拉制波导纤维的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用碳化硅涂覆的马弗炉管子（２２）的炉子（１２）。它是管状的，用它可制造纤维（３６）。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Apparatus and method for drawing waveguide fibers

The present invention relates to silicon carbide coated with muffle furnace tube furnace (22) (12). It is tubular and can be made from fibers (36).

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及拉制波导纤维的方法和设备。更确切地说，本专利技术涉及显著降低拉制过程中纤维内产生的点缺陷损耗的炉子。专利技术的背景从高含量二氧化硅的纤维预制品或坯料拉制高强度、低损耗纤维，需要相当高的热源。用来拉制这种纤维的两种主要热源是氧化锆和石墨炉子。拉制纤维的炉子通常在高于约1900℃、有些高达约2050℃的温度下运行。氧化锆感应炉通常包括一个套壳，在其中心部装有管状的、由氧化钇稳定的氧化锆感应器，该感应器由盛有粒状氧化锆绝缘材料的圆柱状石英烧杯包围。感应线圈包围绝缘材料，在供给能量时产生交替变化的电磁场。电磁场与感应器偶合，而升高感应器的温度，形成一个加热带。光学玻璃纤维预制品的一端下落至加热带，使此端熔化，从该熔化端就可拉制纤维。氧化锆感应炉的一个缺点是长期使用和热机械应力会在马弗炉和感应器内产生裂缝。该裂缝会引起氧化锆粒子从炉子的内表面迁移至预制品和/或由预制品拉出的纤维上，产生很脆弱的纤维，而且成品损耗达不到要求。石墨感应炉一般具有不易产生裂缝的石墨马弗炉，但石墨炉的缺陷是在拉制的高温下会发生氧化。有人建议在石墨炉中拉制波导纤维，必须在惰性保护气氛下进行，以防止马弗炉的氧化。当外界气体与马弗炉的固态碳在高温下按下述反应式进行反应时，就发生氧化(1)(2)用于拉制炉的石墨，其反应(1)的一般起始温度约为700℃。高于900℃时，反应(2)变得明显。马弗炉与氧和二氧化碳的这些反应，会耗损马弗炉，尤其是在拉制纤维的高温下。石墨马弗炉材料是由碳粘合剂基体粘合起来的石墨颗粒的复合物。据认为粘合剂材料比石墨颗粒更易氧化。因此，当这两种材料的复合物在高于氧化起始温度的温度下暴露于氧时，粘合剂基体材料优先氧化。石墨颗粒在没有粘合剂将它们固定于其位置上时，就自由地离开复合物结构。据认为此机理引起石墨粒子从马弗炉壁上迁移至纤维预制品和/或正在拉制的纤维上。进入正在拉制的纤维内的石墨粒子，会导致由点缺陷产生的不可接受的制品损耗。点缺陷表现为纤维传输信号的明显衰减。由拉制炉子的石墨粒子引起的点缺陷而产生的损耗，可高于约5％，这是不能接受的高损耗。在拉制过程中粘附于纤维的石墨粒子还会使纤维断裂。如上所述，有人提出通过在惰性的保护气氛中进行拉制，可以解决石墨马弗炉的氧化问题。通过把马弗炉放在一个外套内，并在外套和马弗炉的外壁间通以惰性气体以隔离石墨马弗炉的外表面。然而，要排除马弗炉内的所有氧很困难。尤其是马弗炉内表面是暴露于周围空气中的氧的，因为在装和拆波导纤维预制品时，周围空气会进入炉子。另外，由于从炉子排除氧化剂很困难，据信炉子内有氧存在。例如，马弗炉的上部会由于坯料装入炉子期间，停留于马弗炉内的光导纤维坯料的含氧的多孔烟灰部份而氧化，据信存在于坯料多孔部位内的氧，使炉子氧化而产生石墨粒子。考虑到以上问题，需要有一种不产生石墨粒子的拉制纤维的石墨马弗炉，以显著降低纤维内的点缺陷损耗。专利技术的概述因此，总的来说，本专利技术提供一种用来加热波导玻璃纤维预制品至足以拉制纤维的温度的设备，该设备包括整体为管状的石墨马弗炉，该马弗炉的内表面涂覆有高纯度碳化硅。涂层厚度优选至少约2密耳，含有低于约900份/十亿的杂质。另一方面，本专利技术提供一种在拉制炉内制造波导纤维的方法，拉制炉包括具有内表面的整体为管状的石墨马弗炉。该方法包括在石墨马弗炉内表面上涂覆高纯度碳化硅的步骤。该方法还包括将波导纤维预制品放置在马弗炉内、加热炉子至足以从预制品拉制纤维的温度、并由坯料拉制成纤维。从上述概述中可以认识到几个重要的优点。本专利技术的主要优点是显著降低在石墨马弗炉的炉子内拉制的波导纤维内的点缺陷损耗。本专利技术的其他特点和优点将在下面说明中阐述。应当理解上面的说明和下面的详细说明都是示范性和说明性的，旨在提供对本专利技术权利要求的进一步说明。附图的各部分没有按比例画，有时故意失真是为了更好地说明本专利技术。附图的简要说明附图说明图1是说明本专利技术光导纤维拉制炉的示范方式的示意图。详细说明下面详细说明本专利技术的优选实施方式，附图示意说明了一个实施例。本专利技术包括一种用来加热波导纤维至足以拉制纤维的温度的设备。本专利技术的示范性的实施方式如图1所示，整体由标号数字10表示。如这里所述和图1所示，炉子10包括整体为圆筒状的外套12，外套具有侧壁14、顶部16和底部18。在顶部16中央有一个开口22，其垂直对应底部18的开口24。隔离材料26轴向放置于外套12内，它可以由多段组成。整体为管状的石墨马弗炉28放置于隔离材料26的中央。马弗炉28和隔离材料可以由垫圈20与底部18分开，该垫圈20有一个孔21，通过该孔拉制纤维，垫圈也将马弗炉与底部分开。垫圈20可以曲二氧化硅制成。与电源(未示出)接通的感应圈30环绕隔离材料26，为炉子10提供加热热源。用水冷却的外套12可以由不锈钢等制造。外壳12优选轴向完全包围马弗炉26的整个长度。惰性气体例如氩气流入外套12内，防止马弗炉26外表面的氧化。将波导纤维预制品32(以虚线表示)轴向地放入马弗炉26中，直至其第一端34置于“加热带”，该“加热带”位于感应圈30内。在“加热带”达到足以从预制品拉出纤维的温度之后，该温度优选为1900℃以上，从预制品32的末端部位34拉制出光导纤维36。在本专利技术的一个重要方面，靠近预制品32的马弗炉28的内表面上具有高纯度碳化硅的涂层，以防止石墨马弗炉的劣化。石墨马弗炉28优选包括至少两个、和更优选三个轴向段，因为涂覆长于约40英寸的马弗炉的段很困难。碳化硅涂层的厚度优选至少约2密耳，低于约100密耳。涂层厚度小于约2密耳，就不足以防止石墨粒子沾染到从炉子里拉出的纤维；而涂层厚度大于约100密耳，就易于产生微裂缝和热骤变。SiC涂层的热膨胀系数必须严格与碳粘合剂基体材料的相适应，该粘合剂材料将马弗炉的石墨粒子固定在一起，以防止涂层由于热膨胀不相配而分层。马弗炉内表面的碳化硅涂层优选采用含硅气体由化学蒸汽沉积工艺形成。这样的涂层可以通过使含硅气体例如硅烷与氢反应生成SiC而形成，其中硅与碳的比例约为1∶1。SiC涂覆于已加热至1000℃以上的基材的内表面上。高纯度的涂层优选位于马弗炉的内表面上，以防止在本专利技术炉子内拉制的纤维受到沾染。碳化硅涂层内杂质的含量优选低于约900份/十亿，更优选低于约200份/十亿。本专利技术的另一方面是在拉制炉子内制造波导纤维的方法，该炉子包括石墨、具有内表面的整体为管状的马弗炉。该方法包括在石墨马弗炉内表面上提供高纯度碳化硅的涂层、在马弗炉内放置波导纤维预制品、加热炉子至足以从预制品拉出纤维的温度、并从预制品拉出纤维的步骤。炉子优选加热至至少约1900℃的温度，更优选至少约2000℃，使波导预制品的尖端软化，并从该端拉出纤维。高纯度碳化硅的纯度优选约为99.999％，更优选含有低于约900份/十亿的杂质。低杂质含量是本专利技术的一个重要方面，因为较高的杂质含量会引起在炉子内制造的纤维的光学或力学的缺陷。采用本专利技术的炉子和方法制造的波导纤维，表现出显著降低的点缺陷损耗。在传统的石墨马弗炉拉制炉子内拉制的纤维，表现出约5％的由于点缺陷而衰减的制品损耗。在本专利技术的炉子内制造的纤维，表现出约0.8％的由于点缺陷而衰减的制品损耗。该炉子包括整体为管状的、具有内表面的石墨马弗炉，其内表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炉子，用于加热玻璃波导纤维预制品至足以拉出纤维的温度，它包括整体为管状的石墨马弗炉，所述马弗炉包括马弗炉内表面上涂有高纯度碳化硅涂层的内表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SC鲍尔，JM巴纳德，JA斯萘匹，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]