CN1331789C - 玻璃处理方法及用于该方法的玻璃处理设备 - Google Patents

玻璃处理方法及用于该方法的玻璃处理设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1331789C
CN1331789C CNB2004100078977A CN200410007897A CN1331789C CN 1331789 C CN1331789 C CN 1331789C CN B2004100078977 A CNB2004100078977 A CN B2004100078977A CN 200410007897 A CN200410007897 A CN 200410007897A CN 1331789 C CN1331789 C CN 1331789C
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
gas
plasma flame
heating
treatment method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100078977A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1526672A (zh
Inventor
大西正志
平野正晃
中西哲也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN1526672A publication Critical patent/CN1526672A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1331789C publication Critical patent/CN1331789C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/30—Plasma torches using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/04—Re-forming tubes or rods
    • C03B23/043—Heating devices specially adapted for re-forming tubes or rods in general, e.g. burners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/20—Uniting glass pieces by fusing without substantial reshaping
    • C03B23/207—Uniting glass rods, glass tubes, or hollow glassware
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
    • C03B29/02—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins in a discontinuous way
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01225—Means for changing or stabilising the shape, e.g. diameter, of tubes or rods in general, e.g. collapsing
    • C03B37/0124—Means for reducing the diameter of rods or tubes by drawing, e.g. for preform draw-down
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C03B37/01807—Reactant delivery systems, e.g. reactant deposition burners
    • C03B37/01815—Reactant deposition burners or deposition heating means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C03B37/01807—Reactant delivery systems, e.g. reactant deposition burners
    • C03B37/01815—Reactant deposition burners or deposition heating means
    • C03B37/01823—Plasma deposition burners or heating means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

一种玻璃处理方法根据工件和处理条件调节加热区的范围以及一种实施该方法的玻璃处理设备。该方法包括用热等离子体火焰器加热玻璃体，火焰器包括(a)设有多个从其排放材料气体的孔的一主体以及(b)为向送进到主体中的材料气体施加高频电场的装置。该方法包括以下步骤：(1)根据玻璃体的尺寸、处理条件，或二者通过控制送进到每个孔中的材料气体的流量调节垂直于该主体中心轴线的等离子体火焰的大小，和(2)加热玻璃体。该设备包括(a).为加热玻璃体的热等离子体火焰器，该火焰器包括(a1).设有多个从其排放材料气体的孔的一主体和(a2).对送进到该主体中的材料气体施加高频电场的装置，和(b).为调节送进到每一个孔中的材料气体流量的装置。

Description

玻璃处理方法及用于该方法的玻璃处理设备
技术领域
本发明涉及一种处理玻璃体诸如光纤预成型体的方法以及用于实施该方法的玻璃处理设备。
背景技术
生产光纤预成型体的处理包括许多步骤，包括加热玻璃体诸如通过使用改性化学蒸汽沉积处理(MCVD处理)沉积玻璃层，通过使用插入玻璃棒压扁处理的玻璃棒和玻璃管的合一，用作产品的玻璃棒和夹持棒的结合，以及玻璃棒和玻璃管的拉伸。
通常，用于加热玻璃体的热源已经使用一种炉子，该炉子燃烧氢(H2)和氧(O2)的混合气体或者丙烷(C3H8)和氧(O2)的混合气体。但是，当使用前述热源时，诸如H2和氢氧根(OH根)的物质有时要渗入玻璃体并在那里扩散。此现象恶化了由玻璃体产生的光纤的传输损耗。
另一方面，为了满足大容量传输的要求，最近的光纤具有宽的带复杂折射率分布的光传播区域。为形成这样一种区域，就需要通过应用延长时间的MCVD处理在初始玻璃管的内表面上沉积细微的玻璃颗粒。
在这种情况中，当使用一个燃烧诸如氢氧气体的气体的炉子时，延长的加热促使H2或OH根渗入和扩散到初始玻璃管子中。这使得传输损耗恶化。为了防止H2或OH根扩散到光传播区域，使用二种方法；一种方法是使沉积细微玻璃颗粒的时间最小化同时另一方法是增加初始玻璃管的厚度。当采用前一方法时，光纤预成型体的上尺寸定位具有一个不希望的上限。当采用后一方法时，妨碍对初始玻璃管的热传导，降低细微玻璃颗粒的形成与沉积率。
为解决前述问题，研究人员和工程师们曾建议用热等离子体火焰器加热玻璃体，该热等离子体火焰器不使用氢原子。该等离子体火焰器具有一向其中送进高频电流的螺旋线圈。例如用石英玻璃制成的火焰器的管状主体插入到螺旋线圈的中心内。当诸如氩(Ar)和空气的气体送进到主体内时，根据主体的尺寸可以产生一等离子体火焰。美国专利5397372以及相应的日本专利2818735曾经公开一种通过在MCVD处理中使用等离子体火焰器生产光纤预成型体的方法。根据所公开的内容，预成形体可以生产出一种仅包含少量杂质诸如H2和OH根的光纤。
在MCVD处理中二个因素影响微小玻璃颗粒沉积率；一个因素是形成微小玻璃颗粒的产量，另一因素是由蓄热效应确定的在玻璃管上的细微玻璃颗粒的效率。为增加速率，重要的是形成一最佳加热区域以便增加细微玻璃颗粒的形成产量和沉积效率。此外，也需要通过形成一个最佳加热区域同时防止H2和OH根在玻璃棒与玻璃管结合、玻璃棒与夹持杆连接、以及玻璃棒和玻璃管延伸的步骤中侵入玻璃体内。然而，在上述等离子体火焰器中，产生等离子体火焰的强度仅仅通过集合的气体流量的调节与由螺旋线圈产生的高频电场的功率调节来控制。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种根据工件和/或处理条件调节加热区域的范围的方法以及提供为实施该方法的玻璃处理设备。
根据本发明，通过提供以下玻璃处理方法达到前述目的。该方法包括通过使用热等离子体火焰器加热玻璃体，该火焰器包括：
(a)设置有多个从其排放气体的孔的一主体；以及
(b)对送进到主体内的气体施加高频电场的一装置。
该方法包括以下步骤：
(1)通过根据玻璃体的尺寸、处理条件或二者控制送进到每个孔中的流量来调节由垂直于火焰器主体的中心轴线的火焰器产生的等离子体火焰的大小；和
(2)加热玻璃体。
根据本发明的另一方面，本发明提供以下玻璃处理设备。该设备包括：
(a)用于加热玻璃体的热等离子体火焰器，其包括：
(a1)设有多个从其排放气体的孔的一主体；以及
(a2)对送进到主体内的气体施加高频电场的装置；以及
(b)用于调节送进到每个孔内的气体的流量的一装置。
附图说明
在附图中说明本发明以示出一些例子，并不表示限制。在附图中相同的标号表示类似的元件。
在附图中：
图1是表示在本发明的处理方法中使用的热等离子火焰器的一个实施例的示意图。
图2是构成图1所示的热等离子体火焰器的主体的正视图。
图3是表示在本发明的处理方法中使用的热等离子火焰器的另一个实施例的示意图。
图4是构成热等离子体火焰器的主体的另一实施例的正视图。
图5还是构成热等离子体火焰器的主体的另一实施例的正视图。
图6是设有图7所示的玻璃处理车床的侧视图。
图7是表示本发明的玻璃处理设备的一个实施例的示意图。
图8是说明作为本发明玻璃处理方法的一个实施例的沉积玻璃层的一个例子的示意图。
图9是说明作为本发明玻璃处理方法的一个实施例的沉积玻璃层的另一例子的示意图。
图10是说明作为本发明玻璃处理方法的一个实施例的沉积玻璃层的另一例子的示意图。
图11是说明作为本发明的玻璃处理方法的另一实施例的玻璃棒结合的示意图。
图12是说明作为本发明的玻璃处理方法的另一实施例的玻璃棒延伸的示意图。
图13是说明作为本发明的玻璃处理方法的另一实施例的玻璃棒的火焰抛光的示意图。
图14是构成热等离子火焰器的主体的另一实施例的垂直剖视图。
具体实施方式
图1是一示意图，表示在本发明的玻璃处理方法中使用的热等离子体火焰器的一个实施例。图2是图1所示的构成热等离子体火焰器的主体的正视图。热等离子体火焰器10包括一个设有多个孔P1、P2、P3和P4的火焰器的主体5，从这些孔排放气体，还有一个对送进到火焰器的主体5中的气体施加一高频电场的装置。
在该火焰器的主体5中有一个多管结构，在该结构中具有不同直径的多个圆柱管1、2、3和4被同轴地设置。管1和其它管之间的间隙分别构成孔P1、P2、P3和P4。火焰器的主体5由螺旋线圈7包围，该线圈与高频电源6连接。该螺旋线圈7和高频电源构成用于施加高频电场的装置8。输入螺旋线圈7的高频电流具有例如13.56MHz的频率。
虽然在图中未表示，但气体送进管线连接到在火焰器主体5另一端的每一个孔P1、P2、P3和P4上。该气体送进管线向每个孔内至少送进氩(Ar)、氧(O2)、氮(N2)、氦(He)和空气的一种气体。气体送进管线可以向上述孔内送进包括至少Ar、O2、N2、He和空气中的二种气体的混合气体。
当动力源6向螺旋线圈7送进高频电流时、高频电场施加到被送进到孔P1、P2、P3和P4的气体上。该高频电场将气体转变成等离子体。该等离子体从至少一个孔排放出，形成等离子体火焰F。
因为热等离子体火焰器10设有多个孔P1、P2，P3和P4，气体是否送进到孔中可以个别地确定，并且气体送进的量可以个别地调节。这一个别的操作能使等离子体火焰F的大小可调节。例如，通过仅向中央孔1送进气体产生最小的等离子体火焰因此孔1能产生等离子体火焰。
如上面说明，热等离子体火焰器10能够容易地调节产生的等离子体火焰F的大小。因而，根据要加热的工件以及处理条件该等离子体火焰器能够形成具有适当范围的加热区域。如图1所示，当加热长的玻璃体G时，气体是否要送进到每一个个别的孔根据玻璃体G的直径以及需要纵向加热的长度来调节。因此，可以产生具有最优尺寸的等离子体火焰F。因而，可以形成所要的加热区域以完成一种满意的玻璃处理。
图3是表示在本发明的玻璃处理方法中使用的热等离子体火焰器的另一实施例的示意图。在一个热等离子体火焰器10a中，该火焰器的主体被一个环形谐振器7a包围，该谐振器构成施加高频电场的装置的一部分(图3表示环形谐振器的一半)。该谐振器7a连接到能产生微波的动力源6a上。微波在谐振器7a的谐振能使它向火焰器的主体5辐射微波。因为通用的微波发生器可以用作动力源6a，可以希望微波具有2.4GHz的频率。
在热等离子体火焰器10a的情况中，同样通过以下过程产生等离子体火焰F。在如要求地向孔P1、P2、P3和P4送进气体的同时，谐振器7a幅射微波。幅射离子化送进的气体，同时在每个单独的孔处产生等离子体火焰F。气体是否被送进到单独的孔内以及气体送进量的个别的调节的确定能使产生的等离子体火焰F的大小被调节。因而，一个要求的加热区可以形成以便加热玻璃体G，因此可以进行满意的处理。等离子体火焰器10和10a允许所施加的高频电场的频率和能量的调节所以可以控制等离子体火焰的温度。
火焰器的主体5的结构不局限于前述热等离子体火焰器10和10a的那些。图4和5表示构成等离子体火焰器主体的另一实施例的正视图。图4示出火焰器的主体5a，在该主体中矩形(截面)多个管1 a、2a、3a和4a一个套在另一个里面。中央管1a和管子之间的间隙形成孔P1、P2、P3和P4。
图5表示火焰器的主体5b，在该主体中具有相同形状的孔P1、P2、P3、P4、P5和P6放置成一行。当使用主体5b加热长玻璃体时，建议这样放置主体5b，即成行的孔平行于该玻璃体。
同样，当使用主体5a和5b时，气体是否被送入个别的孔以及气体送进量的个别调节的确定能够调节产生的等离子体火焰的大小。火焰大小的调节能够根据要加热的工件和处理条件形成具有合适范围的加热区域。
希望设置在火焰器主体中的孔的数量在2至6的范围内。换句话说，希望调节等离子体火焰的大小，即加热区域，在2至6步骤的范围内。如果孔的数量大于6，就难以使施加的高频电场充分地传播到处于中央部份的孔中。这一困难可能产生外孔与内孔之间等离子体火焰在强度上的差异。
图14示出火焰器主体另一实施例的垂直剖视图。火焰器的主体55包括上部57和下部58。该火焰器的下部58具有多管结构，在该结构中放置具有不同直径的管子51、52和53。管子51和其它管子之间的间隙形成孔P1、P2和P3。气体送进管线连接到每个孔上。气体管线向每个孔送进Ar、O2、N2、He和空气的至少一种。该孔P1在其上部具有一分开部分56，该分开部分具有蜂窝状的小的细管。此结构能使气体在平行于火焰器主体55的中心轴线的方向排放。孔P2和P3在其顶部有一分开的部分56a，该分开的部分具有包围中心轴的螺旋形的小的细管。此结构能使气体以包围中心轴线的螺旋形状排放。
管53延伸到火焰器的上部57以形成一空间59用以将气体转变成等离子体。在该空间59中，主要从孔P1排放的气体转变成等离子体。由于收缩效应，从孔P2和P3排放的气体保护管子53免受等离子体的影响。
因为火焰器的主体设有多个孔，所以气体是否送进到个别的孔以及气体送进量的个别的调节的确定能使等离子体火焰的大小得到调节。例如，当从孔P2和P3排放的气体量增加，并且从孔P1排放的气体保持恒定时，等离子体火焰减小其直径、增加其密度。相反，当从孔P1排放的气体量增加，并且从孔P2和P3排放的气体量保持恒定时，则等离子体火焰增加其直径、增加其密度。也可以调节气体的总量，并且保持从孔P1、P2和P3排出气体的量的比率保持恒定。如上所述，火焰器主体55能容易地调节产生的等离子体火焰的大小。因而，热等离子体火焰器可以根据要加热的工件和处理条件形成具有适当范围的加热区域。
火焰器的主体55具有一个与另一个平行地排放气体流的孔以及以螺旋形排放气体流的二个孔。但是，孔的数量不局限于上述实施例中所使用的数量。
其次，本发明的玻璃处理设备说明如下。该装置包括(a)用于加热玻璃体的一热等离子体火焰器，它包括设置排出气体的多个孔的主体，用于对送进到主体中的气体施加高频电场的装置以及(b)调节送进到每一个孔中的气体的流量的装置。图7是表示本发明的玻璃处理设备的实施例的示意图。图6是设置图7所示玻璃处理设备的玻璃处理车床。
图6表示主要用于实施MVCD工艺的玻璃处理车床20。该玻璃处理车床20设有一基座12，它在其两端附近支撑支承部分11。支承部分11的每一个具有一个旋转的夹头13。该夹头13夹持玻璃体(在这种情况下是一个玻璃管G)的两端，以水平地夹持它。上述的一个用以加热玻璃管G的热等离子体火焰器设置在由夹头13夹持的玻璃管G的下面。
该热等离子体火焰器10放置在一个安装在支撑导轨17的可移动的支座18上。该可移动的支座18可以使用齿条与小齿轮机构沿支撑导轨17移动。玻璃管G放置在平行于支撑导轨17的位置上。一工作台1 9(移动装置)放在可移动的支座18上。该工作台19(移动装置)可相对于玻璃管G(玻璃体)前后移动等离子体火焰器10，该火焰器固定在工作台19上。代替相对于玻璃体前后移动等离子体火焰器的单轴工作台，可以使用三轴工作台，该工作台也可以在水平面中调节火焰器的位置。一个材料气体供应管22部件连接到支撑部分11的一个上，同时气体排放管23连接到另一支撑部分11上。
如图7所示，热等离子体火焰器10还设置质量流控制器(MFC)31，它调节送进到孔P1、P2、P3和P4中气体的流量。
玻璃处理车床20还包括以下装置：
(a)测量玻璃体温度分布的温度分布测量装置；以及
(b)控制装置32，该装置基于测量的温度分布通过控制(b1).用于施加高频电场的装置，(b2).MFC31(用于调节流量的装置)，和(b3).工作台(移动装置)的至少一个来调节温度分布。
该温度分布测量装置34基于从一幅射温度计(高温计)33发出的信号测量玻璃管G的温度分布，该辐射温度计监测玻璃管G的温度。测量的温度分布数据输入到控制装置32。要求测量温度分布以获得玻璃管G在由热等离子体火焰器10加热的区域中表面温度的纵向分布。为实现这一目的，该高温计33构造成沿玻璃管G移动。因而，玻璃管G在加热区的温度可以根据等离子体火焰器10的运动在所有的时间被测量。
控制装置32设计成基于从温度分布测量装置34送出的温度分布数据，控制动力源6、移动装置19，以及MFC31。当控制动力源时，它改变输出的频率和能量水平以调节等离子体火焰F的温度。当控制移动装置19时，它调节玻璃管G和热等离子体火焰器10之间的相对位置以便在要求的位置形成加热区域。特别是，当玻璃管G和等离子体火焰器10之间的距离被调节时，可以调节玻璃管G的加热温度无需改变等离子体火焰F的温度。当控制MFC31时，它们不仅能通过向要求的孔送进气体以调节等离子体火焰F的大小还能通过改变气体的流量调节等离子体火焰F的温度。
其次，本发明的玻璃处理方法说明如下：该方法包括通过使用热等离子体火焰器加热玻璃体，该火焰器包括(a).设置多个孔的一个主体，气体从这些孔排放以及(b).用于向送进到主体中的气体施加高频电场的装置。该方法包括以下步骤：
(1)通过根据玻璃体的尺寸或处理条件或二者控制送进到每一个孔中的气体的流量调节垂直于火焰器主体的中心轴线的等离子体火焰的大小。
(2)加热玻璃体。
要求送进的气体至少是Ar、O2、N2、He和空气中的一种。
以下是通过MCVD工艺沉积玻璃层的说明，这种方法是一本发明的玻璃处理方法的实施例。在MCVD工艺中，玻璃体是玻璃管。加热步骤包括以下子步骤：
(a)为形成微小玻璃颗粒的材料气体被引入玻璃管中。
(b)用沿玻璃管来回移动的热等离子体火焰器加热玻璃管，以便在玻璃管的内表面上沉积细微玻璃颗粒。
图8是说明MCVD工艺的示意图。使由夹头13夹持的玻璃管G旋转。一种包括用于玻璃的材料(如四氯化硅或四氯化锗和添加的氧)的混合气体的材料气体通过材料气体供应管22部件供应到玻璃管中。在此条件下，热等离子体火焰器10产生具有要求大小的等离子体火焰F。该火焰器沿玻璃管往复移动多次。
等离子体火焰F加热玻璃管G以便在玻璃管G的里面在加热区形成细微的石英玻璃的颗粒。蓄热效应造成细微玻璃颗粒在材料气体的下游粘结并沉积到玻璃管G的内表面上。移动的热等离子体火焰器10加热沉积的细微玻璃颗粒以使它们固结。因此，连续地形成玻璃层G1。
在MCVD工艺中，需要通过充分加热玻璃管G改进形成细微玻璃颗粒的产量以及改进蓄热效应的效率以便通过保持在下游玻璃管G的内表面在较低的温度下沉积玻璃层。为了在MCVD工艺中满足此要求，建议升高等离子体火焰F的温度和使加热区域变窄。
在此实施例中，调节等离子体火焰大小的步骤是由下述方式完成的。首先，测量玻璃管G(玻璃体)的温度分布。然后，基于温度分布的测量结果控制MFC以便控制气体的流量。特别是，在此实施例中，控制装置32基于从温度分布测量装置34送出的温度分布数据控制MFC31。更具体的是，控制装置32确定气体是否送进到个别孔并个别地调节气体送进量以便调节等离子体火焰的大小。因而，玻璃管G以具有较陡的温度梯度的温度分布加热玻璃管G。因此，有效地形成玻璃层G1。当由等离子体火焰F加热的区域变窄时，包含在空气中的小量水、金属杂质、和其它物质的离子化可被抑制。因而，可以抑制它们渗透并扩散到玻璃管G中。
在重复在玻璃管G的内表面上沉积玻璃层G1以形成多层玻璃层之后，进行以下步骤。
(3)用热等离子体火焰器10的等离子体火焰F再加热玻璃管G以减小直径，因此可以形成实心体。
(3′)或者，在玻璃棒插入到玻璃管G的中央之后，用等离子体火焰F加热玻璃管G以减小直径因此玻璃管G与玻璃棒结合以形成实心体。在此情况下，希望在沉积和玻璃层G1的步骤之后进行以下步骤。
(4)再调节等离子体火焰的大小。
在这种情况中，控制装置32再基于从温度分布测量装置34送出的温度分布数据控制MFC。更具体地，控制装置32确定气体是否被送进到一个别的孔中以及个别地调节气体送进量以便调节等离子体火焰F的温度与加热区域，因此可以适当地实施实心体的形成。在形成实心体的步骤，希望降低等离子体火焰F的温度并加宽加热区域。因而，玻璃管G沿其长度均匀地减小其直径，能均匀形成一实心体。
在此实施例中，送进到热等离子体火焰器10的孔P1、P2、P3和P4中的气体量可以个别地调节。代替这一方法，不同类型的气体可以被送进到不同的孔中以调节等离子体火焰的加热区域及温度。在此情况中，要送进的气体的类型可以被选择，这样可以根据要处理的玻璃体的大小和处理条件达到要求的温度分布。
要反馈的信息不局限于玻璃管G的温度分布。可能反馈热等离子体火焰器10的每次往复运动的可能变化的数据，诸如玻璃管G的外和内直径以及玻璃层的厚度G1。此外，除去MFC31，控制装置32可以控制施加高频电场的装置8以便调节高频电场的频率与能量以及移动装置19以便调节玻璃管G与等离子体火焰器10之间的距离。通过控制这些装置，该控制装置32可以调节等离子体火焰F的温度和玻璃管G与等离子体火焰器10之间的相对位置因此玻璃管G可以在要求的温度分布下被加热。
为易于通过由MFC调节气体的流量实现温度分布的控制，希望在热等离子体火焰器10的孔P1、P2、P3和P4处的气流是层流或类似的。在这种情况中，希望气流具有2000至3000的雷诺数。
图9和10是表示玻璃处理方法的示意图，该方法希望确实地防止包含在空气中的少量水分和金属杂质及其它物质的离子在沉积玻璃层G1的步骤中引入到玻璃管G内。图9表示一种方法，该方法提供一种罩子41以盖住热等离子体火焰器10及仅仅是玻璃管G的加热区域。图10表示一种方法，该方法提供罩子42以便盖住等离子体火焰器10的等离子体火焰F和整个玻璃管G。罩子41和42无需要求盖住整个等离子体火焰器10。如图10所示，该罩子仅需要盖住等离子体火焰F。
罩子41和42设置一气体引入孔43和一气体排放孔44。在加热过程中，干燥的气体被引入以用具有少量水蒸汽的清洁的大气少的水蒸汽包围玻璃管G的加热区域。希望干燥的气体是清洁的情况气体，诸如N2、Ar或He，具有的金属杂质浓度最多为百万分之一(1ppm)。优选地，干燥气体具有最大为0℃的露点，更优选地最大为-50℃。
具有上述结构的玻璃处理设备可以从包围等离子体火燃F的大气中消除水蒸汽和杂质。因而，它可以可靠地防止杂质在沉积玻璃层G1步骤中引入玻璃管G中。此外，当使用玻璃处理设备20生产光纤预成型体时，希望送进到热等离子体火焰器10中的气体是一种干燥的气体，具有低到最高为0℃的露点，更希望最高为-50℃，如上所述。这一作用更可靠地防止水蒸汽渗入玻璃管G内。
本发明的玻璃处理方法也可以应用到各种玻璃处理工作，诸如玻璃棒之间、玻璃管之间和玻璃棒和玻璃管之间的相互结合，玻璃纤维预成型体和其它玻璃体的延伸，火焰抛光，和应变的去除。图11是一示意图，说明作为本发明的玻璃处理方法的另一实施例的玻璃棒的结合。当玻璃棒G2和G2a被相互结合时，玻璃棒G2和G2a的结合端面用热等离子体火焰器10的等离子体火焰F加热并软化以便彼此紧靠。
图12是一示意图，说明作为本发明的玻璃处理方法的另一实施例的玻璃棒的拉伸。当拉伸玻璃棒G3时，同时绕其自己的轴线旋转，用热等离子体火焰器10的等离子体火焰F加热玻璃棒G以便在规定的张力下延伸。
图13是一示意图，说明作为本发明的玻璃处理方法的另一实施例的玻璃棒的火焰抛光。当火焰抛光玻璃棒G4时，同时绕其自己的轴线旋转，用热等离子体火焰器10的等离子体火焰F沿其长度加热该玻璃棒G4。此加热使玻璃棒G4表面上的玻璃层气化，因此可以去除粗糙度、细微伤痕、应变、和粘附的杂质。
即使是进行上述结合、延伸、和火焰抛光，上述热等离子体火焰器10可以根据玻璃体的直径和需要加热的长度调节等离子体火焰的加热区域。因而，这些工作能够在抑制杂质渗透情形下成功地进行。特别是，当进行结合时，仅是结合部以高效率被适当地加热。从而可以明显地抑制杂质渗透到玻璃棒内。
(实例1)
一具有34毫米外径和26毫米内径的石英玻璃管用设置图14所示的火焰器的主体55的玻璃处理车床加热，该火焰器上部具有80毫米的直径。在以下条件进行加热：
石英玻璃管的转数：90转/分
火焰器主体的移动速度：100毫米/分
高频功率：30千瓦
动力频率：3兆赫
送进到孔P1、P2和P3的气体流量V1、V2和V3分别是可变化的，用高温计对各个情况测量温度。表1表示在1700℃或更高(加热区域长度的大小)时加热区域的最大温度与长度。从表1可以看出，可以通过改变送进到各个孔的气体的流量调节最高温度和加热区域长度的大小。
表1
  V1(SLM)   V2(SLM)   V3(SLM)   最高温度(℃)   加热区域(毫米)
20     10102530     10152030     2,2502,2602,2302,350     93939289
30     10102530     10152030     2,2702,3002,2902,335     93989292
40     10102530     10152030     2,3002,3302,3102,320     901018983
50     10102530     10152030     -2,3402,3302,320     -959283
60     10102530     10152030     --2,3302,310     --8977
SLM：标准升/分
(实例2)
此实例研究在MCVD工艺中使用的热源对扩散到玻璃中的水量以及生产的光纤的传输损耗的影响。使用11种具有34毫米外径和28毫米内径并含有0.3重量百分比的氯(C1)的玻璃管。通过使用MCVD工艺在每根石英玻璃管的内表面上沉积具有相对折射率差大于石英玻璃管0.4％的玻璃。对10根玻璃管，使用等离子体火焰作为热源，并且对于每一根个别管子，送进到热等离子体火焰的气体的露点是变化的。对于剩下的一根管，为了比较使用氢氧气火焰作为热源。在两种情况中，在以1克/分的速率沉积40层之后，通过在感应炉中加热石英玻璃管压扁。因此，生产出具有芯子包层结构的玻璃棒。切下每根玻璃棒的一部分通过显微镜FT-IR摄谱仪测量包含在玻璃棒表面部分中OH根的浓度。
此外，玻璃棒与另一具有厚度为该玻璃棒的直径1.85倍的玻璃管相组合。该玻璃管被压扁以形成光纤预成型体。拉伸该预成型体以生产光纤。测量在1.38微米的光纤的传输损耗(α1.38)和光纤的OH根吸收强度(ΔαOH)。测量结果如表II所示。该光纤在1.55微米处具有以下特征：色散射-+17PS/nm/km；散射斜率-+0.06PS/nm2/km；传输损耗-0.186dB/km；以及Aeff-75μm2。
表II
 热源  露点(℃)  OH根浓度(wt.ppm)  α1.38(dB/km)  ΔαOH(dB/km)
 等离子体  30  259  0.559  0.294
 10  162  0.449  0.184
 3  137  0.420  0.155
 0  114  0.394  0.129
 -15  71  0.345  0.080
 -20  69  0.343  0.078
 -34  47  0.318  0.053
 -5l  23  0.291  0.026
 -61  20  0.288  0.023
 -84  19  0.287  0.022
 氢氧材料气体 -  900  1.29  1.02
(实例3)
使用与在实例2中使用的那些不同的光纤研究在MCVD工艺中使用的热源对所生产的光纤的传输损耗的影响。
用与实例2中相同的方法通过MCVD工艺进行玻璃层的沉积。在实例2中，已经沉积玻璃层的内表面的玻璃管在没有进一步处理的情况被压扁。相反，在实例3中，在玻璃层被沉积之后玻璃管与一玻璃棒组合。该玻璃棒的中心区域具有0.5％的相对折射率差而其圆周区域具有-0.4％的相对折射率差。该玻璃管被压扁以形成具有芯子—槽—边缘—包层结构的玻璃棒。
此外，玻璃棒与另一厚度为该玻璃棒直径的1.9倍的玻璃管组合。压扁该玻璃管以形成光纤预成型体。拉伸该预成型体以生产光纤。测量在1.38微米处的损耗(α1.38)以及光纤的OH根吸收强度(ΔαOH)。测量结果如表III表示。在1.55微米处该光纤具有以下特征：色散射-+PS/nm/km；色散射斜率-+0.03PS/nm2/km；传输损耗-0.19dB/km；以及Aeff-50μm2。
表III
 热源  露点(℃)  α1.38(dB/km)  ΔαOH(dB/km)
 等离子体  30  0.537  0.262
 10  0.439  0.164
 3  0.414  0.139
 0  0.390  0.115
 -15  0.347  0.072
 -20  0.345  0.070
 -34  0.323  0.048
 -51  0.298  0.023
 -61  0.295  0.020
 -84  0.294  0.019
 氢氧材料气体 -  1.185  0.910
以上结合目前要考虑的最实际和最佳实施例描述了本发明。但是，本发明不局限于公开的实施例，但是，正相反，在所附权利要求的精神与范围以内涵盖了多种变型与等效装置。
在2003年3月3日申请的日本专利申请2003-056149包括说明书、权利要求、附图与摘要的全部内容结合作为本发明的参考。

Claims (14)

1.一种玻璃处理方法，包括通过用热等离子体火焰器加热玻璃体，该火焰器包括：
(a).设有多个从其排放气体的孔的一主体；以及
(b).用于对送进到该主体内的气体施加高频电场的装置；
该方法包括以下步骤：
(1).根据(1a)，玻璃体的尺寸以及(1b).处理的条件的至少一个通过控制送进到每个孔的气体的流量调节由火焰器产生的垂直于火焰器的主体中心轴线的等离子体火焰的大小；以及
(2).加热该玻璃体。
2.按照权利要求1所述的玻璃处理方法，其特征在于送进到每一个孔中的气体具有相同的成分。
3.按照权利要求1所述的玻璃处理方法，其特征在于：
(a)作为气体，至少使用两种气体；和
(b)使所述至少两种气体的每一种送进到所述多个孔中不同的孔内。
4.按照权利要求1所述的玻璃处理方法，其特征在于在调节等离子体火焰大小的步骤中，气体流量的控制通过以下子步骤实施：
(a)测量玻璃体的温度分布；以及
(b)基于温度分布的测量结果控制流量。
5.按照权利要求1所述的玻璃处理方法，其特征在于：
(a)要转变成等离子体的气体送进到所述多个孔中位于内侧的一个或多个孔内；
(b)作为保护气体使用的一种气体送进到所述多个孔中位于外侧的一个或多个孔内；
(c)在调节等离子体火焰的大小的步骤中，通过改变要转变成等离子体的气体与用作保护气体的气体之间的流量来调节火焰的大小。
6.按照权利要求1所述的玻璃处理方法，其中玻璃体是一光纤预成型体。
7.按照权利要求1所述的玻璃处理方法，其特征在于：
(a)所述的玻璃体是玻璃管；以及
(b)玻璃管加热的步骤包括以下子步骤：
(b1).向玻璃管内引入一种材料气体以形成细微的玻璃颗粒；以及
(b2).用热等离子体火焰器加热玻璃管，该火焰器横跨玻璃管以便在玻璃管的内表面上沉积细微玻璃颗粒。
8.按照权利要求7所述的玻璃处理方法，在接着玻璃管加热的步骤之后，该方法还包括以下步骤：
(3)再次调节等离子体火焰的大小；以及
(4)加热玻璃管以形成实心体。
9.按照权利要求1所述的玻璃处理方法，其特征在于所述的气体是氩、氧、氮、氦和空气中的至少一种。
10.按照权利要求1所述的玻璃处理方法，其特征在于所述气体具有至多为0℃的露点。
11.按照权利要求10所述的玻璃处理方法，其中气体具有至多为-50℃的露点。
12.一种玻璃处理设备，包括：
(a)一个用于加热玻璃体的热等离子体火焰器，包括：
(a1)设有多个从其排放气体的孔的一主体；
(a2)对送进到主体中的气体施加高频电场的装置；和
(b)调节送进到每个孔中的气体流量的装置。
13.按照权利要求12所述的玻璃处理设备，其特征在于该设备还包括可以相对于玻璃体前后移动热等离子体火焰器的移动装置。
14.按照权利要求13所述的玻璃处理设备，其特征在于该设备还包括：
(a)用以测量玻璃体的温度分布的装置；以及
(b)通过基于测量的温度分布控制(b1)施加高频电场的装置、(b2)调节流量的装置，和(b3)移动装置的至少一个调节温度分布的控制设备。
CNB2004100078977A 2003-03-03 2004-03-03 玻璃处理方法及用于该方法的玻璃处理设备 Expired - Fee Related CN1331789C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP056149/2003 2003-03-03
JP2003056149 2003-03-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1526672A CN1526672A (zh) 2004-09-08
CN1331789C true CN1331789C (zh) 2007-08-15

Family

ID=32821159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100078977A Expired - Fee Related CN1331789C (zh) 2003-03-03 2004-03-03 玻璃处理方法及用于该方法的玻璃处理设备

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7045737B2 (zh)
EP (1) EP1454889A1 (zh)
CN (1) CN1331789C (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4552599B2 (ja) * 2004-10-29 2010-09-29 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材の製造方法
JP4498917B2 (ja) * 2004-12-28 2010-07-07 株式会社フジクラ ガラス棒状体の製造方法
KR20060098740A (ko) * 2005-03-07 2006-09-19 삼성전자주식회사 플라즈마 장치와 그를 이용한 광섬유 모재 제작 장치
FR2914297B1 (fr) * 2007-03-27 2009-05-08 Draka Comteq France Procede de fabrication d'une preforme de fibre optique.
JP5165443B2 (ja) * 2007-06-14 2013-03-21 株式会社フジクラ 石英系マルチコア光ファイバ
NL1037164C2 (nl) 2009-07-30 2011-02-02 Draka Comteq Bv Werkwijze voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels.
US10486262B2 (en) * 2012-07-11 2019-11-26 Carrier Corporation Method and system for joining workpieces
EP3263533B1 (de) * 2016-06-28 2019-05-08 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Seltenerdmetall-dotiertes quarzglas sowie verfahren für dessen herstellung
WO2018185835A1 (ja) * 2017-04-04 2018-10-11 株式会社Ｆｕｊｉ プラズマ発生システム
US11420893B2 (en) 2017-11-30 2022-08-23 Corning Incorporated Systems and methods for minimizing SHR from piercing during pharmaceutical part converting using a gas flow
US11339079B2 (en) * 2017-11-30 2022-05-24 Corning Incorporated Systems and methods for minimizing SHR from pharmaceutical part converting using pulsed ejection
CN111377607B (zh) * 2020-04-24 2022-02-08 黄宏琪 一种用于mcvd的稀土及共掺剂原料蒸汽的输送装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85102146A (zh) * 1985-04-01 1987-01-10 菲利浦光灯制造公司 用空心预制件制造固体玻璃预制件的方法
EP0656326A2 (en) * 1993-11-30 1995-06-07 AT&T Corp. Method for making optical fiber preforms

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2447890B1 (fr) 1979-02-05 1985-06-28 Lyonnaise Transmiss Optiques Procede de fabrication de preformes de fibres optiques a gradient d'indice, et dispositif de mise en oeuvre de ce procede
DE3037491C2 (de) 1979-10-04 1983-10-27 Nippon Telegraph & Telephone Public Corp., Tokyo Verfahren zur Herstellung einer Glasvorform für optische Fasern
EP0216338A3 (en) 1985-09-26 1989-03-08 Polaroid Corporation Method of employing plasma for finishing start rods
US5000771A (en) * 1989-12-29 1991-03-19 At&T Bell Laboratories Method for manufacturing an article comprising a refractory dielectric body
US5179698A (en) * 1990-04-27 1993-01-12 Bachman Information Systems, Inc. System for transforming user data in accordance with an algorithm defined by design data and for evaluating the transformed data against logical criteria
US5702495A (en) 1993-02-10 1997-12-30 Nikon Corporation Silica glass member for UV-lithography, method for silica glass production, and method for silica glass member production
US6354113B2 (en) * 1999-01-20 2002-03-12 Alcatel Fiber optic draw furnace featuring a fiber optic preform heating and fiber drawing programmable logic controller
US6796144B2 (en) * 2001-05-30 2004-09-28 Battelle Memorial Institute System and method for glass processing and temperature sensing
US6724963B2 (en) * 2001-12-17 2004-04-20 Ceramoptec Industries, Inc. Method and apparatus for manufacturing partially diffusing optical fibers

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85102146A (zh) * 1985-04-01 1987-01-10 菲利浦光灯制造公司 用空心预制件制造固体玻璃预制件的方法
EP0656326A2 (en) * 1993-11-30 1995-06-07 AT&T Corp. Method for making optical fiber preforms

Also Published As

Publication number Publication date
EP1454889A1 (en) 2004-09-08
US7045737B2 (en) 2006-05-16
US20040173584A1 (en) 2004-09-09
CN1526672A (zh) 2004-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1331789C (zh) 玻璃处理方法及用于该方法的玻璃处理设备
US4618354A (en) Method, apparatus and burner for fabricating an optical fiber preform
CA1165551A (en) Optical fiber fabrication and resulting product
US4265649A (en) Method for preparing a preform for optical waveguides
JPS593036A (ja) 化学的気相軸付け法による光学プレフオ−ムの製造方法および装置
GB1567876A (en) Method of and apparatus for manufacturing a fused tube for forming into an optical fibre with plasma activated deposition in a tube
JP7021286B2 (ja) 改良された粒子蒸着システムと方法
US4689212A (en) Method for forming doped optical preforms
AU750390B2 (en) Method of making an optical fiber preform
KR20050049397A (ko) 유리관 처리 방법, 유리관 처리 장치 및 유리관
US8820121B2 (en) Method of manufacturing optical fiber base material
GB2128982A (en) Fabrication method of optical fiber preforms
JP5572022B2 (ja) 光ファイバ用一次プリフォームの製造方法
US4682994A (en) Process and apparatus for forming optical fiber preform
EP0072069B1 (en) Method of producing preforms for drawing optical fibres and apparatus for the continuous production of optical fibres
JP2004284944A (ja) ガラス加工方法及びガラス加工装置
KR20030009589A (ko) 수정된 화학기상 증착법을 이용한 광섬유 모재의 제조장치 및 방법
US7797966B2 (en) Hot substrate deposition of fused silica
JP4292862B2 (ja) 光ファイバ用母材の製造方法及び光ファイバの製造方法
EP0112549A1 (en) Improved sintering of optical fiber preforms
KR100747350B1 (ko) 수정화학 기상증착법을 이용한 광섬유 모재 제조용 전기로
JPS5925738B2 (ja) 光学用ガラスフアイバ製造方法
KR850000908B1 (ko) 매상유리롯의 제조 방법
KR100669581B1 (ko) 저손실 광섬유 제조를 위한 광섬유 모재 제조용 전기로
JPH0712951B2 (ja) 光フアイバ用母材の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070815