[发明专利]石英溶液的超声波扩散装置

说明书

本发明涉及一种用于以溶胶一凝胶法制造石英玻璃的工艺过程中的超声波扩散石英溶胶的装置。

对于制造高速、低损数据传输介质的光纤来说，已知一种诸如双坩埚工艺的直接由液体材料拉成光纤的方法及一种由杆状预成型坯料拉成光纤的方法。

对于由预成型坯料拉成光纤的方法，有分别采用不同预成型坯料成型工艺的各种方法。例如，已知一种诸如改进的化学蒸汽相沉淀(NCVD)工艺的方法。按此方法，通过使蒸气相材料沉淀在基体管内或外表面而形成一种预成型坯料。还已知一种方法，通过模压一根芯杆和一根外套管，将它们组合起来形成预成型坯料。由石英玻璃制成的基体管和外套管则主要用一种溶胶-凝胶法形成管状的结构。

图1为表示用溶胶-凝胶法制造石英玻璃管的普通方法的流程方块图。如图1所示，制造一根石英玻璃管采用了混合工艺10，扩散工艺20，模压工艺30，脱模工艺40，干燥工艺50和烧结工艺60等工序。该方法的一个实例公开于题为“用聚合物添加剂借助溶胶-凝胶工艺制造透明石英产品”的美国专利NO.5，240，488。

在混合和扩散工序10和20中，初始材料与加有诸如扩散剂之类的添加剂的去离子水相混合以便使它均匀地扩散于去离子水中而形成均匀的溶胶。该初始材料可由烷氧基硅或烟化石英组成。尤其是，适于使初始材料均匀扩散到去离子水中的扩散工序20是一项决定最终石英玻璃产品均匀度的重要工艺。

在模压工序30中，将在混合和扩散工序10和20中形成的溶胶注入具有适当形状的模具中，以使其胶化。溶胶中加有粘合剂和胶凝剂以有助于形成颗粒-颗粒粘结物。用于模压例如基体管或外套管的石英玻璃管的模具具有一种包括一个圆柱部和一个置于圆柱部中的中心杆部的结构。

在脱模工序40中，将在模压工序30中模压成具有管状的凝胶从模具中取出。此工序可在水槽中进行以防凝胶管损坏。

在干燥工序50中，利用带恒温和恒温度室的干燥装置干燥从模具中取出的凝胶管，然后在低温下进行热处理以便除去或分解存在于凝胶管中的剩余的分子水和任何有机物质。然后，在氯气中加热凝胶管以除去金属杂质和氢化物。

在烧结工序60中，烧结由干燥工序50制成的成形物而使它呈玻璃状，结果，得到理想的石英玻璃产品。此工序是通过在烧结炉中在氦气中加热干燥和除杂质后的凝胶至1350℃至1400℃而进行的。

扩散程序用专门的超声波扩散装置进行。这一扩散工艺的实例公开于美国专利No.4，343，717。普通的超声波扩散装置分为直接型和简接型两种，直接型又分为直接静态型和直接动态型两种。

图2为表示上述直接静态型普通超声波扩散装置结构的透视图。由图2中序号100所指的这种超声波扩散装置包括一个上部敞开的水槽110和一个带探头122的杆式超声波振动器120。在使用这种普通超声波扩散装置的扩散工艺中，超声波振动器的探头122与装在水槽110中的溶胶102直接接触。超声波振动器120左右或前后运动，而使水槽110中的溶胶102以超声波方式扩散。

图3为表示直接动态型普通超声波扩散装置结构的透视图。由图3中序号200所指的超声波扩散装置包括一个具有溶胶入口和出口的扩散室210，以及一个带有位于扩散室210中的探头222的超声波振动器220。在用这种超声波扩散装置进行扩散的工艺中，在超声波振动器220工作状态下，溶胶通过溶胶入口送入扩散室210。溶胶通过扩散室210中的探头222产生的超声波进行扩散。扩散后，所生成的溶胶通过溶胶出口自扩散室210向外排出。

鉴于以上超声波装置100和200的结构，由于扩散是通过溶胶和探头之间的直接接触而进行的，故缩短了扩散所需的时间，且提高了扩散效率。然后，溶胶和探头之间直接接触会导致探头的腐蚀，从而产生杂质。因为产生的杂质加入溶胶，溶胶的纯度便会降低，因此也降低了所形成的石英玻璃的质量。

图4为表示简接型普通超声波扩散装置结构的透视图。由图4中序号300所指的这种扩散装置包括一个装有水302的水槽310，一个配置在水槽310底部的超声波振动器330，和一个浮在水槽310中并装有溶胶312的容器320。由超声波振动器330产生的超声波被传播到水槽310的水302和容器320内的溶胶312中，从而使溶胶312通过由水302传播的超声波而扩散。

鉴于简接型普通超声波扩散装置300的结构，因为扩散是经水简接地进行的，故无杂质加入溶胶。然而，扩散所需的时间延长了。此外，扩散度将随容器中溶胶液位而变化。