CN1854098A - 预成形固结法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在用于生产光纤的玻璃预成形体的形成过程中，气体和其他杂质进入固结炉的问题。在将所述粉料体转化为固结预成形体的过程中，将氮气之类的惰性气体导向所述固结炉的密封装置。该惰性气体可抑制其他气体进入固结炉内，同时抑制杂质进入该炉内。通过抑制另外的气体和杂质的进入，固结过程中所需的氦气用量减少。

Description

预成形固结法

技术领域

本发明提供一种通过抑制杂质进入固结炉来提高光纤制造操作中预成形固结法效率的方法。这是通过将惰性气流导向固结炉的密封装置处完成的。所述惰性气流可抑制空气进入炉内，从而抑制杂质进入固结炉内。该方法可减少预成形固结过程中所用氦气的总量。

背景技术

可通过垂直轴沉积(VAD)法或外部蒸气沉积(OVD)法制备用来制造光纤的玻璃预成形体。沉积步骤之后，预成形体是具有乳状不透明外观的二氧化硅颗粒多孔基质的“粉料(soot)”体。必须对该粉料体进行干燥和固结，以除去其间的空隙和湿气，制得透明的玻璃棒，最后将玻璃棒拉制成光纤。

在一些方法中仅沉积芯和覆层，然后进行固结。固结之后，可通过上覆盖(overclad)步骤添加另外的覆层，使预成形体达到所需的直径，然后进行拉制。根据该覆盖方法，可在所述固结的芯外面沉积另外的粉料，这需要另外的固结步骤。

在固结过程中，通常将粉料体置于通常包括石英马弗炉(muffle)的炉内。将炉子加热至高于玻璃烧结温度的温度，通常约高于2100℃，通过套管加入氦气，以促进向粉料的热传递。氦气也用来吹走粉料在加热和固结过程中释放的湿气和其他杂质。

在固结过程中的一些时候，使氦气与氯气的混合气体通过所述多孔玻璃，以除去杂质，并将玻璃中的水含量降低至ppb级。该步骤对于用来制造低水峰纤维(low water peak fiber)(LWPF)的预成形体的制造是特别重要的。用于固结法的脱水气体包括氯气和含氯化合物，例如SOCl₂和CCl₄。

在通常的固结过程中要消耗大量的氦气，对氦气通常要进行捕集、处理和排出。由于氦气较为昂贵，这可能会造成光纤生产成本升高。本发明涉及解决在固结过程中氦气损失问题的方法，还提供抑制杂质进入炉内的方法。

                        发明简述

本发明涉及一种在固结炉内形成玻璃预成形体的改进方法，该方法包括减少进入固结炉内的杂质的量。

在另一实施方式中，本发明涉及一种用来在将粉料体固结成玻璃预成形体的过程中，减少固结炉内所需气体量的方法，该方法包括将惰性气流导向固结炉的密封装置(seal)处。

在本发明另一实施方式中，描述了一种用来在将粉料体固结成玻璃预成形体的过程中，减少进入固结炉的杂质的方法，该方法包括将惰性气流导向固结炉的密封装置处。

所述发明的优点包括：使用较高纯度的氦气和氯气进一步减少了固结炉中杂质的含量，炉中必须除去的杂质的量也较少。进入固结炉内的湿气和氧气更少，从而加快了干燥时间，提供了更纯的预成形体。通过抑制密封装置周围的气体泄漏，可以减小固结起始阶段的氦气流，避免了热量损失，从而加快了加热过程。

                        发明详述

本发明涉及在生产光纤预成形体的过程中，气体和杂质进入固结炉的问题。

用于光纤拉制操作中的预成形体的固结需要在固结炉内加热粉料体，使其干燥和固结，以除去湿气和内部的空隙。

所述固结过程可使用许多种气体来吹扫固结炉，向所述粉料体加入组分，以及促进玻璃化和干燥。因此，固结炉排出的废气混合物将包含氦气、氯气、氢氯酸、氮气、氧气、水分，偶尔会含有含氟气体。

在固结过程中，首先将粉料体向下加入炉内。固结炉通常是可耐受加热和干燥粉料体所需的温度的石英马弗炉。所述石英马弗炉通常具有进气管道和出气管道，这些管道周围具有密封装置。另外，所述石英马弗炉的顶部是可以移去的，以便将粉料体向下加入马弗炉内，炉子的底部也是有接缝的，使得石英马弗炉顶部和底部周围必须具有密封装置。

由于要对所述石英马弗炉施加高温(约2100℃)，密封装置必定发生膨胀，这可能导致湿气和空气进入炉内。这些污染物会造成干燥过程效率低下，还会对预成形体造成问题。

为了理解本发明的优点，必须来看控制所述干燥过程的化学平衡。二氧化硅中湿气(羟基)的减少通常是以下竞争反应的结果

            (1)

和

                 (2)

反应1和2形成以下平衡

$C_{\mathrm{SiOH}}\mathrm{\α}\frac{\left[P_{\mathrm{HCl}}\right]{\left[P_{O2}\right]}^{1/4}}{{\left[P_{C12}\right]}^{1/2}}---\left(3\right)$

在干燥步骤进行的过程中，该平衡被干燥气体中而非粉料中残余的湿气转化率所控制，公式(3)可改写为

$C_{\mathrm{SiOH}}\mathrm{\α}\frac{[P_{H2O}{]}^{1/2}{\left[P_{O2}\right]}^{1/4}}{{\left[P_{C12}\right]}^{1/2}}---\left(4\right)$

式中P_i是气相中“i”组分的分压。

公式(4)突出了对任何制备超于二氧化硅的方法的一些重要要求。首先，干燥气氛中氯气的浓度应非常高，但是不应高于所述粉料体(5)中孔的临界直径所允许的浓度。其次，干燥气氛中湿气和氧气的浓度必须极低。

本发明通过从密封装置上方的多支管将惰性气体喷射下来或形成惰性气帘，解决了在石英马弗炉的密封装置周围的泄漏问题。所述惰性气体可选自氮气、氩气、氦气、氖气和二氧化碳，优选氮气。

可在将惰性气体导向石英马弗炉的密封装置之前对其进行加热。在对粉料体进行加入、加热和移出的过程中，可将惰性气体连续地导向石英马弗炉的密封装置处，同时保持对马弗炉进行加热。

以足够的速率将惰性气体导向所述密封装置，以抑制氦气的损失和防止杂质进入固结炉内。

所述惰性气体以约1-100标准升/分钟的速率导向密封装置。

尽管已经结合本发明的具体实施方式对其进行了描述，但是很明显，本发明的大量其他形式和修改对本领域技术人员将是显而易见的。本发明的权利要求书通常应包括本发明真正精神和范围内的所有这些明显的形式和修改。

Claims (10)

1.一种用来在将粉料体固结成玻璃预成形体的过程中减少固结炉中的气体损失的方法，该方法包括将惰性气流导向所述固结炉的密封装置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固结炉包括石英喷嘴。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固结炉具有进气管道和出气管道。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封装置位于所述固结炉的顶部和底部。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述密封装置在所述进气管道和所述出气管道周围。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气和二氧化碳。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体是干燥的。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体在导向所述密封装置之前经过加温。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述惰性气体以足以抑制从所述固结炉的气体损失的速率导向所述密封装置。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气流减少了进入所述固结炉的杂质。