[发明专利]玻璃毛细管端部扩孔的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用虹吸原理采用氢氟酸腐蚀工艺对玻璃毛细管端部进行扩口的批量处理制备技术，所得端部带喇叭口内孔的玻璃毛细管产品主要用于连接和固定光纤的光通信无源/有源器件，属于玻璃材料加工领域。

背景技术

光纤通信广泛需要对光纤与光波导器件进行精准定位和连接，以实现无源器件和有源器件的光信号在光纤介质中的传输。氧化锆材质的陶瓷插针和高硼硅玻璃或石英玻璃材质的毛细管（以下简称玻璃毛细管）是全光网络光纤连接技术主要选用的功能材料，光器件用玻璃毛细管的结构一般具有如下特征：内孔至少包括便于光纤穿入的孔径渐变区（以下简称为喇叭口）和间隙配合方式固定光纤包层的均匀孔径区；外形特征根据固定方式一般为圆形、方形、或带平行面和弧形面的形状。根据单根玻璃毛细管所固定光纤的数量，常用的玻璃毛细管有单纤型（如圆对称型）和多纤型（如跑道型、阵列型）。

制备带喇叭口的玻璃毛细管一般采用两步法：第一步采用拉伸技术把预成型的玻璃基管拉制成满足或接近玻璃毛细管几何规格的均匀玻璃丝（如专利CN1347393A、CN202881089U等），在线或离线切割成毛细管坯料；第二步对毛细管内孔进行端部喇叭口扩孔。拉制均匀玻璃丝对玻璃材料加工行业目前的制备技术比较容易实现，然而在内径略大于光纤玻璃包层直径（典型值125微米）毛细管坯料均匀内孔的端部如何实现喇叭口扩孔的技术难度较大。目前国内光器件厂家使用的玻璃毛细管主要是日本电气硝子株式会社的商用产品，其喇叭口制备技术无针对性相关专利和文献报道。其产品具备前面所述的玻璃毛细管基本特征，尽管喇叭口无显著残余应力，但内表面光滑的特征，在制造光纤连接器点胶工艺过程中不利于充分保证光固化胶体与玻璃毛细管喇叭口内表面形成耐用的结合力。截止目前为止，还没有研究机构或制造厂家报道有具备大批量提供完全满足光器件连接用带喇叭口玻璃毛细管的文献信息，主要原因在于国内未能有效解决玻璃毛细管喇叭口扩孔的关键技术。有部分文献和制造厂家网站信息报道了采用玻璃钻孔技术和氢氧焰加热鼓泡后切割的方法试制带喇叭口玻璃毛细管的研究信息，但在光器件应用实验中暴露出喇叭口残余应力大、喇叭口形状一致性差等相关性能弱势，导致点胶后插损大或断纤、高温高湿使用条件下喇叭口易开裂等现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种玻璃毛细管端部扩孔的制备方法及装置，它解决了玻璃毛细管二步法扩孔难的关键技术，同时实现几何形状一致性良好、无显著残余应力、易于穿光纤和润胶的喇叭口。

为解决玻璃毛细管扩孔的技术难题，本发明利用玻璃毛细管的虹吸原理，采用氢氟酸腐蚀的方法，定点对端部进行腐蚀实现内孔的扩孔。纵所周知，氢氟酸是有效刻蚀石英玻璃和高硼硅玻璃的化学试剂。当玻璃块体材料与上述化学试剂充分接触时，玻璃块体表面各局部区域的的平均腐蚀速度基本是一致的，主要取决于玻璃材料的化学成分、氢氟酸的浓度和化学反应温度。在反应机理上，该腐蚀过程满足一般的化学反应具备的共性：可逆性，即玻璃块体表面存在氧化物被腐蚀后反应产物溶解到上述化学试剂的水溶液中，同时存在部分反应产物可逆在玻璃表面生长的过程，但总体表现为玻璃块体被逐步腐蚀溶解，体积变小。当玻璃块体存在内部开口贯穿气孔时，因石英系玻璃材料与氢氟酸水溶液有良好的润湿性，能克服溶液的自身表面张力表现出显著的虹吸现象，当贯穿气孔的等效直径减小或改变溶液温度或压力，容易实现全虹吸。在玻璃块体贯穿气孔全虹吸条件下，因所述化学试剂在贯穿气孔不同玻璃内表面发生可逆反应后，化学试剂的浓度和可逆反应的速度会直接受到位置的影响：在贯穿气孔端部，化学试剂浓度容易与溶液本体达到浓度平衡、且反应生成物容易熔接扩散到溶液本体，其腐蚀速度基本接近块体玻璃外表面的腐蚀速度；而对于贯穿气孔中间部分的玻璃内表面，所述化学试剂浓度因正反应稀释，在溶剂本体浓度交换受助时将降低腐蚀幅度至停止腐蚀，同时随着反应生成物浓度增加，未及时溶解到溶液本体，将抑制腐蚀速度。我们可以把这种现象称为化学腐蚀的“位置相关性”。本发明利用的玻璃毛细管均匀内孔在氢氟酸溶液中易于全虹吸的特征和贯穿气孔玻璃内表面存在化学腐蚀速度的位置相关性，较容易实现了端部一定区域均有内径渐变的喇叭口形状。