CN1408662A - 用于生产粉尘体的方法 - Google Patents

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Abstract

三个或更多的玻璃颗粒合成燃烧器相对于一转动的玻璃棒排布。玻璃棒和玻璃颗粒合成燃烧器平行且相对往复运动，从而通过燃烧器合成的玻璃颗粒沉积在玻璃表面上。位于两端的燃烧器玻璃颗粒合成条件改变，从而在其部分运动范围或全部运动范围内具有比其他燃烧器更大的单位时间的玻璃颗粒沉积量。

Description

用于生产粉尘体的方法
发明背景
发明领域
本发明涉及一种通过在使玻璃棒和玻璃颗粒合成燃烧器相对往复运动的同时，在玻璃棒上沉积玻璃颗粒而生产粉尘体(soot body)的方法。本发明尤其涉及一种用于生产具有较长有效部分和在两端形成的较短锥形部分(无效部分)的粉尘体的方法。
相关技术描述
现有一种用于高沉积率生产大型粉尘体的方法，其中在反应容器内多个玻璃颗粒合成燃烧器以规则的间隔与玻璃棒相对，通过在玻璃棒转动的同时使燃烧器阵列和玻璃棒相对往复运动而由燃烧器合成的玻璃颗粒成层状沉积在玻璃棒的表面上。
在这种用于生产粉尘体的方法中，从提高质量的角度而言，主要课题包括减小粉尘体纵向方向上的外径变化，从生产率的角度而言，主要问题包括使粉尘体两端形成的锥形部分(无效部分)的长度尽可能地短。现有各种方法。
例如，一种方法是玻璃棒和燃烧器之间往复运动的折返位置在每一次折返时沿垂直方向变化，且如果所述折返位置到达预定位置时沿相反的方向回到往复运动的最初位置(日本专利No.2612949)。在折返位置，玻璃颗粒的沉积时间显著延长，且燃烧器火焰接触玻璃粉尘体的程度改变，从而导致折返位置的外径变化。通过如上所述在整个粉尘体上分散折返位置，可以使纵向方向上的玻璃颗粒的沉积量均匀，并减小外径的变化。
在这种方法中，因为折返位置变化，由位于燃烧器阵列两端的燃烧器合成的玻璃颗粒的沉积区域变长，所以无效部分比折返位置不改变时更长。同时，本来应该是有效部分的那一部分成为无效部分，造成有效部分的长度更短，而产量下降。
粉尘体通过火焰抛光工艺玻璃化、成型，并拉成光学纤维。为了去除粉尘体无效部分上的较大外径部分，需要在玻璃化之后熔化较大外径部分的玻璃，并拉掉，从而需要更多步骤和更高的成本。
或者，在拉制过程中由粉尘体制成光学纤维之后，抛弃由无效部分制成的光学纤维。然而，如果无效部分较长，那么在拉制过程中需要较长的时间才能开始拉制有效部分，因此成本更高。
发明内容
根据本发明的用于生产粉尘体的方法，包含：使玻璃棒和至少三个玻璃颗粒合成燃烧器往复运动，其中所述燃烧器与玻璃棒相对排布，平行且燃烧器-燃烧器相对间隔一定距离，同时执行每次折返时所述往复运动的折返位置沿预定方向移动预定宽度的操作，且如果折返位置移动了大致为燃烧器-燃烧器间隔的距离，那么所述折返位置沿相反方向变化而返回到往复运动的初始位置，从而在转动玻璃棒的同时在玻璃棒表面上沉积燃烧器合成的玻璃颗粒，其中位于数个燃烧器两端的燃烧器的玻璃颗粒合成条件改变，而具有比处于端部燃烧器的至少一部分运动范围内的其他燃烧器更大的单位时间内的玻璃颗粒沉积量。
附图简要说明
图1是示出了在根据本发明的实施例的粉尘体中如何形成有效部分和无效部分的示意图；
图2是示出了本发明中供应到端部燃烧器的原料供应量的改变模式的优选示例的示意图；
图3A和3B是示出了示例2至4中供应到端部燃烧器的原料供应量的改变模式的示意图；
图4是示出了示例1中原料增加率和有效部分长度之间的关系的图；
图5是示出了示例1中原料增加率和锥形部分长度之间的关系的图；
图6是示出了示例2中原料增加率和有效部分长度之间的关系的图；
图7是示出了示例2中原料增加率和无效部分长度之间的关系的图；
图8是示出了示例3中原料增加率和有效部分长度之间的关系的图；
图9是示出了示例3中原料增加率和无效部分长度之间的关系的图；
图10是示出了示例4中原料增加率和有效部分长度之间的关系的图；
图11是示出了示例4中原料增加率和无效部分长度之间的关系的图。
本发明的详细描述
下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。图1是示出在通过使燃烧器-燃烧器间隔一定距离的燃烧器1、2和玻璃棒4往复移动而生产粉尘体3的情况下，如何形成有效部分(外径稳定部分)5和无效部分(外径不稳定部分)6的示意图。如图1所示的本发明实施例采用以规则间隔排布的5个玻璃颗粒合成燃烧器(两个端部燃烧器和三个中间燃烧器)，形成一燃烧器阵列。为简化起见，在图1中没有示出所述往复运动的折返位置的运动。
在通过位于燃烧器阵列两端的端部燃烧器1合成的玻璃颗粒沉积到预定量的情况下，粉尘体的有效部分5应在端部燃烧器1的中心位置之间的范围内(以下该范围定义为燃烧器的设定范围)，如图1(a)所示。而且，因为超出端部燃烧器1中心位置的上部和下部进行往复运动，所以无效部分6对应于燃烧器设定范围之外的燃烧器移动量。然而，实际上，因为燃烧器合成的玻璃颗粒易于沿沉积的玻璃颗粒层更薄的方向流动，所以玻璃颗粒的沉积范围向外扩展。结果，本来应该是有效成分5的区域成为无效部分，如图1(b)所示。
为解决这一问题，本发明进行了许多重要的研究，发现当两端的燃烧器(端部燃烧器1)的玻璃颗粒合成条件在部分或全部移动范围内变成单位时间内的玻璃颗粒沉积量大于其他燃烧器(中间燃烧器2)时的条件时，粉尘体两端具有较小外径的部分加厚，从而可以减小无效部分的长度，而没有减小有效部分的长度。在本发明中，假定有效部分相对于所述粉尘体的目标外径具有±5％的误差。在该范围内，由这种粉尘体制成的光学纤维的特性没有问题。
如何改变端部燃烧器1的玻璃颗粒合成条件的一种方法通常包括改变至少原料、可燃气体和维持燃烧的气体(以下称为燃烧维持气体)之一的供应量，尤其是改变原料供应量更有效。当增加或减少供应到端部燃烧器1的原料供应量时，最好改变条件，而使可燃气体和燃烧维持气体的流量根据原料流量变化，从而使由端部燃烧器沉积的玻璃颗粒上的粉尘体面的温度几乎等于由其他燃烧器沉积的玻璃颗粒上的粉尘体的温度。
为了增加单位时间内的玻璃颗粒沉积量，需增加原料供应量(原料流量增加)。研究发现，如果供应到端部燃烧器1的原料量的增加率是供应到中间燃烧器2的原料量的15％或更小，那么可以把由于原料供应量的增加而造成的在有效部分内外径增加的比值控制在误差内(在+5％的外径变化范围内)。
可以考虑各种改变原料供应量的模式，但至少端部燃烧器的一部分运动范围内，端部燃烧器的原料流量大于中间燃烧器2的原料流量。在具有最初原料流量的区域之外的范围内，流量增加。希望将增加的流量设定在预定范围内，且在预定范围之外停止或减少原料的供应。在最外端处原料流量减小的原因是通过不在不需要的部分上沉积玻璃颗粒而避免原料的浪费。希望可以逐步地减小原料流量，最后小于中间燃烧器2的流量(包括停止)。
而且，由CCD照相记录仪等检测与端部燃烧器1相对的玻璃棒4的位置，根据位置信息改变端部燃烧器1的原料供应模式，即，原料的供应模式根据沉积玻璃颗粒的粉尘体3的外径变化而改变。所以，加厚部分或外部浪费部分的沉积量减少，需要部分的沉积量增加，从而应该是有效部分的那部分的外径可以有效地保持较厚。
在图2(a)和2(b)中示出了供应到端部燃烧器的原料供应量。图2(a)是在包含端部燃烧器1的运动范围中心的适当范围内原料供应量增加的模式，且朝向粉尘体3的端部合适位置之外停止供应原料。图2(b)是在离开端部燃烧器1的运动范围中心的粉尘体3中心侧适当位置处原料供应量增加的模式，且在粉尘体3的端部原料供应量逐渐减小。在图2(a)和2(b)右侧，在坐标系中示出燃烧器-燃烧器间隔为200mm(x＝200是在端部燃烧器1的运动范围的中心)的情况下，上、下端部燃烧器1的位置。
在这些条件下，可以延长端部的有效部分长度，而不把原料供应到浪费部分，或者减少供应到浪费部分上的原料供应量，所以对于原料使用量来说产量增加。原料增加的有利范围在最初流量15％之内。而且，优选使供应到端部燃烧器的原料供应量小于其他燃烧器的供应量，并且可燃气体的流量和燃烧维持气体的流量在端部位置不变。此时，燃烧器产生的火焰温度增加，导致在粉尘体端部产生更大的体积密度，从而防止玻璃颗粒沉积物破裂。
示例
(示例1)
采用5个玻璃颗粒合成燃烧器进行生产粉尘体3的实验，如图1所示，它们具有200mm的燃烧器-燃烧器间隔。燃烧器和玻璃棒4之间的相对运动是通过玻璃棒4上下往复运动实现的。在一个方向上一次运动的距离是燃烧器-燃烧器间隔。通过重复每次使折返位置变化20mm的操作而沉积玻璃颗粒，当折返位置变化200mm时，折返位置沿相反方向变化，然后当折返位置回到最初位置时，折返位置沿相反方向变化。
对于每一中间燃烧器2来说，以3升/分供应SiCl4的原料气体、以50至100升/分供应氢气(最初50升/分，随着粉尘体3的增长，最后为100升/分)，以80升/分供应氧气。对于每一端部燃烧器1来说，以3.3升/分供应含SiCl4的原料，和供应氢气和氧气，从而使由端部燃烧器沉积的玻璃颗粒上的粉尘体面的温度等于由其他燃烧器沉积的玻璃颗粒上的烟尘体面的温度。
在这种状态下，生产粉尘体3。在得到的粉尘体中，有效部分的长度为700mm，有效部分的外径变化在±5％的范围内且优质。然后，供应到端部燃烧器的原料流量以同样的方式改变，借此研究有效部分的长度、无效部分的长度(锥形部分的长度，一端部的长度)。结果在图4和5中示出。
因此，当供应到端部燃烧器的原料流量在15％的范围内增加时(即使原料的流量仅稍稍增加)，其效果是有效部分的长度增长，无效部分的长度缩短。
比较例1
除了供应到端部燃烧器1的原料、氢和氧的供应量与供应到中间燃烧器2的相同之外，在与示例1中相同的条件下生产粉末体3。有效部分的长度为600mm，无效部分的长度为350mm。无效部分的长度是燃烧器-燃烧器间隔的1.75倍。
示例2
除了端部燃烧器1的流量以图3A的模式变化之外，在与示例1中相同的条件下生产粉尘体3，其中Q0＝3升/分钟，Q1＝3.3升/分钟，Q2＝0升/分钟，X2＝400mm，X1在0至400mm的范围内变化(在图2的坐标系中)，然后研究有效部分长度和无效部分长度。结果如图6和7所示。在所有情况下，有效部分的长度为700mm或更大，且发现有效部分的长度可以增加。在所有情况下，无效部分的长度为275mm或更少，且发现总体上可以增加粉末体有效部分的产量。
示例3
除了端部燃烧器1的流量以图3A的模式变化之外，在与示例1中相同的条件下生产粉末体3，其中，Q0＝3升/分钟，Q1＝3.3升/分钟，Q2＝0升/分钟，X1＝200mm，X2在0至400mm的范围内变化(在图2的坐标系中)，然后研究有效部分长度和无效部分长度。结果如图8和9所示。有效部分的长度约为710mm且几乎不变化。在所有情况下，无效部分的长度为275mm或更小。
示例4
除了端部燃烧器1的流量以图3B的模式变化之外，在与示例1中相同的条件下生产粉末体3，其中，Q0＝3升/分钟，Q1＝3.6升/分钟，Q2＝0升/分钟，X1在0至400mm的范围内变化(在图2的坐标系中)，然后研究有效部分长度和无效部分长度。结果如图10和11所示。在所有情况下，有效部分的长度增加且优质。在所有情况下，无效部分的长度在350mm以下，且可以在燃烧器间隔的1.75倍以下。根据本发明生产的粉末体的无效部分比普通方法生产的更短，且在1.75倍的燃烧器间隔之下。

Claims (7)

1.一种用于生产粉末体的方法，包含：
使玻璃棒和至少三个玻璃颗粒合成燃烧器往复运动，其中所述燃烧器与玻璃棒相对排布，平行且燃烧器-燃烧器相对间隔一定距离，同时执行每次折返时所述往复运动的折返位置沿预定方向变化预定宽度的操作，且如果折返位置变化了大致为燃烧器-燃烧器间隔的距离，那么所述折返位置沿相反方向返回到往复运动的初始位置，从而在转动玻璃棒的同时在玻璃棒表面上沉积由燃烧器合成的玻璃颗粒，
其中改变排布在数个燃烧器两端的燃烧器的玻璃颗粒的合成条件，以具有比在端部燃烧器的至少一部分运动范围内的其他燃烧器更大的单位时间内的玻璃颗粒沉积量。
2.如权利要求1所述的生产粉末体的方法，其特征在于还包含：
检测位于两端的燃烧器和玻璃棒之间的相对位置，
其中根据检测到的相对位置改变位于两端的燃烧器的玻璃颗粒合成条件。
3.如权利要求1所述的生产粉末体的方法，其特征在于位于两端的燃烧器的玻璃颗粒合成条件通过改变供应到燃烧器的至少原料、可燃气体和燃烧维持气体之一而改变。
4.如权利要求3所述的生产粉末体的方法，其特征在于燃烧器的玻璃颗粒合成条件通过增加位于燃烧器的一部分运动范围内的原料供应量而改变。
5.如权利要求4所述的生产粉末体的方法，其特征在于位于两端的燃烧器的玻璃颗粒合成条件通过将供应到位于两端的燃烧器原料供应量从供应到其他燃烧器的原料供应量的1倍以上改变至1.15倍而改变。
6.如权利要求1所述的生产粉末体的方法，其特征在于在位于两端的燃烧器的运动范围内，供应到燃烧器的原料供应量在某些部分比供应到其他燃烧器的供应量更大，而在其他部分更小。
7.如权利要求6所述的生产粉末体的方法，其特征在于供应到燃烧器的原料供应量更小的部分设定在粉末体的无效部分内。
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