采用等离子外部汽相沉积法制造用于光纤生产的管状件的方法技术

等离子气体沿一输气管路（４２）流向一等离子体发生炬（４０）。源气体沿一管路（４４）也流向该等离子体发生炬。这样产生一沉积在靶体（３４）上的反应产品。这样就制造出一可用于制造光纤的管状件。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Method for manufacturing tubular parts for optical fiber production by plasma external vapor deposition

The plasma gas flows along a gas line (42) to a plasma generating torch (40). The source gas flows along the pipe (44) to the plasma generating torch. In this way, a reaction product deposited on the target body (34) is produced. This creates a tubular piece that can be used to make optical fibers.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的背景本专利技术涉及光纤预制棒起始管(“起始管”)，和光纤预制棒的制造方法。本专利技术尤其涉及通过等离子过程而沉积低羟基含量的二氧化硅来制造这样的管子和预制棒的工艺。现有技术中有各种制造二氧化硅玻璃起始管和制造光纤预制棒的方法。起始管可通过加热二氧化硅并将其通过一孔挤出而形成。起始管和光纤预制棒都可采用几种技术比如改进的化学汽相沉积(MCVD)、汽相轴向沉积(VAD)、外部汽相沉积(OVD)中之一项技术，在靶体(target)上沉积掺杂或不掺杂的二氧化硅来制成。这些方法中的每一种方法开始时都是提供一旋转的靶体，一般是管状或实心棒状，且由玻璃、陶瓷或几种其它的材料之一制成。在某些情况下，该棒或管成为该预制棒的一构成部分，但是在其它情况下，该棒将被去除。一加热源，比如一气体燃烧器或一等离子源位于该旋转的靶体的下面。该加热源将为玻璃-形成反应提供所需要的能量，从而形成玻璃颗粒。依据工艺的特点，这些沉积的玻璃颗粒准备用于下一步处理、干燥和烧结步骤例如VAD或OVD工艺。如果是MCVD工艺，则这些颗粒将由同样的加热源熔融成玻璃态石英。当该靶体水平安装时，加热源沿靶体的长度行进从而确保均匀地沉积。如果靶体是一管件，则该形成颗粒的玻璃和材料可在管的内表面上沉积，在这种情况下外径保持恒定，或者在管的外侧沉积，在这种情况下外径增大。当靶体垂直安装时，它绕其垂直轴线旋转，且在径向和轴向上都增长。这样产生一基本上圆柱形产品，其直径和长度随沉积的继续进行而增加。Izawa等人的美国专利USP4224046提出了一种制造光纤预制棒的方法。两气态玻璃原料、氧气、氢气和氩气在燃烧器中朝向垂直安装的旋转的圆柱形起始件向上喷射。烟灰状的玻璃颗粒通过火焰水解作用形成，且沉积在该起始件的下端。该起始件逐渐地向上回缩，使得在其成长端和燃烧器之间的距离保持恒定。一旦完成沉积，生成的烟灰状玻璃预制棒进行干燥和烧结而形成一透明的玻璃预制棒。Partus的美国专利USP4412853公开了一种形成光纤预制棒起始管的MCVD工艺。该工艺从一水平安装的、旋转的管状靶体开始，该靶体由玻璃制成且具有预定的成分和光学特性。在一位于该管状靶体下面的加热源沿靶体的长度来回移动时，供给一束汽流穿过该管状靶体。这导致该汽流的反应产物沉积在并熔融到该管状靶体的内表面上。沉积的材料具有与管状靶体同样的折射率，但不同的成分。这篇文献还提到可通过外部汽相氧化工艺或外部汽相轴向沉积工艺来达到同样的效果，但没有明确指出如何去作。Leber等人的美国专利USP4923497是针对垂直拉拔二氧化硅起始管的连续生产。这种工艺应用在一密闭的坩埚内的颗粒状二氧化硅。然后，软化的二氧化硅通过一成形工具经由该坩埚的底部的开口而被拉拔成管状。在该工艺中，该密闭的坩埚和紧接在其下形成管子的空间构成高氢含量的气氛。此外，在成形工具和坩埚之间保持一预定的电势差而产生一电场，从而减少杂质。Leber等人的美国专利USP5026413也是针对垂直拉拔二氧化硅管的制造。高二氧化硅含量的石英在熔炉内软化并通过坩埚的底部的开口拉拔成管子。该管子内的压力和形成该管子的室内的压力被检测并平衡，从而将该管的直径偏差减小到最小。Drouart的美国专利USP5522007提出了等离子沉积的应用，来制造一具有较高羟基离子含量的光纤预制棒。在该文献中，在等离子产生气被引入到具有感应线圈的等离子炬的一端之前，通过使气体流经水槽而使羟基离子特意地夹带入等离子产生气中。该等离子炬在一旋转的预制棒基体上喷射混有羟基离子的熔融的二氧化硅颗粒。这样产生一沉积在该靶体预制件上的预制棒，它具有在50-100ppm范围内的平均羟基离子含量。根据Drouart等，这种技术产生的光纤在1310nm和1550nm分别具有0.32dB/km和0.195db/km的衰减。Heitmann的美国专利USP5609666提出了由一多孔的氧化物陶瓷形成的管状基体来生成石英玻璃管。由甲烷、四氯化硅SiCl4和氧气的混合物来工作的燃烧器沿该管状基体来回移动，从而在该管状基体上沉积玻璃粉。同时，包含有氯或二氯亚砜的干燥气体混合物，和其它气体一起沿该管状基体的轴线流过该管状基体的内部。清洗气体从该沉积的玻璃粉中去除羟基离子。该沉积的、清洗过的玻璃粉状体从该管状基体上去除，然后经过进一步的干燥和烧结，从而形成低-OH含量的管或棒。上述的工艺方法都有缺点。首先，在连续工艺中通过拉拔而形成的管具有较高的杂质含量、夹杂物和经常是较高的羟基含量。这样的管子不具有制造光纤所期望的机械和光学特性。其次，该需要粉状沉积，紧接着是随后的干燥和烧结的工艺花费较高，且占较长的时间，因为它们需要两个不同的且经常是不能同时进行的步骤。本专利技术的概述本专利技术的一个目的是提供一种制造具有低于1ppm的羟基含量的起始管和光纤预制棒的设备和方法，从而它们可用于制成单模光纤，该光纤具有在波长为1310nm时低于0.40db/km且在波长为1550nm时低于0.20db/km的衰减。本专利技术的另一个目的是通过减少其制造过程中所需要的步骤数目而以较低的成本制造这样的起始管和预制棒。本专利技术的另一个目的是制造一用于预制棒的起始管，该预制棒随后可制成具有较好强度的光纤。通过本专利技术的形成起始管和光纤预制棒的方法可达到这些和其它的目的。在本专利技术的工艺中，一等离子源放置在一靶体附近，在该靶体上沉积二氧化硅材料。一具有较低羟基离子含量的干燥的等离子气体用来形成等离子体。将一干燥的含有至少SiCl4，或其它相同的源气体且羟基含量较低的石英源气体引入到该等离子体的附近。这样在简单的一个步骤中，使材料转换成二氧化硅(SiO2)并沉积在靶体上、且熔融成玻璃态石英。在多种形式中的一种中的源气体掺杂有氟时产生的起始管具有比纯二氧化硅更低的折射率，其中该起始管用于随后拉制成具有更高的强度和良好的光学性能的纤维的预制棒。附图简要说明本专利技术的这些和其它的特征、方面以及优点可从附图中理解，其中附图说明图1显示了一根据本专利技术的设备；图2显示了在本专利技术的设备中使用的等离子体发生器的部分侧面图；图3显示了相同于图2中所示的等离子体发生器的顶视图；和图4显示了一在本专利技术中使用的等离子体发生器内的等离子体的流动模式。优选实施例的描述图1显示了一根据本专利技术的设备20。该设备包含一密封的室22，从而避免杂质进入到最终产品中。在该室22内是一车床24，比如可从Litton Engineering Lab得到的那种车床。该车床24具有一头架25和一尾架26。头架25和尾架26设有一对相对转动的心轴卡盘28，该对卡盘保持一具有基本上圆柱形的外壁的细长靶体30的两端部。心轴卡盘28转动靶体30，如箭头A1所示。一可移动的拖架32可移动地安装在车床24上，可沿靶体在如双头箭头A2所示的两方向上移动。一等离子源，一般以标号40表示，由拖架32支撑。因此拖架32沿靶体30的长度移动等离子源40。这样导致材料在靶体30上的沉积而形成一管状件34，该管状件可以是一起始管，或一光纤预制棒。心轴卡盘28转动靶体30，以确保材料通过等离子源40均匀地沉积在靶体30周围，从而形成一具有几乎完美的圆柱形外壁的管状件34。在该优选实施例中，位于拖架32之上的等离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成一管状件的方法，该管状件适于在靶体上形成光纤的应用中，所述方法包括步骤： 提供一高频等离子体发生器，该发生器包含一线圈，所述等离子体发生器可有选择地沿所述靶体的长度定位，以３０－５５ｍｍ的间隔分开靶体和所述线圈； 将具有低于２ｐｐｍ的羟基含量的等离子气体引入到该等离子体发生器中而形成等离子体； 将含有至少ＳｉＣｌ↓［４］且羟基含量低于０．５ｐｐｍ的源气体注入一与所述等离子相关联的区域；和 在该靶体上沉积所述等离子体和所述源气体的至少一种反应产品，同时保持靶体和线圈之间的所述间隔。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MI古斯科夫，EB丹尼洛夫，MA阿斯拉米，D吴，
申请(专利权)人：纤维管有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]