[发明专利]一种异形微孔陶瓷毛细管的制备方法

说明书

本发明提供了一种异形微孔陶瓷毛细管的制备方法，是通过设计专用的异形微孔陶瓷毛细管成型模具，并制备专用的氧化锆陶瓷颗粒，配套独特的烧结成型技术，使陶瓷毛细管异形内孔一次烧结成型，无需进行二次加工，并根据异形微孔陶瓷毛细管的产品特性，制备成型生坯时设计顶针定位孔，使其外径研磨工艺大大简化；采用本发明方法制得的陶瓷毛细管密度达到6.0～6.10g/cm³，硬度大于1200HV，抗弯强度大于1200MPa，内孔尺寸公差在3μm以内，外径研磨精度可达到1μm的位置度精度，可全面替代多芯光纤准直器中的玻璃毛细管，与光纤匹配精度高，且可靠性均满足光无源器件标准GR1209/1221要求。

技术领域

本发明属于光纤毛细管制造技术领域，具体涉及一种异形微孔陶瓷毛细管的制备方法。

背景技术

玻璃毛细管是光纤准直器的重要部件，可广泛应用于激光（焊线玻璃管）、光电、光通讯行业，如PLC分路器接入端、光纤分路器、WDM波分复用器、光纤传感器、光纤阵列基板、光纤连接器等的配套玻璃毛细管；此外石英玻璃毛细管在电子、医疗、光学行业中也是关键部件和必备材料之一。

目前市面上使用的毛细管大部分是由玻璃材料制成，其制作成本高昂，尤其是多芯光纤准直器，玻璃毛细管价格极其昂贵，严重制约了光纤准直器等一系列光无源器件的大批量使用。为此，制作成本低廉的陶瓷材料被引入毛细管的制备工艺中来，尤其是从1978年起，氧化锆材料就开始被用作制备陶瓷毛细管主要材料一直沿用至今，氧化锆本身具有以下特性：强度高、耐腐蚀、耐磨损，且晶粒易于控制在0.3～0.5μm，易于加工，同时其线膨胀系数与玻璃光纤接近，可实现良好的匹配，成为生产陶瓷毛细管的主要材料。

目前市场上生产销售的陶瓷毛细管均存在的一个问题是：不管是标准毛细管还是非标毛细管，其内孔全部都是圆形微孔，这一结构不同于玻璃毛细管，玻璃毛细管中，光纤准直器等光器件中的多芯玻璃毛细管是采用异形微孔结构，如双芯玻璃毛细管的长方形内孔及四芯玻璃毛细管的正方形内孔，相较圆形内孔，方形内孔可以更好实现两根或四根光纤与玻璃毛细管内孔的匹配，光纤在玻璃毛细管的异形内孔中的定位更精准，可以更好满足光纤准直器等光器件对各项光学性能的要求。

但是目前陶瓷毛细管中还没有采用异形微孔结构的陶瓷毛细管。原因是因为目前圆形内孔陶瓷毛细管在加工时，需要经过内径研磨及外径研磨工艺来完成其最后加工，内径研磨工艺决定陶瓷毛细管的内径精度及圆度，其外径研磨工艺主要是通过内孔定位、采用穿钢丝的方式进行外径研磨，确保陶瓷毛细管内孔与外圆的同心度。而异形微孔陶瓷毛细管内孔无法进行后续加工，进而导致内孔尺寸精度、内孔相对外圆位置度极难达到微米级，无法满足光纤准直器等光无源器件对毛细管与光纤的的极高匹配要求。

此外，由于目前用于制备陶瓷毛细管的氧化锆粉体熔点高达2715℃，软化温度高达2390～2500℃，粉体自身流动性较差，很难直接用于成型陶瓷毛细管，因此，生产陶瓷毛细管的厂家一般是在氧化锆粉体中加入各种助剂，将其制成具有良好流动性及均匀性的陶瓷颗粒，然后进行注射成型加工，但是由于目前氧化锆陶瓷颗粒中氧化锆粉体与各种有机助剂混合均匀程度差，并且部分有机助剂存在一定挥发性，导致成型的陶瓷毛细管生坯在后续烧结过程中，不能均匀、稳定的收缩，烧结后的陶瓷毛细管生坯内孔及外径均发生很大变化，在不通过后续加工的情况下，其制备的陶瓷毛细管尺寸精度、内孔与外圆同心度或位置度等极难达到微米级的精度要求，但是异形微孔陶瓷毛细管的内孔目前是无法通过后续加工得到，导致目前现有的氧化锆陶瓷颗粒不适合用于制备异形微孔陶瓷毛细管。

因此，研发一种异形微孔陶瓷毛细管的制备方法，并解决其内孔尺寸精度、内孔相对外圆位置度及外径研磨困难的问题，成为行业内亟待解决的难题。

发明内容