KR100195338B1 - 탄소막이 증착튜브 내벽에 증착된 고강도 광섬유 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소막을 증착튜브 내벽에 증착시킨 고강도 광섬유에 관한것으로서, MCVD 반응쳄버를 이용하여 탄소 증착분위기인 헬륨 캐리어 가스와 탄소원료인 사염화탄소(CCl4)를 증착튜브 내부로 주입시키면서, 토치램프를 이용하여 고온으로 가열시켜, CCl4를 열분해하여 탄소막을 증착튜브 내부표면에 증착시켜 탄소막층을 형성시킨 후에, 상기 탄소막이 증착된 광섬유 내부에 SiCl4, GeCl4, POCl3, C2F6와 O2를 적절한 비율로 MCVD 반응 쳄버에 주입시키면서, H2/O2토치램프를 이용하여 고온으로 가열시켜 SiO2-P2O5-F 성분의 크래드층과 SiO2-GeO2성분의 코어가 형성되는 광섬유 모재를 제조한 후에, 연속적인 공정으로서 상기 모재가 형성된 광섬유 가열 노 안으로 통과시켜 외경 게이지를 거치게 하며, 그 다음에 아크릴 레진 코팅 장치를 통과시켜 제조된 것으로서, 증착 튜브(SiO2층) 내부표면에 탄소막이 증착되어 있는 탄소막층이 형성되며, 상기 탄소막층의 내부표면에는 중심부에 SiO2-GeO2가 적절한 비율로 함유된 광섬유 코어를 가진 크래드층이 형성되며, 상기 크래드층에는 SiO2-P2O5-F가 적절한 비율로 함유되며, 상기 증착튜브 외부 표면에는 아크릴 레진이 코팅되는 아크릴 레진층으로 구성된 것을 특징으로 한다.
Description
제1도는 종래의 탄소막 증착 고강도 광섬유의 단면도.
제2a도는 종래의 탄소막 증착 고강도 광섬유의 측단면도.
제2b도는 종래의 탄소막 증착 광섬유의 인선 공정도.
제3도는 본 발명에 따른 탄소막 증착 고강도 광섬유의 단면도.
제4도는 본 발명에 따른 CC14버블러.
제5a도는 본 발명에 따른 탄소막 증착 고강도 광섬유의 단면도.
제5b도는 본 발명에 따른 탄소막 증착 고강도 광섬유의 측단면도.
제5c도는 본 발명에 따른 탄소막 증착 광섬유 인선 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 증착튜브 2 : 탄소막층
3 : 크래드층 4 : 코어
5 : 아크릴 레진층 7 : 모재
9 : CVD 쳄버 11 : 버블러
본 발명은 광섬유의 강도를 높이기 위한 탄소막 처리에 관한 것으로서, 특히 탄소막이 증착 튜브 내벽에 증착된 고강도 광섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
광섬유의 강도를 높이기 위해서 일반적으로 이용되고 있는 기술을 살펴보면, 광섬유 인선작업 도중에 특별히 설치된 CVD(Chemical Vapor Depostion) 또는 PCVD(Plasma CVD)반응쳄버를 이용하여 광섬유 외부표면에 탄소막을 증착시킨 후, 연속적인 작업으로 탄소막이 증착된 광섬유의 외부 표면을 아크릴 레진(Acryl Resin)으로 코팅처리함으로써 고강도 광섬유를 제조하고 있다. 따라서 종래의 CVD 반응쳄버를 이용하여 광섬유에 탄소막을 증착시키는 결과, 광섬유에 균일하게 탄소막을 증착시키기 위해서는 많은 증착 시간을 필요로 하고 있다. 그러한 결과로 탄소막을 증착시킨 광섬유를 인선하는 속도가 일반적인 광섬유의 인선속도보다 훨씬 떨어져 1~2m/sec 정도의 인선속도로 되기 때문에 고강도 광섬유 생산량을 크게 저하시키는 원인이 되고 있다.
상술한 것처럼 탄소막을 증착시킨 종래의 고강도 광섬유의 구조를 살펴보면, 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 중심부에 SiO2-GeO2가 포함된 광섬유 코어(4)가 있고, 코어(4) 외부표면상에 SiO2-P2O5-F가 포함된 크래드(Clad)층(3)으로 이루어지며, 크래드층(3) 외부표면에는 증착튜브(1), 즉, SiO2성분이 포함되는 서브스트레이트(Substrate)층(1)이 있으며, 서브스트레이트층(1)의 외부표면에는 탄소막이 증착되는 탄소막층(2)으로 구성되고, 그리고 탄소막층(2)의 외부표면에는 아크릴 레진이 코팅되는 아크릴 레진층(5)으로 이루어진다.
첨부된 도면 제2a도 및 제2b도에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 구조를 갖는 탄소막이 증착된 고강도 광섬유에 대한 종래의 제조방법은 첫 번째 단계에서 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)공정에 의해 SiCl4, GeCl4, POCl3등을 증착튜브 내부로 주입하며 토치램프로 가열하여 O2와 서로 결합시켜 SiO2, GeO2, P2O5등의 유리막을 증착튜브 내부에 형성시켜 광섬유의 모재를 제조한다.
그 다음 단계는 광섬유 모재에 탄소막을 증착시켜 광섬유를 인선하는 공정으로서, 제2b도에 도시되어 있는 바와 같이 노(爐)(8)를 통과한 광섬유 모재(7)를 특별히 설치된 CVD 또는 PCVD 등의 반응쳄버(9)를 이용하여 광섬유의 서브스트레이트층(1)의 외부표면에 탄소막을 증착시킨다. 이때 탄소막의 원료로서 주로 CH4를 이용하고 있다. 이렇게 탄소막을 증착시킨후에 연속적으로 허메틱(Hermetic) 코팅을 위해 아크릴 코팅장치(10)를 통해 탄소막층(2) 외부표면에 아크릴 레진을 코팅하여 광섬유를 인선하게 된다.
상술한 바와 같이 종래의 고강도 광섬유의 구조에 있어서, 증착튜브의 주요성분인 이산화규소(SiO2)와 융착이 최적화되는 물질로서 아크릴 레진을 탄소막층 외부표면에 코팅하지만 이로인해 아크릴 레진과 탄소막 사이의 융착력은 현저히 떨어지기 때문에 고강도 광섬유 제조시에 아크릴 레진의 코팅 불량률이 높아져 제품의 품질을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.
또한 상술한 바와 같이 고강도 광섬유의 제조방법에 있어서, 첫단계로서 MCVD 공정에 의해 모재를 제조한 후에 광섬유의 강도를 높이기 위해 특별히 CVD 또는 PCVD 공정을 이용하여 탄소막을 증착시키기 때문에, CVD 또는 PCVD 반응쳄버의 설치 및 유지비용이 추가될 뿐만 아니라 환경처리비용이 요구되는 비경제적인 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같이 광섬유의 강도를 높이기 위해 탄소막을 증착시킨 종래의 고강도 광섬유 및 그 제조방법의 문제점과 단점을 해결하기 위한 것으로서, MCVD 단일 공정만을 이용하여 광섬유의 내부표면에 탄소막을 증착시켜 광섬유의 강도를 높임으로써, 제조설비 비용을 절감시키고, 고강도 광섬유 생산성을 높이고 생산경비를 절약하며, 아크릴과 이산화규소간의 융착력을 유지시켜 코팅불량을 현저히 감소시킴으로써 제품의 품질을 향상시키고자 하는데 그 목적이 있다.
제3도에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 고강도 광섬유는 증착튜브(SiO2층)(1) 내부표면에 탄소막이 증착되어 있는 탄소막층(2)이 형성되며, 상기 탄소막층(2)의 내부표면에는 중심부에 SiO2-GeO2가 함유된 광섬유 코어(4)를 가진 크래드층(3)이 형성되며, 상기 크래드층(3)에는 SiO2-P2O5-F가 함유되며, 상기 증착 튜브(1) 외부표면에는 아크릴 레진이 코팅되는 아크릴 레진층(5)으로 구성된 것을 특징으로 하고 있다.
상술한 구조를 갖는 본 발명의 고강도 광섬유를 제조하기 위하여, 광섬유 모재 제조시에 이용하는 MCVD 공정과정에서 SiO2, GeO2, P2O5등이 함유된 크래드를 형성시키는 방법을 변형시켜 본 발명에 적용시킨 고강도 광섬유 제조방법은 다음과 같다.
제4도, 제5a도 내지 제5c도에 도시되어 있는 바와같이, 본 발명의 고강도 광섬유 제조공정은 MCVD 반응쳄버를 이용하여 탄소 증착분위기인 헬륨(He), 캐리어(Carrier) 가스와 탄소원료인 사염화탄소(CCl4)를 증착튜브(1) 내부로 주입시키면서, 토치램프를 이용하여 고온으로 가열시켜, CCl4를 열분해하여 탄소막을 증착튜브 내부표면에 증착시켜 탄소막층(2)을 형성시킨 후에 상기 탄소막이 증착된 광섬유 내부에 SiCl4, GeCl4, POCl3, C2F6와 O2를 MCVD 반응쳄버에 주입시키면서 H2/O2토치램프를 이용하여 고온으로 가열시켜 SiO2-P2O5-F의 크래드층(3)과 SiO2성분의 코어(4)가 형성되는 광섬유 모재를 제조한 후에, 연속적인 공정으로서 상기 모재가 형성된 광섬유를 가열 노(8)안으로 통과시켜 외경 게이지(20)를 거치게 하며, 그 다음에 아크릴 레진 코팅장치(10)를 통과시킴으로써 고강도 광섬유를 제조하는 단계로 구성된다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제4도에는 탄소 증착 분위기인 헬륨 캐리어 가스에 의해 작동되는 CCl4, 버블러(Bubbler)가 도시되어 있으며, 상기 버블러(11)는 탄소막 증착 광섬유 제조공정에 있어서 CCl4와 헬륨을 MCVD 반응쳄버에 주입시키는 장치이다. 종래에는 산소를 이용하여 버블링을 하였는데, 이 경우에는 고온에서 탄소와 산소가 쉽게 반응하여 아래와 같은 반응식에 의해 이산화탄소가 생성된다.
그 결과 탄소가 탄소막으로 증착되지 않고 기체상태로 빠져나가 버려서 증착 효율성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 발명에서는 산소 대신에 헬륨을 캐리어 가스로 사용하기 때문에 탄소 증착의 효율성을 높일 수 있다. 제4도에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 버블러는 외벽에 히터(14)가 설치되어 있으며, 내부에는 소정량의 CCl4, 용액(30)이 담겨져 있고, 일단이 CCl4용액(30)속에 잠겨 있는 튜브(12)을 통해 헬륨가스가 히터(14)에 의해 가열되는 버블러 내부로 유입되면 용액속에 버블이 형성된다. 이때 유입되는 헬륨가스는 MFC(Mass Flow Controller)(16)에 의해 그 양이 적절하게 조절되고 버블러의 가열 정도는 온도 콘트롤러(15)에 의해 조절된다. 상기 헬륨가스 버블이 CCl4용액(30)을 통과하면서 일정량의 CCl4를 운반하게 되는데, 이러한 CCl4캐리어 헬륨가스 버블은 일단이 CCl4용액(30)속에 잠겨 있는 또다른 튜브(13)를 통해 유출되어 MCVD의 반응쳄버내로 주입된다.
그리고, 제5a도 내지 제 5c도는 본 발명에 따른 탄소막 증착 광섬유 제조 공정 흐름도를 나타내는 것으로서, 제5a도는 MCVD 공정에 의한 탄소막 증착 공정을 보여주며, 증착튜브(1) 내부로 상기 CCl4버블러 의해 만들어진 CCl4캐리어 헬륨가스가 주입된다. 이때 증착튜브(1)내로 유입되는 CCl4를 열분해 증착튜브 내면에 탄소막을 증착시키기 위해 H2/O2토치램프를 이용하여 1700℃ 내외의 고온으로 증착튜브(1)를 가열한다. 상기와 같은 공정에 의해 별도의 CVD 반응쳄버를 사용하지 않고 MCVD 반응쳄버만을 사용하여 탄소막을 증착튜브(1)내면에 증착시켜 탄소막층(2)이 형성되며, 그 간단한 반응식은 다음과 같다.
상기 반응에서 생성되는 탄소(C)가 증착튜브(1) 내면에 증착되어 탄소막을 형성하게 되는 것이다. 제5b도는 MCVD공정에 의한 모재 제조공정을 나타내며, 상술한 탄소막 증착공정과 마찬가지로, 탄소막이 내면에 증착되어 있는 증착튜브(1) 내부로 SiO4, GeCl4, POCl3, C2F6와 산소가 적절한 비율로 주입되며, 탄소막층(2)내면에 증착시키기 위해 H2/O2토치램프로 증착튜브(1)를 가열한다. 그 결과 탄소막층(2)내면에 SiO2-P2O5-F성분의 크래드(3)와 SiO2-GeO2성분의 코어(4)가 형성된다. 마지막으로, 제5c도는 고강도 광섬유 인선 과정을 도시한 것으로서, 본 발명에 의한 탄소막 증착 광섬유 제조공정에서의 광섬유 인선단계는 종래의 일반 광섬유 인선과정과 동일하다. 다만 본 발명에서는 상기 제5c도에 도시된 바와 같이 탄소막 증착이 광섬유 인선보다 선행되기 때문에 종래와 같은 CVD 반응 쳄버는 필요치 않고, 아크릴 코팅 단계에서 모재의 증착튜브(1) 외면에 아크릴레진이 코팅되어 완성된 광섬유가 제조된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 광섬유 모재 제조 공정인 MCVD에서 증착튜브(1) 내부에 탄소막을 형성하여 줌으로써, 아크릴레진 코팅시 증착튜브(1)와 직접 융착이 가능하므로 코팅의 효율성을 현저히 높일 수 있으며, 또한 별도의 CVD 반응 쳄버의 설치없이 일반적인 광섬유 공정인 MCVD 공정 및 인선공정만으로 고강도 광섬유의 제조가 가능하기 때문에, 유지비, 설비비 등의 생산경비를 절약하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 광섬유 모재 제조공정인 MCVD 공정만으로 이루어지기 때문에 광섬유의 인선이 일반적인 광섬유 인선과 동일하게 진행되며, 이에 따라 일반적인 광섬유 인선속도인 5~10m/sec로 고강도 광섬유를 인선할 수 있다. 따라서 종래의 고강도 광섬유의 인선속도(1~2m/sec)를 크게 상회하여 광섬유의 생산성을 500~1000% 정도로 향상시킬 수 있게 된다.
이하에 첨부된 청구범위는 단지 본 발명의 하나의 실시 예를 의미하는 것이며, 본 청구범위 이외에 본 발명의 구성 및 수단을 이용한 다양한 발명의 수정 또는 변경이 있을 수 있으나 그것 역시 발명의 개념에 있어서 본 발명의 범주에 속한다 할 것이다.
Claims (1)
- 광섬유의 강도를 높이기 위하여 탄소 증착 분위기인 캐리어 가스로서 헬륨(He)가스와 탄소원료인 사염화탄소(CCl4)를 증착 튜브(1) 내부로 주입시키고, 고온으로 가열시킴으로써 사염화탄소를 열분해하여 탄소막을 증착튜브 내부표면에 증착시키는 탄소막층(2) 형성단계와; 상기 탄소막이 증착된 광섬유 내부에 크래드층(3)과 코어층(4)을 형성함으로써 광섬유 모재를 제조하는 단계와; 상기 모재의 증착튜브 외부 표면에 아크릴 레진을 코팅함으로써 아크릴레진층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 광섬유 제조방법.
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| KR1019950024141A KR100195338B1 (ko) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | 탄소막이 증착튜브 내벽에 증착된 고강도 광섬유 및 그 제조방법 |
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| KR1019950024141A KR100195338B1 (ko) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | 탄소막이 증착튜브 내벽에 증착된 고강도 광섬유 및 그 제조방법 |
Publications (2)
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