[发明专利]制造用于光导纤维预制品的煤烟的方法以及由其制成的预制品

说明书

发明的领域

本发明涉及用于制造玻璃的煤烟的形成方法，更确切地说，涉及将液体前体和其他反应物送入火焰制成用于制造光导的煤烟的方法，以及由该方法制成的光导。

虽然本发明可应用于范围广泛的玻璃煤烟用途，但是它尤其非常适于将煤烟沉积到一个目标物上，形成用于制造光导纤维的预制品，下面将在这方面进行具体描述。

发明的背景

本行业内已知有多种方法，涉及由气态反应物制备氧化物，尤其是金属氧化物。这种方法需要一种原料溶液或前体、一个产生并输送气态原料液(下面称为气态反应物)和一种氧化剂到转变反应的部位(本行业内的技术人员也称为煤烟反应带或燃烧带)的装置、一个同时对氧化和燃烧催化以制成称为煤烟的细微球状聚集体的装置。这种煤烟可以以任意方式，从在收集室内的捕获直到旋转轴上的沉积，来进行收集。收集的煤烟可以即刻或随后进行热处理，形成高纯度的无孔透明玻璃制品。这种方法通常用具有独特的喷嘴、注射器、燃烧器和/或燃烧器组件所排列的专门设备来进行。

许多使这种方法得以发展的起始研究都集中于制备整体氧化硅玻璃。选择合适的原料是该工作的重要方面。因此，那时就确定了能够在低于约100℃的温度下产生200-300毫米汞柱(mmHg)蒸汽压的材料，就可用来制备所述整体氧化硅玻璃。四氯化硅(SiCl₄)的高蒸汽压说明它可用作形成煤烟的方便蒸气源，结果推动了这个发现后来就使用了一系列相似的卤化物基原料。与任何其他因素相比，这个因素更多地导致了目前接受的使用SiCl₄、GeCl₄、POCl₃和BCl₃作为原料蒸气源。

然而，使用这些和其他卤化物基的原料作为蒸气源有其缺点。主要的缺点是形成盐酸(HCl)作为氧化的副产物。盐酸不仅损害沉积基材和反应设备，而且对环境也有害。为了克服这个缺点并由于其它原因，导致了使用非卤化物的化合物作为制备光导用煤烟的前体或原料。

虽然使用非卤化物的硅化合物作为制造熔凝氧化硅玻璃的原料避免了盐酸的形成，例如如美国专利No.5,043,002和5,152,819所述，但是仍存在其他的问题，当煤烟用来制备光导时，尤其如此。已经发现：在输送蒸汽状的聚烷基硅氧烷蒸气至燃烧器过程中，在输送气态反应物至燃烧器的输送管线中或在燃烧器内，高分子物质会以凝胶形式沉积下来。这会导致随后固结成为供拉制光导纤维的预制品的煤烟的沉积速率减小。这也常常会使从预制品中产生缺陷，结果由其形成的光导纤维就有缺陷乃至不能使用。采用硅氧烷原料制成氧化硅煤烟时遇到的另一个问题，是含有高分子量和高沸点的颗粒沉积在光导纤维预制品上。这些颗粒的形成会导致“缺陷”或“聚集缺陷”，它会对用氧化硅煤烟制成的光导的光学质量和结构质量产生有害作用。

其他一些原料，其中有些目前可用于，而其中另一些可能用于形成制造光导用的煤烟，现在还没有接受用来代替卤化物基和上述非卤化物原料通过气相沉积进行输送。例如盐和那些称为稀土元素的物质，其蒸气极其不稳定，常常在可以输送之前就在蒸气态分解了。这些成分会形成固体自溶液中析出，而不是自燃烧器作为气被输送。

虽然常常可能将至少一定百分比的该成分作为蒸气输送到燃烧带，但是技术上很困难。必需具有装有昂贵设备的精巧系统，将这些成分转化成蒸气，并进一步将它们输送到燃烧带，而在通向燃烧器的输送管线中和燃烧器自身内不会留下固体沉积物。另外，如果多种成分以蒸气形式输送，而且对于所要求的玻璃组合物又要求每种成分是一定百分数，那么就很难控制输送以保证提供该百分数的蒸气混合物，因为不同的成分具有不同的蒸汽压。

美国专利申请No.08/767,653揭示：将原料以液体形式输送到注射器或燃烧器，使原料雾化形成含有液态原料微滴的气雾，并在燃烧带将雾化的液态原料转化成煤烟，就能够克服这些和其他的缺点。美国专利申请No.08/767,653揭示的注射器、燃烧器和燃烧器组件，靠很细小的喷孔输送细流液体来进行合适的雾化。因为原料是以液态直接送入燃烧器火焰，而不是蒸气状态，所以原料的蒸汽压就不再是输送的限制因素。因此，现在，许多其他的成分就能够作为原料或掺杂物进行输送，以便形成用于制造光导的煤烟。

然而，许多成分，尤其是那些一般属于盐的成分，并不容易作为有机金属化合物以液态输送到火焰。所要求的纯度常常极其高，而获得所要求这种纯度的化合物的措施在成本上是很高的。