用于玻璃纤维初坯热处理的方法技术

一种通过加热来对用于拉制光学纤维的多孔玻璃初坯进行脱水和净化处理的方法，包括在高温下和在含有惰性气体和卤化硅气体的气氛中将初坯通过一个至少在其内表面有ＳｉＯ覆层的套管；一种通过加热来对用于拉制光学纤维的多孔玻璃初坯进行掺氟处理的方法，包括在高温下和在含有氟化合物气体和惰性气体的气氛中将初坯通过一个至少在其内表面有ＳｉＯ覆层的套管；及一种通过加热来对用于拉制光学纤维的多孔玻璃初坯进行玻璃化处理的方法，包括在高温下和在所需的气氛中将已预先脱水和净化的初坯通过一个至少在其内表面有ＳｉＯ覆层的套管。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于多孔玻璃初坯热处理的方法，所说的玻璃初坯是用来生产一种光学纤维的初坯。通常用于制造光学纤维初坯的方法如下，首先采用汽相轴向沉积法或表面化学汽相沉积法制成一个圆柱形或圆环形的多孔初坯，然后将此多孔初坯置于加热炉内，在一种诸如氩或氦的惰性气体与一种氯基气体或氟基气体所组成的混合气氛中加热、脱水和烧结，以生产一种用来制造光学纤维的，透明并且高纯度的初坯。加热炉的操作温度要取决于需加进初坯中的添加剂的种类及其含量，这一温度一般在1200-1600℃的范围内。由于在这样高的温度下初坯易被杂质污染，因此在加热炉中通常装入一根高纯石英套管以防止这种污染。然而，这种石英套管会由于反玻璃化作用迅速变脆，这种反玻璃化作用是由于石英在高温下由玻璃相向结晶相转变而引起的，这样就使得石英套管的使用寿命不长。近来，常将一种在其内表面上涂覆有碳化硅(SiO)的碳质套管用于加热炉中。与石英套管相比，这种碳质套管可在更高的温度下操作，并且，套管的SiO层提高了套管的气密性和抗氧化能力。另外，为了防止SiO与反应气体之间的反应，用氧气来处理覆盖在碳质套管上的SiO层，以便在此SiO覆盖层上形成一层SiO2(参见日特开昭201634/1986)。上述那些现有技术存在下列的一些问题(1)在使用石英套管的情况下，当温度超过1400℃时石英套管就会软化并且变形。另外，由于石英在超过1200℃的温度下会形成晶体(方英石)，因此石英套管在其使用期间不能让它的温度低于结晶转变点(即温度降低值不能超过300℃)。这样，石英套管一旦开始加热就必须连续地加热而不能让它的温度降低。(2)在使用SiO制套管或涂覆SiO要与作为反应剂，即以卤素为基体的气体反应而生成一种多孔的碳，因而使该套管的气密性降低，由此导致卤基气体从套管内部向外洩漏。(3)当所用的套管在其SiO覆层上再覆盖一层SiO2的情况下，由于SiO和SiO2二者的热膨胀系数相互间有很大的差异，因此使得只有几微米厚的SiO2很易碎裂。因此反应气体就能渗透过产生的裂纹，这样就不可能在一段相当长的时间内稳定地生产出所说的玻璃初坯。本专利技术的一个目的是提供一种可在相当长的时间内稳定地生产一种光学纤维初坯的热处理方法，由这种初坯可以拉制出一种低传输损耗的光学纤维。本专利技术所提供的对用来制造光学纤维的多孔玻璃初坯进行热处理的方法，包括在一个加热设备中和在用以进行热处理的气氛下加热所说初坯的步骤，所说的加热设备含有一根套管，该套管至少在其内表面上涂覆有SiO覆层。术语“热处理”包括任何一种用来加热初坯的处理手段。例如，对初坯进行的烧结处理、脱水和净化处理、掺氧处理和玻璃化处理等皆包括在所说热处理的概念之内。首先，本专利技术提供一种借助于加热用于制造光学纤维的多孔玻璃初坯来对其进行脱水和净化处理的方法，该方法包括在高温下和在这样一种气氛中将所说初坯支撑在套管中或使其通过套管的步骤，所说的气氛包含一种由惰性气体和卤化硅气体所组成的混合气，或者包含一种由惰性气体、卤化硅气体和卤基气体所组成的混合气，而所说的套管至少在其内表面上具有一层SiO覆层。其次，本专利技术提供将用来制造光学纤维的多孔玻璃初坯进行掺氟的热处理方法，包括将初坯支撑或导入以及通过一根至少在内表面上涂覆有SiO覆层的处于高温下的套管。套管中的气氛为含有氟化合物气体与一种惰性气体的混合物。附图说明图1至4以及图7皆示意地描述了用于实施本专利技术的加热炉的剖视图，图5示意地描述了用于测置套管内部氧气浓度的装置，图6示出了使用图5中的测置装置对某一个套管中氧气含置的测置结果，图8示出在实施例1中和在对比例2中所制得的光学纤维的传输损耗。下面将参考附图来详细地解释本专利技术。现在先解释本专利技术的第一方面。图1示意地描述了用于实施本专利技术方法的加热装置的一种方案的剖面图。该加热装置包括套管12、炉体15和用以防止热损失的绝热层14，在套管12中装有一个多孔的玻璃初坯11，炉体15包围在套管12的外面并带有一个用于加热所说玻璃初坯11的加热器13。用于使初坯脱水和净化的脱水和净化气体通过与套管相连接的导管16进入套管。此外，在鼓泡器17中产生的卤化硅气在气体混合器18中与其他的脱水和净化气体G混合。该套管由碳制成并涂覆了SiO覆层。而且，在SiC覆层上又涂覆了SiO2覆层。每一层覆盖层皆可用常规的方法制成。术语“脱水和净化气体”是指一种由诸如氦(Hв)、氩(Ar)和氮(N2)等惰性气体与卤化硅气并任选一种卤基气体一起组成的气体混合物。本专利技术是根据下面一些实验结果进行考虑的实验1将一块涂覆有厚度为100μm的SiC层的碳板置于一种具有脱水和净化作用的气氛中在1500℃下加热10小时，所说的气氛含2.5份(体积)的SiCl4和100份(体积)的惰性气体(He)。经过加热以后，所测得的SiC覆层的重置损失很小，只有约1%。这时SiC覆层的比表面积为0.1m2/g，这一数值基本与SiC覆层在加热以前的数值相等。实验2重复实验1，所不同的只是所用的脱水和净化气体含3份(体积)的SiCl4和1份(体积)的Cl2以及100份体积的惰性气体。经过加热以后，所测得的SiC覆层的重置损失也只有1.4%。这时SiC覆层的比表面积为0.15m2/g，这一数值也基本上与SiC覆层在加热以前的数值相等。实验3重复实验1，所不同的只是所用的脱水和净化气体含5份(体积)的Cl2和100份(体积)的惰性气体。经过加热以后，所测得的SiC覆层的重置损失高达71%。这意味着SiC已完全分解。而这时SiC覆层的比表面积为800m2/g，并且发现了一些直径为30 的大孔隙。从以上实验可以得出如下结论(1)在高温下，SiC要与Cl2发生反应，但它却很难与SiCl4发生反应。(2)当将SiCl4加到存在于脱水和净化气体中的Cl2气中时，可以抑制SiC与Cl2之间的反应。因此，为了防止Cl2气破坏SiC覆层，脱水和净化处理步骤最好在SiCl4气氛中或在Cl2与SiCl4的混合气氛中进行。这种考虑可以用下列的平衡式来表达上述平衡式表明，SiC会被Cl2气破坏。因此，为了抑制这种破坏作用，可根据以平衡常数来表达的一个平衡关系式来增加产生的SiCl4的浓度平衡常数 Kp=［Csicl4］1/2［cl2]当使用惰性气体与卤化硅气体的混合物作为脱水和净化气体时，应使用0.3至10份(体积)的，最好是使用2至5份(体积)的卤化物气体和100份(体积)的惰性气体所组成的混合物。当卤化硅气体小于0.3份(体积)时，该气体混合物就没有足够的脱水能力。当卤化硅气体大于10份(体积)时，所增加的SiCl4用量带来的提高效果已不明显。当使用惰性气体与卤化硅气体以及卤基气体的气体混合物作为脱水和净化气体时，最好使用0.3至10份(体积)的卤化硅气体和0.1至10份(体积)的卤基气体以及100份(体积)的惰性气体所组成的气体混合物。当所含的卤基气体大于10份(体积)时，SiC覆层要被破坏。而当卤基气体小于0.1份(体积)时，所加入的卤基气体起不到应有的作用。但在任何情况下，卤基气体的加入都可提高所用气体混合物的脱水能力。用于进行脱水和净化处理的加热温度范围是900至1200℃。如果加热温度低于900℃，则得不到满意的脱水和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过加热来对用于拉制光学纤维的多孔玻璃初坯进行玻璃化和掺氟的处理方法，该方法包括在１４００℃以上的温度和包含惰性气体，ＳｉＦ↓［４］、Ｃ↓［２］Ｆ↓［６］和ＣＦ↓［４］中的至少一种，以及ＳｉＦ↓［２］Ｆ↓［６］和Ｓｉ↓［３］Ｆ↓［８］中至少一种气体的气氛下使所述初坯通过在其内表面上具有ＳｉＣ覆层的套管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石川真二，大贺裕一，土谷一郎，金森弘雄，横田弘，京藤伦久，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]