8所述的具有稳定气流场的沉积腔，其特征在于所述的导流翅片装置包括与侧壁铰接上下平行间隔设置的导流翅片，导流翅片的外端与上下移动摆杆相铰接，上下移动摆杆与往复驱动机构相连。
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