[发明专利]一种疏松体光纤预制棒一体化烧结脱气的设备及其方法

说明书

技术领域

本发明一种疏松体光纤预制棒一体化烧结脱气的设备及其方法涉及的一种 单模光纤预制棒的制造方法，具体的说是一种将疏松体光纤预制棒的玻璃化和 脱气同时进行的设备及其方法。使用该方法制造光纤预制棒，一方面能缩短制 造周期，提高设备利用率，同时氦气用量大大降低，从而降低光纤预制棒的生 产成本；另一方面使用该方法制得的光纤预制棒气泡较少，合格率高且性能稳 定。

背景技术

在现有的光纤预制棒制造方法中，轴向气相沉积法(VAD)和外部气相沉积 法(OVD)是制备低水峰光纤预制棒性价较高的的两种工艺。众所周知这两种低水 峰光纤预制棒的制造方法均涉及到烧结工序，即由粉末堆积体转变为透明玻璃 体，这是光纤预制棒是否为低水峰光纤预制棒的关键。

随着光纤预制棒技术的发展，目前均使用两步法制造光纤预制棒，即先制 造芯棒，再在芯棒外面沉积包层而制得光纤预制棒。现以VAD制造芯棒和OVD 制造光纤预制棒包层对预制棒制造工艺作简要介绍：

先利用氢氧焰使SiCl₄原料发生高温水解反应生成大尺寸粉末芯棒，然后将 粉末芯棒烧结为透明芯棒，将芯棒置于气体扩散炉中进行脱气处理以消除其内 部气泡，再使用氢氧焰或石墨炉加热芯棒将其延伸至一定小直径的芯棒，至此 芯棒制造完成。

使用OVD方法在小直径芯棒外表面沉积一定量的SiO₂粉末制得粉末光纤预 制棒，然后使用与芯棒烧结相同的方法将粉末预制棒烧结成透明预制棒，再经 过脱气处理后即制得光纤预制棒。

为便于说明，首先对相关名词作如下解释：

脱羟基：去除光纤预制棒中的吸附水和其它形式羟基的过程，也可称之为 脱水。

玻璃化：将粉末光纤预制棒转变为成透明光纤预制棒。

脱气：驱除光纤预制棒中的空气、氦气、氯气等气体。

中国发明专利ZL03128870.7里描述了一种粉末棒烧结方法。先将制得的粉 末光纤预制棒置于1100～1300℃的氯气或含氘气的氯气氛围中脱羟基，然后关 闭氯气通入氦气，将温度提高至1500～1700℃，对光纤预制棒进行烧结使之玻 璃化。

中国发明专利03140641.6里也描述了一种粉末棒烧结方法。先将制得的粉 末光纤预制棒置于1100℃的环境中通入氯气除去粉末棒中的羟基，然后将温度 调整至800～1200℃，关闭氯气后开启氦气，驱除粉末棒中的水气和氯气，最 后将温度调整至1500℃将粉末棒在氦气氛围中玻璃化。

该方法可制得低水峰光纤预制棒，但在光纤预制棒玻璃化后，部分气体会 残留在光纤预制棒内部而表现为气泡。气体来源有两个方面，一方面是用于脱 水的氯气会部分残留在预制棒内部；另一方面粉末光纤预制棒的玻璃化过程是 在氦气氛围进行的，因此会有部分氦气残留在预制棒内部。气泡的存在会给后 续的光纤拉丝带来光纤直径波动等一系列的问题；

中国发明专利CN97116117.8提供了一种去除光纤预制棒中气泡的方法，将 光纤预制棒置于800℃的石墨炉中利用气体的热扩散原理去除光纤预制棒中的 气泡。然而使用此方法去除光纤预制棒中的气泡，势必要增加脱气设备，从而 增加光纤预制棒的生产成本；同时使用此方法脱气，为达到理想的效果需要较 长的时间，这将延长光纤预制棒的制作周期。

使用常规方法烧结光纤预制棒需要大量氦气，而氦气作为不可再生的资源 性气体，已探明储量正日益损耗，氦气价格正在逐步上涨，在一定程度上增加 了光纤预制棒的制造成本。中国发明专利CN97190756.0提供了一种氦气再循环 系统，从而减少光纤预制棒生产过程中氦气用量，降低生产成本。但这种方法 需要增加一套氦气回收净化系统，初期投入较大。

中国发明专利200410041908.3描述了一种粉末光纤预制棒的烧结设备，该 设备可应用于上文所提烧结方法，但是由于石英炉芯管在高温条件下机械强度 受到限制，无法对粉末预制棒所处环境进行抽真空处理。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种疏松体光纤预制棒一体化烧结 脱气的设备及其方法，它有三个好处：一是解决了现有烧结方法制得的光纤预 制棒内部残留气泡问题；二是将脱气过程融入在光纤预制棒的玻璃化过程中， 无需额外增加设备和工序；三是相对于现有烧结方法可节约大量氦气。因此本 发明消除了光纤预制棒内部残留的气泡的同时降低了光纤预制棒的生产成本。