TW200533616A - Method for producing porous glass base material for optical fiber and glass base material - Google Patents

Description

200533616 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是使利用玻璃原料之氫氧焰沉積法（flame h y d r ο 1 y s i s d e ρ 〇 s i t i ο η )堆積於起始構件所形成之多孔質玻 璃母材的製造方法，特別是可提高玻璃微粒子之堆積效率 的光纖用多孔質玻璃母材之製造方法以及玻璃母材。 【先前技術】 合成石英玻璃被用於光纖及遮罩基板、透鏡等各種用 途，而合成石英玻璃的製造方法，則多採用 VAD法（軸 向汽相沉積法）。 VAD法，是使SiCl4之類的玻璃原料在燃燒器火焰中 形成氫氧焰沉積，並使所形成的玻璃微粒子堆積在一邊旋 轉且以一定速度上升的起始構件上而製作出多孔質玻璃母 材，並於高溫中對該多孔質玻璃母材進行脫水，獲得形成 透明玻璃化的合成石英玻璃。 在 VAD法中，除了以預先準備的玻璃棒作爲起始構 件，並使玻璃微粒子堆積於其周圍後合成外周部的方法之 外，也可以同時合成相當於前述起始構件的中心部與外周 部。 雖然利用氫氧焰沉積所形成的玻璃微粒子，將與火焰 流同時吹附於起始構件的堆積面而形成附著•堆積，但其 中一部分（雖然因條件而異，但約5成）將不形成堆積’ 而與排氣同時排放至系統外。 -4 - 200533616 (2) 由VAD法所合成之光纖用多孔質玻璃母材，通常具 有第1圖所示的形狀，從中心起依序形成芯部（a )、第1 包覆部（b)、第2包覆部（c)。在上述的結構中，各堆 積層是單純地增加其外徑（請參考專利文獻1 )。 多孔質玻璃母材，如第2圖所示，首先是利用芯部堆 積用燃燒器形成作爲芯部的中心棒2，再利用第丨包覆部 堆積用燃燒器3於中心棒2上堆積第1包覆部，接著利用 • 第2包覆部堆積用燃燒器4於第1包覆部上堆積第2包覆 部，而形成多孔質玻璃母材。 由第1包覆部堆積用燃燒器3所形成的微粒子流5， 如剖面線所不碰到中心部2後分流於左右側並上升，稍後 從表面分離，最終排出至系統外。此時，雖然未形成堆積 的未附著玻璃微粒子（煙灰），大部分將與排氣同時被排 出至系統外，但其中一部分會附著·堆積於反應容器的內 壁。 〔專利文獻1〕 曰本特開2000-63 1 4 1號公報 【發明內容】 〔發明欲解決之課題〕 雖然合成石英玻璃用於各種用途，但近年來用於光纖 的部份卻特別強烈要求大型化，如此一來未附著的煙灰量 也隨之大增，而導致原料成本大增。除此之外，當堆積面 200533616 (3) 上之玻璃微粒子的附著率低時，未形成附著的煙灰將附 著·堆積於反應容器的內壁，一旦其剝落後附著於堆積面 上，將使製品產生氣泡而導致良品率下降。 因此，期待一種能以更高效率使所產生之玻璃微粒子 附著於堆積面的方法。 本發明是提供一種：可提高玻璃微粒子對堆積面之附 著率，降低反應容器內之浮游煙灰，並防止製品中產生氣 • 泡之多孔質玻璃母材的製造方法及玻璃母材。 〔解決課題之手段〕 經本發明團隊不斷硏究所獲得可解決上述問題的發 明，也就是本發明的多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵 是使玻璃原料在氫氧火焰中形成氫氧焰沉積，當所產生的 玻璃微粒子形成堆積以製造多孔質玻璃母材之際，使中心 棒配合玻璃微粒子的堆積以大致一定的速度上升，並面對 • 玻璃微粒子堆積面，從斜下方噴射含有由堆積用燃燒器所 合成之玻璃微粒子的火焰流，而於堆積體的堆積底面形成 凹部並加以堆積。 中心棒可以採用：使用不同於堆積用燃燒器的另一個 燃燒器使玻璃微粒子堆積於軸方向後產生的多孔質玻璃材 所構成的材料、或透明玻璃材、或最好採用石英玻璃材所 形成的材料。石英玻璃材可以在直徑方向上的材質相同， 或亦可是其中一部份含摻雜劑的材質。 雖然形成於堆積底面之凹部的形狀，最好是根據供給 -6- (4) 200533616 至堆積用燃燒器之玻璃原料的流量來調整，但亦可根據供 給至堆積用燃燒器的燃燒氣體或助燃氣體的流量來調整。 此外，堆積用燃燒器最好是設置成對垂直配置的中心棒形 成30〜50度的角度。 當使根據上述方式製造的多孔質玻璃母材進行脫水， 並於燒結之後再進行透明玻璃化，能以低成本製造可獲得 光學特性良好的玻璃母材。 〔發明的效果〕 藉由對根據上述方式製造的多孔質玻璃母材脫水，並 形成燒結•透明玻璃化，能以低成本製造出具有良好光學 特性的石英玻璃來作爲光纖用玻璃母材。 【實施方式】 本發明團隊發現除了玻璃原料的流量、燃燒器火焰的 • 流速、堆積面的溫度之外，可提高玻璃微粒子之附著率的 方法，根據適合堆積的形狀來調整堆積面，具體來說’是 藉由在堆積體的堆積底面形成凹部堆積的方式來達成課 題。 由第1、2圖可淸楚得知，堆積過程中之多孔質玻璃 母材的下部，主要是由第1包覆部堆積用燃燒器3所形 成。該第1包覆部堆積用燃燒器除了可形成第1包覆部’ 也具有藉由對芯部的側面加熱來調整折射率分布的功能’ 因此，玻璃微粒子的附著率較於其他的堆積用燃燒器低° -7-

200533616 (5) 本發明可改善上述的問題，藉由右 形成凹部，可提高由第1包覆部堆積用 玻璃微粒子的附著率，此外藉由增加第 也能提高第2包覆部的附著率，進而满 內之剩餘煙灰。 採用第3圖作進一步的詳細說明。 首先，利用芯部堆積用燃燒器1 1 用第1包覆部堆積用燃燒器3 (以下領 中心棒2的周圍形成第1包覆部。以圍 於第1包覆部的堆積底面形成凹部6。 可根據供給至燃燒器3的氣體流量作謂 3是設置成對中心棒2形成3 0〜5 0度K 未滿3 0度時將使附著率降低，而一旦诗 成凹部，因此並不合適。 由燃燒器3所形成的玻璃微粒子流 碰到中心棒2後分流於左右兩側的部份 所形成的凹溝，並於再度合流之後從堆 由於玻璃微粒子流5通過凹部6的凹溝 的接觸時間，盡而提高玻璃微粒子的附 凹部6的形狀，由於是取決於玻璃 之中心棒2的粗細、供給至燃燒器3之 體等的流量、速度、甚至燃燒器3的口 之形狀的調整無法一槪而論，朝增加玻 進行即可，特別較通常有效。 堆積體的堆積底面 燃燒器3所噴出之 1包覆部的外徑， 少浮游於反應容器 多成中心棒2，並利 Ϊ稱爲燃燒器3 )於 繞中心棒2的方式 該凹部6的形狀， I整。此外，燃燒器 丨角度。由於該角度 g過5 0度將難以形 5如剖面線所示， t，將通過由凹部6 積面分離。因此， ’而增加與堆積面 著率。 微粒子流5所碰觸 原料氣體或燃燒氣 徑等，因此凹部6 璃原料流量的方向 200533616 (6) 此外，第3圖的例子中，雖然是利用1個燃燒器3來 執行第1包覆部的形成，但亦可配置複數個燃燒器3。此 外，雖然是利用芯部堆積用燃燒器1同時形成作爲芯部的 中心棒2，但亦可使用預先準備的石英玻璃棒等作爲中心 棒2 〇 〔實施例〕 • 實施例1 對燃燒器的供給氣體量，H2爲13L/min、02爲 14L/min、Ar爲2L/min，玻璃原料（SiCl4)則爲較平常多 的0.8 L / m i η。燃燒器’是面對由直徑3 0 m m之透明石英玻 璃所構成的中心棒呈4 5度的角度而形成上仰配置，並在 使中心棒迴轉的狀態下以〇.8mm/min的速度上升，使玻璃 微粒子堆積於中心棒的周圍而合成多孔質玻璃母材。 在堆積的過程中，於堆積體的堆積底面、中心棒的周 II 圍形成通路狀的凹部（凹溝），燃燒器的火焰流通過該凹 溝流動，玻璃微粒子的附著率可達成極高的8 7 %。 比較例1 除了玻璃原料（S i C 14 )的流量爲一般的〇 . 4 5 L /m i η之 外’其他均採用與實施例1相同的條件執行堆積，且未於 堆積體上形成凹部，其外徑只是單純地朝多孔質玻璃母材 的長軸方向增大。而玻璃微粒子的附著率爲62 %。 (7) (7)200533616 〔產業上的利用性〕 根據本發明之多孔質坡璃母材的製造方法，可達成玻 璃微粒子之附著率的提升，進而降低光纖的成本。 【圖式簡單說明】 第1圖：（A ) 、 （ B )圖均是顯示利用VAD法所合 成之多孔質玻璃母材的輪廓，毎一個的堆積層均單純地朝 外徑方向增大。 第2圖：顯示傳統玻璃微粒子之堆積樣子的槪略圖。 第3圖：顯示根據本發明隻玻璃微粒子的堆積樣子槪 略圖。 〔主要元件符號說明〕 1 :芯部堆積用燃燒器 2 :中心棒（芯部） 3 :第1包覆部堆積用燃燒器 4 :第2包覆部堆積用燃燒器 5 :玻璃微粒子流 6 :凹部 -10-

Claims (1)

1. 200533616 ⑴ 十、申請專利範圍 1 · 一種多孔質玻璃母材的製造方法，是使玻璃原料在 氫氧火焰中形成氫氧焰沉積，當所產生的玻璃微粒子形成 堆積以製造多孔質玻璃母材之際，使中心棒配合玻璃微粒 子的堆積以大致一定的速度上升，並面對玻璃微粒子堆積 面’從斜下方噴射含有由堆積用燃燒器所合成之玻璃微粒 子的火焰流，而於堆積體的堆積底面形成凹部並加以堆 # 積。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載之多孔質玻璃母材的 製造方法’其中前述中心棒是使用不同於前述堆積用燃燒 器的另一個燃燒器來使玻璃微粒子堆積於軸方向而成長形 成的多孔質玻璃材。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所記載之多孔質玻璃母 材的製造方法，其中前述中心棒爲透明玻璃材。 4 ·如申請專利範圍第3項所記載之多孔質玻璃母材的 ® 製造方法，其中前述透明玻璃材爲石英玻璃材，可以是在 直徑方向上的材質相同’或是其中一部份含摻雜劑的材 質。 5 ·如申請專利範圍第1〜4項之任一項所記載之多孔質 玻璃母材的製造方法，其中形成於堆積底面之凹部的形 狀’是根據供給至堆積用燃燒器之玻璃原料的流量來調 整。 6 ·如申請專利範圍第1〜5項之任一項所記載之多孔質 玻璃母材的製造方法，其中形成於堆積底面之凹部的形 -11 - 200533616 (2) 狀’是根據供給至堆積用燃燒器的燃燒氣體或助燃氣體的 流量來調整。 7 .如申請專利範圍第1〜6項之任一項所記載之多孔質 玻璃母材的製造方法，其中前述的堆積用燃燒器是設置 成：對垂直配置的中心棒形成3 0〜5 0度的角度。 8 · —種玻璃母材，是對採用申請專利範圍第〗〜7項之 任一項所記載之多孔質玻璃母材的製造方法所製造的多孔 質玻璃母材進行脫水，並於燒結之後再進行透明玻璃化所 形成。

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