[发明专利]一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法

说明书

本发明一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法，靶棒相邻的两侧分别设置导轨和若干竖向排布的喷灯，红外测温仪固定于稳定平台上并沿导轨竖向往复运动，红外测温仪与控制器连接再连接电脑主机，红外测温仪对靶棒各个阶段表面进行周期性温度测试，喷灯的有机硅和燃料燃烧反应产出二氧化硅粉体，通过热泳沉积于靶棒上，形成疏松体，喷灯与燃料流量计连接，控制器通过燃料流量计调整对应喷灯上的实际输出燃料量。本发明提供的多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法，利用红外测温对靶棒表面温度进行监测，调控燃料需求流量，使得到的疏松体表面温度均一，从而制备密度均匀及应力分布均匀、产品的脱水性能和衰减特性得到提高的光纤预制棒。

技术领域

本发明属于光纤预制棒靶棒制备技术领域，具体涉及一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法。

背景技术

在制造光纤预制棒的现有技术中，主要采用两步法全合成工艺：以VAD(气相轴向沉积)法制备光纤预制棒芯棒，以芯棒为靶棒，采用OVD(外部气相沉积)法沉积外包层。对于外包层的制备逐渐采用有机硅代替常用的SiCl₄为硅源，因为有机硅反应过程中不含卤素等对环境有害的污染物，是一种“环境友好型”原材料。在沉积过程中有机硅燃烧生产大量的SiO₂粉尘颗粒，在热泳效应下，逐层沉积于靶棒上，沉积完成后得到二氧化硅粉尘前驱体(或称为疏松体)，再进行烧结玻璃化，从而获得光纤预制棒。沉积过程中，若疏松体的粉体颗粒大小及分布更加均匀，将会得到质量更优良的光纤预制棒。

但是在生产过程中，燃气及硅源燃烧会释放出大量热量，尤其是有机硅将放出更多热量。目前一般采用多个喷灯共同沉积，使用相同规格的流量计进行计量原料、燃气，但流量计之间本就存在的差异，加上管道、喷灯加工精度存在的差异，就无法保证喷灯之间的一致性，造成产品均一性降低。其次，疏松体的气相沉积原理实质是倚靠热泳效应进行沉积(由悬浮在气态介质中的固体或液体粒子所组成的气-固或气-液分散系统称为气溶胶。当气溶胶处在非等温场中时，悬浮在气体介质中的微颗粒会受到一个与温度梯度方向相反的作用力而运动，这种现象称为热泳。在多原子理想气体中，对粒径小于气体分子平均自由程的球形粒子，热泳速度正比于温度梯度△T，与粒径无关，即)。根据热对流原理，沉积过程中随着燃烧的进行温度升高，疏松体的体积增大，热量上涌，出现上下温度偏差，这种温度上的差异造成不同位置热泳速度不同(即沉积速率不同)，沉积过程中需要对燃气、原料进行调控以保证疏松体外径的均一，进而会导致在疏松体外径相同的情况下内部实质密度存在极大差异。在多个喷灯释放热量叠加下，靶棒上的温度偏差就会更加显著。图1显示疏松体在某阶段在不同位置的棒体温度。因为疏松体为多孔结构，密度一般在0.2～0.8g/cm³之间，在氧化烧结时需要进行致密化与玻璃化；若出现密度不均则非常容易出现光棒外径不均一现象，由于密度小区域对应空隙更大，在玻璃化后即会出现偏细的现象。另外颗粒间应力不同甚至导致出现晶格缺陷，并且密度小区域疏松体的气泡容易排出，而密度大区域气泡排出时间相对较长，可能造成密度较大处出现气孔消除不完全、透明化较差等情况，就会影响到光棒的拉丝质量。图2表示疏松体的外径与烧结后光棒的外径曲线间差异。对于疏松体的均一性主要通过测径系统控制保证疏松体最终外径的均匀，但不能保证疏松体内部结构的均一性，基于前面所述，疏松体在沉积过程中，其不同位置的温度偏差直接造成疏松体内部结构的不均，造成产品质量问题。

为了更好的控制产品的质量，亟需研发一种能够在线监测并控制沉积过程中疏松体表面温度的方法，实现从始至终的控制疏松体的密度整体均一性，得到质量优良的光纤预制棒产品。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：