CN109507772A - 光波导火焰水解法用火头组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光波导火焰水解法用火头组件，包括火头和套管，火头包括氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管，氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管均同轴设置，氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管均竖直设置，氯化硅进气管设置在氢气进气管的中间，氯化硅进气管的上端露在氢气进气管外，氢气进气管设置在氧气进气管的中间，氢气进气管的上端露在氧气进气管外，氯化硅进气管的下端、氢气进气管的下端以及氧气进气管的下端均位于套管内，氯化硅进气管的下端为氯化硅出气孔，氢气进气管的下端为氢气出气孔，氧气进气管的下端为氧气出气孔，氯化硅进气管的下端位于氢气进气管内，氢气进气管的下端位于氧气进气管内。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种光波导火焰水解法用火头组件，属于波导材料生产领域。
【背景技术】
SiO2光纤与SiO2波导与其它波导材料相比有许多优越性，它具有传输损耗低、易于集成、性能稳定等优点，目前是世界上应用最广的通信传输介质，制备SiO2光纤与SiO2波导的方法很多，主要有两种：化学汽相法(CVD)和火焰水解法(FHD)。化学汽相法由集成电路工艺演化而来，但SiO2生长速度不及火焰水解法，使用火焰水解法制备SiO2沉积速度快，易于实现掺杂，可制成稳定、高质量的光波导，成本低，是一种较好的方法。
火焰水解法、即在H2和O2的燃烧气氛中，通过SiCl4的水解作用，生成的SiO2颗粒沉积在初始棒或衬底上，然后将其放入高温炉中在空气中加热至玻璃化温度进行透明化处理。火焰水解反应，光波导组成元素的挥发性卤化物如四氯化硅及其他各种掺入元素的卤化物直接进入气体燃烧器的高温火焰中与水反应生成二氧化硅或掺杂的二氧化硅的超细粉末的过程。火焰水解反应的反应式为SiCI4(其他各种掺入元素，如GeCl4)+2H2O→SiO2(GeO2)↓+4HCI↑。
现有的火头由于各反应物之间接触不够充分，导致生产效率不高。此外生产出的SiO2容易沾附在火头的内壁上，导致火头的使用寿命降低。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种光波导火焰水解法用火头组件，具有更长的使用寿命以及反应效率。
解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种光波导火焰水解法用火头组件，包括火头和套管，火头包括氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管，氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管均同轴设置，氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管均竖直设置，氯化硅进气管设置在氢气进气管的中间，氯化硅进气管的上端露在氢气进气管外，氢气进气管设置在氧气进气管的中间，氢气进气管的上端露在氧气进气管外，氯化硅进气管的下端、氢气进气管的下端以及氧气进气管的下端均位于套管内，氯化硅进气管的下端为氯化硅出气孔，氢气进气管的下端为氢气出气孔，氧气进气管的下端为氧气出气孔，氯化硅进气管的下端位于氢气进气管内，氢气进气管的下端位于氧气进气管内。
本发明的有益效果为：
通过本发明的火头结构设计，氢气首先与氧气相互接触燃烧发生反应，且氢气和氧气是在氯化硅进气管的下端进行接触，因此通入的氯化硅从上往下流动过程中能够与生产的水汽充分发生接触，使得二氧化硅的生产效率得到了提升。此外由于反应位置位于氯化硅进气管的下端下方，受到氯化硅进气管内部氯化硅气压的冲击，因此生成的二氧化硅粉末也容易被气流沿氯化硅进气管的轴向吹走，不易沾附在火头上，使得火头使用寿命增大。套管则能对气流进行收束，限定发生反应的位置，使得整个生产过程可控。
本发明所述火头还包括惰性气体管，氧气进气管与惰性气体管同轴设置，氧气进气管的上端露在惰性气体管外，且氧气进气管的下端位于惰性气体管内，惰性气体管的上端露在套管外，惰性气体管的下端为惰性气体出气孔，惰性气体管的下端位于套管内。
本发明所述氯化硅进气管的上端为氯化硅进气口，氢气进气管的上端和氯化硅进气管之间密封，氢气进气管的上端侧壁设置有氢气进气口，氧气进气管的上端和氢气进气管之间密封，氧气进气管的上端侧壁设置有氧气进气口，惰性气体管的上端和氧气进气管之间密封，惰性气体管的上端侧壁设置有惰性气体进气口。
本发明所述氢气进气口位于氢气进气管的右侧部，氧气进气口位于氧气进气管的左侧部。
本发明所述惰性气体管通入有氖气。
本发明所述氯化硅进气口、氢气进气口、氧气进气口和惰性气体进气口处均设置有流量控制器。
本发明所述氯化硅进气管与氢气进气管之间可拆连接，氢气进气管和氧气进气管之间可拆连接，氧气进气管和惰性气体管之间可拆连接，惰性气体管和套管之间可拆连接。
本发明所述惰性气体管的外壁上设置有密封盖，套管的顶部设置有开口，密封盖盖合在开口处，惰性气体管通过密封盖安装在套管上。
本发明所述套管上开设有喷火孔和调节孔。
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
【附图说明】
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明实施例光波导火焰水解法用火头组件(组装状态)主视透视结构示意图；
图2为本发明实施例光波导火焰水解法用火头组件(组装状态)立体透视结构示意图；
图3为本发明实施例光波导火焰水解法用火头组件(拆分状态)主视透视结构示意图；
图4为本发明实施例光波导火焰水解法用火头组件(拆分状态)立体透视结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
如图1-4所示，本实施例展示的一种光波导火焰水解法用火头组件，包括火头和套管6。
火头包括氯化硅进气管1、氢气进气管2、氧气进气管3和惰性气体管4。氯化硅进气管1、氢气进气管2、氧气进气管3和惰性气体管4均同轴设置，氯化硅进气管1、氢气进气管2、氧气进气管3和惰性气体管4均竖直设置。
氯化硅进气管1的上端为氯化硅进气口11，氯化硅进气管1的下端为氯化硅出气孔12。氯化硅进气管1设置在氢气进气管2的中间，氯化硅进气管1的上端(即氯化硅进气口11)露在氢气进气管2外。从氯化硅进气口11通入氯化硅以及诸如氯化锗等气体，送至氯化硅出气孔12的下方。氯化硅进气管1的下端(即氯化硅出气孔12)位于氢气进气管2内，因此当氯化硅离开氯化硅出气孔12后首先进入氢气进气管2。
氢气进气管2的上端和氯化硅进气管1之间密封。氢气进气管2的上端侧壁设置有氢气进气口21，氢气进气管2的下端为氢气出气孔22。氢气进气管2设置在氧气进气管3的中间，氢气进气管2的上端和氢气进气口21露在氧气进气管3外，从氢气进气口21通入氢气，送往氢气出气孔22，氢气进气管2的下端(即氢气出气孔22)位于氧气进气管3内，因此氢气离开氢气出气孔22后首先进入氧气进气管3。
氧气进气管3的上端和氢气进气管2之间密封。氧气进气管3的上端侧壁设置有氧气进气口31，氧气进气管3的下端为氧气出气孔32。氧气进气管3设置在惰性气体管4的中间，氧气进气管3的上端和氧气进气口31露在惰性气体管4外，从氧气进气口31通入氧气，送往氧气出气孔32，氧气进气管3的下端(即氧气出气孔32)位于惰性气体管4内，因此氧气离开氧气出气孔32后首先进入惰性气体管4。
惰性气体管4的上端和氧气进气管3之间密封。惰性气体管4的上端侧壁设置有惰性气体进气口41，惰性气体管4的下端为惰性气体出气孔42。惰性气体管4设置在套管6的中间，惰性气体管4的上端和惰性气体进气口41露在套管6外，从惰性气体进气口41通入惰性气体，送往惰性气体出气孔42，惰性气体出气孔42位于套管6内，因此惰性气体离开惰性气体出气孔42后首先进入套管6。
本实施例中氯化硅进气管1的下端(即氯化硅出气孔12)、氢气进气管2的下端(即氢气出气孔22)以及氧气进气管3的下端(即氧气出气孔32)均位于套管6内。本实施例中整个反应过程被限制在套管6内。反应生成的氧化硅粉末被套管6收集，将套管6内壁上将氧化硅粉末刮除进行收集。
由于氯化硅、氧气及氢气均为易燃易爆气体，火头在工作之前需在套管6内充满惰性气体进行保护，故而本实施例中氯化硅进气口11、氢气进气口21、氧气进气口31和惰性气体进气口41处均设置有流量控制器，从而对氯化硅、氧气、氢气及惰性气体的流量进行控制。同时保证惰性气体流量大于氯化硅、氧气、氢气的流量，从而降低套管6内氯化硅、氧气及氢气体积浓度，避免发生过于剧烈的反应。
套管6上开设有喷火孔和调节孔。通过喷火孔对套管6气体进行点火，并通过调节孔进行通风对火焰的方向和形状进行控制。
一般，惰性气体管4通入有氖气或者氦气，因此套管6内的主要气体环境为氖气或者氦气。由于氖气和氦气分子量均小于氧气，故而氧气进气管3内在氢气出气孔22处的氧气更为倾向于向下移动。与之相对，氢气的分子量小于氖气和氦气分子量，故而氢气出气孔22处氢气向下的移动速度较为缓慢，因此在氢气出气孔22处氢气和氧气的接触浓度和接触体积为最大。点火后在氢气出气孔22处氢气和氧气的反应速率最大。而氯化硅的分子量远大于氖气和氦气分子量，因此从氯化硅出气孔12离开的氯化硅以较快速度通过氢气出气孔22处，因此氯化硅能够在氢氧燃烧反应最剧烈位置进行水解反应，氧化硅的反应速率能够获得极大提高，同时该反应位置位于氢气出气孔22附近，此外配合氯化硅气体、氧气、氢气和稀有气体的通入气流，氯化硅进气管1、氢气进气管2、氧气进气管3和惰性气体管4内壁不易沾染氧化硅的粉尘，故而火头的使用寿命也获得了增加。此外惰性气体出气孔42最为靠近套管6的底部，因此在套管6的惰性气体浓度相对是最高的，因而在套管6的底部附近较少生成氧化硅，因此在套管6的底部上沾附的氧化硅也比较容易刮除收集。整个反应过程最剧烈的范围在氧气出气孔32、氢气出气孔22和氯化硅出气孔12形成的一个阶梯状的腔体内。
优选的，氢气进气口21位于氢气进气管2的右侧部，氧气进气口31位于氧气进气管3的左侧部。因此氧气到达氧气出气孔32同时氢气到达氧气出气孔32时，氯化硅出气孔12下方左侧的氧气浓度大于氢气浓度，氯化硅出气孔12下方右侧氧气浓度小于氢气浓度，因此氢气和氧气的最大接触体积位置在氯化硅出气孔12的正下方，氯化硅的进气和出气方向均为沿竖直方向，此外氯化硅的分子量相对氦气和氖气较大，因此氯化硅离开氯化硅出气孔12的速率较大，因此上述结构进一步确保和提升了氧化硅的生产速率，尽可能使氯化硅气体的移动路径途经氢氧接触浓度最大燃烧反应最剧烈位置，加快氧化硅的生产效率。此外该结构还能使氧气气瓶和氢气气瓶更易于相对远离放置，提高生产现场安全性。
优选的，惰性气体进气口41位于惰性气体管4的右侧部，此时惰性气体气瓶可以和氢气气瓶位于整个火头的右侧，而氧气气瓶位于火头的左侧，以节省生产过程占用空间。
在长期使用过程中，氧化硅的粉尘不可避免地可能沾附在火头和套管6的内壁上，当火头和套管6内壁上不可清除的氧化硅量过多，就可能造成堵塞或者通气不顺，为此本实施例中氯化硅进气管1与氢气进气管2之间可拆连接，氢气进气管2和氧气进气管3之间可拆连接，氧气进气管3和惰性气体管4之间可拆连接，惰性气体管4和套管6之间可拆连接。以使得对沾附过多二氧化硅的部件进行更换，从而延长整个光波导火焰水解法用火头组件的使用寿命。套管6拆卸后可以对其内壁的氧化硅进行刮除收集。
具体方式以惰性气体管4为例，惰性气体管4的外壁上设置有密封盖5，套管6的顶部设置有开口，密封盖5盖合在开口处，惰性气体管4通过密封盖5安装在套管6上。密封盖5一方面实现了惰性气体管4和套管6之间的安装，还对套管6的顶端起到密封作用。此外本实施例中套管6的下端密封，从而实现套管6对二氧化硅的收集作用。套管6拆卸后则从开口处对套管6内壁的氧化硅进行收集刮除。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (9)
1.一种光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：包括火头和套管，火头包括氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管，氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管均同轴设置，氯化硅进气管、氢气进气管以及氧气进气管均竖直设置，氯化硅进气管设置在氢气进气管的中间，氯化硅进气管的上端露在氢气进气管外，氢气进气管设置在氧气进气管的中间，氢气进气管的上端露在氧气进气管外，氯化硅进气管的下端、氢气进气管的下端以及氧气进气管的下端均位于套管内，氯化硅进气管的下端为氯化硅出气孔，氢气进气管的下端为氢气出气孔，氧气进气管的下端为氧气出气孔，氯化硅进气管的下端位于氢气进气管内，氢气进气管的下端位于氧气进气管内。
2.根据权利要求1所述的光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：所述火头还包括惰性气体管，氧气进气管与惰性气体管同轴设置，氧气进气管的上端露在惰性气体管外，且氧气进气管的下端位于惰性气体管内，惰性气体管的上端露在套管外，惰性气体管的下端为惰性气体出气孔，惰性气体管的下端位于套管内。
3.根据权利要求2所述的光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：所述氯化硅进气管的上端为氯化硅进气口，氢气进气管的上端和氯化硅进气管之间密封，氢气进气管的上端侧壁设置有氢气进气口，氧气进气管的上端和氢气进气管之间密封，氧气进气管的上端侧壁设置有氧气进气口，惰性气体管的上端和氧气进气管之间密封，惰性气体管的上端侧壁设置有惰性气体进气口。
4.根据权利要求3所述的光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：所述氢气进气口位于氢气进气管的右侧部，氧气进气口位于氧气进气管的左侧部。
5.根据权利要求4所述的光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：所述惰性气体管通入有氖气。
6.根据权利要求5所述的光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：所述氯化硅进气口、氢气进气口、氧气进气口和惰性气体进气口处均设置有流量控制器。
7.根据权利要求6所述的光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：所述氯化硅进气管与氢气进气管之间可拆连接，氢气进气管和氧气进气管之间可拆连接，氧气进气管和惰性气体管之间可拆连接，惰性气体管和套管之间可拆连接。
8.根据权利要求7所述的光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：所述惰性气体管的外壁上设置有密封盖，套管的顶部设置有开口，密封盖盖合在开口处，惰性气体管通过密封盖安装在套管上。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的光波导火焰水解法用火头组件，其特征在于：所述套管上开设有喷火孔和调节孔。
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2018
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