CN117049778A - 一种用于ovd工艺的可调截面沉积腔 - Google Patents

一种用于ovd工艺的可调截面沉积腔 Download PDF

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顾立新
刘善沛
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高则尚
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Abstract

本发明涉及一种用于OVD工艺的可调截面沉积腔,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,沉积腔体的另一端与抽风腔相连,其特征在于沉积腔体分为固定腔体和活动腔体两个部分,固定腔体位于沉积腔体的后段并与抽风腔相连,活动腔体位于沉积腔体的中前段并与进风腔相连,活动腔体包括对称安设在沉积腔体两侧的摆动隔板,摆动隔板后端分别与固定腔体前端侧相铰接,摆动隔板的后面与伸缩推进装置相连,构成部分横向截面可调的沉积腔体。本发明沉积时通过摆动隔板的摆转,使得粉棒外周与沉积腔体侧壁的间距保持相对的恒定,从而保持气流场的稳定性,提高沉积质量和效率。

Description

一种用于OVD工艺的可调截面沉积腔
技术领域
本发明涉及一种用于OVD工艺的可调截面沉积腔,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。
沉积腔是OVD工艺的沉积设备中最重要的部分,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固定矩形,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,直径范围可从最初在Φ40mm增至Φ800mm,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。为了解决上述存在的问题,大都采用较大横截面宽度的沉积腔体,虽能缓解上述发生的问题,但仍存在初期抽风量过大,前后气体流经面积差异大,沉积过程中的温度梯度分布和气流场稳定性较差的问题。
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工艺的可变截面沉积腔,它能在沉积过程中的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分为固定腔体和活动腔体两个部分,所述的固定腔体位于沉积腔体的后段并与抽风腔相连,所述的活动腔体位于沉积腔体的中前段并与进风腔相连,所述的活动腔体的后端与固定腔体的前端相接,所述的活动腔体包括对称安设在沉积腔体两侧的摆动隔板,所述的摆动隔板后端与固定腔体前端侧相铰接,摆动隔板的后面与伸缩推进装置相连,构成部分横向截面可调的沉积腔体。
按上述方案,所述的固定腔体两侧侧壁从前端向内倾斜延伸至抽风腔,使得固定腔体的横向截面呈等腰梯形状,所述的固定腔体侧壁与沉积腔体横向截面中心线(纵向)的单边夹角为10~30°。
按上述方案,所述的活动腔体在横向截面中的长度为沉积腔体总长度的60~75%,所述的上、下旋转夹盘位于沉积腔体横向截面中部。
按上述方案,所述的摆动隔板后端通过铰链与固定腔体前端内侧相接。
按上述方案,所述的固定腔体前端内侧安设前后滑槽与摆动隔板后端的铰链相配置,滑槽上配置锁定块,用于铰链在滑槽中的锁定,由此构成可前后调整的摆动隔板。
按上述方案,所述的摆动隔板向内摆转的限定位为与沉积腔体横向截面中心线(纵向)相平行位,向外摆转的限定位为与固定腔体侧壁相平行位。
按上述方案,所述的沉积腔体两侧设置外侧壁,所述的外侧壁与摆动隔板和固定腔体侧壁构成双层空心隔离层,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,所述的沉积腔体两侧外侧壁从进风腔一端向内倾斜延伸至另一端抽风腔,使得沉积腔体外周边的横向截面呈等腰梯形状,所述的外侧壁与沉积腔体横向截面中心线(纵向)的单边夹角为10~30°。
按上述方案,所述的摆动隔板沉积时随着粉棒直径的增大在伸缩推进装置的驱动下缓慢持续向侧壁两侧摆动,即两侧摆动隔板的单边摆转角β随着粉棒直径的增大而增大,使得粉棒外周与沉积腔体侧壁的间距大于或等于G,G为100~300mm。
按上述方案,所述的固定腔体前端两侧安设有沿其倾斜方向向前延伸至进风腔的网格架或多孔板。
按上述方案,所述的伸缩推进装置为伸缩汽缸或油缸,所述的伸缩推进装置通过连杆与摆动隔板的后面连接。
本发明的有益效果在于:1、沉积腔体采用固定腔体和活动腔体相结合的腔体结构,设置摆动隔板,形成横向截面可调和纵向截面逐渐变窄的沉积腔体,沉积时随着粉棒直径的增大摆动隔板缓慢持续向外两侧摆转,使得粉棒外周与沉积腔体侧壁的间距保持相对的恒定,由于沉积腔体的横向截面是持续缓慢的增大,且沉积腔中粉棒外周与沉积腔体前后侧壁的间距保持相对不变,气流在沉积腔中保持缓慢的流量增长,可使得气流在热量上升引起流动变化的情况下仍保持初始层流状态,减少紊流的产生,从而保持沉积过程中气流场的稳定性。2、本发明的固定腔体和活动腔体所形成纵向变截面腔,且纵向截面逐渐变窄,进入沉积腔的气流在沉积腔中始终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减少紊流的产生,进一步提高气流场的稳定性。3、伸缩推进装置的设置可便于摆动隔板的自动化同步控制,最大程度保证沉积过程的一致性,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。4、摆动隔板安设在沉积腔体中,沉积腔体两侧设置外侧壁,构成空气隔离冷却层,内外层通风,给活动隔板降温,使其能在高温下正常运行并减少形变。5、本发明结构设置简单合理,制作成本低,易于实施,尤其适于沉积制作大直径光纤预制棒。
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沉积初期横截面剖视结构图。
图3为本发明一个实施例沉积时摆动隔板变化的横截面剖视结构图。
图4为本发明另一个实施例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。
本发明第一个实施例如图1、2、3、5所示,包括有沉积腔体,所述的沉积腔体分为固定腔体11和活动腔体两个部分,所述的固定腔体位于沉积腔体的后段并与抽风腔8相连,所述的固定腔体两侧侧壁从其前端向内倾斜延伸至抽风腔,使得固定腔体的横向截面呈等腰梯形状,所述的固定腔体侧壁与沉积腔体横向截面中心线(纵向)的单边夹角α为15°,所述的活动腔体位于沉积腔体的中前段并与进风腔1相连,所述的活动腔体的后端与固定腔体的前端相接,所述的活动腔体包括对称安设在沉积腔体两侧的摆动隔板5,所述的摆动隔板后端通过铰链6与固定腔体前端侧相铰接,摆动隔板的后面通过连杆12与伸缩推进装置4相连,所述的伸缩推进装置为伸缩汽缸,构成部分横向截面可调的沉积腔体,所述的活动腔体在横向截面中的长度为沉积腔体总长度的70%,所述的摆动隔板向内摆转的限定位为与沉积腔体横向截面中心线(纵向)相平行位,向外摆转的限定位为与固定腔体侧壁相平行位。所述的沉积腔体两侧设置外侧壁2,所述的外侧壁与摆动隔板和固定腔体侧壁构成双层空心隔离层,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,外侧壁平行于固定腔体侧壁,并保持200mm的间隔。所述的摆动隔板沉积时随着粉棒7直径D的增大在伸缩推进装置的驱动下缓慢持续向侧壁两侧摆动,即两侧摆动隔板的单边摆转角β随着粉棒直径的增大而增大,使得粉棒外周与沉积腔体侧壁的间距大于或等于G,G为200mm。在进风腔侧竖直安设有一排上下间隔的喷灯9,喷灯通过喷灯架10与上下移动装置相连,在沉积腔体中安设有上、下旋转夹盘,所述的上、下旋转夹盘位于沉积腔体横向截面中部,所述的上、下旋转夹盘包括上、下夹盘15和与其相连的驱动轴18,驱动轴经轴承座17与驱动装置16连接,驱动上、下夹盘旋转,上、下旋转夹盘用于夹持沉积靶棒。
本发明第二个实施例如图4所示,其余第一个实施例的主要不同之处在于所述的摆动隔板后端通过铰链与固定腔体前端内侧相接,所述的固定腔体前端内侧安设前后滑槽14与摆动隔板后端的铰链相配置,滑槽上配置锁定块13,用于铰链在滑槽中的锁定,由此构成可前后调整的摆动隔板,以适应不同直径预制棒沉积的需求。在所述的固定腔体前端两侧安设有沿其倾斜方向向前延伸至进风腔的多孔板3。其余结构与上一个实施例相同。

Claims (11)

1.一种用于OVD工艺的可调截面沉积腔,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分为固定腔体和活动腔体两个部分,所述的固定腔体位于沉积腔体的后段并与抽风腔相连,所述的活动腔体位于沉积腔体的中前段并与进风腔相连,所述的活动腔体的后端与固定腔体的前端相接,所述的活动腔体包括对称安设在沉积腔体两侧的摆动隔板,所述的摆动隔板后端与固定腔体前端侧相铰接,摆动隔板的后面与伸缩推进装置相连,构成部分横向截面可调的沉积腔体。
2.按权利要求1所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的固定腔体两侧侧壁从前端向内倾斜延伸至抽风腔,使得固定腔体的横向截面呈等腰梯形状,所述的固定腔体侧壁与沉积腔体横向截面中心线的单边夹角为10~30°。
3.按权利要求1或2所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的活动腔体在横向截面中的长度为沉积腔体总长度的60~75%,所述的上、下旋转夹盘位于沉积腔体横向截面中部。
4.按权利要求1或2所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的摆动隔板后端通过铰链与固定腔体前端内侧相接。
5.按权利要求4所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的固定腔体前端内侧安设前后滑槽与摆动隔板后端的铰链相配置,滑槽上配置锁定块,用于铰链在滑槽中的锁定,由此构成可前后调整的摆动隔板。
6.按权利要求2所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的摆动隔板向内摆转的限定位为与沉积腔体横向截面中心线相平行位,向外摆转的限定位为与固定腔体侧壁相平行位。
7.按权利要求6所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的沉积腔体两侧设置外侧壁,所述的外侧壁与摆动隔板和固定腔体侧壁构成双层空心隔离层,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7所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的沉积腔体两侧外侧壁从进风腔一端向内倾斜延伸至另一端抽风腔,使得沉积腔体外周边的横向截面呈等腰梯形状,所述的外侧壁与沉积腔体横向截面中心线的单边夹角为10~30°。
9.按权利要求1或2所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的摆动隔板沉积时随着粉棒直径的增大在伸缩推进装置的驱动下缓慢持续向侧壁两侧摆动,即两侧摆动隔板的单边摆转角β随着粉棒直径的增大而增大,使得粉棒外周与沉积腔体侧壁的间距大于或等于G,G为100~300mm。
10.按权利要求5或6所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的固定腔体前端两侧安设有沿其倾斜方向向前延伸至进风腔的网格架或多孔板。
11.按权利要求1或2所述的用于OVD工艺的可调截面沉积腔,其特征在于所述的伸缩推进装置为伸缩汽缸或油缸,所述的伸缩推进装置通过连杆与摆动隔板的后面连接。
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