CN212770473U - 一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,包括两组OVD喷灯、夹具、伺服电机、压力传感器和废气出口;芯棒设于腔体内的中心位置,芯棒两端通过夹具与腔体侧壁连接,芯棒的端部设有伺服电机;芯棒一侧设有两组OVD喷灯,两组OVD喷灯围绕芯棒的周向排布;腔体上部设有若干废气出口,腔体内产生的反应气体由所述废气出口排出;废气出口一侧的腔体外侧壁上设有压力传感器。本实用新型可快速、高效制备外径均匀、大尺寸光纤预制棒,利用本发明喷灯制备的光纤预制棒,喷灯的长度就是预制棒的长度所以不需要移动喷灯,减少了因为来回移动喷灯带来的两端报废,同时原料管路的交叉设计弥补了外径不均匀的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤制造领域,具体涉及一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置。
背景技术
随着光通信的高速发展,国内外光纤市场的竞争愈加惨烈,降低光纤制造成本,提高产品质量,制造大尺寸光纤预制棒已经是中国光纤行业的必然之路。在降低光纤制造成本方面,一方面降低光纤制造过程中的芯棒、拉伸、外包等各工序废品率,另外一方面是改进工艺降低包括He、提高生产效率、提高四氯化硅利用率等。光纤预制棒主流制备技术包括PCVD法、MCVD法、OVD法、VAD法及APVD法,目前国内比较常见的是VAD结合OVD全合成工艺制备光纤预制棒,为了降低光纤制造成本,外包层制备工序存在很大的提升空间。其中OVD法是由Corning公司研发用于制备预制棒芯棒的,经过科技发展OVD法被也广泛应用于制备外包层,其化学反应机理为火焰水解过程,就是气态卤化物(SiCl4等)通过氢氧焰或甲烷焰进行反应,生产大量纳米尺寸的白色“SOOT”粉末,随着棒体沿着喷灯往复移动,渐渐在芯棒上沉积一层层粉末直至变为一个预定尺寸、形貌的预制棒疏松体,沉积结束后的疏松体要在高温烧结炉中通过脱气、烧结最终得到透明、玻璃状预制棒。OVD法优点是沉积速率快、沉积效率高、工艺简单等优点,已经成为制备大尺寸光纤预制棒的主流方向。
提高设备光纤预制棒产能,主要就是提高沉积速率。现有技术中通过再沉积腔体的一侧竖直安设有一排等距间隔的喷灯,虽然可以明显的提高OVD外包的沉积速率,然而单纯提高喷灯数量会带来诸如外径不均匀、沉积效率低、SOOT棒密度不均匀容易开裂等缺点。
发明内容
本实用新型目的在于针对现有制备过程中存在的外径不均匀、沉积效率低、SOOT棒密度不均匀容易开裂等缺点,提供一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置。
为实现上述目的,本实用新型提供的技术方案是:
一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,包括腔体和芯棒,还包括两组OVD喷灯、夹具、伺服电机、压力传感器和废气出口;所述的芯棒设于腔体内的中心位置,芯棒两端通过夹具与腔体侧壁连接,芯棒的端部设有伺服电机,所述伺服电机的输出轴与芯棒连接,用于带动芯棒在腔体内旋转;所述的芯棒一侧设有两组OVD喷灯,所述的两组OVD喷灯围绕芯棒的周向排布,OVD喷灯与所述芯棒的表面之间留有间隙,两组OVD喷灯的喷口朝向芯棒的表面,所述的芯棒旋转时,两组OVD喷灯对芯棒表面进行颗粒沉积;所述的腔体上部设有若干废气出口,腔体内产生的反应气体由所述废气出口排出;废气出口一侧的腔体外侧壁上设有压力传感器。
为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
上述的OVD喷灯包括并列设置的多组原料管路、多组惰性气体管路、多组可燃性气体管路以及多组氧化剂管路,所述惰性气体管路、可燃性气体管路和氧化剂管路的出气口偏向所述原料管路的出气口;其中,所述的多组原料管路设于OVD喷灯的中心位置,原料管路之间交错排布;原料管路的两侧对称设置惰性气体管路,所述的惰性气体管路之间平行设置;惰性气体管路的外侧设置可燃性气体管路,所述的可燃性气体管路之间平行设置;可燃性气体管路的外侧设置氧化剂管路,所述的氧化剂管路之间平行设置;所述的可燃性气体管路与氧化剂管路之间采用交错排布。
上述的原料管路、惰性气体管路、可燃性气体管路以及氧化剂管路上均设有球状缓冲腔。
上述的原料管路内设置硅基原料与氧气的混合气体;所述的惰性气体管路内设置氩气;所述的可燃性气体管路内设置氢气或甲烷;所述的氧化剂管路内设置氧气。
上述的两组OVD喷灯之间的设置角度为30~35°。
上述的OVD喷灯上设有用于检测芯棒直径的CCD照相机。
上述的芯棒上还设有用于检测芯棒重量的重量探测器。
上述OVD喷灯的长度与芯棒上需要加工的长度一致。
本实用新型相比于现有技术的优点为:
1. 本实用新型为设置两组喷灯的OVD外包设备,可快速、高效制备外径均匀、大尺寸光纤预制棒。利用本发明喷灯制备的光纤预制棒,喷灯的长度就是预制棒的长度所以不需要移动喷灯,减少了因为来回移动喷灯带来的两端报废,同时原料管路的交叉设计弥补了外径不均匀的缺陷,且两组喷灯的设计可快速制备大尺寸光纤预制棒疏松体。
2. 喷灯设计为带状喷灯,可减少往复运动带来的设备损坏提高了设备稳定性,另外整个喷灯面的设计,可大幅提高沉积速率,喷灯气路的球状缓冲可让各管路的工艺气体更加均匀火焰稳定性更强。
3. 本实用新型两组喷灯的设计理念,同时沉积作业,进一步大幅提高沉积速率,120kg的光纤预制棒疏松体仅需要10小时即可沉积完成,大大提高了设备产能。
附图说明
图1是本实用新型整体结构示意图。
图2是本实用新型的OVD喷灯俯视图。
图3是本实用新型的OVD喷灯截面图。
图4是本实用新型沉积不同阶段光纤预制棒疏松体密度图。
图5是本实用新型不同工艺气体流量的喷灯火焰示意图。
图6是本实用新型OVD喷灯与芯棒位置结构示意图。
图中序号,1-腔体、2-芯棒、3-OVD喷灯、4-夹具、5-伺服电机、6-压力传感器、7-废气出口、8-CCD照相机、9-重量探测器、31-原料管路、32-惰性气体管路、33-可燃性气体管路、34-氧化剂管路、35-球状缓冲腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1所示的一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,包括腔体1和芯棒2,还包括两组OVD喷灯3、夹具4、伺服电机5、压力传感器6和废气出口7;所述的芯棒2设于腔体1内的中心位置,芯棒2两端通过夹具4与腔体1侧壁连接,芯棒2的端部设有伺服电机5,所述伺服电机5的输出轴与芯棒2连接,用于带动芯棒2在腔体1内旋转;所述的芯棒2一侧设有两组OVD喷灯3,所述的两组OVD喷灯3围绕芯棒2的周向排布,具体参见图6的设置,OVD喷灯3与所述芯棒2的表面之间留有间隙,用于对芯棒表面进行喷射沉积,两组OVD喷灯3的喷口朝向芯棒2的表面,所述的芯棒2旋转时,两组OVD喷灯3对芯棒2表面进行颗粒沉积;所述的腔体1上部设有若干废气出口7,腔体1内产生的反应气体由所述废气出口7排出,通过控制废气出口的闭合可以对腔体内的压力进行控制;废气出口7一侧的腔体1外侧壁上设有压力传感器6,用于检测并控制腔体内部的压力,优选的,所述的压力传感器采用PT124G-111型号。
参见图2和图3,所述的OVD喷灯3包括并列设置的多组原料管路31、多组惰性气体管路32、多组可燃性气体管路33以及多组氧化剂管路34,所述惰性气体管路32、可燃性气体管路33和氧化剂管路34的出气口偏向所述原料管路31的出气口;每一路的管路出气口设有喷嘴,喷嘴的直径可在2~8mm;其中,所述的多组原料管路31设于OVD喷灯3的中心位置,原料管路31之间交错排布;原料管路31的两侧对称设置惰性气体管路32,所述的惰性气体管路32之间平行设置;惰性气体管路32的外侧设置可燃性气体管路33,所述的可燃性气体管路33之间平行设置;可燃性气体管路33的外侧设置氧化剂管路34,所述的氧化剂管路34之间平行设置;所述的可燃性气体管路33与氧化剂管路34之间采用交错排布。
本实施例中,所述原料管路31、惰性气体管路32、可燃性气体管路33以及氧化剂管路34上均设有球状缓冲腔35。
本实施例中,所述的原料管路31内设置硅基原料与氧气的混合气体;所述的惰性气体管路32内设置氩气;所述的可燃性气体33管路内设置氢气或甲烷;所述的氧化剂管路34内设置氧气。
本实施例中,所述的两组OVD喷灯3之间的设置角度为30~35°。
本实施例中,所述的OVD喷灯3上设有用于检测芯棒直径的CCD照相机8,所述的CCD照相机8用于实时检测芯棒的直径,并在目标长度方向做上下运动以对目标芯棒进行测量。
本实施例中,所述芯棒2上还设有用于检测芯棒重量的重量探测器9,通过检测每个阶段的实际重量来进一步得到二氧化硅疏松体不同阶段整体平均密度。所述的重量探测器9采用TSC-06-BOOX型号,可以对沉积过程中的芯棒进行实时的重量监测和记录。
本实施例中,所述OVD喷灯3的长度与芯棒2上需要加工的长度一致。
本实用新型的具体使用过程:
具体的光纤预制棒疏松体制备方法实施步骤:
第一步:采用VAD或PCVD等工艺制备芯棒疏松体,然后在高温烧结炉中通过脱水烧结得到透明的芯棒,芯棒具备一定的芯包比例和特定折射率剖面,通过拉伸后得到目标直径的芯棒。
第二步:在焊接上下把柄后通过酸洗(一定比例的HF+H2SO4溶液)或者火焰抛光,去除芯棒表面的杂质。
第三步:安装到本实用新型的装置中,进行外包层沉积。
其中,使用四氯化硅为主要沉积原料,氢气作为燃料气体,氧气作为氧化剂气体、氩气作为惰性保护气体,原料气体和各工艺气体均从两组OVD喷灯喷出,经过高温水解反应生产二氧化硅颗粒沉积在目标芯棒上。如上所述,最开始是一组喷灯沉积,在芯棒直径达到50~80mm时,两组OVD喷灯同时工作,大幅度提高沉积速率。废气出口可以控制腔体的相对压力差为300~900pa,具体可以通过压力传感器进行检测。当芯棒在伺服电机带动下进行转动时,转速从沉积开始时的150r/min到沉积结束时的65~85r/min,沉积开始前先不通入四氯化硅,用氢氧焰对芯棒表面进行火焰抛光,进一步提高芯棒表面的洁净度和芯棒预热,然后开始按照沉积配方进行,四氯化硅的流量从最开始的0.8 l/min到沉积结束的10 l/min,其他工艺气体根据配方同时改变,由于本实施例中采用两组喷灯同时沉积,沉积一根120kg光纤预制棒疏松体大约需要9~10小时,外径均为350mm,密度大约为0.55g/min。
参见图4是根据本实施例中沉积的二氧化硅疏松体不同阶段整体平均密度,其中纵坐标是密度单位是g/cm3,横坐标是1~12个沉积阶段,可明显看出,密度从内到外缓慢较低,密度差异较小,因此在运输和烧结过程中不容易开裂,提高了制造合格率。
参见图5,由于制备的芯棒直径不尽相同,一般从30~50mm,不同直径的芯棒需要匹配不同的沉积配方。本实施例中验证了不同流量下的火焰状态,以匹配不同芯棒。纵坐标是火焰高度,最高的火焰有效高度约为680mm,横坐标是工艺气体综合流量,随着流量增加很显然火焰有效高度在降低,但是喷射的四氯化硅流量在增加。其中火焰可分为湍流火焰部分和层流火焰部分,层流火焰部分很明显火焰较为稳定,湍流火焰部分火焰已经开始抖动和分层,如二氧化硅颗粒并不能均匀分布在有效喷涂面积上可导致沉积到芯棒表面的二氧化硅层密度不均匀且由于湍流层火焰温度较高和二氧化硅颗粒物团聚现象明显,很容易在芯棒表面集结凸起物导致较难烧结透明影响光纤预制棒外观。所以一般选择分界点以内的层流层火焰直喷到芯棒表面。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,包括腔体(1)和芯棒(2),其特征在于:还包括两组OVD喷灯(3)、夹具(4)、伺服电机(5)、压力传感器(6)和废气出口(7);所述的芯棒(2)设于腔体(1)内的中心位置,芯棒(2)两端通过夹具(4)与腔体(1)侧壁连接,芯棒(2)的端部设有伺服电机(5),所述伺服电机(5)的输出轴与芯棒(2)连接,用于带动芯棒(2)在腔体(1)内旋转;所述的芯棒(2)一侧设有两组OVD喷灯(3),所述的两组OVD喷灯(3)围绕芯棒(2)的周向排布,OVD喷灯(3)与所述芯棒(2)的表面之间留有间隙,两组OVD喷灯(3)的喷口朝向芯棒(2)的表面,所述的芯棒(2)旋转时,两组OVD喷灯(3)对芯棒(2)表面进行颗粒沉积;所述的腔体(1)上部设有若干废气出口(7),腔体(1)内产生的反应气体由所述废气出口(7)排出;废气出口(7)一侧的腔体(1)外侧壁上设有压力传感器(6)。
2.根据权利要求1所述的一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,其特征在于:所述的OVD喷灯(3)包括并列设置的多组原料管路(31)、多组惰性气体管路(32)、多组可燃性气体管路(33)以及多组氧化剂管路(34),所述惰性气体管路(32)、可燃性气体管路(33)和氧化剂管路(34)的出气口偏向所述原料管路(31)的出气口;其中,所述的多组原料管路(31)设于OVD喷灯(3)的中心位置,原料管路(31)之间交错排布;原料管路(31)的两侧对称设置惰性气体管路(32),所述的惰性气体管路(32)之间平行设置;惰性气体管路(32)的外侧设置可燃性气体管路(33),所述的可燃性气体管路(33)之间平行设置;可燃性气体管路(33)的外侧设置氧化剂管路(34),所述的氧化剂管路(34)之间平行设置;所述的可燃性气体管路(33)与氧化剂管路(34)之间采用交错排布。
3.根据权利要求2所述的一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,其特征在于:所述原料管路(31)、惰性气体管路(32)、可燃性气体管路(33)以及氧化剂管路(34)上均设有球状缓冲腔(35)。
4.根据权利要求2所述的一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,其特征在于:所述的原料管路(31)内设置硅基原料与氧气的混合气体;所述的惰性气体管路(32)内设置氩气;所述的可燃性气体管路(33)内设置氢气或甲烷;所述的氧化剂管路(34)内设置氧气。
5.根据权利要求1所述的一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,其特征在于:所述的两组OVD喷灯(3)之间的设置角度为30~35°。
6.根据权利要求1所述的一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,其特征在于:所述的OVD喷灯(3)上设有用于检测芯棒直径的CCD照相机(8)。
7.根据权利要求1所述的一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,其特征在于:所述芯棒(2)上还设有用于检测芯棒重量的重量探测器(9)。
8.根据权利要求1所述的一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置,其特征在于:所述OVD喷灯(3)的长度与芯棒(2)上需要加工的长度一致。
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CN111517633B (zh) * | 2020-04-27 | 2024-07-23 | 通鼎互联信息股份有限公司 | 一种对光纤预制棒疏松体进行外包层的高速沉积装置的使用方法 |
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