掺二氧化钛石英光纤、其制备方法、应用以及其蒸镀装置制造方法及图纸

本发明专利技术是关于一种掺二氧化钛石英光纤、其制备方法、应用以及其蒸镀装置，所述掺二氧化钛石英光纤从内向外依次为纤芯、纤芯包层、钛扩散层以及有机包层；所述纤芯包层为石英包层；所述钛扩散层为掺二氧化钛石英包层；所述第一包层、第二包层与纤芯呈几何同心。本发明专利技术直接将溶制的低膨胀掺杂TiO2石英玻璃作为靶材，采用电子束蒸镀的方式对光纤预制棒进行镀膜，膜层层结合性好，且厚度均匀可控，利用这种涂覆方式易于大批量生产，灵活性好，效率高，制作成本相对较低。作成本相对较低。作成本相对较低。

【技术实现步骤摘要】
掺二氧化钛石英光纤、其制备方法、应用以及其蒸镀装置


[0001]本专利技术涉及光纤增强
，特别涉及一种掺二氧化钛石英光纤、制备方法、应用以及其蒸镀装置。

技术介绍

[0002]抗拉强度是评价光纤性能的一个重要指标。石英光纤的主要成分是石英玻璃，石英玻璃的理论强度是由(SiO2)分子之间的键结合力决定的，当SiO2键发生断裂时，其断裂强度高达20GPa。当外界作用力超过此值时，光纤就会断裂。
[0003]为了提高石英光纤的抗拉强度，通常采用有机涂层的方法来增强，有机涂层虽可以提高石英光纤的抗拉强度，但由于有机涂层自身的机械强度仅是MPa级，故有机涂层的主要作用是保护光纤不受机械损伤。此外，石英光纤的表面在涂覆有机涂层之前的拉丝过程中，由于成型后冷却过程中表面会产生微裂纹，这些微裂纹会降低光纤的拉伸强度。而且在使用过程中，空气、水蒸气等会导致不断地微裂纹扩散，可能使得石英光纤强度快速降低至只有理论抗拉强度的十分之一甚至更低。同时石英光纤出现微裂纹后，通常在光纤内部会形成断点，虽然表面上感觉没有断，但实际上影响了光的传输，光遇到断点时，会有反射产生，对传输造成影响。
[0004]因此，在石英光纤涂覆有机涂层之前，通过在裸光纤表层开发一种比石英玻璃柔性好的外包层实现阻断裂纹的产生与扩展，进而增加石英光纤的抗拉强度是很有必要的。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于，提供一种掺二氧化钛石英光纤、其制备方法、应用以及其蒸镀装置，所解决的技术问题是在丝径厚度均匀的前提下，如何通过高能等离子注入法在石英光纤预制棒表面掺钛来增强石英光纤的抗拉强度。
[0006]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种掺二氧化钛石英光纤，所述掺二氧化钛石英光纤从内向外依次为纤芯、第一包层、第二包层以及有机包层；
[0007]所述第一包层为石英包层；
[0008]所述第二包层为掺二氧化钛石英包层；
[0009]所述第一包层、第二包层与纤芯呈几何同心。
[0010]本专利技术的目的及解决其技术问题进一步可采用以下技术方案来实现。
[0011]进一步地，前述的掺二氧化钛石英光纤中，其中所述第一包层、第二包层及有机包层三者的厚度之比为(52.5～58.4):(0.0025～0.25):62.5。
[0012]进一步地，前述的掺二氧化钛石英光纤中，其中所述第二包层中二氧化硅与二氧化钛的质量比为(90～98):(2～10)。
[0013]本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种掺二氧化钛石英光纤的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1将二氧化钛粉体与二氧化硅粉体于1800～2100℃下进行熔化并保温，得到第一玻璃液；
[0015]S2将步骤S1得到的第一玻璃液于2000～2100℃下进行澄清，得到第二玻璃液；
[0016]S3将步骤S2得到的第二玻璃液进行水淬破碎，得到玻璃颗粒靶材；
[0017]S4将步骤S3得到的玻璃颗粒靶材与石英光纤预制棒置于蒸镀真空值中，进行烘烤；之后在含氧的真空条件下，使石英光纤预制棒在自转且同轴往复运动的同时，于设定的电子束下进行蒸镀，得到掺二氧化钛石英光纤预制棒；
[0018]S5将步骤S4得到的光纤预制棒进行拉丝处理，得到具有掺钛石英包层的石英玻璃纤维丝；
[0019]S6将步骤S5得到的石英玻璃纤维丝上涂覆有机包层。
[0020]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S1中，所述二氧化钛粉体与二氧化硅粉体的质量比为(90～98):(2～10)。
[0021]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S1中，所述保温的时间为1～3h。
[0022]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S2中，所述澄清的时间为30～60min。
[0023]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S3中，所述水淬破碎的粒度为0.1～2mm。
[0024]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S4中，所述烘烤温度为300～500℃。
[0025]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S4中，所述含氧的真空条件包括：真空度为低于5.9
×
10
‑3Pa，氧气的通入速率为10～15sccm。
[0026]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S4中，所述石英光纤预制棒的直径为10～50mm。
[0027]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S4中，所述电子束的设定数值为100～150mA。
[0028]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，所述光纤预制棒的自转速度为20～100r/min，同轴往复运动的速度为90～500mm/s，振幅大小与预制棒的棒长一致。
[0029]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，其中步骤S4中，所述之后在含氧的真空条件下，使石英光纤预制棒在自转且同轴往复运动的同时，于设定的电子束下进行蒸镀具体包括：当真空度低于1.6
×
10
‑3Pa时，以10～15sccm的速率通入氧气，待真空度稳定在低于5.9
×
10
‑3Pa时，开启电子束并调整电子束的位置，使其正对着靶材，然后以低于25mA/min的速率加大电子束直至稳定在100～150mA，使得光纤预制棒在自转速度为20～100r/min，同轴往复运动的速度为90～500mm/s，振幅大小与预制棒的棒长一致的条件下进行蒸镀。
[0030]进一步的，前述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法中，所述坩埚材质选为铜、耐高温不锈钢、钼或钨。
[0031]本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种通讯光纤，其为上述的掺二氧化钛石英光纤。
[0032]本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种用于石英光纤预制棒的蒸镀装置，包括真空室，所述真空室内设有底座，所述底座上分别固定有用于容纳靶材的坩埚、两个轴承支架、膜厚检测仪及烘烤器，所述坩埚的上方设有挡板，所述挡板与底座连接，所述轴承支架的上方设有齿轮传动机构；所述轴承支架上活动连接有用于固定石英光纤预制棒的金属固定件；
[0033]所述齿轮传动机构包括相互连接的第一圆盘齿轮、第二圆盘齿轮、两个伞齿轮及位移周期伸缩器。
[0034]进一步的，前述的用于石英光纤预制棒的蒸镀装置，其中所述金属固定件与位移周期伸缩器的一端连接，所述位移周期伸缩器的另一端与其中一个伞齿轮连接，两个伞齿轮相互啮合连接，另一个伞齿轮与第二圆盘齿轮啮合连接，第二圆盘齿轮与第一圆盘齿轮啮合连接，所述第一圆盘齿轮通过轴与电机连接。
[0035]进一步的，前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺二氧化钛石英光纤，其特征在于，所述掺二氧化钛石英光纤从内向外依次为纤芯、第一包层、第二包层以及有机包层；所述第一包层为石英包层；所述第二包层为掺二氧化钛石英包层；所述第一包层、第二包层与纤芯呈几何同心。2.如权利要求1所述的掺二氧化钛石英光纤，其特征在于，所述第一包层、第二包层及有机包层三者的厚度之比为(52.5～58.4):(0.0025～0.25)：62.5。3.如权利要求1所述的掺二氧化钛石英光纤，其特征在于，所述第二包层中二氧化硅与二氧化钛的质量比为(90～98):(2～10)。4.一种掺二氧化钛石英光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1将二氧化钛粉体与二氧化硅粉体于1800～2100℃下进行熔化并保温，得到第一玻璃液；S2将步骤S1得到的第一玻璃液于2000～2100℃下进行澄清，得到第二玻璃液；S3将步骤S2得到的第二玻璃液进行水淬与机械破碎，得到玻璃颗粒靶材；S4将步骤S3得到的玻璃颗粒靶材与石英光纤预制棒置于蒸镀真空值中，进行烘烤；之后在含氧的真空条件下，使石英光纤预制棒在自转且同轴往复运动的同时，于设定的电子束下进行蒸镀，得到掺二氧化钛石英光纤预制棒；S5将步骤S4得到的光纤预制棒进行拉丝处理，得到具有掺钛石英包层的石英玻璃纤维丝；S6将步骤S5得到的石英玻璃纤维丝上涂覆有机包层。5.如权利要求4所述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述二氧化钛粉体与二氧化硅粉体的质量比为(90～98):(2～10)。6.如权利要求4所述的掺二氧化钛石英光纤的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述保温的时间为1～3h；步骤S2中，所述澄清的时间为30～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亮亮，贾金升，孙勇，余刚，孟政，孔壮，张志芳，刘波，王一苇，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：