CN1315926A - 用无堵塞系统制造氧化硅煤烟 - Google Patents

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Abstract

容器(28)内的第一液体(30)进入燃烧器(14)。接着,第二容器(32)内的第二液体(34)进入燃烧器(14)。然后,燃烧器制出以氧化硅(38)沉积到基材(36)上形式的煤烟。

Description

用无堵塞系统制造氧化硅煤烟
发明的领域
本发明涉及将液态反应物送入在燃烧器组件附近形成的燃烧带用以制备制造玻璃用的煤烟。更确切地说，本发明涉及将液态反应物输入燃烧带又能避免液态反应物在燃烧器组件内过早发生固化的一种系统和方法。
虽然本发明可应用于很宽范围的玻璃煤烟沉积用途，但它特别适用于制备用来制造光导的玻璃预制品的煤烟，本发明将在这方面进行具体说明。
发明的背景
本行业内已知有多种方法由气态反应物制备氧化物。这种方法需要一种原料溶液或前体、一个产生并输送原料溶液的蒸气(下面称为气态反应物)和一种氧化剂到转变反应的部位(本行业内的技术人员也称为煤烟反应带或燃烧带)的装置、一个同时对氧化和燃烧进行催化制成称为煤烟的细微球状聚集体的装置。这种煤烟可以以任意方式，从在收集室内的捕获直到旋转轴上的沉积，来进行收集。收集的煤烟可以即刻或随后进行热处理，形成高纯的无孔透明玻璃制品。这种方法通常采用具有独特的喷嘴、注射器、燃烧器和/或燃烧器组件所排列的专门设备来进行。
许多使这种方法得以发展的起始研究都集中于制备整体氧化硅玻璃。选择合适的原料是该工作的重要方面。因此，那时就确定了能够在低于约100℃的温度下产生200-300毫米汞柱(mmHg)蒸汽压的材料，可用来制备所述整体氧化硅玻璃。四氯化硅(SiCl4)的高蒸气压说明它可用作形成煤烟的方便蒸气源，结果推动了这个发现，后来就使用了一系列相似的氯化物基原料。与任何其他因素相比，这个因素更多地导致了目前接受的使用SiCl4、GeCl4、POCl3和BCl3作为原料蒸气源。
然而，使用这些和其他卤化物基的原料作为蒸气源有其缺点。主要的缺点是形成盐酸(HCl)，它是氧化的副产物。盐酸不仅损害沉积基材和反应设备，而且对环境也有害。为了克服这个缺点并由于其它原因，导致了使用非卤化物的化合物作为制备光导用煤烟的前体或原料。
虽然使用非卤化物的硅化合物作为制造熔凝氧化硅玻璃的原料避免了盐酸的形成，例如如美国专利No.5,043,002和5,152,819所述，但是仍存在其他的问题，当煤烟用来制备光导时，尤其如此。已经发现：在输送聚烷基硅氧烷蒸气至燃烧器过程中，在输送气态反应物至燃烧器的输送管线中或在燃烧器内，高分子物质会以凝胶形式沉积下来。这会导致随后固结成为供拉制光导纤维的预制品的煤烟的沉积速率减小。这也常常会使从预制品中产生缺陷，结果由其形成的光导纤维就有缺陷乃至不能使用。采用硅氧烷原料制成氧化硅煤烟时遇到的另一个问题，是含有高分子量和高沸点的颗粒沉积在光导纤维预制品上。这些颗粒的形成会导致“缺陷”或“聚集缺陷”，它会对用氧化硅煤烟制成的光导的光学质量和结构质量产生有害作用。
其他一些原料，其中有些目前可用于，而其中另一些可能用于形成制造光导用的煤烟，现在还没有接受用来代替卤化物基和上述非卤化物原料通过气相沉积进行输送。例如盐和那些称为稀土元素的物质，其蒸气极其不稳定，常常在可以输送之前就在蒸气态分解了，或者没有足够高的蒸汽压在可达到的温度下进行蒸发。
虽然常常可能将至少一定百分比的该种成分作为蒸气输送到燃烧带，但是技术上很困难。必需具有装有昂贵设备的精巧系统，将这些成分转化成蒸气，并进一步将它们输送到燃烧带，而在通向燃烧器的输送管线中和燃烧器自身内不会留下固体沉积物。另外，如果多种成分以蒸气形式输送，而且对于所要求的玻璃组合物又要求每种成分是一定百分数，那么就很难对输送进行控制以保证提供该百分数的蒸气混合物，因为不同的成分具有不同的蒸汽压。
美国专利申请No.08/767,653揭示：将原料以液体形式输送到注射器或燃烧器，使原料雾化形成含有液态原料微滴的气雾，并在燃烧带将雾化的液态原料转化成煤烟，就能够克服这些和其他的缺点。因为原料是以液态直接送入燃烧器火焰，而不是蒸气状态，所以原料的蒸汽压就不再是输送的限制因素。美国专利申请No.08/767,653和其他目前待审的申请所揭示的注射器、燃烧器和燃烧器组件，靠很细小的喷孔输送细流液体来进行合适的雾化。因为喷孔很小，所以它们极容易堵塞。甚至被输送的液体内的小固体颗粒也能够堵塞部分喷孔，这会对煤烟沉积速率和所收集煤烟的均匀性产生不利影响。
虽然以前从来不曾被送入燃烧带以形成制备玻璃用的煤烟的材料，现在也能够以液态溶液形式输送，但是这些材料中的许多材料呈液态形式时具有其内在的缺点。最成问题的是这些液态材料中的许多材料在暴露于氧和/或水分时会很快形成固体。因此，这些反应物以液态输送过程中，任何暴露于空气的情况都可能使其形成固体，它们会堵塞通向燃烧器的管线和燃烧器及燃烧器组件的小喷孔。当喷孔被部分堵塞时，火焰和由此产生的煤烟流就会变得不均匀，煤烟沉积速率就会受到不利影响。结果，就必须关闭液态输送系统使之能够进行清理。这种清理操作一般需要拆开部分燃烧器组件，使生产停机时间很长。
在输送液体的系统中，燃烧器组件喷孔堵塞或堵闭在液体输送循环的启动和关闭阶段尤其会成为问题。在这两个阶段中，液态反应物会从注射器喷孔细流出来或喷射出来。在达到稳态压力之前液体输送循环的启动期间，和稳态压力不再能维持之后的液体输送循环的关闭阶段，会发生这种现象。在这些压力受限制的阶段中液体流量大大下降，这就会使缓慢流动的液体与空气暴露时间过长，足以发生反应形成固体。另外，这些液态原料也会在燃烧器表面或燃烧头的腔内泄漏并固化，使清理或清除燃烧器堵塞的停机时间增长。因为液态原料能够几乎瞬时与空气中的水分反应，所以在注射器内或注射器喷孔位置若有任意数量的缓慢流动液态原料，都会导致固体沉积。发生的部分堵塞使燃烧器产生煤烟的速率和质量方面的性能变差，而完全堵塞会完全停止煤烟沉积过程。
因此，需要一种用以形成制造玻璃用煤烟的经由燃烧器组件输送液态原料或前体(下面称为“液态反应物”)的系统和方法，它可免除液态反应物的过早固化，从而免除液体输送系统内燃烧器组件的堵塞。
发明的概述
本发明涉及将液态反应物输入液体输送系统的燃烧器组件附近的燃烧带以制备制造玻璃用的煤烟的系统和方法。在输送液体的系统中，能够通过热氧化分解转变成玻璃的液态反应物，被直接送入燃烧器的燃烧带内，由此形成无定形的微细煤烟。无定形的煤烟一般沉积到一个接收器表面，基本上与沉积同时或者在沉积之后，煤烟固结成熔凝玻璃体。然后，该玻璃体可以直接制成制品，或者可以对熔凝体进一步进行处理，例如形成光导如拉伸制成光导纤维，这在例如名称为“纯化聚烷基硅氧烷和所形成制品的方法”的美国专利申请No.08/574/961中进一步有所叙述，其说明书参考结合于此。
本发明的一个优点，是本系统和方法有助于防止燃烧器组件喷孔“堵塞”并有助于各个液体输送管线输料进入燃烧器组件中的喷孔。这里所使用的“堵塞”一词指积聚在通向燃烧器组件的管线内表面上和燃烧器组件喷孔的壁上的固体(由液态反应物暴露于水尤其是空气内所含水分而发生化学反应从而形成)的作用。积聚的固体阻碍或部分阻碍液体流动。本发明的系统和方法尤其适用于免除堵塞，尤其是一般在液体瞬态流动期间所发生的堵塞。正如这里所使用的，“液体瞬态流动期间”和“液体瞬态流动条件”这两个词定义为在系统中液体流动提高至达到稳态流动所经历的时期。液体瞬态流动也包括液体流动从稳态流动下降的时期以及液体流量保持低于为煤烟沉积所选用的稳态流量的时期。
在液态反应物没有输送到燃烧带形成煤烟期间，液态反应物应避免暴露于空气，由此避免暴露于空气所含的水分。因此，本发明的另一个优点是先前不能作为形成制造玻璃用煤烟的前体被输送的成分，现在能够输送以形成具有迄今本行业未达到的质量和性能的煤烟。因为液态前体在暴露于燃烧带之前不以蒸汽形式输送且不与水接触，所以选自元素周期表第ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅢB、ⅣA、ⅣB、ⅤA、ⅤB族和稀土系列的元素就可以通过氧化或火焰水解转变成制造玻璃预制品用的煤烟。
煤烟沉积时和液体稳态流动的其他时期，当流体进入燃烧带，在它输送时有时间固化之前，通常不会发生堵塞问题。然而，在液体瞬态流动条件下，尤其液体输送启动和停止时，液态反应物的流量会大大下降，而且液态反应物会自燃烧器组件的喷孔内细流出来或喷射出来。在这样的条件下，液态反应物就会在管线内和燃烧器组件喷出液体的喷孔内反应成固体。这些固体会堵塞喷孔和管线，由此会不利地影响煤烟沉积速率。
然而，本发明是在切换液体流动条件下经由管线和燃烧器组件喷出液体的喷孔输送一种蒸发性液体的，并由此在液体流量下降期间从管线和喷孔排出液态反应物。因为此时管线和喷孔内不存在液态反应物，所以仅有蒸发性液体在细流并喷射出来。蒸发性液体从管线和喷孔只是汽化和蒸发，不会留下显著量固体堵塞燃烧器组件。
为了获得这些和其他优点，本发明的系统经由管道和注射器将蒸发性液体输送到燃烧带。有选择地控制经过管道的流动，并从蒸发性液体切换到液态反应物。接着，液态反应物经由管道和注射器输送到燃烧带，形成制造玻璃用的煤烟。在此切换期间，在通向燃烧带的管道内的液体是保持稳态流动的。这能够例如这样实现：首先经由管道输送蒸发性液体，直至达到可有效地推动蒸发性液体均匀流经管道和燃烧器组件而不在燃烧器组件上或其内等喷射和细流的蒸发性液体的流量。随后，当液态反应物的流动首先启动时，管道内已经形成连续稳定的流量(即由蒸发性液体)。此外，即使起始存在较小的液态反应物的流量，本发明的方法也能推进液态反应物以较高速率流经管道，其速率比未借助蒸发性液体产生的速率高。必要时，流动能够由液态反应物流动切换返回为蒸发性液体的流动，对管道和注射器进行冲吹，然后终止对燃烧带的液体流动。
在另一方面，本发明包括将液态反应物以气雾形式直接输入燃烧带形成制造玻璃用的煤烟的燃烧器组件，并在燃烧器组件前面存在一个干燥气氛用来罩住液态反应物。一根自该干燥气氛延伸到燃烧器组件的管道将液态反应物经由流量控制装置输入燃烧带。
在又一方面，将一种惰性气体引入外壳内形成储藏液态反应物的干燥气氛。外壳中有一根选择性地经由注射器将液态反应物输送到燃烧带的管道。蒸发性液体经由该管道输送到燃烧带，之后，将蒸发性液体流动切换为液态反应物流动。该反应物于是经由管道和注射器输送到燃烧带，形成制造玻璃用的煤烟。接着可将液态反应物流动切换为蒸发性液体流动，蒸发性液体后经由管道和注射器输送到燃烧带，对系统进行冲吹。
本发明的其他特征和优点将在下面的详细说明部分中得以阐述，一部分可从说明书中明白，或者可通过本发明的操作实践掌握。本行业的技术人员将会理解上面的概述和下面的详细说明，这两者实际上都是示范性和说明性的，是对本发明权利要求的进一步解释。
这里的附图提供对本发明的进一步理解，这些附图结合进来构成本说明书的一部分。这些附图示出了本发明的几个实施方式，并且与描述一同用来解释本发明的原理。
附图的简要说明
图1示意说明本发明系统的第一优选实施方式。
图2示意说明本发明系统的第二优选实施方式。
优选实施方式的详细说明
一些煤烟收集和煤烟沉积技术都被用来制造玻璃产品。虽然本发明能够用于这些技术，但是，它尤其适于那些用来在目标物上沉积煤烟以制成用于制造光导尤其是光导纤维的玻璃预制品的技术。在制造光导纤维的过程中，煤烟一般是均匀地沉积到目标物上或其内部。然后将收集的煤烟固结成高纯的玻璃预制品，之后，再经受进一步的加工步骤例如拉伸，形成能够传输并导向光线的细纤维。因此，本发明将在这个方面展开描述。然而，光导纤维行业的技术人员将会明白，也有其他系统和与这里所述系统有些改变的系统，可以采用本发明来实现上述和这里所要求权利的功能。下面将详细说明本发明的优选实施方式，附图中示意说明了这些实施方式的例子。
图1示意说明将液态反应物送入燃烧带形成制造玻璃用的煤烟的系统的第一优选实施方式。输送液态反应物的系统10包括装有注射器14的燃烧器组件12，注射器14能够将液体以雾化液滴18的形式输送到燃烧带16。燃烧器组件12最好是一种雾化燃烧器组件，例如1996年10月17日提交、名称为“由液体反应物的燃烧形成熔凝氧化硅的方法和设备”的美国专利申请No.08/767,653 ；1997年7月30日提交、名称为“采用氧气燃烧液体反应物形成氧化硅的方法”的美国专利申请No.08/903,501；1998年6月3日提交、名称为“采用加热器燃烧液体反应物形成氧化硅的方法和设备”的美国专利提交No.09/089,869；1997年10月19日提交、名称为“制备金属氧化物煤烟的燃烧器和方法”的美国临时专利申请No.60/068,255和1998年7月31日提交、名称为“制备用于制造玻璃的煤烟的设备和方法”的美国临时专利申请中都有所描述，它们的内容参考结合于此。然而，本行业的技术人员会明白，也能够将液态反应物以液体形式输送到燃烧带的其他燃烧器组件装入本发明系统中。
液态反应物输送系统10中还有液态反应物30和被蒸发液体34，它们能够经由管道20选择性地输入燃烧器组件12的注射器14。这里所使用的“液态反应物”一词指能够在燃烧带反应形成煤烟的任何反应物。在一优选的实施方式中，液态反应物是能够生成制备光导纤维预制品用的玻璃煤烟的玻璃前体物质。同样，这里所使用的“被蒸发的液体”一词定义为能够蒸发而不留下显著量固体的水以外的液体。液态反应物30和蒸发性液体34一般分别储存在液态反应物容器28和蒸发性液体容器32内。流动控制机构26，优选是一个三向阀，对输送到管道20的液体进行选择性控制。所要求数量的选用液体经由常规泵24和流量计22输送到注射器14。
在操作中，燃烧反应物(未示出)经由燃烧器组件12输送，并在燃烧带17引燃形成火焰16。虽然未示出，但是燃烧反应物优选包括火焰气体、另一种燃烧气体和保护气体。火焰气体一般是甲烷和氧气的混合物，燃烧气体是添加的氧气，保护气体是惰性气体例如氮气。然而，要明白其他气体和气体的组合能够用作经由燃烧器组件12输送的燃烧反应物。安装一个流动控制机构26，提供蒸发性液体34流入管道20的流量。蒸发性液体34由泵24经由控制蒸发性液体34流量的流量计22，送入注射器14。蒸发性液体34以雾化液滴18形式由注射器14从燃烧器组件12排入燃烧带17。在本发明这个装置的启动阶段，由于起始的压力低和相应的管道20内的流量低，蒸发性液体34起始是从燃烧器组件12细流或喷射出来的。然而，一旦经过管道20的流量由泵24提高，蒸发性液体34就会以雾化液滴18的形式均匀地输入燃烧带17，它在燃烧带16内很快燃烧，不会留下显著量固体堵塞燃烧器组件12。
一旦液体流量到稳态(即在该流量下能够发生切换，但不会形成大量因液态反应物固化而引起的聚集)，流动控制机构26可使液体流动从蒸发性液体34切换到液态反应物30。在一个优选的实施方式中，稳态的液体流量基本等于煤烟沉积期间所采用和切换阶段之前管道内达到的流量。随着液态反应物30的流量增高，蒸发性液体34的流量下降，由此发生“无波动”切换。这里所定义的“无波动”一词指经由管道20先后输送的两种液体之间没有空隙。而经过管道20、燃烧器组件12并流入燃烧带17内的流量在切换期间保持恒定。在管道20内流动的液体完全是液态反应物30后不久，留在管道20内的蒸发性液体34排入燃烧带17内，紧随其后的是将燃烧形成煤烟的液态反应物30。燃烧器组件12的方向朝着旋转轴36，煤烟38沉积在旋转轴36上。虽然煤烟38如图1所述是通过燃烧器组件12沿旋转轴36的外部长度来回移动而沉积到旋转轴36上，但是用其他方法也可以沉积煤烟，例如相对于燃烧器组件将旋转轴来回移动。
一旦所要求数量的煤烟E沉积到旋转轴36上，液体流动就通过流动控制机构26从液态反应物30切换为蒸发性液体34。燃烧器组件12的方向应偏离旋转轴26，使得当管道20内的残留液态反应物30送入燃烧带17时，随后立刻排出的蒸发性液体34是在偏离旋转轴36的方向烧去。接着，操纵流动控制机构26使所有液体都阻止流入管道20内。一旦管道20内残留的蒸发性液体34经由燃烧器组件12输入燃烧带17，从注射器14流出的细流就会完全蒸发，而且燃烧器组件火焰就终止。因为蒸发性液体34是从燃烧器组件12排出的最后液体，所以不会再有液态反应物30与空气内的水分反应，以致在燃烧器组件12的喷孔(未示出)内或燃烧器组件12附近的管道20内形成固体。因此，本发明输送液体系统10再次运行之前，无需对燃烧器组件12进行清理。
输送液态反应物40的系统和方法的第二优选实施方式如图2所示。第二优选实施方式尤其适合于输送一种或多种掺杂物，掺杂物的输送或者是独立的，或者与其他液态反应物一同输送。然而，本行业的技术人员会明白，掺杂物也能够采用本发明系统和方法的第一优选实施方式输送。当采用液态反应物输送系统10输送时，掺杂物能够在同一个容器内与液态反应物30混合，形成具有所要求的液态反应物30与掺杂物比便的液态反应物。接着，液态反应物可以一步输入燃烧带，进行反应形成均匀掺杂的煤烟。以这种方式，不需另外的掺杂步骤，就能够形成煤烟。正如下面将详细描述的一样，尤其在要制成的玻璃纤维的光学性能在沾积期间要变化时，采用本发明第二优选实施方式输送掺杂物就具有操作和经济方面的优点。
液态反应物输送系统40包括装有注射器44的燃烧器组件42。它也包括液态反应物容器64和蒸发性液体容器68，分别装有液态反应物62和蒸发性液体66。与本发明的第一实施方式相同，蒸发性液体66和液态反应物62通过流动控制机构70有选择地经由管道60输入注射器44。泵72和流量计74控制选用的液体流经管道60的流量。
另外，液态反应物输送系统40还包括一个外壳50、惰性气体源56、注射泵78和另一个流动控制机构76。与流动控制机构70相同，这另一个流动控制机构76最好是能够从许多液体源切换流入管道60的液体的三向阀。一种优选的注射泵78是马萨诸塞州Holliston的Harvard Inc.制造的型号#44的“Harvard Syringe Pump”。虽然其他输送设备也是可以接受的，但是注射泵78包括注射器80和尤其适合于输送精确量液体的计量装置82。这使注射泵78成为输送制造光导用的掺杂物的理想装置。惰性气体源56是能将惰性气体54经由通道58输入外壳50的分送器。
液态反应物容器64、蒸发性液体容器68以及最好注射泵78全都装在一外壳50内。惰性气体54经由通道58输入外壳50，将那里存在的所有水分都置换掉，形成一个干燥环境52。这里所使用的“干燥环境”一词指基本无分水的环境，即水含量低于会对容器内装的液态反应物产生不利影响的水含量。虽然没有要求，但优选的是，惰性气体54连续输入并从外壳50排出。除了其他的优点，如果外壳发生泄漏，惰性气体54的连续气流就可阻止含水空气进入外壳50。干燥气氛52可为液态反应物62和掺杂物84的处理提供理想条件。因为当它提供惰性气体54时，外壳50内基本无水，所以可避免液态反应物62和掺杂物84发生固化。虽然外壳50可以是任意尺寸，但优选是一个手套式操作箱，它装有一对长臂的橡胶手套，使液态反应物输送系统40的操作者可对各种分流的液体进行操作。以这种方式，操作者就能够改变溶液，按照要求输送不同的液态反应物62和/或掺杂物84，而不会使液态反应物62和掺杂物84暴露于水分。因此，就能够在进行不同过程之间改变溶液，而无需对系统进行清理和/或净化。注射泵78还提供具有可更换的注射器80的附加优点。因此，装有不同掺杂物84的几个注射器80可以预先装在外壳50内，从而可以运行多次，除非别的引入其他掺杂物84并装在外壳50内。
在一个实施方式中，惰性气体54例如氩气、氦气或干燥空气(含有约75％氮气和25％氧气但没有水分)，但优选氮气，引入外壳50内，在其中形成干燥环境52。液态反应物62和掺杂物84(如果要用的话)在外壳中的相应容器内，以供随后经由燃烧器组件42的注射器44输送。被蒸发性液体66一般也装在外壳50中的相应容器内，使它不会从外壳外面的空气中吸收水分，但是也可以保持在外壳50的外面，只要它不暴露于空气或其他水分来源。燃烧反应物(未示出)输入燃烧器组件42形成燃烧带47的火焰46之后，设置流动控制机构70，将蒸发性液体66输送进入管道60。蒸发性液体66由泵72和流量计74计量，并流到另一个流动控制机构76，进而流向注射器44，并以雾化液滴48的形式流入燃烧带47。一旦蒸发性液体66的流动达到稳态，流动控制机构70就切换为允许液态反应物62的流动。这个切换也是“无波动”的，而且一旦蒸发性液体66从管道60流尽，燃烧器组件42就指向旋转轴86。液态反应物62以雾化液滴48形式从燃烧器组件42排出这些液滴在燃烧带47内反应形成煤烟88沉积到旋转轴86上。当需要时，掺杂物84可以通过另一个流动控制机构76选择性地流经管道60计量，进入燃烧带47制成掺杂的煤烟。
一旦所要求数量的煤烟88已沉积到旋转轴86上，燃烧器组件42的方向就偏离旋转轴86，流入管道60的液体就通过流动控制机构70切换成蒸发性液体68。一旦液态反应物62从管道60流尽后，，就终止蒸发性液体66的流动，燃烧火焰46也就终止。因为蒸发性液体66是最后离开燃烧器组件42的液体，其细流液体仅仅蒸发，而没有反应物存在于燃烧器组件42内反应形成固体。因此，这就避免了燃烧器组件42和燃烧器组件42附近管道60的堵塞。
在本发明第一和第二两个优选实施方式中，分别经申液态反应物输送系统10和40输送的液态反应物30和62最好是硅的醇盐，例如四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷，更好的是金属的醇盐，例如丙醇钛(Ⅳ)、乙醇锗(Ⅳ)、丁醇钾(使得可溶于合适的有机溶剂，例如乙二醇单甲基醚)和本行业已知的其他金属醇盐。液态反应物30和62最好的是硅氧烷，具体地说，是有机硅氧烷，例如八甲基环四硅氧烷。然而，本行业的技术人员会明白液态反应物30和62也能够是上述化合物的混合物，使得可溶于合适的有机溶剂，例如乙二醇单甲基醚。
由液态反应物输送系统40的注射泵78输送的优选掺杂物84是酮盐、醇盐、乙酸盐、β-二酮盐、或溶解于合适有机溶剂例如乙二醇单甲醚的镨、钬和铥的氟-β-二酮盐。然而，最优选的掺杂物84是铒的β-二酮盐或氟-β-二酮盐，以其液体溶液形式输送。本行业的技术人员会明白，其他稀土元素和性能对光导有利的其他元素也可以由注射泵78输送。虽然在图1的液态反应物输送系统10中未示出，但是本行业的技术人员也会明白，上述元素也能够采用注射泵或其他合适的输送设备，经由液态反应物输送系统10输送，只要选用的掺杂物溶液不会暴露于水分。
分别经由液态反应物输送系统10和液态反应物输送系统40输送的蒸发性液体34和66，可以是有机含氮溶液，例如酰胺、胺和腈，但优选是有机含氧溶液。酮例如丙酮、乙酸酯例如乙酸乙酯、醚例如二乙醚、二醇例如乙二醇和乙二醇单甲醚，是这种有机含氧溶液的代表性例子。更优选地，醇例如乙醇、甲醇和丙醇是作为蒸发性液体34和66输送的有机含氧溶液，乙醇和1-丙醇是最优选的溶液。
本行业的技术人员会明白，上述的几种有机含氧液体和有机含氮液体可以与有机硅氧烷、金属醇盐、硅氧烷、硅醇盐、金属乙酸盐、金属β-二酮盐、金属酮盐、稀土乙酸盐、酮盐、醇盐、β-二酮盐和/或氟-β-二酮盐在同一容器内混合，作为液态反应物30和62进行输送。当燃烧时，这些溶液形成能够被捕集用来制成具有独特性能光导的各种硅氧化物和金属氧化物的煤烟。这种有机含氧液体的例子是酮、醇、二醇、酯、β-二酮和羧酸。这种有机含氮液体的例子是酰胺、胺、腈和酰亚胺。
本行业的技术人员会明白，在不脱离本发明的精神或范围下，可以对经由本发明的燃烧器组件输送液态反应物的系统和方法进行各种改变和变化。因此，本发明旨在覆盖对本发明进行的各种改变和变化，只要它们在所附权利要求及其等效内容的范围。另外，这些权利要求中的所有装置或步骤和起同样作用的装置或步骤的相应结构、材料、操作以及要旨，是包括与本文所具体要求的其他要旨结合以实现其功能的任意结构、材料或操作的。

Claims (25)

1．一种制备用于制造玻璃的煤烟同时保持液体输送系统无堵塞的方法，它包括如下步骤：
a)经由一共同管道，选择性地输送液态反应物和蒸发性液体到燃烧带；
b)在所述选择性地输送所述液态反应物与所述蒸发性液体期间，在这两种液体之间进行切换。
c)使所述液态反应物在所述燃烧带内反应，形成煤烟。
2．如权利要求1所述的方法，它还包括如下步骤：
d)在瞬态流动条件期间，在所述燃烧带内蒸发所述蒸发性液体。
3．如权利要求1所述的方法，其中所述步骤c)包括降低所述蒸发性液体的流量同时增大所述液态反应物的流量的步骤。
4．如权利要求1所述的方法，其中所述步骤c)包括增大所述液态反应物的流量同时降低所述蒸发性液体的流量的步骤。
5．如权利要求3所述的方法，其中降低所述蒸发性液体的流量而增大所述液态反应物的流量的步骤，包括启动一个阀门的步骤。
6．如权利要求1所述的方法，其中所述步骤a)包括经由与所述管道连接的雾化燃烧器组件选择性地输送所述液态反应物和蒸发性液体的步骤。
7．如权利要求6所述的方法，其中所述的切换步骤可有效地防止固体沉积在所述雾化燃烧器组件或所述管道中或其上面。
8．如权利要求1所述的方法，其中所述的切换步骤进行时可以有效地防止所述液态反应物与空气过早地反应。
9．如权利要求1所述的方法，其中所述的蒸发性液体含有有机含氧化合物或有机含氮化合物。
10．如权利要求1所述的方法，其中所述的蒸发性液体含有选自醇、β-二酮、酮、酯、醚、二醇和酰胺的有机含氧化合物。
11．如权利要求1所述的方法，其中所述的液态反应物含有能够生成制备光导纤维用的预制品的玻璃煤烟的玻璃前体物质。
12．如权利要求1所述的方法，它还包括下面步骤：
将所述液态反应物和所述蒸发性液体分别装在外壳内的适当容器中；
将惰性气体引入所述外壳内。
13．如权利要求12所述的方法，其中所述的将惰性气体引入所述外壳的步骤包括将所述惰性气体以足以保持干燥环境的量连续输入所述外壳的步骤。
14．如权利要求12所述的方法，其中所述的惰性气体包括氮气。
15．如权利要求12所述的方法，其中所述的惰性气体包括氩气。
16．如权利要求1所述的方法，其中所述的切换步骤在液体稳态流动期间进行。
17．一种根据权利要求1沉积煤烟进而制备光导纤维用的玻璃预制品的方法，其中有个步骤d)，包括由所述煤烟形成预制品。
18．如权利要求17所述的方法，其还包括将掺杂物经由所述管道送入所述燃烧带形成掺杂的煤烟的步骤。
19．如权利要求18所述的方法，其中所述的掺杂物含有铒。
20．用于在燃烧带中形成煤烟的输送液体的系统，它包括：
液态反应物；
蒸发性液体；
构造和排列成将所述液态反应物和所述蒸发性液体排入燃烧带的燃烧器组件；
在所述燃烧器组件前面延伸并适于选择性地输送所述液态反应物与所述蒸发性液体到所述燃烧器组件的管道；
在所述管道内将所述液态反应物与蒸发性液体相互之间进行切换的装置。
21．如权利要求20所述的系统，它还包括构造和排列成储放所述液态反应物与蒸发性液体的外壳。
22．如权利要求21所述的系统，其中所述的外壳中选择性地提供有惰性气体气氛，以形成基本上无水分的环境。
23．如权利要求22所述的系统，其中所述的惰性气体是氮气。
24．如权利要求20所述的系统，其中所述的液态反应物是能够形成制备光导纤维用的预制品的玻璃煤烟的玻璃前体物质。
25．如权利要求20所述的系统，其中在所述液态反应物与蒸发性液体之间进行切换的装置是一个阀门。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6800574B2 (en) 2001-10-24 2004-10-05 3M Innovative Properties Company Glass beads and uses thereof
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US11345606B2 (en) 2017-02-17 2022-05-31 David Brown Deposition particles and a method and apparatus for producing the same
EP3950610A1 (de) * 2020-08-06 2022-02-09 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Alternative fluorierungsmittel ii: fluosil und sootaufbau

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4230744A (en) * 1979-02-21 1980-10-28 Corning Glass Works System for delivering materials to deposition site on optical waveguide blank
DE3530153A1 (de) * 1985-08-23 1987-03-05 Licentia Gmbh Verfahren zur herstellung eines aerosolstromes
AU718737B2 (en) * 1995-12-19 2000-04-20 Corning Incorporated Method and apparatus for forming fused silica by combustion of liquid reactants

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