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一种制造光纤预制件的方法及装置实施方式

2022/07/13198 作者:佚名
导读:如图1所示,《一种制造光纤预制件的方法及装置》的制造装置包括球形反应容器4和连接于其上部的法兰管1;球形反应容器4的中部左侧固定排气口9,其下部自下而上依次固定第一喷枪7和第二喷枪8,两只喷枪均朝向排气口9,气流整流体3和种棒5连接在引棒2下端的滑套16上并竖直置于反应容器4内,种棒的下端稍伸出在气流整流体的下端并与喷枪对应;气流整流体的直径为最终制成的光纤预制件6直径的0.5~1.5倍,随着光纤

如图1所示,《一种制造光纤预制件的方法及装置》的制造装置包括球形反应容器4和连接于其上部的法兰管1;球形反应容器4的中部左侧固定排气口9,其下部自下而上依次固定第一喷枪7和第二喷枪8,两只喷枪均朝向排气口9,气流整流体3和种棒5连接在引棒2下端的滑套16上并竖直置于反应容器4内,种棒的下端稍伸出在气流整流体的下端并与喷枪对应;气流整流体的直径为最终制成的光纤预制件6直径的0.5~1.5倍,随着光纤预制件预定直径的改变而改变,保证其与法兰管1内壁之间有适当的缝隙供气流通过,同时保证反应容器内的气流稳定性。

图2所示为气流整流体的第一种结构,它由两块完全轴对称的空心半圆柱单元10组成,其下部不闭合。在制造预制件的过程中,从法兰管1上端引导至反应容器内的气流沿法兰管内壁与气流整流体之间的空隙向下流动,在反应容器内形成稳定的气体流动场,可以有效地减小光纤预制件在提升过程中对气体流动场的影响。

图3所示为气流整流体的第二种结构,它同样由两块完全轴对称的空心半圆柱单元10组成,其下部闭合。下部闭合的形状更有利于保证在光纤预制件沉积过程中气流整流体的稳定。

图4所示为气流整流体的第三种结构,它是由两个下端带有锥面的空心半圆柱单元10构成的空心圆柱与空心锥体11的整合体。相比前两种结构而言,它在保证光纤预制件沉积过程中气流整流体本身稳定性和反应容器内部气体流动场稳定性两个方便都有较强优势。

图5所示为气流整流体接头的第一种结构,它通过两个螺钉将种棒5和气流整流体3连接至引棒下端的滑套16上,为了保证在沉积初期和末期种棒和光纤预制件的顺利安装和卸下,气流整流体接头上部开设与第一螺钉12对应的轴向槽14。

图6所示为气流整流体接头的第二种结构,它同样通过两个螺钉将种棒5和气流整流体3连接至引棒下端的滑套16上,为了保证在沉积初期和末期种棒和光纤预制件的顺利安装和卸下,气流整流体接头上部设有与第一螺钉12配合的“L”形槽15,该“L”形槽可以将半圆柱单元挂吊在第一螺钉上,相对于整流体接头的第一种结构,使沉积开始前种棒的安装以及沉积结束后光纤预制件的装卸更易于操作。

  • 实施例一

在排气口9排气的情况下,先用第一螺钉12将直径为25毫米的种棒5安装挂吊在滑套16上,然后用第二螺钉13将直径为145毫米的气流整流体3同样安装挂吊在滑套16上,再将种棒5和气体整流体3从内径为250毫米的法兰管1上端的进风口插入球形反应容器4内,并使种棒5的下端与两只喷枪对应,通过引棒匀速旋转提升种棒,排气口9与排气风机连接,其压力控制在100帕左右,开始排气;从法兰管上端的进风口向反应容器内通入压力约为2.0×105帕、温度约为20℃的空气整流气流;之后向两只喷枪内通入氢气和氧气,并在反应容器内点燃产生约1000℃的氢氧焰,接着向第一喷枪7内以略高于大气压100帕的压力、1.5克/分钟的流量通入SiCl4(四氯化硅)气体原料,以同样的压力、0.15克/分钟的流量通入GeCl4(四氯化锗)气体原料,使之发生氢氧水解反应,生成SiO2、GeO2微粒并喷射沉积在种棒的下端,形成光纤预制件的圆柱形芯层;同时向第二喷枪8内以高于大气压100帕的压力、10克/分钟的流量通入SiCl4(四氯化硅)气体原料,使之发生氢氧水解反应,生成SiO2微粒并喷射沉积在圆柱形芯层的表面,进而形成具有不同光学折射率的圆柱形光纤预制件6;使该反应在平衡状态下进行一定时间,可以得到预定要求的光纤预制件;停止导入气体原料、氢气和氧气以及整流气流,待光纤预制件冷却后,将该光纤预制件缓慢提升至法兰管外结束反应;在取下光纤预制件时先取下气流整流体,然后取下光纤预制件;由于其间向反应容器内导入了整流气流,且该整流气流在整流体的作用下沿反应容器内壁向下流动,使未沉积成形的SiO2、GeO2微粒较快地从排气口排出,成形的光纤预制件生长均匀,无瑕疵,质量优良;同时由于气体整流体的作用,保证了在沉积的整个过程中反应容器内气体流动场的稳定性,使成形的光纤预制件沿轴向方向具有很好的均匀性。其间,由于整流气流选用空气,生产成本较低,同时由于导入压力接近大气压,故可以不使用加压设备而让空气自由地从进风口导入。

需要强调的是:在反应沉积初期,有一个沉积生长平衡的过程,即从SiO2、GeO2微粒开始在种棒上沉积到生长成合格的预制件期间,有一个直径从细到粗再到均匀的过渡段,当该过渡段被提升至法兰管与反应容器的结合部时,随着它继续被提升,其与结合部之间的缝隙大小产生变化,气流的流速在此处也会产生变化,进而造成反应容器内的气体流场波动,因此,通常会增加该过渡段的长度,甚至在该过渡段的后面又形成一个长度与其大致相同的新的过渡段,这无疑导致原料的浪费、生产成本的增加以及产品收率的降低。《一种制造光纤预制件的方法及装置》由于在种棒上连接圆柱形气流整流体,并在邻近气流整流体下端的种棒上开始沉积,因此,沉积成型的预制件紧邻整流体,其上端的过渡段基本不会对反应过程产生影响,可以有效地减少原料的浪费,降低生产成本,提高产品收率。

  • 实施例二

与实施例一不同之处是,从法兰管上端的进风口向反应容器内通入压力约为2.0×105帕的被加温至200℃的氮气整流气流;使该反应在平衡状态下进行一定时间,可以得到预定要求的的光纤预制件;由于整流气流选用经加温后的惰性气体,与反应容器内的气体温差较小,可以更好地保持反应容器内的温度稳定,反应效果更好。

对于整流气流选用惰性气体的情况,主要是因为惰性气体的稳定性好,能够更好地保证反应过程的稳定。

对于三种用于整流气流的气体,其温度和压力,可以根据实际需要进行选择。

需要说明的是,在制造过程中,将整流气流限制在压力为0.5×105~2.0×105帕、温度为20~600℃的范围内,主要是与反应容器内的反应条件相适应,保证整流气流能够顺畅地被导入反应容器内,并不会因为其温度、压力与反应容器内的温度、压力差异过大而影响反应容器内的反应过程(通常情况下,法兰管上端进风口的温度在20~600℃之间,排气口的温度在100~300℃之间,随着整流气流在反应容器内的向下流动,其温度也逐渐升高,反应趋于平衡状态),并在工艺上容易实施,不会因此而额外增加制造成本。

至于种棒和法兰管的直径,种棒的旋转和提升速度,排气口的压力,向喷枪内通入气体原料的压力及流量等制造工艺参数,在实际制造过程中均可以根据需要进行调整,以保证沉积质量。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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