制造高验证试验性能的光导纤维的方法技术

通过使用含氯、无氧气体混合物处理仍是多孔体的凝胶，减少了溶胶－凝胶制得的预制体拉伸的光导纤维的断裂。通过降低纤维中不能吸收的各种微粒的粒径，使纤维达到１００ｋｐｓｉ的验证试验的要求。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

Method of manufacturing an optical fiber with high verification test performance

By using a mixture of chlorine and oxygen free gas, the gel is still porous and reduces the fracture of the stretched optical fiber produced by sol gel. By reducing the particle size of various particles that cannot be absorbed in the fiber, the fiber reaches the requirement of 100kpsi verification test.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从包括溶胶-凝胶制得的玻璃的预制件拉伸石英光导纤维的制备方法，它应用低损耗单模纤维的形式，该纤维由溶胶-凝胶制得的包层管及内包的以常用纤维制备方法制得的芯棒组成的复合预制件制备。共同未决的美国专利申请No.07/930，125(1992年8月14日申请)首次认识到溶胶-凝胶制得的石英基玻璃体的潜在应用价值。在一应用中，管状体与粉尘法或改进的化学气相沉积法(MCVD)制得的芯体一起形成复合预制件，由此预制件可拉伸光导纤维。该专利申请公开，向溶胶中加入有机聚合物，以避免干燥时凝胶体产生裂纹烧结时除去聚合物，最后得到与现有的更昂贵方法制得的纤维质量相当的拉伸纤维，在不久的将来，近网状溶胶-凝胶体将用于制备光导纤维。美国专利申请No.Bhandarkar等3-1-29-64报告，溶胶-凝胶预制件中含有少量耐火料的微粒将使拉伸纤维不能满足验证试验的要求。在一般烧结温度下不能溶于石英的0.8μm氧化锆微粒或其它微粒在100kpsi验证试验中引起断裂。制备时要求几乎完全除去它们，可容忍的含量是2个耐火料微粒/106米纤维(10-10g/30kgSiO2)或更小。该发现对制备预制件的常用方法意义极小。或用粉尘法或用改进的化学气相沉积法的蒸汽转移方法没有玻璃体的微粒内部污染问题。毋需蒸汽转移而成本降低的溶胶-凝胶方法却有此问题。如用蒸汽冷凝除去原料中的微粒将丧失此方法的成本优势。为克服溶胶-凝胶方法这一问题的该共同申请建议采用离心方法。离心分离是有效的，特别是对大部分微米级或更大的微粒离心分离可用于溶胶-凝胶纤维制造方法中。溶胶-凝胶的加工进一步加剧了微粒污染的问题，这是由于溶胶离心分离后可能与容器壁接触引起的。同样，它没用蒸汽转移解决这一问题。使用无氧、含氯气体可从未烧结预制件中有效地除去引发断裂的耐火料微粒。由He或H2夹带的亚硫酰二氯(SOCl2)与耐火料氧化物微粒反应，在数小时内除去污染微粒，例如在几个小时内，ZnO2污染微粒最终以ZnCl4的形式除去。氯分子(仍是无氧的)有类似的效果，但其速度慢，需要大一个数量级的时间。氧气含量大于ppm将影响微粒的除去。在另外步骤中可含有氧，根据现有技术氧气用于除去有机物，或含于Cl2或SOCl2中用于除水。附图说明图1是本专利技术实践中使用的装置的透视图，部分为剖面图。图2是表示两种不同大小的氧化锆微粒的Zr降低的百分率与时间关系的曲线。本专利技术方法的一般描述A.SN 07/930，125的方法优选含氯组分SOCl2用于微粒的气体除去。如进一步讨论的，氯分子或其它含氯气态物质可能替代SOCl2。共同未决的美国专利申请No 07/930，125给出了有用的溶胶-凝胶方法的详细条件，它包括1.制备在水中含30-60%重量、表面积为30-60m2/g的石英微粒的混合物，2.混入占SiO2的1-6%重量的氢氧化四甲铵，提高PH值至少为9.5，3.混入在随后步骤中除去的聚合物，例如混入占SiO2的0.05-1%重量的聚乙基噁唑啉，4.混入至多占SiO2的10%重量的甘油，5.老化，6.加入胶凝剂，7.胶凝化，8.干燥凝胶体，9.加热以除去挥发物，10.脱羟基化，如用Cl2-O2处理多孔凝胶体，同时加热，11.烧结。B.微粒的除去本专利技术的微粒的除去步骤-“气体除去”在烧结前进行。最好在除去挥发物和脱羟基步骤之后进行。如不除去挥发物，它可与SOCl2反应，降低了除去微粒的速度。发现用于除去微粒的无氧SOCl2还有脱羟基的作用。先有的工业方法在前一步中采用传统的含氧气体进行脱羟基化，这一发现可以省去另外的脱羟基步骤。在气体除去之前，可根据共同申请的美国专利申请No.S.D.Bhandarkar3-1-29-64，离心未胶凝的溶胶。胶凝前进行离心，可显著降低气体除去所需时间。离心分离常用于药物及特殊化学工业。这里的离心分离利用了SiO2溶胶微粒(密度2.2g/cm3、粒径≤0.1μm)与耐火料污染物如ZrO2(密度≥4.5g/cm3、粒径≥2μm的密度和大小的差别。典型的操作条件-在3200g(g是Matm下的重力加速度)下离心30分钟-足以除去至少0.8m的ZrO2微粒，同时除去低于3.5%的溶胶中的SiO2。计算推测除去使粒径降至0.2μm。(这对含有31%SiO2的溶胶是可接受的-不会使其过度收缩或产生裂纹。)污染物微粒与SiO2密度及大小的差别使污染物的沉降速度快1500-90，000倍。可能单有粒径差别就足以离心分离离心分离可除去经常遇到的大的SiO2微粒聚集体(约400个或更多溶胶微粒的聚集体，低于此的聚集体不影响达约80kpsi的验证试验)。微粒的气体除去a.除去的微粒的种类涉及的微粒是耐火料-它在拉伸时不能熔于玻璃体中。一般情况下，这些微粒在低于拉伸所用的2000℃温度下不熔化。已发现ZrO2或TiO2与75%的纤维断裂有关，在气体除去这些微粒时要求环境中无氧。Cr2O3和稀土元素Er、Dy、Th和Ce的氧化物也可引起断裂。它们在用于除去一般污染物微粒条件下被除去。其它常遇到的微粒如Al2O3在拉伸时可吸入石英玻璃纤维中，不是断裂结点。在一般情况下，它也在无O2环境中与ZrO2和TiO2一起被除去。粒径的影响一般遵循Griffith's Law。根据该文献微粒诱导的断裂以断裂面为特征，包括包括缺陷的“镜面(mirror)”;中间“雾灰面(mist)”;由汇聚于缺陷处的断裂线构成的“锯齿面(hackle)”。可容许的粒径决定于验证试验的要求-可承受的拉伸力与粒径的平方根成反比。除去0.8μm和更大的微粒使纤维在100Kpsi验证试验中不会断裂(纤维直径不是一级判据，所得结论基于现有技术的125μm纤维)。b.气体组合物有效地除去微粒要求无氧-优选氧气量占或低于总气体组合物的10-4%体积(1ppm)。氧气含量对除ZrO2和TiO2至关重要。Cr2O3的除去速率受氧气的影响较小-多达80-90%体积的氧气基本不影响它的除去。由于ZrO2和TiO2是首要污染物，本专利技术的实践通常要求无氧。优选SOCl2作为主要或单一含氯成分。SOCl2比氯分子更有效，迄今为止，发现SOCl2是最适宜的。其有效性可能与SO-的存在有关。一方面，SO-可除去痕量O2，另一方面，它显著促进了分子的离解。实验结果很大程度说明，在除去微粒时，SO-的作用至少与离解释放的氯相当。类似的含氯化合物可用于除去耐火料微粒。迄今为止，尚没发现与SOCl2效果相当的化合物，可以考虑的包括SOF2、S2OCl4、S2O3Cl4、SOBr2、PCl5、PCl3和BCl3。其中的某些化合物如含B和含P化合物可能掺杂石英玻璃体导致不希望的折射率变化。其它可能很适宜的化合物却不易操作-例如SOF2，它太不稳定(不稳定性提高了活性，需要原位制备)。本质上，任何阳离子都有助于需要微粒离解。因此，只要含氯化合物离解、因而又引起微粒化合物离解，释放出来的阳离子与微粒化合物氧结合，提高了气体除去的速率。这有一前提条件-在气体除去的实验条件下，阳离子与氧反应生成气态反应产物。实验采用90-92%体积的He或N2作载气。证明He较有效。N2则更经济。微粒的除去速率与温度有关-随温度的升高而提高。使用的温度范围为本文档来自技高网...

【技术保护点】
从包括溶胶－凝胶制得的玻璃体的预制件拉伸纤维的光导纤维制备方法，其中该玻璃体由溶胶胶凝、随后干燥成多孔体、最后烧结制备，所述方法的特征在于，将多孔体进行除去微粒的处理，该处理是将多孔体加热，保持在低于烧结温度的升高温度下，置于基本无氧的流动含氯气体混合物中，从而使耐火料微粒与气体混合物反应生成气态产物，因而降低该微粒的粒径，因此减少微粒引起的纤维断裂，其中该气体混合物含有ＳＯＣｌ↓［２］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SD布汉达卡尔，
申请(专利权)人：美国电话电报公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]