JPH0653595B2 - 石英系フアイバを窒化硼素によりオンラインコ−テイングする方法及び装置 - Google Patents

石英系フアイバを窒化硼素によりオンラインコ−テイングする方法及び装置

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JPH0653595B2
JPH0653595B2 JP61274601A JP27460186A JPH0653595B2 JP H0653595 B2 JPH0653595 B2 JP H0653595B2 JP 61274601 A JP61274601 A JP 61274601A JP 27460186 A JP27460186 A JP 27460186A JP H0653595 B2 JPH0653595 B2 JP H0653595B2
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • C03C25/22Deposition from the vapour phase
    • C03C25/223Deposition from the vapour phase by chemical vapour deposition or pyrolysis

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、石英系ファイバの物理的性質,特に高温に
おける使用応力のもとでの経時的腐食及び疲労に対する
抵抗力を改善するため、石英系ファイバを保護性無機物
質によりコーティングする方法及び装置に関する。
〔従来の技術〕
ガラスや石英のファイバ(以下単にファイバという)
は、実用に際して、すなわち、織物や光通信線の製造時
に、強度の機械的応力に対する抵抗を必要とする。さら
に、ファイバの初期特性は汚染空気,湿度や腐食性雰囲
気のような外的作用によりしばしば影響を受けて劣化す
る。このような欠点は、ファイバ線引きまたはその後の
操作中の機械的取扱いに基づくファイバ表面の微小な亀
裂やひびに主として起因する。これら表面欠陥は、結局
的には拡大して割れ目を形成し究極的な破断,あるいは
他の種類の破損をひき起こす。
それゆえ、外的作用物質を通さない保護性無機物質によ
りファイバをコーティングし、ファイバの機械的強化と
高温度に対する保護を賦与することにより、その事態を
改善することが長年研究されている。例えば、オキシ窒
化シリコン,窒化シリコン,炭素,更にはニッケル,ア
ルミニウムなどの金属,チタニア(酸化チタン)その他
のいろいろな金属酸化物(例えばAl2O3,ZrO2,SnO2 等)
など多種類のコーティングが試みられてきた。
最近、ファイバの保護被膜として窒化硼素(以下単にB
Nということもある)を使用することが米国特許第4,11
8,211号に提案されている。またガラスファイバに窒化
硼素をコーティングする方法がいろいろ提案されてい
る。
その内の若干を下記に挙げる。
Proc.Eur.Conf.Chem.Vap.Deposition,3d 1980,49−55
(C.A.95,174092)には、「ヘキサクロロボラジン
の熱分解による石英上への窒化硼素のコーティング」と
して、B3N3Cl6 から 900℃でのVPCにより六方晶BN
を堆積してSiO2に良好な密着性を有する0.5〜1μm
の薄膜を形成することが開示されている。
Thin Solid Films 1981,83(2),247-51(C.A.95:2131
37)に「溶融石英及びサファイア上への窒化硼素の薄膜
の化学気相蒸着」として、 600〜1100℃で反応BCl3+NH
3 を用いて石英上に約0.5μm/hの速度でBN薄膜の
成長が行われることを開示している。そのような速度は
オンライン堆積法による光ファイバの保護コーティング
を得るには不充分である。
Fiz.Khim.Obrad.Mater 1981,(2),85−8,に、「高周波
プラズマ中におけるボラジンの分解により作製された窒
化硼素薄膜の特性」として、3〜4μm/hrの堆積速度
をもつ、高周波放電中におけるボラジンのBNへの転換
を報告している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
これらの文献に開示された方法は、明らかに、10m/min
またはそれ以上の速度に容易に達するプリフォームから
の線引き中に石英ファイバのオンライン被覆を行うには
甚だ遅すぎる。実際、オンラインBNコーティング反応
装置が長さ0.1〜0.3mであるとすると、10m/min
における滞在時間は約0.6〜2sec となる。有効な保
護性を有するBNコーティングの厚さは少なくとも0.01
μmなければならないとすれば、その堆積速度は0.2
〜0.6μm/min の範囲になければならない。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、上述の問題点は、 (i)不活性ガスの雰囲気中で1900〜2200℃の温度で石英
プリフォームからファイバを線引きすること。
(ii)高温の線引きされた該ファイバを、温度 900〜1150
℃に加熱する手段を備えた鉛直に保持した石英管内をオ
ンラインで通過させること。
(iii)該石英管にボラジンと不活性ガスの気体混合物
を、該ボラジンの熱分解で生ずる窒化硼素コーティング
を移動するファイバ上にCVDにより施すのに充分な濃
度と速度で流し、該コーティングが少なくとも厚さ0.01
μmとなるようにすること。
(iv)該石英管からコーティングされたファイバをオンラ
インで取出し、これをスプールに巻取るために冷却させ
ること。
よりなる工程により解決される。この方法は、 (i)ガラスプリフォームを不活性ガスの雰囲気中で溶融
線引き温度まで加熱する手段。
(ii)加熱された該プリフォームからファイバを線引きす
る手段とそれを回転筒に巻取る手段。
(iii)窒化硼素の保護薄膜をファイバにコーティングす
るため線引き手段と巻取り手段の間に挿入され、ファイ
バが同軸的に通過する鉛直な石英管から成り、不活性ガ
ス中に希釈されたボラジンの気流を吹きつける高周波加
熱されたグラファイトサセプタを内部に有するコーティ
ング手段。
よりなる装置を用いることによって実際に実施できる。
〔実施例〕
ファイバプリフォーム線引き用の雰囲気ガスとして、ま
たボラジンに対する稀釈剤として用いる不活性ガスは、
ヘリウム,ネオン,クリプトンまたはキセノンのような
希ガスとすることができるが、入手しやすいという理由
でアルゴンが好ましい。
線引きのためのプリフォーム加熱温度は、約50〜200 μ
mの径のファイバを約2〜20m/min の速度で線引きする
に充分でありさえすれば、厳格でなくてよい。好ましい
線引き温度は1900〜2200℃の範囲にある。
石英コーティング筒内を流れる混合ガス中のボラジンの
比率と該混合ガスの流量は、希望するコーティング能力
によってきまる。すなわち、より高い堆積速度を求める
ほどガス中のボラジン濃度が高くなり、あるいは混合ガ
スの流れを速やかにする。しかし、ボラジン反応物の到
達速度をコーティング槽内の動くファイバに接する該反
応物の熱分解の速度と整合させるよう注意せねばならな
い。適切な操作変数は、ファイバ線引速度が2〜20m/mi
n の場合には、CVD温度が 900〜1150℃,全混合ガス
流量が0.5〜5/min,アルゴンキャリア中のボラ
ジン濃度が0.1〜1.5%V/V,最適ボラジン濃度が
0.2〜0.6%である。この場合には、コーティング
の厚さは数nmから数百nmの範囲をとる。
第1図に示した装置は、図示していないエネルギ源に結
合された加熱要素3により加熱される光学用石英プリフ
ォーム2の溶融と線引きに用いる炉1から成る。炉1
は、流量計5を経由してアルゴン供給装置4に流入口1a
により結合されている。炉1の流出口1bは、ブランケッ
トアルゴンの過剰により起こり得る過大圧を解放する。
炉1はその底部に石英製の導管6が取付けてある。これ
は、プリフォーム2から引き出されたファイバ7を導管
6と同軸の別の管8に導くものである。導管6には、ま
たアルゴン供給源に流量計9を経由して接続するため
に、ガス流入口6aとガス流出口6bとが設けてある。
導管8は外筒10に包まれており、高周波加熱コイル12を
巻いたグラファイトサセプタ11に向かって開口してい
る。導管8と外筒10の間隙は、空気による汚染の防止の
ため、アルゴン(そこに図示されていない開口を通し
て)を吹きつけるのが望ましい。サセプタのかなり上流
に位置して、導管8には流入口8aと8bが設けてあり、そ
の下流に流出口8cが設けてある。流入口8aは流量計14を
経てアルゴンガス供給源13から純アルゴンの供給を受け
る。一方、流入口8bは、流量計16を経て流れるアルゴン
流によって一定に制御された温度に保持されたバブリン
グボトル15の中で生成されるボラジン蒸気とアルゴンの
混合ガスの供給を受ける。そのボラジン/アルゴン混合
ガスは、ファイバ7の移動に関してサセプタ11の位置の
充分前方で導管8に流入する。それゆえ、その混合ガス
はファイバの周囲で均一化するのに充分な時間を与えら
れ、その結果ファイバ表面全面に均一なBNコーティン
グを生ずる。B3N3H6の分解は、高周波コイル12からの誘
導による加熱のもとでグラファイトサセプタの内部で起
こる。その後廃ガスは導管8をその流出口8cにより排出
する。
上記装置の変形では、ガスの混合をさらに改善するため
に、流入口8bに流入する前にボラジン/アルゴン混合ガ
スの通路に混合ボトルを挿入してもよい。
コーティングされたファイバ7aは、導管8からその底端
を通って引き出された後巻取り用回転筒17に巻取られ
る。
本装置の操作は前述の記述から自明であるので、以下に
簡単に説明する。
炉1で加熱した後、ガラスプリフォームはファイバ7に
線引きされる。このファイバは導管6を出てから導管8
に入り、ボトル15から供給された混合ガスのボラジン成
分の熱分解を生ずるのに適切な温度に加熱されたサセプ
タ11を通る。かくして、ファイバ7は窒化硼素薄膜でコ
ーティングされ、冷却後最終的にスプール17に集められ
たコーティング済みファイバとなる。
次の事例により本発明を説明する。
第1図に開示したような一つの装置を使用し、 直径6〜10mm,長さ約 500mmでOH含有量 100ppb以下の
石英系光学プリフォームを用いて一連の実験を実施し
た。線引き後、得られたファイバの直径は約120 〜170
μmであった。
事例1〜12を次の表Iに示す。
このようにして得られたコーティングの効果は事例6〜
12について、最小曲げ半径によって試験した。その結果
を下に示す。
上記データから、0.1〜0.6%B3N3H6の場合最適な
結果が得られていることがわかる。
〔発明の効果〕
オンラインで線引きされるファイバが加熱手段を備えた
石英管を通過して、ボラジンが熱分解されてファイバ上
の保護的遮蔽膜として堆積する窒化硼素となるような速
度で不活性ガス中に稀釈されたボラジンに曝露される。
これによりコーティングされたファイバの高温における
機械的性能は非常に強化される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による方法を実施するための装置の概略
図である。 1:炉、2:プリフォーム、3:加熱装置、6:石英製
導管、7:ファイバ、8:石英管、11:サセプタ、12:
高周波加熱装置、15:ボラジン吹きつけのためのバブリ
ングボトル、17:ファイバ巻取り用スプール。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の工程よりなることを特徴とする石英系
    ファイバを窒化硼素によりオンラインコーティングする
    方法。 (a) 不活性ガスの雰囲気中で1900〜2200℃の温度で石英
    プリフォームからファイバを線引きすること。 (b) 高温の線引きされた該ファイバを、温度 900〜1150
    ℃に加熱する手段を備えた鉛直に保持した石英管内をオ
    ンラインで通過させること。 (c) 該石英管にボラジンと不活性ガスの気体混合物を、
    該ボラジンの熱分解で生ずる窒化硼素コーティングを移
    動するファイバ上にCVDにより施すのに充分な濃度と
    速度で流し、該コーティングが少なくとも厚さ0.01μm
    となるようにすること。 (d) 該石英管からコーティングされたファイバをオンラ
    インで取出し、これをスプールに巻取るため冷却させる
    こと。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の方法におい
    て、ファイバの線引き速度が2m/minから 20m/minであっ
    て、その窒化硼素コーティングの厚さが 10nm から1μ
    mまでであることを特徴とする石英系ファイバを窒化硼
    素によりオンラインコーティングする方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載の方法におい
    て、 900℃で 100時間以上加熱した後でも強度の喪失に
    対する保護をファイバに与えるようにしたことを特徴と
    する石英系ファイバを窒化硼素によりオンラインコーテ
    ィングする方法。
  4. 【請求項4】次の手段よりなることを特徴とする石英系
    ファイバを窒化硼素によりオンラインコーティングする
    装置。 (a) ガラスプリフォームを不活性ガスの雰囲気中で溶融
    線引き温度まで加熱する手段。 (b) 加熱された該プリフォームからファイバを線引きす
    る手段とそれを回転筒に巻取る手段。 (c) 窒化硼素の保護薄膜をファイバにコーティングする
    ため線引き手段と巻取り手段の間に挿入され、ファイバ
    が同軸的に通過する鉛直な石英管から成り、不活性ガス
    中に希釈されたボラジンの気流を吹きつける高周波加熱
    されたグラファイトサセプタを内部に有するコーティン
    グ手段。
JP61274601A 1985-11-18 1986-11-18 石英系フアイバを窒化硼素によりオンラインコ−テイングする方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0653595B2 (ja)

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EP85810546.3 1985-11-18
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Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62176947A JPS62176947A (ja) 1987-08-03
JPH0653595B2 true JPH0653595B2 (ja) 1994-07-20

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EP0222960A1 (en) 1987-05-27
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