一种大尺寸光纤预制棒包层的制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种大尺寸光纤预制棒包层的制备装置，其是在沉积室顶部设置一个可绕其竖直轴线转动的机械连接头，在该机械连接头上连接一个可拆卸的用于安装靶棒的竖直度矫正构件，在该竖直度矫正构件的旁侧设置一个加热器，在该竖直度矫正构件的侧下方设置一个可以对靶棒向侧向施力的调节器。本实用新型专利技术工作时将靶棒的上端连接在竖直度矫正构件上，用加热器对竖直度矫正构件加热使其受热部位变软，之后在转动竖直度矫正构件和靶棒的同时用调节器在靶棒上作用侧向力，直至调节器将靶棒扶至竖直，避免了靶棒和包层积粉体的组合体的弯曲，从而解决了当预制棒尺寸较大时，预制棒的弓曲度过大的问题，并且使制得的大尺寸光纤预制棒满足拉丝要求。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种制备大尺寸光纤预制棒包层的装置，尤其是通过汽相轴向沉积法(VAD)制备大尺寸光纤预制棒包层的装置。
技术介绍
用于制造光纤的光纤预制棒是由两部分组成的，即主要用于传输光信号的 光纤预制棒芯层和主要起保护作用的预制棒包层。由于有99%以上的光信号都 是在芯层中传输的，因此芯层决定着预制棒的产品质量。但芯层在产品质量上 只占光纤预制棒总量的5%左右，因此光纤预制棒的成本主要是由其包层决定 的。当前，光纤预制棒基本都是采用两步法工艺制备得到的，也即先制备光纤 预制棒的芯层，然后再在芯层外面包上光纤预制棒的包层。光纤预制棒的芯层 技术主要包括改良的化学汽相沉积工艺(MCVD)、外部汽相沉积工艺(0VD)、 汽相轴向沉积工艺(VAD)、微波等离子体化学汽相沉积工艺(PCVD)等，而包 层技术主要有VAD、 0VD和套管法(RIT或RIC)。套管法(RIC或RIT)是将光纤预制棒的芯棒(芯层部分)直接插在高纯 度的石英套管中(如申请号为200510091570. 7、公开号为CN1837868A，申请 号为200510019304. 3、公开号为CN1760150A的中国技术专利申请；申请 号为09/515227、公开号为US 6460378 Bl，申请号为09/581734、公开号为 US 6484540 Bl的美国专利申请所述)，然后对该组合进行高温加热，将石英 套管熔解收縮在芯棒上，从而制备得到光纤预制棒的包层。从工艺上看，套管 法制备光纤预制棒比较简单，省下了两步法工艺中的生产外套管(筒)的投资， 但是，高纯度沉积用石英套管和全合成石英套管(筒)需要外购或进口，成本 比较高。另一方面，芯棒和套管的表面在生产过程中容易受到污染，且由于套 管和芯棒之间存在缝隙，增加了制造单模光纤时拉丝的难度并降低了预制棒拉 丝时的产出率，普遍认为，套管直接拉丝比实心预制棒的拉丝产出率少5%左右。外部汽相沉积工艺(0VD)(如申请号为09/689389、公开号为US 6546759 Bl的美国专利申请，申请号为10/188863、公开号为US6941772B2的美国专 利申请，申请号为200410057462. 3、公开号为CN1275888的中国专利申请) 和汽相轴向沉积工艺(VAD)(如申请号为10/142466、公开号为US 6923024B2 的美国专利申请，申请号为10/142689、公开号为US 6928841B2的美国专利 申请，申请号为P2006-32686、公开号为P2007-210817A的日本专利申请)都是在管外沉积的工艺，其制备中不需要高纯的石英套管，而是通过管道将 SiCl4、 H2和02输送到多重沉积喷灯中，让H2和02燃烧形成水蒸气氛围的同 时让SiCU在水蒸气中发生水解反应产生Si02颗粒并将Si02颗粒喷涂在耙棒 上，从而在芯棒表面涂上一层Si02包层积粉体，最 后再将该耙棒和包层积粉体的组合体在高温炉中进行脱水、烧结而由包层积 粉体形成包围在芯层外的被玻璃化的光纤预制棒的包层。化学反应方程式如 下2H2 (气)+ 02 (气)^ 2H20 (气) (1) SiCl4 (气)+ 2H20 (气)^ Si02 (固)+ 4HC1 (气) (2) 在该工艺中，制备包层的主要原材料是SiCU， SiCl4是多晶硅的副产物， 根据生产数据显示，生产l公斤多晶硅可产出8公斤SiCl4。当前，我国每年 可用于光纤预制棒包层制造的SiCU约有数万吨。因此，采用OVD和VAD制备 光纤预制棒的包层具有原材料的成本优势。另一方面，为了降低光纤预制棒的制造成本并节约光纤的拉丝成本，将光 纤预制棒的尺寸做大是一种必然的选择。0VD和VAD工艺不受套管的限制，在 理论上可以做得足够的大。但在0VD工艺中，由于预制棒的包层积粉体是横向 放置的，当预制棒尺寸过大、重量过大时容易引起预制棒的弯曲，且弯曲是由 于预制棒本身重量引起的，很难通过工艺的改进来消除，因此0VD工艺在预制 棒尺寸上也受到限制。VAD工艺中，预制棒是沿着竖直方向形成的，其包层积 粉体呈纵向放置，预制棒不会因为重量而导致弯曲，因此是理想的制造大尺寸光纤预制棒的方法。现有的VAD法制备预制棒包层的系统定义为00，其方法如图1所示将芯棒的两端熔接上辅助棒形成耙棒12，然后直接将耙棒12和机械连接头11连接，当连接后的耙棒不竖直时，芯棒在沉积过程中会因为旋转而晃动，导致沉积点距离喷灯15或远或近，沉积速度或快或慢，包层积粉体的密度也不均 匀，从而严重影响光纤预制棒的性能。为解决该问题，需用加热灯13加热耙 棒12的上端部分，当加热点变软后用调节器14在加热点的下侧向耙棒施加侧 向力并保持调节器14的位置不变，直到调节器不再受力，此时表明加热点以 下的芯棒被调整为如图2所示的竖直状态。然后，移开加热灯13和调节器14， 让耙棒12自然冷却。当加热点变硬后，点燃沉积喷灯15开始包层的沉积。沉 积喷灯15中通过管道送入SiCl4、 Hz和02等气体混合体17， H2和02燃烧形成 的水蒸气使SiCU水解成Si02颗粒，Si02颗粒被喷涂在耙棒12表面形成包层 积粉体18。沉积完成后，将包裹了积粉体18的耙棒12取出即得到如图3所 示的耙棒和积粉体的组合体01。在将芯棒矫正为竖直状态的过程中，组合体 Ol的上端变得弯曲，之后在将积粉体18进行脱水、烧结被玻璃化时，组合体 Ol便处于非竖直状态，从而导致积粉体18受热不均匀，其玻璃化过程中收縮 也就不均匀，从而导致得到的光纤预制棒02如图4所示变得弯曲。当光纤预 制棒尺寸不大时，其弓曲度可以控制在lmm/m，能满足拉丝要求(光纤预制棒 的弓曲度的定义和测量方法是将光纤预制棒水平放置，两端固定，使预制棒 旋转，在预制棒两固定点之间测量预制棒偏离水平面的高度，取偏离高度的最 大值为h，两个固定点之间的距离为L，则弓曲度寸/L);但当光纤预制棒尺寸 较大时，如其积粉体直径大于120mm，或积粉体长度大于l.Om时，这种工艺 得到的光纤预制棒的弓曲度则得不到保障，难以满足拉丝要求，有时甚至出现 组合体Ol弯曲过大而无法将其送入高温炉的现象。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术制得的 组合体的上端变得弯曲而不利于制造大尺寸光纤预制棒以及制得的大尺寸光 纤预制棒难以满足拉丝要求的缺陷，提供一种利用VAD工艺制备大尺寸光纤预制棒包层的装置。为此，本技术采用以下技术方案一种大尺寸光纤预制棒包层的制备装置，其特征是在沉积室顶部设置一个可绕其竖直轴线转动的机械连接头，在该机械连接头上连接一个可拆卸的用于安装靶棒的竖直度矫正构件，在该竖直度矫正构件的旁侧设置一个加热器，在该竖直度矫正构件的侧下方设置一个可以对靶棒向侧向施力的调节器。作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本技术还包括以下诸段附加技术特征，以便在具体实施时根据需求将其单独的或者彼此结合后应用到上述技术方案中所述的加热器为加热灯，以便其火焰能够直接对受热部位加热，提供足够的热量使得竖直度矫正构件的受热部位变软。所述的调节器位于所述竖直度矫正构件侧下方5-8cm处，此处是对芯棒的有效部分不产生不利影响的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺寸光纤预制棒包层的制备装置，其特征是：　在沉积室顶部设置一个可绕其竖直轴线转动的机械连接头，在该机械连接头上连接一个可拆卸的用于安装靶棒的竖直度矫正构件，在该竖直度矫正构件的旁侧设置一个加热器，在该竖直度矫正构件的侧下方设置一 个可以对靶棒向侧向施力的调节器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张立永，卢卫民，羊荣金，杨军勇，刘连勇，
申请(专利权)人：富通集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]