KR0141593B1 - 광섬유의 유리예비성형물의 가열용광로와 유리예비성형물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히터와 히터 내부에 위치해 있으면서 히터의 가열 분위기 가스를 제거하는 머플튜프로 이루어져 있되, 여기서 머플튜브의 몸체는 고순도탄소로 이루어져 있고, 몸체의 내부와 외부벽은 증착흑연과 고체상 탄화유리질 탄소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄소물질로 코팅되어 있는 광섬유의 미세한 석영 유립입자로 이루어진 다공성 예비성형물을 가열시키기 위한 가열 용광로를제공한다. 또한, 이러한 가열용광로의 머플튜브에서 석영유리의 미세한 입자들을 가열시켜 예비성형물을 탈수소화시키고, 플루오르를 첨가 및/또는 유리화시키는 것으로 이루어진 예비성형물의 제조방법을 제공한다.

Description

광섬유를 유리예비성형물의 가열 용광로와 유리예비성형물의 제조방법.

제1도는 본 발명에 따른 광섬유의 예비성형물의 가열용광로에 대한 첫 번째 구현예의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이고,

제2도는 본 발명에 따른 광섬유의예비성형물의 가열용광로에 대한 두 번째 구현예의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이며,

제3도는 본 발명에 따른 광섬유의 예비 성형물의 가열용광로에 대한 세 번째 구현예의 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이고,

제4a도와 제4b도는 불꽃가수분해에 의한 슈트(soot) 예비성형물의 제조 방법을 나타낸 도면이며, 제5도는 본 발명에 의해 생성된 에비성형물의 굴절률 측면도를 나타낸 도면이고,

제6도는 실시예 2에서 사용된 가열용광로의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 도면이며,

제7도와 제8도는 코팅두께에 따른 불순물농도를 나타낸 도면이고,

제9도는 실시예 5와 실시예 6에서 사용된 가열용광로의 횡단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1. 다공성 예비성형물2. 버팀막대

3. 머플튜브4. 히터

5. 용광로6. 불활성가스의 입구

7. 불활성가스의 입구8. 상단커버(제 9도)

11. 프론트 챔버14. 프론트 챔버가스의 출구

15. 정화가스의 입구16. 간막이

31. 머플튜브 몸체

32. 증착흑연 코팅 또는 고체상 탄화유리질탄소코팅

34. 머플튜브의 상단부35. 머플튜브의 중앙부

36. 머플튜브의 하단부

41. 다중 튜브버너46. 막대

본 발명은 광섬유의 유리예비성형(glass preform)의 가열 용광로와 유리예비성형물의 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 가열용광로와 석영유리의 미세한 입자를 열로 처리하는 것으로 이루어진 다공성 유리예비성형물의 가열방법에 관한 것이다. 본 발명의 가열 용광로는 불순물로 인한 유리예비성형물의 오염을 방지할 수 있으며, 우수한 내구성을 갖는다.

이때, 열로 처리한다는 말은 유리예비성형물을 가열기내에 설치되어 있고 히터로 부터 가열대기를 분리해내는 머플튜브에서 가열시킴으로써 예비성형물을 탈수소화시키고, 플로오르의 첨가 및/또는 유리화 시키는 것을 의미한다.

광섬유 성형시 사용되는 유리예비성형물을 생성하는 매체에 대한 일반적인 방법중 하나로써 VAD(증기상 축상 석출)방법이 공지되어있다.

VAD방법은 유리판 또는 막대와 같은 출발물질의 회전시 산수소 불꽃에서 발생하는 유리의 미세입자들을 석출하여 실린더형의 다공성 예비성형물(슈트예비성형물)을 성형하고, 상기의 다공성 예비성형물을 소결하여 광섬유형성시 사용되는 투명한 유리예비성형물을 얻는 것으로 이루어져있다.

VAD방법에서, 다공성 예비성형물을 투명한 유리로 전환시키기 위해 소결시에는 예비성형물을 불활성가스(예를 들면, 헬륨 및 아르곤)의 분위기하에서 1,600℃이상의 고온에서 가열해야 한다. 예비성형물을 소결시키기 위한 가열 용광로로는 일반적으로 탄소 히터를 갖는 가열용광로가 사용된다. 이러한 가열용광로에서 예비성형물을 소결할 때에는 구리 또는 철과 같은 전이 금속과 물을 포함해야 함을 유의해야한다. 유리예비성형물에 1ppb이상의 전이금속이 포함되어 있을 경우, 성형되는 광섬유의 전이 손실 파장성은 파장의 범위 전체에 걸쳐 상당히 파괴된다. 또한 0.1ppm이상의 물이 유리예비성형물에 포함되어 있을 경우, 성형된 광섬유의 특성을 긴 파장범위에서 파괴된다.

그러므로, 다공성 예비성형물은 일반적으로 유리화되는 중이나 그 전에 탈수소화한다. 탈수소화방법으로서는 염소함유가스를 함유하는 불활성가스의 분위기하의 고온에서 다공성 예비형성물을 가열시키는 방법이 알려져 있다. 다공성 예비성형물을 불소함유가스를 함유하는 불활성가스의 분위기 하의 고온에서 가열했을 때, 다공성 예비성형물은 탈수소화될 뿐 아니라 여기에 불소도 첨가되어, 불소의 첨가로 인하여, 광섬유에 있어 필수적인 굴절률이 적당하게 조정된다. 이에 관한 내용이 일본 특허 공보 제15682/1980호와 일본 특허 공개 공보 제67533/1980호에 기술되어 있다. 이들 공보의 기술내용은 다음에서 상술될 것이다.

불소함유가스 처리하는 과정은 유리화와 동시에 또는 그 이전에 가열용광로에서 실시한다. 예비성형물의 가열중에 발생되는 수분 또는 산소로 인한 탄소 히터의 손상을 방지하기 위하여 머플튜브를 설치함으로써 탄소 히터와 소결 분위기를 분리해낸다. 이러한 머플튜브로는 통상적으로 석영유리로 제조한 것을 사용한다.

일본 특허 공보 제58299/1983호와 제42136/1983호 및 일본 특허 공개 공보 제86049/1985는 석영유리로 제조된 머플튜브에 대해 상세히 기술하고 있다.

불소함유가스는 고온에서 분해되거나 반응하여 F₂가스 또는 HF가스를 성형한다. 이들 가스는 다음의 반응식에 보여주는 바와 같이 석영유리와 반응하여 SiF₄가스를 생성해내고, 이들 반응에 의해, 석영유리는 에칭된다.

이러한 에칭으로 인해, 석영유리내부에 존재하는 구리와 철이 표면상에 나타나게 되고, 다공성예비성형물을 오염시킨다. 또한, 에칭으로 인해 머플튜브를 이루는 석영에 핀홀이 성형되어 머플튜브에 외부공기가 흡입되거나 분위기가스의 누출이 일어나는 원인이 된다. 이들은 제조방법의 단점이 된다.

더욱이, 석영유리튜브는 고온에서 쉽게 변형되는 매우 심각한 문제점을 갖는바, 즉 석영유리를 약 1,300℃의 온도에서 장시간 방치했을 경우 점도의 이동으로 인해 변형된다. 또한, 1,150℃이상의 온도에서 장시간 사용할 경우에는 유리질이 제거되어 용광로 온도가 내려갔을 때 유리상과 유리상 제거상 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 뒤틀림이 발생되어, 결국 튜브가 파손된다.

불소함유가스 또는 염소함유가스와 거의 반응하지 않는 물질로써는 탄소가 제안되는바, 탄소는 SF₆, C₂F₆, CF₄뿐 아니라 석영과 쉽게 반응하는 다른 유사물질과 반응하지 않는다. 몰론 탄소는 SiF₄와도 반응하지 않는다.

일본 특허 공보 제28852/1981호에서는 실시예에서는 기술되지 않았으나 F2와 같은 불소함유가스로 이루어진 분위기하에서 머플튜브를 제조하는데 탄소를 이용하는 기술을 제안하고 있다.

그러나, 탄소는 다음과 같은 결점을 가지고 있다.

1.탄소는 미세한 기공을 가지고 있어, 가스가 통과할 수 있으며 탄소를 통한 질소의 투과성은 석영유리의 경우 보다 106배 크다.

2.탄소는 쉽게 산화되며, 400℃이하의 산소와 쉽게 반응하여 CO₂또는 CO를 생성한다.

상기의 산화를 방지하기 위하여, 탄소 머플튜브의 내부벽에 SiC, Al₂O₃와 BN과 같은 세라믹층을 성형하는 방법이 제안되어 왔다. 세라믹층은 산화를 방지하기는 하나, 염소함유가스와 불소함유가스중 최소한 하나와 반응하는 단점을 갖는다. 이러한 반응으로 인해 유발되는 불순물은 슈트 예비성형물의 유리질을 제거하여 기포를 성형시킨다.

상기에서 기술한 바와 같이 탄소는 상당한 가스투과성을 갖는 물질이므로 가스가 머플튜브의 벽의 안과 밖을 통과할 수 있어, 공기중의 수분이 벽을 통해 머플튜브내로 침투하게 된다. 따라서, 가스예비성형물은 비교적 큰 양의 물, 즉 히드록실기를 함유하게 된다. 또한, Cl₂와 SiF₄와 같은 가스가 벽을 통해 용광로 밖으로 방출되어 작업환경을 오염시킬 수도 있고, 불순물(예를 들면, 구리와 철)이 외부로 부터 용광로 내로 침투할 수도 있다. 이러한 결점은 탄소두께의 증가로 상당히 극복할 수 있으나, 완벽하지는 않다.

상기에서 상술한바와 같이, 통상적기술에 의해 피복부의 석영유리에 불소를 첨가하는 방법은 여러 가지 어려움을 가지고 있다.

이러한 상황하에서, 본 발명은 광섬유의 예비성형물의 탈수소화 유리화 및 예비성형물에 불소 첨가시 사용되는 통상적인 머플튜브의 문제점들을 해결하고, 광섬유의 유리예비성형물의 제조를 위해 사용되는 내구성이 향상되고 수명이 길며, 공기투과를 방지할 수 있는 머플튜브를 제공하는데 목적이 있다.

이하, 본 발명은 상세히 설명하면 다음과 같다.

상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 광범위한 연구를 진행한 결과, 머플튜브의 바깥 벽과 안쪽 벽을 증착흑연 또는 고체상 탄화 유리질 탄소로 코팅했을 때 불소함유가스와 염소함유가스와 같은 부식성가스를 고온에서 공급했다할지라도 머플튜브가 파손되지 않음을 발견하였다. 이는 안쪽벽이 탄소로 코팅되어 있어 머플튜브가 불소함유가스 또는 염소함유가스와 반응하지 않기 때문이다. 따라서, 이러한 머플튜브는 통상적인 것 보다 훨씬 수명이 길다. 또한, 탄소의 밀도가 높아 머플튜브를 통상적인 탄소로 제조하는 경우 발생되는 가스 투과와 관련 된 문제점이 발생되지 않는다.

따라서, 본 발명은 석영유리의 미세한 입자로 이루어진 광섬유의 예비성형물을 가열하기 위해 히터와 히터에서 가열대기를 제거하기 위해 히터내부에 위치해 있는 머플튜브로 이루어진 가열용광로를 제공하는 바, 여기서, 머플튜브몸체는 고순도의 탄소로 이루어져 있으며, 몸체의 내부와 외부벽은 증착흑연과 고체상 탄화 유리질 탄소로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 탄소물질로 코팅되어 있다.

본 발명에서, 미세한 석영유리입자로 이루어진 다공성 유리예비성형물(이하, 때때로 슈트 예비성형물이라고도 함)은 특징적으로 다음과 같은 구조를 갖는 슈트 예비성형물을 포함한다.

1.미세한 유리입자로 이루어진 고체 또는 공동의 슈트 예비형성물.

전자의 경우, 슈트 예비성형물을 유리화한 후 중앙부에 구멍이 형성되면 유리막대를 구멍에 끼어 최종적인 유리예비성형물을 제조한다.

2.유리 코어(core)와 코어 주위에 놓인 미세한 유리입자로 이루어진 슈트 예비성형물.

3.둘레에 피복부가 성형되어 있는 유리코어와 피복부 둘레에 놓인 미세한 유리입자로 이루어진 슈트 예비성형물.

머플 튜브의 내부벽과 외부벽에 코팅된 증찰 흑연(증착탄소라고도 함)과 고체상 탄화 유리질 탄소는 다음에서 상술하는 바와 같은 탄소물질이다.

증착 흑연은 탄화수소를 주물질로 하여 이루어진 원료를 고온(예를 들면 700 내지 1,200℃)에서 열분해시켜 성형되는 융착탄소로 이루어진 물체에서 생성되는 흑연을 의미한다. 머플튜브몸체를 증착 흑연으로 코팅시키기 위해 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들면, 머플튜브 몸체를 직접 전류로 가열시키거나 또는 간접적으로 바깥부분에서 가열시킨 다음, 탄화수소가스(예를 들면, 프로판, 메탄)의 열분해에 의해 생성된 탄소물질을 몸체에 융착시키는 방법이 있다.

고체상 탄화 유리질탄소는 수지를 상당히 느린속도로 경화시키고 탄화시켜 생성되는 탄소를 의미한다. 수지는 예를 들면 페놀 수지와 퓨란 수지 및 폴리비닐 클로라이드 수지와 같은 열경화 수지를 포함한다. 또한 유리화된 탄소는 슈가, 셀룰로오즈, 폴리비닐리덴 클로라이드의 탄화작용에 의해서도 생성될 수 있다. 머플 튜브 탄소를 유리화된 흑연으로 코팅하기 위해, 열경화 수지를 상당히 느린 속도로 성형 또는 다중 분사 및 탄화시켜 머플 튜브 몸체에 부착시킨다.

머플 튜브 몸체에 사용되는 탄소 물질은 다음에서 상술되는 순도를 갖는 순수한 탄소물질이 바람직하다.

코팅의 두께는 예비성형물을 열처리하는 조건에 따라 선택될 수 있다.

일반적으로, 머플튜브 몸체에 사용되는 탄소물질은 전체재의 함량이 50ppm을 초과하지 않고, 바람직하게는 20ppm을 초과하지 않는 것이 좋다. 전체재의 함량이 1,000ppm인 탄소는 철과 구리와 같은 불순물 때문에 머플튜브 몸체의 제조에 사용할 수 없다. 전체 재의 함량이 20ppm이하인 탄소에 포함된 불순물과 그의 양이 다음의 표 1에 나타내었다.

[표 1]

미세한 유리입자로 이루어진 예비성형물에 대한 탈수소화제로써는 일반적으로 염소함유가스가 사용된다. 본 발명의 가열용광로를 사용할 때에는 Cl₂, SiCl₄또는 CCl₄와 같이 산소원자를 포함하지 않는 염소함유가스를 선택해야 한다. SOCl₂와 같이 산소원자를 포함하는 염소함유가스를 사용할 경우, 고온에서 탈수소화시 분해되어 산소가 방출됨으로써 탄소물질이 산소에 의해 불필요하게 소모된다. CCl₄는 열분해 되어 탄소분말을 생성하며, Cl₂는 다음 반응식에서 보여지는 바와 같이 다공성 예비성형물에 함유되어 있는 물과 반응하여 소량의 산소를 생성한다.

그러나, SiCl₄는 다음 반응식에서 보여지는 바와 같이 다공성 에비성형물에 함유되어 있는 물과 반응하여 산소 뿐아니라 탄소분말도 생성하지 않는다.

따라서, SiCl4는 본 발명의 머플튜브에 사용하기에 가장 바람직한 탈수소화제이다. 보통, 탈수소 온도는 800 내지 1200℃의 범위이다. 탈수소화 처리는 염소함유가스에 대해 0.1 내지 10몰%의 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성가스와의 혼합물에서 염소함유가스의 분위기하에서 실행한다.

불소첨가가스로는 일반적으로 불소함유가스가 사용된다. 머플튜브제조에 석영을 사용했을 때 불소함유가스는 고온에서 분해되어 머플튜브를 에칭하는 불소가스를 생성해낸다. 따라서, 머플튜브를 에칭하지 않는 불소함유가스를 선택해야만 한다.

그러나, 본 발명의 가열용광로의 머플튜브는 불소가스와 반응하지 않기 때문에 다양한 종류의 불소첨가가스를 사용할 수 있고, 실리콘 플루오라이드와 카본 플루오라이드도 선택할 수 있다. 실리콘 플로라이드로는 SiF₄, Si₂F₆이 있고, 카본 플로오라이드로는 CF₄, C₂F₆, C₃F₈, CCl₂F₂, C₂Cl₃F₃가 있다.

이들중 SiF₄는 독성이 있고 가격이 비싼 단점이 있으나 사용이 용이하므로 자주 이용되며, 카본 플루오라이드는 가격이 싸고 안정할 뿐 아니라 사용도 용이하여 더욱 바람직하다.

특히, CF₄는 탄소분말이 CF₄로 부터 생성되지 않으므로 본 발명의 머플튜브의 이용에 가장 바람직하다.

일반적으로, 불소첨가온도는 1,100 내지 1,600℃이며, 불소첨가처리는 불소함유가스에 대해 0.1 내지 100몰%인 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 가스와 함께 희석된 불소함유가스의 분위기하에서 실행한다.

유리예비성형물을 본 발명의 머플튜브를 사용하여 유리화시킬 때 헬륨, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성가스는 1,400 내지 1,600℃의 온도에서 머플튜브에 공급된다.

이제, 본 발명에 기초로한 시험과 내용을 설명하겠다.

다음에서 설명되는 내용은 본 발명가들에 의해 실시된 실험에 근거한 것이며 쉽게 모방할 수 없다.

[내열성 분석]

시험1

내부직경 100mm, 길이 30mm와 벽의 두께가 2mm인 머플튜브를 이루는 석영유리를 1,500℃의 온도로 가열시킨 후 하루동안 동일한 온도에서 유지시킨 결과, 머플튜브의 길이가 400mm로 늘어 났다.

시험2

시험 1의 머플튜브와 동일한 사이즈를 갖는 고순도 탄소로 이루어진 머플튜브를 사용하였다. 머플튜브의 내부와 외부벽을 30㎛의 두께로 증착 흑연으로 코팅하였다. 머플튜브를 시험 1과 같이 가열하였으나 튜브는 확장되지 않았으며, 또한 고체상 탄화 유리질 탄소로 10㎛의 두께로 코팅하였을 경우에도 확장되지 않았다.

본 실험에서, 증착 흑연코팅은 100℃의 온도에서 탄화수소가스를 머플튜브 몸체에 공급하여 성시켰다. 유리질 탄소 코팅은 폴리비닐 클로라이드 수지를 경화 및 탄화시켜 몸체에 성형시켰다.

다음에서 나타나는 시험에서, 코팅은 특별한 언급이 없는한 상기의 방법으로 성형시켰다.

시험 3

시험 1에서 사용한 것과 동일한 머플튜브를 하루동안 3시간에 걸쳐 실온에서 1,500℃까지 가열시킨후 다음날 1,500℃에서 실온으로 냉각시켰다. 20일 동안 가열과 냉각을 반복한 결과 머플튜브는 탈유리화로 인해 파손되었다.

시험 4

시험 2에서 사용한 것과 동일한 머프튜브를 시험3에서 실시한 것과 동일한 가열시험을 하였다. 20일후 어떠한 문제도 발생하지 않았다.

(내산화성 분석)

시험 5

시험 2에서 사용한 것과 동일한 머플튜브를 한시간 동안 500℃의 온도, 대기하에서 관찰한 결과 어떠한 산화도 관찰되지 않았다.

시험 6

시험 5와 동일한 산화시험을 증착 흑연 코팅 또는 고체상 탄화 유리질 탄소코팅이 되지 않은 머플튜브를 사용하여 반복한 결과 탄소로 이루어진 머플튜브는 산화로 인해 50㎛의 두께가 손상되었다.

(내부식성 시험)

시험 7

시험 1에서 사용한 것과 동일한 사이즈를 갖는 머플튜브의 내부와 외부벽에 30㎛의 두께로 증착흑연코팅시켰다. 머플튜브를 Cl2에 대해 5몰%인 헬륨의 분위기하에서 1,050℃로 가열시킨 결과 어떠한 부식도 관찰되지 않았다. 또한 튜브벽을 통한 Cl₂누출도 관찰되지 않았다.

유사하게, 10㎛의 두께로 고체상 탄화 유리질 탄소로 코팅 된 고순도 탄소로 이루어진 마플튜프를 가열한 결과역시 부식과 Cl₂의 유출이 관찰되지 않았다. 이는 증착 흑연 또는 고체상 탄화유리질 탄소의 고밀도코팅이 Cl₂의 유출을 차단시키기 때문이다.

시험 8

코팅을 하지 않은 고순도 탄소로 이루어진 머플튜브에 대해 시험 7과 동일한 시험을 실행한 결과 튜브벽을 통한 Cl₂가스의 유출이 관찰되었다.

시험 7과 동일한 시험을 증착탄소코팅이나 고체상 탄화유리질 탄소코팅 대신에 실리콘 카바이드로 벽의 내부와 외부를 코팅한 머플튜브에 대해 실시한 결과 실리콘 카바이드 코팅은 반응하여 휘발되었다. 또한, 벽을 통한 Cl₂의 유출도 관찰되었다. SiC는 다음에서 보여지는 반응식에 따라 반응하였다.

시험 9

시험 2에서 사용한 것과 동일한 머플튜브를 1,400℃의 온도에서 SiF₄에 대해 3몰%로 헬륨이 함유되어 있는 대기하에서 가열한 결과 어떠한 부식과 튜브벽을 통한 SiF4의 유출이 관찰되지 않았다.

시험 10

외부와 내부벽이 SiC코팅된 시험 9에서 사용한 것과 동일한 머플튜브에 대해 시험 10과 동일한 시험을 실행한 결과 내부와 외부코팅이 반응하여 휘발되었다.

따라서, 이러한 머플튜브는 오랜기간 사용시에 문제점이 있다.

1)내부와 외부벽이 증착 흑연 또는 고체상 탄화 유리질 탄소로 코팅된 고순도 탄소로 이루어진 머플튜브는 순수한 석영유리로 이루어진 머플튜브와 비교해 볼 때 내열성이 우수한다.

2)내부와 외부벽이 증착 흑연 또는 고체상 탄화 유리질 탄소로 코팅된 머플튜브는 통상적인 고순도 탄소로 이루어진 머플튜브와 비교해 볼 때 내산화성에 있어 상당히 우수한다.

3)Cl₂또는 불소함유가스를 사용할 때, 본 발명에 따른 가열 용광로의 머플튜브는 내부식성을 갖는다. 석영으로 이루어진 머플튜브는 불소함유가스에 대한 저항성에 있어 결함이 있다. 예를 들면, 석영으로 이루어진 머플튜브는 1,100℃에서 1.6㎛/hr의 정도로 SiF₄에 의해 에칭된다. SiC로 코팅된 고순도 탄소로 이루어진 머플튜브는 염소함유가스와 불소함유가스 양쪽에 대한 저항성에 있어 결함이 있다.

이에, 본 발명의 가열 용광로의 바람직한 구현예를 수반하는 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 가열용광로의 첫 번째 구현예는 도식적 단면도에서 보여진다.

제1도에서, 참조부호 1은 다공성 예비성형물을, 참조부호 2는 버팀막대를 나타내며, 참조부호 3은 머플튜브, 참조부호 4는 히터, 참조부호 5는 용광로 몸체, 참조부호 6은 불활성기체유입의 통로, 참조부호 7은 분위기가스(예를 들면, SiF4와 헬륨)유입의 통로를 나타낸다. 참조부호 31은 탄소로 이루어진 머플튜브의 몸체이고 참조부호 32는 증착 흑연 코팅 또는 고체상 탄화 유리질 탄소 코팅을 나타낸다. 제1도에서 보여지는 구현예에서, 머플튜브는 내부와 외부벽(밑바닥 부분 포함) 전체에 걸쳐 코팅되어 있다.

상술한 바와 같은 머플튜브를 사용하여, 슈트 예비성형물을 머플튜브를 통과시켜 열처리한다.

본 발명의 두 번째 구현예에서는, 머플튜브는 상단, 중앙, 하단부가 서로 분리되어 연결되어 있으며, 최소한 중앙 부분은 증착 흑연 또는 고체상 탄화 유리질 탄소로 코팅된 고순도 탄소물질로 이루어져 있으며, 상단과 하단부는 내열, 내부식성 물질로 이루어져 있다.

이제, 본 발명의 두 번째 구현예를 도면에 근거로해 설명하겠다.

제2도는 본 구현예의 가열용광로의 단면도를 나타낸다. 히터(4)는 용광로의 몸체(5)의 내부에 위치해 있으며 머플튜브(3)는 용광로 몸체의 중앙에 위치해 있다.

머플튜브(3)는 상단부(34), 중앙부(35), 하단부(36)으로 이루어져 있으며, 그들의 근처부분이 나사와 같은 적당한 매개로 분리되어 연결되어 있다. 머플튜브의 중앙부(35)는 증착 흑연 또는 고체상 탄화 유리질 탄소로 코팅(32)된 고순도의 탄소물질(31)로 이루어져 있다.

상단과 하단부(34와 36)는 중앙부(35) 만큼 높은 온도에서 가열되지 않으므로 산화, 부식, 염소함유가스 및/또는 불소함유가스에 저항성을 갖는 SiC 또는 Si₃N₄로 코팅된 고순도 탄소물질로 이루어 질수 있다. SiC와 Si₃N₄는 저온에서 Cl₂또는 F와 반응하지 않는다. 간결화를 위하여 상단부와 하단부의 코팅은 나타내지 않았다.

SiC와 Si₃N₄를 몸체에 코팅하기 위해서 CVD(화학적 증기 침전)방법이 사용될 수 있다.

고순도의 탄소로 이루어진 머플튜브몸체는 산소와 물이 없으면 할로겐 함유 화합물과 반응하지 않으므로 바람직하며 우수한 내열성을 갖는다.

다공성 예비성형물의 처리시에, 중앙부(35)의 탄소는 고온에 노출되어 예비성형물에 흡수된 수분에 의해 훼손되고 수분과 산소는 장시간 사용후 외부로 부터 이동된다. 탄소내부벽은 다음에서 설명되어질 다공성 예비성형물의 처리와 연관된 특별한 원인으로 인해 훼손되는 경향이 있다.

즉, 다공성 예비성형물로 부터 누출된 SiO₂분말은 탄소내부벽에 흡착되어 탄소와 반응하여 SiC를 성형하고, 이 반응에 의해 생성된 산소는 탄소와 반응하여 CO를 성형한다. 성형된 SiC는 탈수소화시 사용되는 염소함유가스와 쉽게 반응한다. 탄소내부벽은 SiO₂분말의 이러한 반응에 의해 훼손된다.

이들반응은 다음에서 나타내는 반응식에 의해 표현될 수있다.

따라서, 중앙의 탄소부는 장시간 사용후에는 새것으로 교체해야 한다.

반대로, 머플튜브의 상단과 하단부는 고온에 연결되어 있지 않으므로 심한 훼손은 일어나지 않으므로 머플튜브가 세부분으로 구성되었을 경우에는 중앙부만 교체할 수있다.

탄소는 다공성이므로 흡수된 수분을 고온에서 완전히 제거 해야 한다. 그러므로, 흡수된 수분의 제거의 측면에서 볼 때 탄소 머플튜브를 가능한한 자주 교체하지 않는 것이 바람직하다. 본 구현 발명의 머플튜브의 중앙부가 훼손되었을 때는 상단부와 하단부는 계속 사용이 가능하므로 이들의 흡수된 수분을 제거할 필요는 없다. 따라서 본 구현예의 세부분으로 이루어진 머플튜브는 여러 가지 장점을 가지고 있다.

머플튜브의 산화를 방지하기 위한 방법의 하나는 유리예비성형물의 투입과 제거시에 탄소가 산화되지 않도록 500℃ 또는 그 이하로 온도를 저하시키는 것이다. 그러나, 이러한 낮은 온도에서는, 용광로의 작동률이 상당히 감소되며, 공기중의 먼지로 인하여 머플튜브의 내부가 오염되는 것을 막을 수가 없다. 머플튜브로의 공기의 유입은 본 발명에 따른 가열용광로의 세 번째 구현예에 의해 방지할 수 있다. 세 번째 구현예의 가열용광로는 히터, 머플튜브와 함께, 프론트 챔버(front chamber)로 구성되어 있는바, 이를 통해 다공성 예비성형물이 머플튜브로 투입되고 제거된다. 바람직하게, 프론트 챔버는 800℃까지 가열될 수 있고 10-2토르(Torr) 또는 그 이하의 압력까지 내려갈수 있다.

프론트 챔버는 석영유리, SiC, Si3N4 및 BN과 같이 어떠한 불순물도 유출시키지 않는 내열성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 프론트 챔버는 머플튜브와 동일한 물질 또는 다른 물질로 이루어질 수 있다.

가열용광로의 세 번째 구현예를 수반하는 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

제3도는 가열용광로의 세 번째 구현예중 한 예의 단면도를 나타낸 것이다. 본 가열용광로는 제2도에서 나타낸 가열용광로에 프론트 챔버(11)가 부착되어있는 것이다. 즉, 제2도의 가열용광로의 모든 부분에 덧붙여, 본 가열용광로는 프론트 챔버(11), 프론트 챔버 가스의 출구(14), 프론트 챔버에서 가스를 정화시키기 위한 가스의 입구(15)와 간막이(16)로 이루어져 있다. 제3도에서, 상단과 하단부는 코팅되어 있다.

다공성 예비성형물을 제3도의 가열용광로로 투입하는 것은 다음과 같이 실행된다.

1.프론트 챔버(11)와 가열대기를 분리시키는 간막이(16)를 막는다. (처음위치에서 슈트 예비성형물의 처리시, 간막이는 연다)

2.수직으로 회전이동 가능한 척(chuck)에 다공성 예비성형물(1)을 버팀막대(2)를 통해 부착시킨다.

3.프론트 챔버(11)의 상단커버를 열고, 다공성 예비성형물(1)을 프론트 챔버(11)로 내린다.

4.상단커버를 막은후, 프론트 챔버의 내부공간을 불활성 가스(예를 들면, 질소 또는 헬륨)으로 정화시킨다.

5.간막이(16)을 열고, 다공성 예비성형물을 온도가 유지되는 가열분위기에 투입시켜 예비성형물을 열처리한다.

예비성형물은 다음과 같은 방법으로 본 발명의 가열용광로로 부터 제거된다.

1.예비성형물을 열처리 후 가열대기로 부터 프론트 챔버(11)로 밀어 넣는다. 이때, 가열대기의 온도가 반드시 저하되는 것은 아니다.

2.간막이(16)를 막는다.

3.프론트 챔버(11)의 상단커버를 열고, 예비성형물(1)을 챔버(11)로 부터 제거한다.

본발명은 또다른 측면에서, 고순도의 탄소로 이루어진 머플튜브와 그의 내부벽과 외부벽이 증착 흑연과 고체상 탄화 유리질 탄소로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 탄소물질로 이루어진 것이 가열용광로에서 미세한 석영유리입자로 이루어진 다공성 예비성형물을 불활성분위기에서 열처리하는 것으로 이루어지는 광섬유의 유리 예비성형물의 제조방법을 제공하는바, 이때, 불활성가스는 유리에 불소첨가제로써 실리콘 플루오라이드와 카본 플루오라이드로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 플루오라이드를 적어도 하나를 포함하며, 바람직하게는 예비성형물의 탈수소화후이고 또는 동시에 유리의 미세입자를 유리화시켜 유리 예비성형물을 얻는다.

머플튜브의 처리과정시의 오염 또는 흡수된 먼지와 수분을 완전히 제거하기 위하여, 머플튜브를 1,500℃이상의 온도에서 염소함유가스, 특히 Cl₂로 이루어진 분위기에서 수시간동안 가열하는 것이 바람직하다. 광섬유를 가열하지 않은 머플튜브에 의해 생성된 유리 예비성형물로 부터 제조할 때 수분 또는 불순물로 인한 흡수를 고려해야 한다.

본 발명의 가열용광로의 구현예와 관련하여 상술한 조건과 가스는 본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있다.

본 발명의 방법에서 사용되는 불소함유가스중에서는 SiF4가 가장 바람직하다. SiF₄는 3N이상의 고순도 물질이다.

SiF₄는 탄소와 전혀 반응하지 않으나, 슈트 예비성형물을 탈수소화하지 않고 사용했을 경우 불소첨가단계에서, 탄소로 이루어진 머플튜브에서 그을름이 발생될 수 있다. 이러한 그을름은 슈트 예비성형물에서 수분과 SiF₄또는 탄소와의 반응에 의해 생길 수 있으며, 그 결과 탄소 입자일 수도 있는 침전물들이 슈트 예비성형물의 상단부에 축적되게 된다. 이를 방지하기 위하여 슈트 예비성형물을 SiF₄를 포함하는 대기를 갖는 머플튜브에서 열처리하기 전에 탈수소화시키는 것이 바람직하다.

슈트 예비성형물의 탈수소화를 불소첨가와 동시에 하는 것도 가능하나, 상술한 이유와 탈수소화 효과로 인해 불소첨가전에 실시한다.

SiF₄로 불소를 슈트 예비성형물에 첨가시키는 것은 1,000℃이상의 온도에서 효율적으로 실행되며 1,100 내지 1,400℃이 온도에서 실행하는 것이 바람직하다. 충분한 양의 불소를 슈트 예비성형물에 비틀림이 생기기 전에 첨가해야 한다. 만약, 충분한 양이 불소가 첨가되기전에 슈트 예비성형물에 비틀림이 생기기 전에 첨가해야 한다. 만약, 충분한 양이 불소가 첨가되기전에 슈트 예비성형물에 뒤틀림이 생겼다면, 불소는 예비성형물 전체에 첨가되지 못하고 불균일하게 첨가되어 예비성형물에 첨가된 불소의 양이 분배되어 성형된다.

슈트 예비성형물은 일반적으로 불꽃 가수분해 방법으로 생성되며 0.1 내지 0.2㎛의 입자크기를 갖는 미세한 유리입자로 이루어진다.

본 발명은 다음에서 자세히 설명될 것이다.

[슈트예비성형물의제조]

불꽃가수분해에 의해 미세한 입자의 석영유리를 제조하기 위해서는 제4A도에서 보여지는 석영유리로 만들어진 다중 튜브버너(41)를 사용하여, 산소, 수소와 원료물질가스로써 SiCl₄또는 SiCl4의 혼합물 및 도핑화합물(예를 들면 GeCl₄)을 반응을 위한 운반가스로써 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성가스와 함께 산수소불꽃의 중앙에 공급한다.

차폐를 위한 불활성가스는 원료물질가스를 버너(4)의 앞쪽끝으로 부터 수밀리미터 떨어진 장소에서 반응하게 하기위해 공급한다. 막대모양의 슈트 예비성형물을 제조하기 위하여, 유리의 입자들을 시드 막대(seed rod)(46)의 축 방향으로 회전 시드 막대(46)의 말단부에 침전시킨다. 또한, 파이프모양의 슈트 예비성형물을 제조하기 위해서는 유리입자들을 제4b도에서 보여주는 바와 같이 버너(41)를 지나면서 회전 석영 또는 탄소 막대(46)의 바깥쪽 둘레에 침전시킨 다음, 막대(46)를 제거한다. 막대(46)는 속이 유리막대일 수도 있으며, 이런 경우, 막대의 제거는 필요하지 않다, 둘이상의 버너(41)도 사용될 수 있다.

[슈트 예비성형물로의 불소첨가와 예비성형물의 유리화(소결)]

예를 들면, 제2도에서 보여지는 것과 같이 내부벽과 외부의 둘레벽이 소량의 가스 투과성을 갖는 물질로 코팅되어 있고 고순도의 탄소로 이루어진 머플튜브(상단과 하단 플랜지를 갖는 실린다형의 머플튜브)에서, 상기단계에서 제조된 슈트 예비성형물을 히터 윗 부분에 뜨게 하고, 머플튜브의 내부는 Cl₂가스를 함유하는 헬륨분위기로 채운다. 공기를 히터로 1,050℃로 가열시킨후, 슈트 예비성형물을 2 내지 10mm/min의 속도로 내린다. 슈트 예비성형물 전부가 히터를 지난후 슈트 예비성형물의 하강을 중지한 다음 Cl₂가스의 공급을 종결시킨다. 이어서, 공기를 SiF₄를 함유하는 헬륨 공기로 변경시킨다. 히터 온도가 1,400℃에 도달하면, 슈트 예비성형물을 4mm/min의 속도로 당겨 불소를 예비성형물에 첨가시킨다.

슈트 예비성형물이 다시 히터를 완전히 통과하면, 슈트 예비성형물의 당김을 중지한다. SiF₄의 공급을 종결시킨후 헬륨공급은 계속한다, 히터온도가 1,600℃에 도달하면, 슈트 예비성형물을 3mm/min의 속도로 하강시켜 예비성형물을 유리화시킨다.

본 발명은 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

제2도에서 보여주는 바와 같은 가열용광로를 사용하여 다공성 예비형성물을 탈수소화시키고, 불소를 첨가시키고 유리화시켰다.

200mm의 내부직경, 10mm의 벽의 두께와 1000mm의 길이를 갖는 머플튜브를 사용하였다. 머플튜브는 세부분으로 이루어 진 것이고, 중앙부는 고순도의 탄소로 이루어져 있고, 내부와 외부벽이 30㎛의 두께로 증착흑연 코팅된 것이다. 상단부와 하단부는 고순도의 탄소로 이루어져 있으며 이들의 내부와 외부벽은 각각 50㎛의 두께로 SiC코팅 된 것이다.

열처리의 조건은 다음과 같다.

탈수소화

히터온도 : 1050℃

분위기가스 : Cl2/He = 5몰％ / 95몰％

예비형성물의 하강속도 : 5mm /min

불소첨가

히터온도 : 1370℃

분위기가스 : SiF4/He = 3몰 ％ / 97몰％

예비형성물의 당김속도 : 3mm/min

유리화

히터온도 : 1600℃

분위기가스 : He 100％

예비형성물의 하강속도 : 5mm / min

얻어진 투명 예비형성물의 특정 굴절률 차이 △n은 0.34%였다. 여기서 사용된 특정굴절률 차이는 다음과 같이 정의된다.

(sio₂- r)

△n = ------------- × 100(%)

sio₂

[윗식에서 sio₂와 r는 각각 첨가된 예비형성물의 순수한 석영과 불소의 굴절률을 나타냈다]

순수한 석영 핵을 갖는 단일 모드 공섬유는 제조된 예비형 성물을 사용하여 제조하였다. 광섬유는 1.55㎛의 파장에서 0.17dB/km의 투과 손실을 갖으며 Cu와 Fe의 존재로 인해 흡수가 일어나지 않는다.

상술한 머플튜브에서 50개의 예비형성물을 열처리한 결과 어떠한 머플튜브의 파손도 일어나지 않았다.

[실시예 2]

제6도에서 보여진 바와 같은 이중 튜브구조를 갖는 머플튜브를 사용하였다. 이때의 구조는 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 머플튜브(3)를 고순도탄소로 이루어진 외부튜브(10)에 투입시켰다. 외부튜브(10)는 그의 내부와 외부벽이 30㎛의 두께로 전체가 증착 흑연 코팅되어있다. 간결성을 위해 외부튜브의 코팅은 나타내지 않았다.

열처리는 실시예 1과 동일한 조건하에서 실행하였다. 본 실시예에서 He가스를 입구(8)에서 10 ℓ/min 의 속도로 외부튜브와 머플튜브사이의 공간에 공급하여, 그 공간의 작용압력이 머플튜브보다 낮게 하였다.

순수한 석영 핵 단일모드의 광섬유를 피복부로써 제조한 예비형성물을 이용하여 제조하였다. 광섬유는 1.55㎛의 파장에서 0.17dB/km의 전이손실을 갖었으며, 광섬유에 잔존하는 물은 0.01ppm이하였다.

본 실시예에서 사용한 가열용광로는 실시예 1에서 발생될 수 있는 머플튜브들 사이의 이음새를 통해 누출되는 약간의 가스가 머플튜브와 외부튜브사이의 공간에서 공급되어진 He가스와 동반되므로 작업환경이 직접 오염되지 않는 장점이 있다.

증착흑연 코팅대신에 고체상 탄화유리질 탄소로 코팅(두께 10㎛)된 머플튜브를 증착 코팅된 머플튜브를 사용했을 경우와 동일한 조건에서 사용한 결과 동일한 결과를 얻었다.

[실시예 3]

제3도와 같은 가열용광로를 사용하였다. 가열용광로에 부착된 머플튜브는 내부와 외부벽 전체가 증착흑연 코팅(두께 30㎛) 또느 고체상 탄화유리질 코팅(두께 10㎛)된 것이다.

다공성 예비형성물을 200℃까지 가열시킨 프론트 챔버(11)에 투입한 후 상단커버를 닫았다. 질소가스를 10분동안 10l/min의 속도오 공급하여 프론트 챔버의 내부공기를 질소로 바꾸었다. 이어서, 간막이(16)를 열고, 다공성 예비형성물(1)을 프론트 챔버로 부터 머플튜브로 투입한 후 탈수소화시키고, 불소첨가 및 유리화시켜 광섬유의 투명한 유리 예비형성물을 제조하였다. 가열용광로로 부터 예비형성물을 분리하기 위해, 예비형성물을 프론트 챔버로 이동시킨후 간막이를 닫았다. 이어서, 상단 커버를 열어 예비형성물을 분리시켰다.

열처리 조건은 다음과 같다.

탈수소화

히터온도 : 1050℃

분위기가스 : SiCl4 200cc / min

He 20ℓ / min

예비형성물의 통과속도 : 4mm /min

불소첨가

히터온도 : 1270℃

분위기가스 : SiF4 800cc / min

He 20ℓ / min

예비형성물의 통과속도 : 4mm/min

유리화

히터온도 : 1500℃

분위기가스 : He 20ℓ / min

SiF4 800cc / min

예비형성물의 하강속도 :10mm / min

광섬유는 피복부로 제조된 유리 예비형성물을 사용하여 제조하였으며 1.55㎛의 파장에서 0.17dB/km의 낮은 전이손실을 나타내었다.

본 실시예에서, 가열용광로는 프론트 챔버로 이루어져 있으므로 머플튜브의 온도를 800℃이하로 저하시키는 것을 요구하지 않으므로 본 구현예의 열처리된 예비형성물은 생산성 측면에서 볼 때 바람직하다.

[비교예 1]

탄소내층이 없이 1ppm의 구리를 함유하는 석영유리로 이루어진 머플튜브를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 광섬유를 제조하였다. 광섬유는 0.01ppm의 잔존하는 물을 함유하며, 구리로인해 1.30㎛의 파장 근방에서 흡수를 나타내었다. 이는 통상적인 광섬유의 흡수와 비교해 볼 때 충분히 낮은 것이며, 흡수수치는 0.8㎛의 파장에서 2 내지 3 dB/km였다. 그러나, 머플튜브의 내부벽에 심한 에칭이 생겼으며, 이는 머플튜브가 불충분한 내부식성을 갖음을 의미한다.

[비교예 2]

(석영유리로 이루어진 머플튜브의 내열성)

탄소로 만들어진 머플튜브 대신에 석영유리로 만들어진 머플튜브를 사용하여 슈트 예비성형물을 제조하였다. 석영유리로 만들어진 머플튜브는 슈트 예비성형물의 유리화 동안에 확장 되었으며, 재사용할 수가 없었다.

[비교예 3]

(삭영유리로 이루어진 머플튜브의 칭)

SiF₄대신에 SF₆를 사용한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일한 방법으로 실시하였다. 석영유리로 만들어진 머플튜브는 심하게 에칭되어 히터근처의 벽에 핀홀이 생겼다. 생성된 유리 예비형성물은 수 ppm의 물을 함유하였다. 물론, 머플튜브는 상당히 확장되었으며, 재사용할 수 없었다.

[비교예 4]

고순도 탄소로 이루어진 머플튜브를 그의 외부벽만 증착 흑연코팅 대신에 50㎛의 두께로 SiC코팅한 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 가열 용광로를 사용하였다.

유리 예비형성물을 실시예 1과 동일한 조건하에서 열처리하여 단일모드 광섬유를 제조된 예비형성물로 부터 제조하였다. 광섬유는 1.55㎛의 파장에서 0.18dB/km의 낮은 전이손실을 나타내었다.

그러나, 가열용광로를 재반복하여 사용했을 때, 탄소로 이루어진 몸체를 통과한 Cl₂가스는 SiC코팅을 벗기고 용광로 몸체로 통과하여 가열용광로는 재사용할 수 없었다. 또한, 작업환경상의 심각한 문제점들이 발생하였다.

[실시예 4]

내부벽과 외부벽이 증착흑연코팅 대신 10㎛의 두께로 고체상 탄화 유리질 탄소 코팅된 고순도 탄소로 이루어진 머플튜브를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 가열용광로를 사용하였다.

유리 예비형성물을 실시예 1과 동일한 조건하에서 열처리하였다.

첫 번째 유리형성물에서 다섯 번째 부터 유리형성물로 제조된 광학섬유들은 증착흑연코팅된 머플튜브에서 처리된 예비형성물로 제조된 것 보다 1.55㎛의 파장에서 0.02 내지 0.03dB/km의 큰 전이 손실을 갖었다. 이는 제7도와 제8도의 그래프에서 보여지는 바와 같이 코팅의 두께를 통한 성분농도의 분포 때문이다.

제7도는 증착흑연코팅에서의 성분농도의 분포를 나타내며, 제8도는 고체상 탄화 유리질 탄소코팅에서의 분포를 나타낸다. 이들그래프는 2차이온 질량 스펙트로미터(SIMS)에 의해 코팅의 두께에 따른 불순물의 농도분포의 측정으로 얻어진 것이다. 수평축은 성분농도를 나타내며, 수평축은 코팅의 두께이고, 수평축의 좌편 끝은 코팅의 표면에 해당한다. 성분농도들을 정성적으로 나타내었으나, 그래프에 나타나있는 표면농도와 커브선이 보여주는 바와 같이 유리화된 탄소코팅에서의 불순물 성분(예를 들면, 알카리금속 또는 전이금속)들이 증착흑연 코팅된 것 보다 높음을 알 수 있다. 본 실시예의 상기의 결과들은 상기의 성분농도 차이로 부터 유발된 것으로 보여진다.

그러나, 유리화된 탄소코팅을 갖는 머플튜브를 사용하더라도, 여섯번째 것과 그의 예비형성물로 부터 제조된 광섬유는 0.17dB/km의 낮은 전이손실을 갖었다. 이는 코팅의 불순물이 제거되었기 때문이다.

[실시예 5]

본 실시예에서는 제9도에서 보여지는 것과 같은 가열용광로를 사용하였다. 본 용광로에서는 히터(4)가 머플튜브(3)이 통과하는 실린더형 용광로 몸체(5)에 부착되었다. 머플튜브로 투입된 예비형성물은 히터(4)로 열처리된다.

제9도에서 보여지는 가열용광로는 세부분(34,35 와 36)으로 이루어진 머플튜브(3)와 머플튜브의 산화를 방지하기 위한 프론트 챔버(11)로 이루어졌다. 머플튜브의 중앙부(35)의 내부와 외부벽상은 30 내지 40 ㎛의 두께로 가스가 투과할수 없는 증착흑연코팅(32)이 되어있다. 상단부(34)와 하단부(36)는 매우 높은 온도까지 가열되지 않으므로 산화와 염소함유가스 및 불소함유가스에 대해 저항성을 갖는 SiC코팅(37)이 되어있다. 처리할 예비형성물은 50mm의 길이와 140mm의 지름을 갖으며 VAD방법으로 제조하였다.

제9도에서 보여지는 가열용광로를 이용하는 과정은 제3도에서 보여지는 가열용광로의 이용과정과 근본적으로 동일하다. 우선, 간막이(16)가 닫혀있는 상태에서 예비형성물(1)을 프론트 챔버(11)에 투입한 후, 상단커버(8)을 닫았다. 질소가스를 프론트 챔버의 내부공간을 정화하기 위해 입구(15)로 부터 프론트 챔버로 10ℓ/min의 속도로 공급하였다. 이어서, 간막이(16)를 열고, 다공성 예비형성물을 머플튜브에 투입한후 열처리하여 투명한 예비형성물을 제조하였다. 예비형성물의 이동시 예비형성물을 프론트 챔버로 옮긴후 상단커버를 열어 예비형성물을 옮긴후 간막이(16)를 닫았다.

[핵부분의 제조]

예비형성물을 프론트 챔버로 부터 머플튜브로 옮긴후, 예비형성물을 20ℓ/min의 He 과 200cc/min SiC₄분위기하에서 5mm/min의 하강속도를 갖고서, 온도를 1500℃로 올리면서 열처리하여 예비형성물에 포함되어 있는 물과 불순물을 제거하였다. 예비형성물이 히터를 완전히 통과한후, SiCl₄의 공급을 중단시키고 He공급만 20ℓ/min의 속도로 공급을 계속하였고, 머플튜브를 1550℃로 가열시켰다. 이어서, 예비형성물을 4mm/min의 속도로 잡아 당겨 예비형성물을 유리화시켰다.

[피복부의 제조]

상기에서 기술한 핵부분의 제조로 예비형성물 200cc/min의 SiC₄와 20ℓ/min의 He의 분위기하에서 탈수소화하였다. 이어서 머플튜브온도를 1200℃로 상승시킨후 900cc/min의 CF₄와 20ℓ/min의 He을 공급하였다. 예비형성물을 불소가 첨가되도록 3mm/min의 속도로 잡아 당겼다. 머플튜브온도를 1500℃로 올리고, 예비형성물을 20ℓ/min의 He을 공급하에서 4mm/min의 속도로 하강시켜 유리화시켰다.

1.3중량%의 불소와 0.35%의 굴절률 차이(△n)를 갖는 예비형성물을 얻었다.

[광섬유의 제조]

상기에서 기술한 핵부분의 제조로 만들어진 순수한 석영예비형성물을 전기저항 용광로에 5mm의 직경으로 늘렸다. 5mm직경의 홀을 상기의 피복부제조에서 만들어진 불소첨가 예비형성물에 뚫고 동일 부피의 파이프를 예비형성물의 양 끝에 연결시켰다. 예비형성물을 전기용광로에 넣은후 예비형성물의 내부표면을 고온을 유지시키면서 SF6 에칭으로 부드럽게하였다. 이어서, 늘려진 순수한 석영 예비형성물을 파이프에 넣고, 가열시킨 다음 Cl₂의 분위기하에서 함께 통합하여 광섬유의 예비형성물을 제조하였다.

생성된 예비형성물을 35mm의 직경으로 늘린후 10.5㎛의 핵직경과 125㎛의 피부직경을 갖는 순수한 석영핵 단일모드의 광섬유를 예비형성물로 부터 끌어내었다. 광섬유는 1.55㎛의 파장에서 0.18dB/km의 낮은 전이손실을 갖었다.

[실시예 6]

Geo₂6중량% 함유하는 석영유리를 중심부와 순수한 석영 유리의 주변부로 이루어진 유리막대를 VAD방법으로 제조하였다. 이때, 막대의 직경은 18mm이며, 다공성 유리층이 유리막대상에 부착되었고, 막대의 직경은 140mm였다.

상기에서 제조한 예비형성물을 실시예 5와 동일한 조건하에서 탈수소화시킨후 유리화시켰다. 즉 예비형성물을 프론트 챔버에 놓은후 프론트 챔버의 내부를 질소가스로 정화시켰다. 머플튜브온도를 1050℃로 하고 예비형성물을 20ℓ/min의 He 과 200cc/min의 SiC₄분위기하에서 5mm/min의 속도로 머플튜브로 하강시켜, 예비형성물을 탈수소화시켰다. 예비형성물이 히터를 완전히 통과한후 머플튜브온도를 1500℃로 증가시켰다. SiCl₄의 공급을 중단하고 He만 20ℓ/min 속도로 공급을 계속하였다. 예비형성물을 4mm/min의 속도로 당겨 예비형성물을 유리화시켰다.

유리화된 예비형성물의 외부직경 65mm였으며, 예비형성물의 외부직경 대 핵부분을 함유하는 GeO₂의 비는 15.0이었다. 직경이 125㎛인 광섬유를 예비형성물의 직경을 35mm로 늘린후 끌어내었다. 제조된 광섬유는 1.3㎛의 파장에서 0.35dB와 1.55㎛의 파장에서 0.20dB/km의 낮은 전이손실을 갖었다. 광섬유는 5.5 kg의 충분한 초기장력을 갖었다.

200개의 예비형성물을 열처리한 후, 머플튜브의 내부벽을 검사하였다. 머플튜프의 중앙부와 내부벽은 약간 산화되었으며 어떠한 변형과 파괴도 관찰되지 않았다.

본 발명의 따라, 철 또는 구리와 같은 불순물로 오염되지 않은 광섬유의 예비형성물을 머플튜브의 손상을 감소시키면서 제조하였고, 제조된 유리예비형성물로 부터, 낮은 전이손실을 갖는 광섬유를 제조할 수 있다.

머플튜브의 내부와 외부벽을 증착흑연 또는 고체상 탄화 유리질 탄소로 코팅함으로써, 머플튜브는 고온에서도 열 또는 부식성 가스로 인해 거의 훼손되지 않는 우수한 내구성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 머플튜브는 경제학적으로 유용하다. 또한, 머플튜브를 고순도의 탄소로 만들어 불순물로 인한 다공성 예비형성물의 오염을 방지하며, 머플튜브는 불소함유가스(예를 들면, CF₄, SF₆,SiF₄등)와 반응하지 않으며, 1800℃이상의 고온에서 파괴되지 않는다. 그러므로, 머플튜브의 내구성은 더욱 증가된다.

프론트 챔버를 가열용광로에 설치하였을 때 공기(작업실의 공기)의 가열용광로로의 유입이 방지되며, 불순물로 인한 머플튜브에서의 오염이 방지된다. 그러므로, 예비형성물의 탈유리화가 방지되고 투명성이 증가된다. 온도가 예비형성물의 투입과 이동동안에 감소되지 않으므로, 용광로의 작업률이 높다. 머플튜브를 증착흑연 또는 고체상 탄호유리질 탄소로 코팅된 탄소로 만들었을 때, 탄소는 거의 산화되지 않으므로 머플튜브의 수명은 연장되고, 흑연 입자들이 머플튜브에서 뜨지 않아 유리 예비형성물로부터 제조된 광섬유에서 낮은 강도부분의 비율은 감소된다.

탄소로 만들어진 머플튜브를 사용했을 때 열과 탈유리화로 인한 변형과 석영으로 만들어진 머플튜브의 사용시에 생기는 결정화로 인한 파괴를 피할 수 있고, 이로인해 오랜기간 사용할 수 있다. 석영물질을 사용했을 때 작업성 때문에 큰 직경을 갖는 머튜브를 제조하기는 어려우나 탄소물질을 본 발명에와 같이 사용했을 때는 석영으로 만들어진 머플보다 큰 직경을 갖는 머플튜브를 제조할 수 있다. 따라서, 이는 큰 직경을 갖는 예비형성물을 제조할 수 있는 장점이 된다.

상술한 실시예에서는 존(Zone) 용광로를 사용하였으나 쇼킹(soaking) 용광로를 사용해도 동일한 효과를 얻는다.

Claims (7)

1. 히터와 히터의 내부에 위치하면서 히터의 가열 분위기가스 제거하는 머플튜브로 이루어져 있되, 여기서 머플튜브의 몸체는 고순도탄소로 이루어져 있고, 몸체의 내부와 외부벽은 증착흑연과 고체상 탄화 유리질 탄소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄소물질로 코팅되어 있는 광섬유의 미세한 석영유리입자로 이루어진 다공성 예비형성물을 가열시키기 위한 가열용광로.
2. 제 1항에 따른 가열 용광로에서, 탈수소화제로써 Cl₂, CCl₄, SiCl₄로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 염소함유화합물로 이루어진 분위기하에서 미세한 석영유리입자로 이루어진 다공성 예비형성물을 탈수소화시키고 이어서, 실리콘 플루오라이드와 카본 플루오라이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 불소함유 화합물로 이루어진 분위기하에서 예비 성형물에 불소를 첨가시킨 후 예비형성물을 유리화시켜서 되는 광섬유의 유리예비형성물의 제조 방법.
3. 제 1항에 따른 가열용광로에서, 탈수소화제로써 SiCl₄로 이루어진 분위기하에서 미세한 석영유리입자로 이루어진 다공성 예비형성물을 탈수소화시킨 후 예비형성물을 유리화시켜 되는 광섬유의 유리예비형성물의 제조방법.
4. 제 1항에 따른 가열용광로에서, 불소첨가제로써 CF₄로 이루어진 분위기하에서 예비형성물에 불소를 첨가한 후 예비형성물을 유리화시켜 되는 광섬유의 유리예비형성물의 제조방법.
5. 제 1항에 따른 가열 용광로에서, 탈수소화제로서 Cl₂, CCl₄, SiCl₄로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 염소함유화합물로 이루어진 분위기하에서 미세한 석영유리입자로 이루어진 다공성 예비형성물을 탈수소화시킨 후, 실리콘 플루오라이드와 카본플루오라이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 불소함유 화합물로 이루어진 분위기하에서 예비 성형물에 불소를 첨가시킴과 동시에 예비형성물을 유리화시켜서 되는 광섬유의 유리예비형성물의 제조 방법.
6. 제 1항에 따른 가열용광로에서, 탈수소화제로서 SiCl₄로 이루어진 분위기하에서 미세한 석영유리입자로 이루어진 다공성 예비형성물을 탈수소화시키고, 동시에 예비형성물을 유리화시켜서 되는 광섬유의 유리 예비형성물의 제조방법.
7. 제 1항에 따른 가열용광로에서, 불소첨가제로써 CF₄로 이루어진 분위기하에서 예비형성물에 불소를 첨가시키고, 동시에 예비형성물을 유리화시켜서 되는 광섬유의 유리예비형성물의 제조방법.

Images