用于制作合成二氧化硅的等离子喷灯制造技术

用于制作合成二氧化硅的等离子喷灯（４０）包括使用来自外部石英管（５３）的氮气屏蔽气体来提供主动环境隔离。此外，本发明专利技术电感等离子喷灯（４０）包括环盘（６６、７０）来实现更紧凑但是更完整的环境保护（３６０度覆盖）。它还包括偏离并交换化学物质喷嘴（６８）的位置，以便在水平模式中工作时能够实现两个方向上的改进的沉积。而且，本发明专利技术电感等离子喷灯（４０）保持喷射的化学物质的层流，中间石英管（１５４）设有凹形部分（１５７），以用于增加等离子喷流的平均热含量，从而提高等离子喷灯的效率。此外，它还可以利用更多的等离子气体进口（７６）。它还包括具有向下角度倾斜的化学物质喷嘴（６８）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制作纯合成二氧化硅管、掺杂合成二氧化硅管、 光纤应用的棒和用于紫外线发射光学元件的坯件。更具体来说，它涉 及通过等离子工艺沉积内含低羟基物的二氧化硅来制作这种管和光 学元件的过程。
技术介绍
现有技术讲述用于制造二氧化硅玻璃启动器管和用于制作光纤 预制品的多种方法。启动器管可以通过加热二氧化硅并通过孔径压制 它而成。启动器管和光纤预制品可以通过使用多种技术的其中之一在 对象上沉积掺杂或未掺杂的二氧化硅来制成，这些技术诸如修改的化 学气相沉积(MCVD)、气相轴向沉积(VAD)、外部气相沉积(OVD)。 这些方法的每一种均从提供旋转对象开始，通常以管或实心棒的形式 构形，并由玻璃、陶瓷或多种其他材料之一制成。在某些情况中，棒 或管构成预制品的完整部分，而在另一些情况中，棒将被移除。例如 气体燃烧器或等离子源的热源设在旋转对象下方。热源将提供玻璃形 成反应以形成玻璃颗粒所需的能量。取决于工艺的特性，这些沉积的 玻璃颗粒为下一个处理(干燥和烧结)作好了准备，例如VAD或OVD 工艺中的情况。如果是MCVD工艺，则将利用相同的热源将这些颗 粒熔成玻璃石英。 一般，在0.05至0.2毫米之间的颗粒大小对于OVD和VAD工艺中常见的火焰水解化学反应来说是理想的。这些工艺包 括两个步骤，即通过火焰水解形成灰颗粒，然后在单独的熔炉中将这 些灰颗粒固结。稍大直径的灰颗粒更适合于这些工艺，因为这提高了 沉积速率。当水平装设对象时，热源沿着对象的长度传递以确保均匀沉积。 如果对象是管，则可以将玻璃形成颗粒和材料沉积在管的内表面上， 在此情况中外径保持不变，或沉积在管的外部，在此情况中外径增加。 当对象垂直装设时，它沿着垂直轴旋转，并同时沿径向和轴向增加。 这产生基本圆柱形产品，其直径和长度随着沉积继续而增加。Drouart等人的美国专利号5,522,007描述利用等离子沉积来构建 具有高羟基离子浓度的光纤预制品。在此参考文献中，通过使气体通 过水箱，有意地在等离子发生气体中混入羟基离子，然后将其引入具 有电感线圈的等离子喷灯的一端中。这样将一定量的水引入工艺气体 流中。等离子喷灯将混合以羟基离子的熔融的二氧化硅颗粒注射到旋 转村底预制品上。这样产生具有沉积在对象预制品上的范围在 50-100ppm的均等的鞋基离子浓度的预制品。此外，Drouart方法中首 选的原材料是二氧化硅颗粒。Heitmann的美国专利号5,609,666描述使用由多孔氧化物陶瓷制 成的管状衬底来形成石英玻璃管。将利用甲烷、四氯化硅(SiC14)和 氧气的混合物来工作的燃烧器沿着管状村底前后移动以将玻璃灰沉 积于其上。同时，使包含氯气或氯化亚硫酰以及其他气体的干燥气体 混合物沿着后者的轴通过管状衬底内部。净化气体从沉积的玻璃灰中 移除羟基离子。从管状衬底移除沉积且净化的玻璃灰体，然后经过进 一步干燥和烧结，以形成具有低羟基浓度的管或棒。Audsley和Bayliss在《Journal of Applied Chemistry VoL 19 pp 33-38 (1969)》中净艮告使用四种不同的等离子喷灯设计来引发四氯化石圭 的氧化反应。他们发现他们可以达到67g/min的流速的完全氧化。尽 管如此，Audsley和Bayliss既未检查玻璃的含水量，也未包括外部管以提供屏蔽气体(screen gas)来隔离环境影响。而且，化学物质是,人 喷灯底部喷出而没有喷嘴。在JP4，231,336中，Seto等人对一种等离子喷灯要求权利，该等 离子喷灯可以在制作二氧化硅时引发火焰水解。公知等离子火焰是干 火焰。Seto等人未描述将氢或含氢化合物引入等离子火焰。而且，并 不确信火焰水解能够在他们提出的过程发生。在美国专利号4,162,908中，Rau等人公开一种使用电感耦合等 离子燃烧器来制作合成石英玻璃(确切来说含氟无合成羟基的玻璃) 的方法。等离子喷灯具有3个同心石英玻璃管，中心管用于提供反应 化学物质，氧气馈送到中环和外环以形成氧等离子。Rau等人未使用 任何屏蔽气体来隔离来自环境的影响，并且他们未公开化学物质馈送 管或喷嘴的任何细节。此外，对于优化化学物质馈送位置的操作以提 高化学物质的沉积速率，没有有关的论述。在美国专利号4,402/20中，Edahiro等人公开使用等离子喷灯来 制作掺杂氮的二氧化硅玻璃。Edahiro等人在设计他们的喷嘴方面做了 大量工作以便在进入反应区时将反应的化学物质分开。他们未使用任 何措施来隔离来自环境的影响。在美国专利号6,253,580和6,536,240中，Gouskov等人公开等离 子喷灯的使用，该等离子喷灯具有从等离子喷灯的中心轴向外伸出的 两个相对的等离子稳定器条。这两个稳定器条是U形槽，用于在与它 们的朝向对应的直线方向上提供环境隔离，但是在360。方向上不提供 环境隔离。因此，需要一种等离子喷灯，该等离子喷灯形成管、预制品或二 者兼有以用于在连续工艺中以低杂质水平(例如羟基离子)制造光纤。 此外，包括需要后续干燥和烧结的灰沉积的工艺是成本昂贵的且耗 时，因此需要一种更快速且成本较低的灰沉积和固结方法。10
技术实现思路
通过本专利技术改进的等离子喷灯解决了上述问题并实现技术进步， 本专利技术改进的等离子喷灯用于制作合成二氧化硅，其中以环盘替代稳 定器条以使等离子喷灯更紧凑且坚固。此外，它使用屏蔽气体(例如氮气)作为主动屏障，以用于在360。范围提供比仅在常规稳定器条的 直线方向上的^^皮动保护更完整的环境隔离。 一个或多个环盘可以用于 实现改进的沉积结果。本专利技术等离子喷灯还包括化学物质喷射嘴的偏离中心位置设置。 这种布置提供两个方向上的沉积，而不会降低沉积的玻璃的质量。本专利技术等离子喷灯还通过精心制造、验收和选择适合的喷嘴保持 喷射的化学物质的层流。此外，等离子喷灯的中间石英管具有形成的 凹形横断面。这种设计增加了等离子喷流的热含量，而无需使用更大 的RF发生器。因此，进一步提高沉积速率和效率。而且，本专利技术的等离子喷灯还包括附加的等离子气体进口，用于 提供对等离子气体的组成和流的更佳控制。而且，本专利技术等离子喷灯 还包括可以角度向下的化学物质喷嘴。本专利技术等离子喷灯在一步式工 艺中产生良好质量的熔融二氧化硅产品，同时达到非常低的气泡计 数，实现好于70%沉积效率以及9 g/min的平均沉积速率。而且，本 专利技术等离子喷灯将沉积的玻璃的含水量保持在小于1卯m。总之利用 所有这些修改，在未使用较大RF发生器的情况下显著地增加沉积速 率、效率和产品质量。本专利技术等离子喷灯使用来自外部石英管的氮气 屏蔽气体提供以环盘替代现有技术的稳定器条的主动环境隔离，以实 现更紧凑但完整的保护(360度覆盖)。此外，本专利技术的等离子喷灯包 括错位交换式化学物质喷嘴位置，以允许向两个方向均能沉积。而且， 本专利技术的等离子喷灯保持喷射的化学物质的层流。它在中间石英管上 还具有形成的凹形部分。它使用更多等离子气体进口，并具有向下设 置角度的化学物质喷嘴。附图说明图1图示本专利技术等离子喷灯结合根据本专利技术实施例的沉积设备使用的实施例；图2图示本专利技术等离子喷灯的实施例的横截面侧视图，其中图示 了根据本专利技术实施例的两个环盘；图3图示本专利技术等离子喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制作合成二氧化硅的等离子喷灯，包括：　外部石英玻璃管，具有第一长度和第一横截面直径以及连接到基座的第一端和朝向衬底的第二端，所述外部石英玻璃管被电感线圈环绕；　内部石英玻璃管，具有第二长度和第二横截面直径以及连接到所述基座的第一端和朝向所述衬底的第二端，所述第二横截面直径小于所述第一横截面直径，使得所述内部石英玻璃管设置成基本上与所述外部石英玻璃管平行且位于所述外部石英玻璃管内；　中间石英玻璃管，具有第三长度和第三横截面直径以及连接到所述基座的第一端和朝向所述衬底的第二端，所述第三横截面直径小于所述第一横截面直径而大于所述第二横截面直径，使得所述中间石英玻璃管设置成基本上与所述外部石英玻璃管和所述内部石英玻璃管平行且位于所述外部石英玻璃管与所述内部石英玻璃管之间，以便用于提供在所述中间石英玻璃管与所述外部石英玻璃管之间的用于屏蔽气体的通道，并用于提供在所述内部石英玻璃管与所述中间石英玻璃管之间的用于等离子气体的通道以便在所述电感线圈被赋能时产生等离子火焰；　第一石英玻璃环盘，同心地连接到所述外部石英玻璃管的所述第二端；　第二石英玻璃环盘，同心地连接到所述中间石英玻璃管的所述第二端，其中所述屏蔽气体的流型由所述第一石英玻璃环盘和所述第二石英玻璃环盘来确定；以及　至少一个化学物质喷嘴，位于所述第一石英玻璃环盘与所述第二石英玻璃环盘之间以用于将化学物质源气体喷射到所述等离子火焰中。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MI古斯科夫，MA阿斯拉米，武韬，
申请(专利权)人：硅石技术责任有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]