[发明专利]通过涂覆饵基材制造用于光纤的多孔二氧化硅烟炱预成形件的方法

说明书

本申请根据35U.S.C.§119，要求2015年03月04日提交的美国临时申请系列第62/128,087号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

技术领域

本说明书属于向饵基材施涂碳涂层用于生产光纤的方法。本说明书还属于适用于光纤生产的碳涂层配方。

背景技术

光纤生产通常采用外部气相沉积(OVD)工艺，其中，将烟炱沉积到饵基材上形成多孔玻璃体，其之后固结形成致密玻璃。通过OVD工艺进行烟炱沉积的图如图1所示。在OVD工艺中，将具有中心线28的饵基材30(例如，饵棒)插入穿过玻璃体(例如，空心或管式把手32)，并安装到(未示出的)车床上。车床设计成使得饵基材30转动并移动靠近产生烟炱的燃烧器34。产生烟炱的燃烧器34通过使得一种或多种前体(例如，SiCl₄、八甲基环四硅氧烷、GeCl₄、TiCl₄、Ti醇盐等)在火焰水解或氧化过程中反应，从而形成基于二氧化硅的烟炱36。随着饵基材30转动，朝向饵基材30导入基于二氧化硅的烟炱36。至少一部分的基于二氧化硅的烟炱36沉积到饵基材30上以及沉积到一部分的把手32上。通过饵基材30和燃烧器34的相对移动，基于二氧化硅的烟炱36在饵基材34上积累形成多孔烟炱体20。一旦在饵基材30上沉积了所需量的烟炱，停止烟炱沉积，从多孔烟炱体20取出饵基材30，以提供具有内腔的环形预成形件。

环形预成形件可以进一步加工形成芯坯棒或者可以在烟炱内的坯棒工艺或者圆柱体内的杆工艺中用作套管。当形成芯坯棒时，环形预成形件脱水并固结形成致密玻璃，其作为玻璃芯部分，在其上可以沉积包覆层以形成光纤预成形件。在烟炱内的坯棒工艺或者圆柱体内的杆工艺中，环形预成形件表示光纤预成形件的包覆部分。通过将经过固结的芯坯棒插入环形预成形件的内腔中并使得组件固结，来形成光纤预成形件。在圆柱体内的杆工艺中，通常将环形预成形件拉制成特定尺寸(“管”)，之后插入芯坯棒，而在烟炱内的坯棒工艺中，直接使用环形预成形件而没有中间加工形成管。固结使得环形预成形件致密化，并且使其与芯坯棒熔合形成光纤预成形件。

光纤生产工艺的一个难点是从多孔烟炱体20分离饵基材30。当取出饵基材30时，多孔烟炱体20常常破损，因此工艺产率下降。使得取出饵基材30之后的多孔烟炱体20的破损最小化的一个策略是用脱模剂涂覆饵基材30，所述脱模剂的作用是促进多孔烟炱体20与饵基材30的分离。碳烟炱是常用脱模剂，并且其可以通过将含碳气体供给到燃烧器并部分燃烧来形成。在饵基材上沉积碳烟炱，之后沉积用于形成多孔烟炱体20的基于二氧化硅的烟炱。碳烟炱构成牺牲层，其防止了基于二氧化硅的烟炱粘附到饵基材30上。在多孔烟炱体20的形成过程中，碳牺牲层逐渐氧化并蒸发，在饵基材30与多孔烟炱体20之间形成窄间隙。该窄间隙有助于从多孔烟炱体20取出饵基材30。

乙炔是用于形成碳牺牲层的常用含碳气体。乙炔提供了高沉积速率的优点，但是具有一些缺陷。乙炔的燃烧难以控制，乙炔原料的纯度和能含量是变化且不一致的，需要特殊的燃烧器设计，并且由乙炔形成的碳烟炱通常是非常粗糙的，使得得到的碳牺牲层具有低机械强度，并且在形成多孔烟炱体20期间的基于二氧化硅的烟炱沉积过程中具有与饵基材30过早分离的倾向。甲烷较容易控制，是乙炔的替代品。甲烷原料也是高纯度的，并且可以用形成基于二氧化硅烟炱所使用的相同燃烧器进行燃烧。从甲烷形成的碳烟炱也比从乙炔形成的烟炱要细得多，并且产生的碳牺牲层更为耐用。甲烷的主要缺点是缓慢的沉积速率。从甲烷形成碳牺牲层所需的时间占据了形成多孔烟炱体20的工艺总耗时的很大一部分。

在希望收集未使用的基于二氧化硅的烟炱的情况下，在沉积基于二氧化硅的烟炱之前立即在饵基材上原位形成碳牺牲层的工艺是不利的。在典型的OVD工艺中，通过燃烧器产生的很大一部分基于二氧化硅的烟炱没有沉积到饵基材上，相反地，而是留在了顶部空间中。未使用的基于二氧化硅的烟炱最终通过沉积系统的排气端口排出。为了改善工艺效率，希望回收未使用的基于二氧化硅的烟炱，并对其进行再循环或者用于其他目的。例如，基于二氧化硅的烟炱可用于制造瓦片上釉。当在沉积基于二氧化硅的烟炱的过程中，原位形成碳牺牲层时，会在系统和排气排出口形成碳杂质。在系统中存在碳导致从系统回收的未使用的基于二氧化硅的烟炱的碳污染，使得回收的基于二氧化硅的烟炱的纯度对于许多替代应用而言是不足的。因此，希望开发一种在光纤制造过程中在饵基材上形成碳牺牲层的工艺，其不危害从系统回收的未使用的基于二氧化硅的烟炱的纯度。

发明内容