[发明专利]一种低羟基大直径大长度石英砣的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石英制品的制备方法，特别涉及一种低羟基大直径大长度石英砣的制备方法，同时也是一种光纤预制棒大套管（Cylinder）的制备方法。

背景技术

芯棒插入大尺寸套管组成光纤预制棒的套管法（RIC）——作为一种光纤预制棒生产技术，多年来在全球光纤生产领域一直占据极其重要的地位。等离子体卧式固相外沉积法（PSOD）是生产大尺寸套管的主要技术，具有质量优异、工序简便、成本优势等特点。如图1所示，等离子体卧式固相外沉积技术是利用高频电磁场使工作气体（压缩空气、氩气等）电离产生等离子体火焰，同时石英砂通过下料管在等离子火焰的加热下喷射在基础管上直接制成中空的石英毛砣，无需先形成烟灰，再经历脱水烧结等繁琐工序，这也是该工艺方法之所以具有成本优势并区别于OVD和VAD的特别之处。但是随着光纤领域的飞速发展，为了拉制更长的光纤，同时减少头尾料消耗和设备频繁预热次数，从而进一步降低综合累积成本，其对预制棒直径和长度的尺寸要求愈来愈大。传统的等离子体卧式固相外沉积技术，由于依靠车床两端的卡盘支撑石英砣体，难以解决中心基础管对大直径和较长石英管砣的承重问题，几乎无法制备直径大于200mm、长度超过1800mm的石英砣，因而无法满足光纤领域与时俱进的产品要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的等离子体立式固相外沉积熔制方法，可熔制直径较大、长度较长的石英砣，同时也是一种新型光纤预制棒大套管（Cylinder）的制备方法，即通过先制备直径和长度较大且低羟基高质量的中空石英毛砣或实心石英毛砣，经过切割、钻孔和内外圆磨削加工等后处理工序，得到光纤预制棒大套管（Cylinder）。新方法制备的石英砣具有纯度高、羟基含量低、软化点高、强度高、耐温性能好、直径均一性好的特点。由该方法制备的低羟基、大直径、大长度石英砣，可用于制作光纤预制棒大套管（Cylinder）及太阳能、半导体、辐照光源领域的高端石英产品。

一种低羟基大直径大长度石英砣及其光纤预制棒大套管的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：

1.采用等离子体立式固相外沉积方式制砣，即采用等离子体焰炬产生的火焰作为熔制石英玻璃的热源，等离子体焰炬水平固定在立式制砣机装置的侧面，与轴线成90°角，可设置一个或多个，熔制过程中保持不动或在竖直轴方向向上或向下作平移运动，平移速度为3.0mm/min～80.0mm/min，熔制温度即石英砣表面的温度为1800℃～2500℃；

2.石英砂通过位于等离子体焰炬上端口的下料管或由等离子体装置中心气流送入，在侧面等离子体火焰的加热下喷射在中心基础管或基础棒的外圆上，使石英砂熔化为玻璃体并不断沉积；

3.随着等离子火焰和中心基础管或基础棒的相对运动，石英砂在中心基础管或基础棒的外圆上逐层沉积熔化形成中空石英毛砣或实心石英毛砣。

所述步骤1中的等离子体焰炬与石英砣面距离为20mm～100mm，熔制时间35～150小时。

所述步骤2和3中的中心基础管或基础棒竖直固定于玻璃车床上，中心基础管或基础棒的运动方式为：在竖直轴方向向上或向下平移的同时并进行旋转，平移速度3.0mm/min～80.0mm/min,旋转速度为3转/分～20转/分。中心基础管或基础棒也可只作旋转运动，不作平移运动，而由等离子体焰炬在竖直轴方向向上或向下平移产生相对运动，从而实现石英砂在整个中心基础管或基础棒轴向上的沉积。

所述的工作气体为压缩空气、氩气。

所述的石英砣的最大直径大于300mm、最大长度大于3000mm。石英砣经过如下工序处理后，可制得最大直径大于300mm、长度大于3000mm的大尺寸预制棒套管（Cylinder），应用于低水峰光纤领域。

4.机械冷加工，即采用金属切割机床配合使用金刚石等磨具对石英管砣进行切割、钻孔、内孔珩磨及外圆磨加工，将石英砣加工成大直径光纤预制棒套管的尺寸精度。

5.清洗干燥，即对冷加工后的石英管砣进行脱脂、酸洗、纯水冲洗，再经干燥，待检；所述脱脂剂为全氯乙烯，在高温下形成蒸汽，通过石英管砣与蒸汽接触达到脱脂的目的，所述的酸洗用1%～2%的氢氟酸作为清洗剂。

6.检验包装。对最终产品，依据检验规范的要求进行全检；用包装机对产品进行妥善包装。

本发明的原理：