NL8903059A

NL8903059A - Inwendige bekleding van een buis.

Info

Publication number: NL8903059A
Application number: NL8903059A
Authority: NL
Original assignee: Schott Glaswerke
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 1991-07-01
Also published as: FR2641270A1; GB2224731A; GB2224731B; JPH02149444A; US5059231A; GB8920604D0; DE3929604C2; FR2641270B1; DE3929604A1

Description

Inwendige bekleding van een buis.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een lichtgolvengeleidervezel-voorvorm door door plasma-impuls geïnduceerde chemische dampfase-afzetting (PICVD-werkwij-ze), waarbij een gasstroom door een glazen buis geleid en uit de gas-stroom een reeks van lagen met een bepaalde dikte en een bepaald verloop van de brekingsindex binnen een bekledingstraject op de binnenzijde van de glazen buis wordt afgezet.

De uitvinding betreft bovendien een buisvormige te bewerken glasbuis voor het uitvoeren van deze werkwijze.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit EP-A-0.036.191.

Bij de PICVD-werkwijze worden door korte plasma-impulsen in het traject van lage druk op het inwendige oppervlak van een glazen buis uit het door de buis stromende mengsel van de reactiegassen dunne, diëlek-trische lagen in een axiaal bekledingsgebied afgescheiden. De vorming van de laag geschiedt bij elke plasma-impuls praktisch gelijktijdig in het totale te bekleden buisgedeelte. Tijdens de impulspauzes vult dit buisgedeelte zich weer met vers reactiegas.

De dikte van de door een plasma-impuls op een plaats van de glazen buis afgescheiden laag is evenredig met de dichtheid van de moleculen, die op deze plaats - vóór de plasma-impuls - de laag vormen, waarbij elk molecuul aan de bekledingsreactie deelneemt, de opbrengst is derhalve 100#. Voorzover het plasma producerende veld azimutaal constant is, is de dikte van de lagen wegens de cirkelvormige symmetrie van een buis onafhankelijk van de toppuntshoek.

Aangezien in een glazen buis, die door gas wordt doorstroomd, een drukverval langs het bekledingsgebied van deze buis heerst, is de dichtheid van de moleculen, die de laag vormen, in dit bekledingstraject langs de buis niet constant, maar neemt in de stroomrichting van de gassen af, zodat ook de bekledingssnelheid in de gasstroomrichting afneemt. In het algemeen wordt echter een over het totale traject van de bekleding constante laagdikte nagestreefd. Dit geldt in het bijzonder voor aan de inwendige zijde beklede glazen buizen, waaruit voorvormen voor lichtgolvengeleiders vervaardigd worden. Deze voorvormen worden door collaberen van de beklede buis tot een staaf gevormd aan de constantheid van de laagdikte waarvan hoge eisen gesteld moeten worden.

Het is reeds voorgesteld (Brits octrooischrift 2.079-267) voor het bereiken van een gelijkmatige laagdikte van de afgezette lagen in het totale traject van de bekleding een kegelvormige glasstaaf, die zich coaxiaal langs het bekledingstraject uitstrekt, in de glazen buis te plaatsen, waarbij de omvang van deze glasstaaf aan het ingangseinde van het gas het grootste en bij het uittreedeinde van het gas het kleinste moet zijn.

Deze werkwijze heeft het nadeel, dat ook de glasstaaf wordt bekleed. Bovendien moet deze glasstaaf aan beide uiteinden van de te bekleden buis zo nauwkeurig vastgeklemd worden, dat afwijkingen van de positie ervan door invloeden tijdens de bekleden vermeden worden. Verder zijn trillingen van de staaf niet te vermijden.

Doel van de onderhavige uitvinding is derhalve een werkwijze van het in de aanhef beschreven type te verschaffen, waarmee op eenvoudige wijze een in het totale bekledingstraject van de te vervaardigen lichtgolvengeleider-voorvorm constant laagdikte profiel wordt verkregen en daardoor de economie van de werkwijze kan worden verhoogd.

Een verder doel van de uitvinding is een buisvormige te bewerken glasbuis ter beschikking te stellen, waarmee de werkwijze kan worden uitgevoerd.

Volgens de uitvinding worden deze doelstellingen met de werkwijze volgens conclusie 1 en de buisvormige te bekleden glasbuis volgens conclusie 5 bereikt.

Door de werkwijze volgens de uitvinding wordt op eenvoudige wijze een axiaal constante bekledingssnelheid in het totale bekledingstraject bereikt, doordat buisvormige te bekleden glasbuizen gebruikt worden, die zodanig zijn voorbehandeld, dat ze in de gasstroomrichting een continu groeiende inwendige diameter bezitten. Deze voorbehandeling bestaat hierin, dat een buis met constante inwendige diameter in het traject van de bekleding konisch in de gasstroomrichting verwijd, respectievelijk tegen de gasstroomrichting in vernauwd wordt. Daardoor wordt bereikt, dat de axiale verlaging van de dichtheid van de moleculen, die de laag vormen, in de richting van de gasstroom tengevolge van het drukverval langs het bekledingstraject van deze buis door een eveneens axiale stijging van het gasvolume juist wordt vereffend, dat de afgescheiden massa van de moleculen, die de laag vormen, per lengte-eenheid van de buis hoofdzakelijk constant is.

Met behulp van deze werkwijze is het natuurlijk ook mogelijk elke willekeurige laagdikte-gradiënt in het bekledingstraject van de buis in te stellen.

In een laminair met gas doorstromende buis met de inwendige diameter D daalt de druk van een waarde p^ na een buislengte z tot een druk p(z), die gegeven is door (1)

waarbij M de gasmassastroom en K een voor het betreffende gas typische stromingsconstante voorstelt.

Bij het gas gaat het normaliter om een mengsel, bestaande uit SiClij. en O2, waarbij deze componenten in de laag vormende reactie tot Si02+2Cl2 reageren.

Bij de PICVD-werkwijze is O2 in grote overmaat aanwezig, zodat het gasmengsel zich wat de stromingseigenschappen betreft praktisch als zuurstof gedraagt.

Aangezien SiCl/j. in zuurstof gelijkmatig verdeeld is, is de verhouding van de SiClzpdeeltj esdichtheid n op plaats 1 tot plaats z gegeven door

Het axiale verloop van de bekledingssnelheid is met de SiCl/p deeltjesdichtheid en derhalve met de druk p(z) evenredig en is derhalve niet gelijkmatig.

Aangezien bij de PICVD-werkwijze alle over de doorsnede van het inwendige oppervlak van de buis verdeelde SiCl^-moleculen gelijkmatig aan de bekleding van de wand deelnemen, voor zover druk en inwendige diameter niet te groot worden (p x £ 20 mbar x cm), kan de met dalende druk kleiner wordende deeltjesdichtheid door een vergroting van het inwendige oppervlak van de buis zo gecompenseerd worden, dat het in een volume-element van de buis aanwezige aantal SiCl^-moleculen per overeenkomend inwendig doorsnede-element van de buis constant is:

(2)

In dit geval wordt niet een axiaal gelijkmatig dikke laag, maar een axiaal gelijkmatig dwarsdoorsnedevlak aan laagmateriaal opgebracht, zodat bij het collaberen van de buis een in wezen axiaal gelijkmatig dikke kern van afgescheiden materiaal verkregen wordt.

Uit vergelijking (2) kan een bepalingsvergelijking voor de inwendige diameter van 'de buis op de plaats z afgeleid worden: (3)

is.

Aangezien in een trechtervormige buis het drukverloop door de vergelijking

waarbij (4) beschreven wordt, kan het verloop van de inwendige diameter D(z) uit de vergelijking (3) en (4) iteratief gemakkelijk bepaald worden.

Fig. 4 toont het bekledingsverloop in een volgens de uitvinding verwijde glasbuis, waarvan de inwendige diameter door de genoemde vergelijkingen (3) en (4) bepaald werd. De bekleding verloopt in de trechtervormig verwijde buis zodanig, dat na elkaar liggende ringsegmen-ten van in wezen gelijke massa respectievelijk gelijk volume resulteren.

De functie, volgens welke de diameter van de te bekleden buis axiaal veranderd moet worden, kan naast het verloop van de laagdikte in het bekledingstraject van een niet behandelde buis, dat wil zeggen een buis met over het totale bekledingstraject constante inwendige diameter (vergelijk fig. 1) bepaald worden.

Voor dit doel vormt men uit het ongelijkmatige verloop van de laagdikte langs de buiscoördinaat z, d(z), de correctiefunctie

waarbij dg (zq) de maximale laagdikte in het voor het toepassingsgeval (bijvoorbeeld de vervaardiging van een voorvorm) bruikbare bekledings-traject voorstelt.

Deze maximale laagdikte ligt bij het uiteinde, waar het gas binnentreedt, van het bekledingstraject, wanneer het gas aan het uiteinde, tegengesteld aan dat van het inkoppelorgaan van de microgol- ven, toegevoerd wordt.

Na de plaats gevonden hebbende axiale verandering van de inwendige diameter van de te bekleden buis stelt dg de inwendige diameter van de buis in de stromingsrichting van het gas voor tot de plaats zq en D(z) de inwendige diameter tot de plaats van de buis, die gebruikt moet worden (vergelijk fig. 2), waarbij

is.

Bij deze correctie wordt het verloop van de laagdikte enigszins overgecompenseerd, aangezien met een onveranderd drukverval gerekend wordt, maar de behandelde buis echter een veranderd drukverval veroorzaakt. Bij het hernieuwde (onder omstandigheden zich herhalende) toepassing van de correctieberekening kan de afwijking van het verloop van de laagdikte van het gewenste verloop willekeurig klein gemaakt worden.

Bij een uitvoeringsvoorbeeld werden buizen van kwartsglas met de typische afmetingen van een diameter van 20 mm en een wanddikte van 2 mm gebruikt. Bij de uitgangszijde van het gas werd in de werkwijze de druk op 3 mbar constant gehouden. Bij een massastroom M van de reactiegassen van ongeveer 250 scm3 (= standaard-kubieke centimeter (1013 mbar, 0°C)) ontstond derhalve over een lengte van 50 cm een drukverval van 0,4 mbar. Aangezien alle zich in het volume bevindende moleculen, die de laag vormen, op de binnenwand van de buis worden afgescheiden, was de neerslagsnelheid bij de ingang van het gas rond 13% hoger dan bij het uitgangseinde van het gas. De buis werd trechtervormig verwijd, zodat de maximale verwijding van het bekledingsuiteinde van het gas 0,26 cm bedroeg (D(zE) =2,26 cm). Deze verwijding van de buis geschiedde op een glasdraaibank. Hiertoe wordt de ingespannen buis zodanig aan een gasregelsysteem aangesloten, dat de druk in de buis van kwartsglas in het traject van 1/10 mbar zeer nauwkeurig geregeld kan worden. Bij een overdruk van 2 mbar wordt de buis met een H2/02“brander juist zo sterk verhit (2100°C), dat deze week wordt. Druk, brandertemperatuur en brandervooruitschuifsnelheid zijn zo optimaal gemaakt, dat een continue verwijding wordt bereikt. Er werd een bekleding bereikt met een na het collaberen over het totale bekledingstraject gelijkmatige kerndiameter van de voorvorm.

Fig. 3 toont het in wezen constante verloop van de kerndiameter in het bekledingstraject bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding. In vergelijking daarmee is gestippeld het verloop van de kerndiameter zonder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding getekend.

Het is gemakkelijk in te zien, dat de bekleding van een buisvormige te bewerken glasbuis volgens de werkwijze van de uitvinding tot een duidelijk beter, dat wil zeggen, in wezen constant verloop van de kerndiameter in de te vervaardigen lichtgolvengeleider-voorvorm leidt.

Claims

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een lichtgolvengeleider-voorvorm door door plasma-impuls geïnduceerde chemische afzetting uit de dampfase (PICVD-werkwijze), waarbij een gasstroom door een glazen buis geleid en uit de gasstroom een reeks lagen met een bepaalde dikte en een bepaald verloop van de brekingsindex binnen een bekledingstraject op de binnenzijde van de glazen buis wordt afgescheiden, met het kenmerk, dat men glazen buizen met een in het bekledingsgebied in de stromingsrich-ting van de gasstroom continu stijgende inwerdige diameter gebruikt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men voor de bepaling van de grootte van deze continue stijging het verloop van de laagdikte van een niet voorbehandelde glazen buis gebruikt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lagen in het bekledingsgebied van de glazen buis zo afgescheiden worden, dat in de door het collaberen van de glazen buis vervaardigde lichtgolvengelei-der-voorvorm een in wezen axiaal constant laagdikteprofiel resulteert.

4. Buisvormige te bewerken glasbuis, geschikt voor de vervaardiging van een lichtgolvengeleider-voorvorm door door plasma-impuls geïnduceerde chemische dampfasenafscheiding (PICVD-werkwijze), met het kenmerk, dat de inwendige diameter van de te bewerken glazen buis binnen het bekledingsgebied continu toeneemt.

5. Buisvormige te bewerken glazen buis volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat deze binnen het bekledingsgebied zodanig bekleed is, dat in de door collaberen van de te bewerken glazen buis vervaardigde lichtgolvengeleider-voorvorm een in wezen axiaal constant laagdikteprofiel resulteert.