一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，包括沉积容腔、喷枪杆、芯部喷嘴、包层喷嘴和多个靶棒，芯部喷嘴和包层喷嘴均与喷枪杆的内部连通，各原料和燃料的管道均与喷枪杆的内部连通，靶棒通过升降平台驱动升降，多个靶棒以喷枪杆为中心的对称设置在喷枪杆的外侧，各靶棒的中心与喷枪杆的中心的距离均相同，各靶棒中心与喷枪杆中心的连线与坐标轴均成45°夹角，多个靶棒在各自独立的电机驱动下绕各自的轴线转动，多个靶棒均设置在升降平台上。本发明专利技术实现多棒的同时制作，预制棒的生产效率至少提高2倍；整个制备过程的各项工艺参数由PID控制器进行反馈环路控制，提高预制棒母体的外径和折射率的分布精度。

Preparation method of multiple preform rod based on VAD technology and preparation method thereof

The invention provides a preform preparation system based on VAD technology, including the deposition chamber, a spray gun rod and a core cladding nozzle, nozzle and multiple target rods, core and cladding are the internal nozzle nozzle with a spray gun rod connection pipeline of the raw material and fuel are internal and spray gun rod. Is target rod through the lifting platform lifting drive, multiple target rods to spray gun rod as the center of symmetry is disposed outside the spray gun rod, the rod of the target center and the distance from the center of the spray gun rod are the same, the connection rod target center and the center of the spray gun rod and the axis are 45 degree angle, multiple the target rod in its own motor driven around the axis of rotation, multiple target rods are arranged on the lifting platform. The invention realizes the production of multi rod at the same time, the preform production efficiency increased at least 2 times; the preparation process parameters of the feedback loop is controlled by the PID controller to improve the diameter and refractive index distribution of precision preform matrix.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤制造
，具体涉及一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统。
技术介绍
现有的光纤预制棒制备VAD工艺，首先将高纯度的原料化合物(SiCl4、GeCl4)通过氢、氧焰喷枪，在火焰中气相反应生成SiO2、GeO2玻璃粉末，从火焰方向喷射到一根旋转的靶棒(氧化铝棒)上，使之沉积在靶棒上。沉积起始后的靶棒向上提升，使沉积面始终保持在一定的位置，整个反应在容器中进行，通过排气的恒定来保证火焰的稳定。最后将制成的多孔质母材在电炉中脱水，烧结成透明玻璃体。喷枪的喷嘴结构设计、原料流量、排气流量、火焰温度、沉积体表面温度和旋转速度，以及沉积体端部的位置等都会影响预制棒母体的外径和折射率分布的精度。而目前VAD工艺的预制棒生产设备同时只能制作一根预制棒，生产效率低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，实现多棒的同时制作，预制棒的生产效率至少提高2倍；同时，优化结构设计的喷嘴结构能够有效的将火焰和原料反应区分隔开，并限制火焰的成形区，以此来保障芯层沉积体表面的温度，最终稳定预制棒的折射率和预制棒的母体外径，提高预制棒的质量。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，包括沉积容腔、均设置在沉积容腔内的靶棒、中空的喷枪杆、芯部喷嘴和包层喷嘴，所述芯部喷嘴和包层喷嘴均与喷枪杆的内部连通，各原料和燃料的管道均与喷枪杆的内部连通，所述靶棒通过一升降平台驱动升降，所述靶棒在电机的驱动下绕自身轴线转动，所述沉积容腔内设有进气端和排气端，其特征在于：所述靶棒具有独立工作的多个，多个所述靶棒以喷枪杆为中心的对称设置在喷枪杆的外侧，各所述靶棒的中心与喷枪杆的中心的距离均相同，各所述靶棒中心与喷枪杆中心的连线与坐标轴均成45°夹角，多个所述靶棒在各自独立的电机驱动下绕各自的轴线转动，多个所述靶棒均设置在升降平台上；其还包括一PID控制器、和设置在沉积容腔内的摄像机和高温计，所述PID控制器控制连接摄像机、高温计；所述进气端和出气端均设有压力传感器、气泵和气阀，各原料和燃料的管道上均设有流量泵和物料阀，各压力传感器、气泵、气阀、流量泵、物料阀和电机均连接PID控制器形成反馈。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述靶棒为四个。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述喷枪杆为圆柱体结构，其具有上节和下节，所述芯部喷嘴设置在喷枪杆的下节，所述包层喷嘴设置在喷枪杆的上节，使得芯棒在靶棒的下端沉积，包层在靶棒的沉积芯层外表面沉积。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述芯部喷嘴的截面为圆形结构，圆形结构的芯部喷嘴具有四组喷口，分别为自内向外依次分布的中心喷口、内屏蔽喷口、中间环孔喷口和外屏蔽喷口，原料化合物与氧气的混合物自中心喷口中喷出，燃料气体自中间环孔喷口中喷出，内屏蔽喷口和外屏蔽喷口中均用于喷出氧气。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述包层喷嘴与芯部喷嘴的结构相同。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述芯部喷嘴具有以喷枪杆为中心对称设置的四个，所述包层喷嘴具有上下位设置的两组，每组均具有以所述喷枪杆为中心对称设置的四个。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述靶棒沉积体表面的温度为1200℃±50℃。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括其还包括一固定夹具，所述固定夹具为圆形结构，其上设有中心通孔和多个靶棒固定孔，多个靶棒固定孔以中心通孔为中心的对称设置，所述中心通孔用于供喷枪杆穿过，各所述靶棒一一对应的设置在靶棒固定孔内。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种多预制棒的制备方法，其特征在于：使用权利要求1-3、5-8任一项所述的制备系统，安装好各靶棒并置于沉积容腔内，使各靶棒以相同的速度旋转；将SiCl4、GeCl4、O2通入芯部喷嘴的中心喷口，将氢氧混合气体通入芯部喷嘴的中间环孔喷口，将O2通入芯部喷嘴的内屏蔽喷口和外屏蔽喷口；并在沉积容腔内点燃产生火焰，气相原料SiCl4、GeCl4、O2在火焰中反应生成SiO2、GeO2粉尘，SiO2、GeO2粉尘沉积于靶棒的末端，形成芯层；将SiCl4、O2通入包层喷嘴的中心喷口，将氢氧混合气体通入芯部喷嘴的中间环孔喷口，将O2通入芯部喷嘴的内屏蔽喷口和外屏蔽喷口；并在沉积容腔内点燃产生火焰，气相原料SiCl4、O2在火焰中反应生成SiO2粉尘，SiO2粉尘附着在芯层外周，形成包层；在升降平台的带动下多个靶棒同时上升，沉积面始终保持在靶棒的下端，使得粉尘在各个靶棒的下端连续沉积成圆柱形芯棒，芯棒沉积完成的部位随着升降平台的提升到达喷枪杆的上节沉积形成外包层，一次获得多个预制棒。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种多预制棒的制备方法，其特征在于：使用权利要求4所述的制备系统，安装好各靶棒并置于沉积容腔内，使各靶棒以相同的速度旋转；将SiCl4、GeCl4、O2通入芯部喷嘴的中心喷口，将氢氧混合气体通入芯部喷嘴的中间环孔喷口，将O2通入芯部喷嘴的内屏蔽喷口和外屏蔽喷口；并在沉积容腔内点燃产生火焰，气相原料SiCl4、GeCl4、O2在火焰中反应生成SiO2、GeO2粉尘，SiO2、GeO2粉尘沉积于靶棒的末端，形成芯层；将SiCl4、O2通入包层喷嘴的中心喷口，将氢氧混合气体通入芯部喷嘴的中间环孔喷口，将O2通入芯部喷嘴的内屏蔽喷口和外屏蔽喷口；并在沉积容腔内点燃产生火焰，气相原料SiCl4、O2在火焰中反应生成SiO2粉尘，SiO2粉尘附着在芯层外周，形成包层；在升降平台的带动下多个靶棒同时上升，沉积面始终保持在靶棒的下端，使得粉尘在各个靶棒的下端连续沉积成圆柱形芯棒，芯棒沉积完成的部位随着升降平台的提升到达喷枪杆的上节沉积形成外包层，一次获得多个预制棒。本专利技术的有益效果是:其一、本专利技术的一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，实现多棒的同时制作，预制棒的生产效率至少提高2倍；同时，整个制备过程的各项工艺参数由PID控制器进行反馈环路控制，提高预制棒母体的外径和折射率的分布精度；其二、优化结构设计的喷嘴结构能够有效的将火焰和原料反应区分隔开，并限制火焰的成形区，以此来保障芯层沉积体表面的温度，最终稳定预制棒的折射率和预制棒的母体外径，提高预制棒的质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术优选实施例的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例固定夹具的结构示意图；图3上本专利技术优选实施例芯部喷嘴的结构示意图。其中：2-沉积容腔，4-靶棒，6-喷枪杆，8-芯部喷嘴，10-包层喷嘴，12-PID控制器，14-中心喷口，16-内屏蔽喷口，18-中间环孔喷口，20-外屏蔽喷口，22-中心通孔，24-靶棒固定孔。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，包括沉积容腔、均设置在沉积容腔内的靶棒、中空的喷枪杆、芯部喷嘴和包层喷嘴，所述芯部喷嘴和包层喷嘴均与喷枪杆的内部连通，各原料和燃料的管道均与喷枪杆的内部连通，所述靶棒通过一升降平台驱动升降，所述靶棒在电机的驱动下绕自身轴线转动，所述沉积容腔内设有进气端和排气端，其特征在于：所述靶棒具有独立工作的多个，多个所述靶棒以喷枪杆为中心的对称设置在喷枪杆的外侧，各所述靶棒的中心与喷枪杆的中心的距离均相同，各所述靶棒中心与喷枪杆中心的连线与坐标轴均成45°夹角，多个所述靶棒在各自独立的电机驱动下绕各自的轴线转动，多个所述靶棒均设置在升降平台上；其还包括一PID控制器、和设置在沉积容腔内的摄像机和高温计，所述PID控制器控制连接摄像机、高温计；所述进气端和出气端均设有压力传感器、气泵和气阀，各原料和燃料的管道上均设有流量泵和物料阀，各压力传感器、气泵、气阀、流量泵、物料阀和电机均连接PID控制器形成反馈。

【技术特征摘要】
1.一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，包括沉积容腔、均设置在沉积容腔内的靶棒、中空的喷枪杆、芯部喷嘴和包层喷嘴，所述芯部喷嘴和包层喷嘴均与喷枪杆的内部连通，各原料和燃料的管道均与喷枪杆的内部连通，所述靶棒通过一升降平台驱动升降，所述靶棒在电机的驱动下绕自身轴线转动，所述沉积容腔内设有进气端和排气端，其特征在于：所述靶棒具有独立工作的多个，多个所述靶棒以喷枪杆为中心的对称设置在喷枪杆的外侧，各所述靶棒的中心与喷枪杆的中心的距离均相同，各所述靶棒中心与喷枪杆中心的连线与坐标轴均成45°夹角，多个所述靶棒在各自独立的电机驱动下绕各自的轴线转动，多个所述靶棒均设置在升降平台上；其还包括一PID控制器、和设置在沉积容腔内的摄像机和高温计，所述PID控制器控制连接摄像机、高温计；所述进气端和出气端均设有压力传感器、气泵和气阀，各原料和燃料的管道上均设有流量泵和物料阀，各压力传感器、气泵、气阀、流量泵、物料阀和电机均连接PID控制器形成反馈。2.根据权利要求1所述的一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，其特征在于：所述靶棒为四个。3.根据权利要求1所述的一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，其特征在于：所述喷枪杆为圆柱体结构，其具有上节和下节，所述芯部喷嘴设置在喷枪杆的下节，所述包层喷嘴设置在喷枪杆的上节，使得芯棒在靶棒的下端沉积，包层在靶棒的沉积芯层外表面沉积。4.根据权利要求1或3所述的一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，其特征在于：所述芯部喷嘴的截面为圆形结构，圆形结构的芯部喷嘴具有四组喷口，分别为自内向外依次分布的中心喷口、内屏蔽喷口、中间环孔喷口和外屏蔽喷口，原料化合物与氧气的混合物自中心喷口中喷出，燃料气体自中间环孔喷口中喷出，内屏蔽喷口和外屏蔽喷口中均用于喷出氧气。5.根据权利要求4所述的一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，其特征在于：所述包层喷嘴与芯部喷嘴的结构相同。6.根据权利要求3所述的一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，其特征在于：所述芯部喷嘴具有以喷枪杆为中心对称设置的四个，所述包层喷嘴具有上下位设置的两组，每组均具有以所述喷枪杆为中心对称设置的四个。7.根据权利要求1所述的一种基于VAD工艺的多预制棒制备系统，其特征在于：所述靶棒沉积体表面的温度为1200℃±50℃。8.根据权利要求1所述的一种基于VAD工艺的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，邢应朋，黄均亮，李松良，许永，王骏杰，王晓娟，顾菊香，
申请(专利权)人：江苏南方光纤科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32