專利名稱：制備玻璃棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，該方法由玻璃預(yù)成型胚或光纖用基體制備玻璃棒以提供更小尺寸的玻璃棒。
背景技術(shù)：
為了得到具有良好光學(xué)特性和高機(jī)械強(qiáng)度的光纖，必須制備光纖用玻璃棒，其表面是干凈和光滑的，并且具有高的圓度，且將玻璃棒拉伸成為光纖。
為了制備這種玻璃棒，通常的辦法是通過外圓磨床將玻璃基體機(jī)械加工成為完全圓的圓柱體，通過施加熱量使該圓柱體軟化，并且將軟化的圓柱體拉伸成為高圓度的玻璃棒。
一般而言，已知當(dāng)將易脆材料如玻璃質(zhì)或玻璃材料進(jìn)行研磨時，表面粗糙度導(dǎo)致在其中含有微裂紋。對于易脆材料的研磨，對于各種目的，使用水溶性研磨液。在此情況下，在研磨后，難以從研磨材料中除去附著的研磨液，灰塵，臟物等。
為了避免它，將在研磨后得到的玻璃基體用純水或蒸餾水漂洗，由此除去附著的研磨液，并且再將其進(jìn)行化學(xué)處理如HF濃度為5至30重量％的氫氟酸溶液，接著用純水或蒸餾水漂洗，并且干燥。此程序描述于例如日本公開專利申請58-217442中。
在如上所述預(yù)處理過玻璃基體后，在電爐中或通過燃燒器火焰的應(yīng)用而加熱和軟化基體，并且拉伸成為光纖拉伸用的玻璃棒。但是，在得到的玻璃棒的表面附著臟物和類似的雜質(zhì)的地方，必須將玻璃棒進(jìn)行火琢(firepolishing)。
上述現(xiàn)有技術(shù)的方法需要使用化學(xué)物質(zhì)如氫氟酸等，由此從環(huán)境污染的觀點考慮是不利的。另一方面，在不使用化學(xué)物質(zhì)而從玻璃基體表面除去臟物時或進(jìn)行隨后的附加加工步驟時，或在將基體表面在隨后的加工步驟與某類裝置接觸時，經(jīng)驗上不可避免地在玻璃基體表面上留下臟物，即使是很少的量。
使用這種化學(xué)品的處理，以便完全地從臟物附著于其上的表面中的微裂紋除去臟物，在將表面浸漬于化學(xué)品溶液之前，需要長時間。由于處理時間的不足而留下的臟物或在處理過程中附著的臟物不能被清洗掉或擦掉，原因在于由研磨或化學(xué)處理導(dǎo)致的表面粗糙度，由此出現(xiàn)一個嚴(yán)重的問題。
當(dāng)拉伸具有這種表面缺陷的玻璃基體時，在得到的玻璃棒表面中觀察到不透明的臟物。此不透明的臟物是一種由少量雜質(zhì)的影響而在玻璃棒的表面中通過玻璃的結(jié)晶化或玻璃化著色的臟物。
當(dāng)在拉伸后的表面中存在臟物時，在某種情況下需要用火焰的火琢以除去臟物。
可以發(fā)生這樣的事，為了在拉伸前除去臟物，用水溶性溶劑如異丙醇等清潔表面。這就存在需要額外溶劑的問題，因此經(jīng)濟(jì)性差。此外，相當(dāng)難以從清潔過的表面除去濕氣，由此帶來如上所述的問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概述因而，本發(fā)明的一個目的在于提供一種通過拉伸玻璃基體而制備光纖用清潔玻璃棒的方法。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種制備光纖用玻璃棒的方法，其中在清潔和干燥步驟中可以容易地除去在玻璃基體表面上的臟物和/或灰塵，由此使玻璃棒具有清潔的表面。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種制備光纖用玻璃棒的方法，其中由于高溫蒸汽的應(yīng)用，得到的玻璃棒在隨后的干燥步驟中保持熱的狀態(tài)，并且可以通過通入清潔空氣而相對容易地完全干燥。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過一種由玻璃基體的拉伸而制備更小尺寸的玻璃棒的方法而實現(xiàn)上述目的，該方法包含提供玻璃基體，向所述的玻璃基體表面上施加蒸汽，加熱由蒸汽處理過的玻璃基體以軟化玻璃基體至足以進(jìn)行隨后拉伸的程度，并且拉伸軟化的玻璃基體，由此提供具有所需直徑的玻璃棒。
在本發(fā)明的實踐中，優(yōu)選使用這樣的蒸汽，其溫度為120至160℃，并且蒸汽壓為0.27至0.62MPa。


圖1所示為實施本發(fā)明方法的玻璃基體清潔裝置的示意圖；圖2所示為玻璃基體的側(cè)視示意圖，所述的玻璃基體的表面已經(jīng)清潔過，然后與用于在基體的相對端拉伸的模型棒熔化連接；圖3所示為沿著環(huán)形噴嘴單元的內(nèi)周提供的多個噴嘴的示意平面圖；和圖4所示為包含兩套噴嘴單元的雙聯(lián)式噴嘴安排的示意圖。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明的方法，首先提供玻璃基體。此處所用的術(shù)語“玻璃基體”意思是指具有不同的直徑例如40至250mm的圓柱形玻璃體，并且不僅包括所謂的預(yù)成型胚或玻璃棒，而且還包括用于光纖服務(wù)用的錠塊。為此目的用的玻璃基體通常是由二氧化硅或石英玻璃制成的一種。
通過下面的方法得到進(jìn)行下一清潔步驟的玻璃基體使用外圓磨床研磨由二氧化硅制成的原料玻璃體，得到具有上面所規(guī)定的外徑的圓柱形玻璃基體。對于研磨，使用游離的或固定的顆?；蜓心╊w粒來研磨原料玻璃體的外表面。如果需要，可以用化學(xué)物質(zhì)如堿或酸的水溶液進(jìn)一步清潔研磨過的圓柱形玻璃基體。這種化學(xué)物質(zhì)在本領(lǐng)域是已知的，并且包括例如堿如NaOH和酸如鹽酸，硫酸，硝酸，氫氟酸等。如上所述，這些化學(xué)物質(zhì)通常以水溶液的形式使用，其濃度對于堿為2至20重量％，并且對于酸為5至30重量％。特別是，作為在其中含有NaOH的發(fā)泡濃縮洗滌劑，可以商購為此目的使用的NaOH。當(dāng)然，也可以使用通常用于此的并且具有類似洗滌性能的其它類型的堿性洗滌劑。
如此，在本發(fā)明的方法中提供圓柱形玻璃基體或預(yù)成型胚。
接著，以下面將參考附圖所述的方式，在玻璃基體的表面上用蒸汽對其進(jìn)行處理。優(yōu)選用于此目的的蒸汽的溫度應(yīng)當(dāng)為120至160℃，并且蒸汽壓力為0.27至0.62MPa。更低的溫度是不適宜的，這是考慮到臟物等的去除性或洗滌性能是不令人滿意的事實?？梢允褂酶叩臏囟鹊?jīng)濟(jì)性差。同樣，更低的蒸汽壓力由于不能希望滿意的清潔效果的原因是不適宜的。另一方面，可以使用更高的壓力，但不會得到進(jìn)一步清潔的作用。
一般而言，向玻璃體施加濕氣是不適宜的，因為它對玻璃具有高的親合力，并且非常容易被吸附在其上面。如果濕氣保留吸附在從玻璃基體得到的更小尺寸的玻璃棒上，不利地影響最終光纖，以在光纖中提供不透明的缺陷。當(dāng)使用將在以下描述的本發(fā)明方法中的蒸汽時，可以方便地避免在玻璃基體上吸附的可能性。
應(yīng)當(dāng)注意的是，這種蒸汽處理在本發(fā)明的方法中是最重要的，并且參考附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
在施加蒸汽之后，通過暴露于清潔空氣氣流中而干燥玻璃基體。優(yōu)選清潔空氣通過空氣過濾器通至玻璃基體直到玻璃基體完全干燥。由于玻璃基體涂有清潔用的蒸汽或熱水蒸氣，基體被加熱至所使用蒸汽的溫度水平，并且當(dāng)暴露于清潔空氣氣流時，可以容易地干燥至完全干燥的程度。其中使用蒸汽是本發(fā)明的突出特征之一。不用說，加熱基體的溫度可以根據(jù)蒸汽溫度和蒸汽施加時間而變化。
如果需要，可以用由聚烯烴樹脂或類似樹脂制成的保護(hù)袋覆蓋干燥過的基體，以保護(hù)表面不受雜質(zhì)的影響。
然后，通過使用研磨機(jī)，由通常的方式使玻璃基體在其相對的兩端逐漸變細(xì)。用蒸餾水或純水漂洗漸細(xì)的部分，以除去在漸細(xì)的過程中可以附著于其上的臟物，接著干燥漸細(xì)的部分。
接著，加熱玻璃基體，直到其軟化，并且由通常的方法拉伸，同時移動玻璃基體。在任何已知的裝置如電爐中進(jìn)行加熱，其中加熱由二氧化硅制成的玻璃基體例如至1,600至2,200℃的溫度。在以例如2,000至2,800mm/分鐘的速度移動玻璃基體的同時，將其拉伸成為適宜于光纖拉伸的更小尺寸的玻璃棒。移動速度和拉伸速度之間的不同保證所需要尺寸的玻璃棒的形成。這在本領(lǐng)域是眾所周知的并且不在此進(jìn)一步討論。
實際上，通常加熱之前的玻璃基體在其相對的兩端用模型玻璃棒固定地安置，盡管不是必須的。
現(xiàn)在參考附圖，具體而言參考附圖1至4。圖1中，所示為清潔裝置A，并且該裝置包括在其中容納玻璃基體12的蒸汽室10。室10在其下側(cè)具有一個空氣進(jìn)口14，空氣通過該進(jìn)口供入室10中，和一個排氣口16，空氣從該排氣口排出。對于供入的清潔空氣，進(jìn)口14具有過濾器18，并且通過控制閥20控制空氣供給。
在其相對的兩端漸細(xì)的玻璃基體12，如23，用載體22在其兩端支撐，載體22又由任何適宜的裝置(未顯示)支撐。接著，可以將在干燥后立即得到的玻璃基體12安置在塑料樹脂例如聚烯烴樹脂制成的袋中并且密封。只在其相對兩端打開密封袋，以允許玻璃基體12通過使用研磨機(jī)而使其相對的兩端漸細(xì)，并且如特別示于圖2的，與模型棒28熔化粘附，然后立即拉伸。
環(huán)形噴嘴單元24具有如圖3所示的多個噴嘴30，從其中向玻璃基體12噴射蒸汽如32。多個噴嘴30是與玻璃基體12面對面的關(guān)系。噴嘴單元24是如所示圍繞玻璃基體12提供的，并且這樣安置，以便沿著玻璃基體12垂直地移動。圖1中，只顯示了一個環(huán)形噴嘴?？梢試@玻璃基體12提供兩套噴嘴單元24，每一套具有多個與玻璃基體12面對面關(guān)系的噴嘴，從其中向基體12噴射蒸汽，以構(gòu)成如圖4所示的雙聯(lián)式噴嘴安排36。優(yōu)選將玻璃基體12和噴嘴24之間的距離設(shè)置為100至150mm，并且該距離可以取決于蒸汽的溫度和壓力。由與蒸汽發(fā)生器(未顯示)連接的管線26供給蒸汽。圖1中，所示噴嘴單元24可以沿著玻璃基體12的長度垂直移動，如由寬雙箭頭所示。在此關(guān)系中，在用蒸汽的清潔過程中，玻璃基體可以是旋轉(zhuǎn)的或可以是固定的。備選地，蒸汽噴嘴單元可以是固定的，在其上的玻璃基體12是垂直移動的。再備選地，玻璃基體12可以是水平放置的，而不是圖中所示的垂直方向放置的，由此得到相似的結(jié)果。
通常，進(jìn)行1至10次噴嘴單元24相對于玻璃基體12的往復(fù)循環(huán)，以完成對雜質(zhì)的清除。往復(fù)循環(huán)次數(shù)可以取決于有臟物或灰塵的表面污染的程度。
在清潔裝置A中，將通過閥18和過濾器20的空氣向上供給通過室10，并且從排氣口16排放，由此在施加蒸汽之后干燥玻璃基體10。為此目的，連續(xù)地通入清潔空氣數(shù)分鐘，因為基體由蒸汽加熱，盡管或多或少地取決于空氣的流速。由于將蒸汽施加到玻璃基體上，所以其變成熱的并且可以容易地干燥，在這種情況下，濕氣基本上未保留在基體的表面上或之中。
接著，將干燥后得到的玻璃基體12立即放置入由塑料樹脂如聚烯烴樹脂制成的袋中并且密封。
最后，得到的玻璃基體，有或沒有如上所述的模型棒的連接，轉(zhuǎn)移至配備有電爐的拉伸設(shè)備，接著以本領(lǐng)域眾所周知的方式加熱和拉伸，提供光纖用的更小尺寸的玻璃棒。因為玻璃基體根據(jù)本發(fā)明用蒸汽清潔過，所以得到的玻璃棒沒有表面被臟物或灰塵污染的問題，并且具有清潔的表面。
本發(fā)明將通過實施例更具體地描述，并不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本發(fā)明限于此。也顯示比較例。
具體實施例方式
實施例使用外圓磨機(jī)，通過使用尺寸為#200的固定顆粒的磨石，將熔融二氧化硅玻璃基體研磨成為外徑為130mm的圓柱體，由此提供圓柱形玻璃基體12。
接著，將玻璃基體12安置在圖1所示類型的清潔設(shè)備A中。清潔設(shè)備A具有8個對準(zhǔn)玻璃基體的噴嘴26，它們之間的距離被設(shè)置為100mm。蒸汽噴嘴單元26以2500mm/分鐘的移動速度往復(fù)10次，從該噴嘴單元向玻璃基體12噴射0.4MPa的蒸汽，以清潔其表面。蒸汽的使用量為42kg/小時。
然后，由空氣進(jìn)口14向清潔裝置A供給清潔空氣2分鐘。通過控制閥20控制供給的清潔空氣，空氣通過過濾器18通入裝置A中，并且在干燥玻璃基體12表面之后，由排氣口16排放。
玻璃基體干燥后即刻的溫度為約50℃。接著，將基體12放置并且密封在聚乙烯袋中，以便保護(hù)其表面。
將聚乙烯袋在其相對的兩端切割掉，以在其相對的兩端暴露玻璃基體12至約200mm的程度，接著通過漸細(xì)用的研磨機(jī)研磨。用蒸餾水漂洗漸細(xì)的部分，并且干燥。干燥后，如圖2所示，將與玻璃基體12相同材料制成的模型棒28與玻璃基體12相對的兩端熔融粘接。
附著有模型棒的玻璃基體安置在配備有電爐的拉伸設(shè)備中。將電爐加熱器設(shè)置在2000℃，并且拉伸玻璃基體，同時連續(xù)地移動基體，以提供外徑為50mm的玻璃棒。
玻璃基體冷卻后，觀察其表面。結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)表面污染的問題。
比較例使用外圓磨機(jī)，通過使用固定顆粒的磨石，將原料熔融二氧化硅玻璃基體研磨成為外徑為130mm的圓柱體，以提供圓柱形玻璃基體。接著，在其表面上用蒸餾水漂洗玻璃基體，并且自然干燥。
玻璃基體在其表面上具有輕微程度的干燥條紋。然后，將玻璃基體放置并且密封在聚乙烯袋中，以便保護(hù)其表面。
將聚乙烯袋在其相對的兩端打開，以在其相對的末端部分暴露玻璃基體至每一端約200mm的程度，接著用磨石機(jī)逐漸變細(xì)。漸細(xì)后，用蒸餾水漂洗漸細(xì)的部分的臟物，并且自然干燥。干燥后，將與玻璃基體相同材料制成的模型棒與玻璃基體相對的兩端熔融粘接。
在相對兩端具有模型棒的玻璃基體安置在配備有未顯示的電爐的拉伸設(shè)備中，并且將電爐加熱器設(shè)置為2000℃。在這些條件下，拉伸玻璃基體，同時連續(xù)地移動，由此得到外徑為50mm的玻璃棒。
冷卻后，肉眼觀察玻璃棒的表面，顯示在表面中觀察到細(xì)小的不透明點。
如從前面所述的清楚看出，本發(fā)明的清潔方法顯示良好的工作性能，并且是生態(tài)友好的，原因在于不使用化學(xué)物質(zhì)或溶劑。而且，可以容易在除去臟物，灰塵和類似的雜質(zhì)，因而可以期望滿意的清潔效果而沒有濕氣的不利影響，不論是否使用蒸汽。在清潔之后，拉伸得到的基體，得到具有清潔表面的玻璃棒。
權(quán)利要求
1.一種通過拉伸玻璃基體制備更小尺寸的玻璃棒的方法，該方法包含提供玻璃基體，向所述的玻璃基體表面上施加蒸汽，加熱由蒸汽處理過的玻璃基體以軟化玻璃基體至足以進(jìn)行隨后拉伸的程度，并且拉伸軟化的玻璃基體，由此提供具有所需直徑的玻璃棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蒸汽的溫度為120至160℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蒸汽的蒸汽壓力為0.27至0.63MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的玻璃基體是這樣一種玻璃基體，其在施加蒸汽之前，用游離的或固定的顆粒在其表面上進(jìn)行外圓研磨。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在所述的研磨之后，將所述的基體用堿或酸的水溶液清潔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蒸汽是通過圍繞所述玻璃基體提供的至少一套噴嘴單元向所述玻璃基體噴射而施加的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的噴嘴單元是沿著與所述的玻璃基體為面對面關(guān)系的內(nèi)周具有多個噴嘴的圓環(huán)形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的施加是通過移動所述的至少一套噴嘴單元，同時固定所述的玻璃基體而進(jìn)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的施加是通過移動所述的玻璃基體，同時固定地保持所述的至少一套噴嘴單元而進(jìn)行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的玻璃基體是由玻璃預(yù)成型胚制成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的玻璃基體是由玻璃錠塊制成的。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制備的玻璃棒。
全文摘要
一種通過拉伸玻璃基體制備更小尺寸的玻璃棒的方法，該方法包含提供玻璃基體，向所述的玻璃基體表面上施加蒸汽，并且加熱用蒸汽處理過的玻璃基體以軟化玻璃基體至足以進(jìn)行隨后拉伸的程度。拉伸軟化的玻璃基體，以提供基本上沒有臟物，具有清潔表面的玻璃棒。
文檔編號B08B3/02GK1537819SQ200410034858
公開日2004年10月20日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者山村和市 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社