CN117023971A - 一种用于ovd工艺的变截面沉积腔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于OVD工艺的变截面沉积腔，包括有沉积腔体，沉积腔体的一端与进风腔相连通，在进风腔侧竖直安设有一排上下间隔的喷灯，在沉积腔体中安设有上、下旋转夹盘，上、下旋转夹盘或喷灯与上下移动装置相连，沉积腔体的另一端与抽风腔相连，其特征在于所述的沉积腔体前后侧壁从进风腔一端向内倾斜延伸至另一端，使得沉积腔体的横向截面呈等腰梯形状，在沉积腔体的中部上下侧安设有水平移动座，所述的上、下旋转夹头与水平移动座相连接。本发明在进入沉积腔气体流量恒定的情况下，气流在沉积腔中保持缓慢的加速度状，这可使得气流在热量上升引起流动变化的情况下仍保持层流状态，减少紊流的产生，从而保持沉积过程中气流场的稳定性，提高沉积质量和效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于OVD工艺的变截面沉积腔，属于光纤预制棒、光学石英玻璃制造设备技术领域。
背景技术
基于火焰水解沉积(Flame Hydrolysis Deposition)原理的直接合成法和间接合成法是目前工业生产中大规模制备高纯石英玻璃的主流技术，而间接合成法中的管外气相沉积法(Outside Vapor Deposition，OVD)主要应用于制备圆柱石英玻璃及光纤预制棒等。在OVD工艺的沉积过程中，含硅原料，一般是四氯化硅(SiCl4)或有机硅(八甲基环四硅氧烷，C8H24O4Si4，D4)，在氢氧焰中发生水解反应产生二氧化硅(SiO2)和掺杂的SiO2颗粒，SiO2颗粒在热泳作用下逐层沉积在旋转的芯棒上形成多孔烟炱预制件。随后经过脱水处理，以除去水和金属杂质，并在1100℃-1500℃的温度范围内烧结玻璃化获得石英预制棒。
OVD工艺的沉积设备中最重要的部分是沉积腔，沉积反应在沉积腔中进行，其为沉积过程提供进气、抽风及耐高温燃烧场，并能在复杂的流体环境中为喷灯沉积提供合适的流场，保障沉积反应持续进行，得到合格的粉棒。因此沉积腔的性能优劣直接影响粉棒的形状、密度和收集率，是决定OVD沉积设备是否先进的关键。现有的沉积腔腔体横向截面大都呈矩形，纵向截面为等截面状，即气体流经的区域从进风腔至抽风腔都是相等的，进入腔体的气流流速是前后一致的，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，粉棒外径的增大会减少气体流经截面，使得气流量减少，粉尘不能及时抽走，引起紊流，同时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，在负压的沉积腔中也会产生紊流，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。尤其是在沉积大直径粉棒时，此现象更为严重。
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用于OVD工艺的变截面沉积腔，它能在沉积过程中保持气流场的稳定性，提高沉积质量和效率。
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，沉积腔体的一端与进风腔相连通，在进风腔侧竖直安设有一排上下间隔的喷灯，在沉积腔体中安设有上、下旋转夹盘，上、下旋转夹盘或喷灯与上下移动装置相连，沉积腔体的另一端与抽风腔相连，其特征在于所述的沉积腔体前后侧壁从进风腔一端向内倾斜延伸至另一端，使得沉积腔体的横向截面呈等腰梯形状，在沉积腔体的中部上下侧安设有水平移动座，所述的上、下旋转夹头与水平移动座相连接。
按上述方案，所述的喷灯与前后移动装置相连。
按上述方案，所述的沉积腔体前后侧壁与沉积腔体横向截面中心线的单边夹角为10～30°。
按上述方案，所述的沉积腔体与抽风腔相连的另一端出风口的横向宽度F为100～400mm。
按上述方案，所述的上、下旋转夹头沉积时随着粉棒直径的增大在水平移动座的驱动下缓慢持续向进风口一端移动，使得粉棒外周与沉积腔体前后侧壁的最小间距始终大于或等于C，C＝100～300mm。
按上述方案，所述的喷灯沉积时随着粉棒直径的增大和后移(向进风口方向)也相应后移，使得喷灯喷口与粉棒沉积面保持一定间距。
按上述方案，所述的沉积腔体前后侧壁设置为双层空心隔离层，所述的双层空心隔离层一端与进风腔连通，另一端与抽风腔连通，构成空气隔离冷却层。
按上述方案，所述的水平移动座包括与上、下旋转夹头旋转轴承座相连的滑座，滑座与导轨相配置，通过丝杆机构和驱动装置驱动滑座移动。
按上述方案，所述的双层空心隔离层的宽度H为100～200mm。
本发明的有益效果在于：1、沉积腔体前后侧壁从进风腔一端向内倾斜，形成纵向变截面腔，且纵向截面逐渐变窄，在进入沉积腔气体流量恒定的情况下，气流在沉积腔中保持缓慢的加速度状，这可使得气流在热量上升引起流动变化的情况下仍保持层流状态，减少紊流的产生，从而保持沉积过程中气流场的稳定性。2、上、下旋转夹头与水平移动座相连接，上、下旋转夹头沉积时随着粉棒直径的增大在水平移动座的驱动下缓慢持续向进风口一端移动，使得粉棒外周与沉积腔体前后侧壁的最小间距始终大于C，保证了抽气气流的畅通和沉积状态的稳定，提高沉积质量和效率。3、沉积腔体前后侧壁设置为双层空心隔离层，两侧壁通风冷却，给沉积腔侧壁降温，使得沉积腔能在高温下正常运行并减少形变。4、喷灯沉积时随着粉棒直径的增大和后移也相应后移，可使沉积喷射始终处于较佳状态。5、本发明结构设置简单合理，制作成本低，易于实施。
附图说明
图1为本发明一个实施例的横截面剖视结构图。
图2为本发明一个实施例的沉积初始位横截面剖视结构图。
图3为本发明一个实施例沉积初期状态的横截面剖视结构图。
图4为本发明一个实施例沉积过程中的横截面剖视结构图。
图5为本发明一个实施例的正剖视结构图。
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。
实施例一：包括有沉积腔体3，所述的沉积腔体前后侧壁从进风腔一端向内倾斜延伸至另一端，使得沉积腔体的横向截面呈等腰梯形状，且前后两侧对称，所述的沉积腔体前后侧壁2与沉积腔体横向截面中心线的单边夹角α为20°，沉积腔体的一端为大端口，也是进风口，与进风腔1相连通，沉积腔体的另一端为小端口，也是出风口，与抽风腔5相连通，所述的沉积腔体出风口的横向宽度F为200mm。在进风腔侧竖直安设有一排上下等距间隔的喷灯6，所述喷灯通过喷灯架7与上下移动装置相连，同时与前后移动装置相连，使得喷灯既能上下移动也能前后移动，在沉积腔体中安设有上、下旋转夹盘8，上、下旋转夹盘用于夹持靶棒旋转，靶棒通过喷灯的喷射沉积反应物形成粉棒4，在沉积腔体外的中部上下侧安设有水平移动座，所述的水平移动座包括与上、下旋转夹头旋转轴承座相连的滑座9，滑座与导轨10相配置，通过丝杆机构11和驱动装置12驱动滑座移动，可带动上、下旋转夹头沿沉积腔体横向截面中心线来回移动。所述的上、下旋转夹头沉积时的初始位L0为400～600mm，所述的上、下旋转夹头沉积时随着粉棒直径d的增大在水平移动座的驱动下缓慢持续向进风口一端移动，使得粉棒4外周与沉积腔体前后侧壁的最小间距G始终大于或等于C，C＝100mm，即G的移动轨迹始终位于AMB的三角形区域内。所述的喷灯沉积时也随着粉棒直径的增大和后移(向进风口方向)也相应后移，使得喷灯喷口与粉棒沉积面保持一定间距，保持最佳喷射沉积状态。
实施例二：与实施例一的主要不同之处在于所述的沉积腔体前后侧壁2设置为双层空心隔离层，隔离层的宽度H为150mm，所述的双层空心隔离层一端与进风腔连通，另一端与抽风腔连通，构成空气隔离冷却层。
Claims (9)
1.一种用于OVD工艺的变截面沉积腔，包括有沉积腔体，沉积腔体的一端与进风腔相连通，在进风腔侧竖直安设有一排上下间隔的喷灯，在沉积腔体中安设有上、下旋转夹盘，上、下旋转夹盘或喷灯与上下移动装置相连，沉积腔体的另一端与抽风腔相连，其特征在于所述的沉积腔体前后侧壁从进风腔一端向内倾斜延伸至另一端，使得沉积腔体的横向截面呈等腰梯形状，在沉积腔体的中部上下侧安设有水平移动座，所述的上、下旋转夹头与水平移动座相连接。
2.按权利要求1所述的用于OVD工艺的变截面沉积腔，其特征在于所述的喷灯与前后移动装置相连。
3.按权利要求1或2所述的用于OVD工艺的变截面沉积腔，其特征在于所述的沉积腔体前后侧壁与沉积腔体横向截面中心线的单边夹角为10～30°。
4.按权利要求3所述的用于OVD工艺的变截面沉积腔，其特征在于所述的沉积腔体与抽风腔相连的另一端出风口的横向宽度F为100～400mm。
5.按权利要求1或2所述的用于OVD工艺的变截面沉积腔，其特征在于所述的上、下旋转夹头沉积时随着粉棒直径的增大在水平移动座的驱动下缓慢持续向进风口一端移动，使得粉棒外周与沉积腔体前后侧壁的最小间距始终大于或等于C，C＝100～300mm。
6.按权利要求5所述的用于OVD工艺的变截面沉积腔，其特征在于所述的喷灯沉积时随着粉棒直径的增大和后移也相应后移，使得喷灯喷口与粉棒沉积面保持一定间距。
7.按权利要求1或2所述的用于OVD工艺的变截面沉积腔，其特征在于所述的沉积腔体前后侧壁设置为双层空心隔离层，所述的双层空心隔离层一端与进风腔连通，另一端与抽风腔连通，构成空气隔离冷却层。
8.按权利要求1或2所述的用于OVD工艺的变截面沉积腔，其特征在于所述的水平移动座包括与上、下旋转夹头旋转轴承座相连的滑座，滑座与导轨相配置，通过丝杆机构和驱动装置驱动滑座移动。
9.按权利要求7所述的用于OVD工艺的变截面沉积腔，其特征在于所述的双层空心隔离层的宽度H为100～200mm。
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