專利名稱：多孔二氧化硅預(yù)制件的制造方法和多孔二氧化硅預(yù)制件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔二氧化硅預(yù)制件和制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法。
本申請(qǐng)要求2003年11月11日的日本專利申請(qǐng)No.2003-381074和2003年11月20日的日本專利申請(qǐng)No.2003-391025的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此引作參考。
背景技術(shù)：
已提出一種制造氟摻雜的多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中將玻璃生成氣和含氟化合物氣供應(yīng)到玻璃合成燃燒爐中，在氧氫焰中通過(guò)水解或氧化反應(yīng)合成玻璃微細(xì)粒子，如白炭黑，同時(shí)形成的玻璃粒子被沉積在芯棒上形成多孔二氧化硅預(yù)制件(例如，氣相軸向沉積法(VAD)，見日本未審查專利申請(qǐng)，第一次公開Nos.S59-232934和H-07-330366)。
該制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法中，眾所周知如果存在高濃度含氟化合物氣體，則在玻璃粒子內(nèi)發(fā)生以下腐蝕反應(yīng)并且SiF4作為吸附物質(zhì)生成，這里“s”、“g”、和”ad”分別表示固體、氣體和吸附物質(zhì)。
形成的SiF4削弱了玻璃粒子間的粘附力。因此，如果存在高濃度含氟化合物氣體，那么當(dāng)玻璃粒子直接沉積在芯棒上時(shí)，芯棒和玻璃粒子之間的粘附力就被削弱了。結(jié)果是多孔二氧化硅預(yù)制件頻繁從芯棒上脫落，導(dǎo)致低產(chǎn)量。
而且，由于SiF4削弱了玻璃粒子間的粘附力，在多孔二氧化硅預(yù)制件中可能頻繁發(fā)生破裂(粉末破裂(soot breakage))，導(dǎo)致低產(chǎn)量。
當(dāng)多孔二氧化硅預(yù)制件在制備后冷卻時(shí)，無(wú)論氟摻雜物是否存在，這種粉末破裂都易于在多孔二氧化硅預(yù)制件的尾部(末端)更頻繁地發(fā)生。
因此，提出另一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中當(dāng)多孔二氧化硅預(yù)制件制造完成時(shí)，提高燃燒器內(nèi)火焰溫度以使多孔二氧化硅預(yù)制件的末端表面形成硬化層(見日本專利.No.2999095)。
雖然JP2999095教導(dǎo)通過(guò)加熱多孔二氧化硅預(yù)制件表面以使硬化層的粉末密度不低于0.3g/cm3且不高于0.5g/cm3，能夠減少粉末破裂，但是并未涉及氟摻雜多孔二氧化硅預(yù)制件的問(wèn)題。
當(dāng)制造氟摻雜多孔二氧化硅預(yù)制件時(shí)，由于前述的玻璃粒子間的粘附力下降致使硬化層不可能有效，所以粉末破裂的情況不可能被抑制。
正如后面將討論的，粉末破裂易于發(fā)生在沉積的玻璃粒子溫度下降和玻璃粒子進(jìn)行熱收縮時(shí)(1)通常，使用多個(gè)玻璃合成燃燒器合成玻璃粒子并將其沉積在芯棒上。由于相鄰燃燒器沉積區(qū)域之間的邊界遠(yuǎn)離燃燒器氧氫焰的中心，因此由氧氫焰加熱的邊界溫度更低。當(dāng)沉積在芯棒上的玻璃粒子通過(guò)各個(gè)燃燒器沉積區(qū)域間的邊界時(shí)，玻璃粒子經(jīng)歷熱收縮，導(dǎo)致粉末破裂。
(2)當(dāng)玻璃粒子沉積完成，且玻璃粒子離開所有燃燒器的沉積區(qū)域(由氧氫焰加熱的區(qū)域)時(shí)，沉積的玻璃粒子溫度下降且玻璃粒子經(jīng)歷熱收縮，從而導(dǎo)致粉末破裂。
此外，如上所述，由于玻璃粒子間的粘附力很弱，所以摻雜有高濃度氟的多孔二氧化硅預(yù)制件很容易破裂。因此，在從多孔二氧化硅預(yù)制件制造光纖預(yù)制件時(shí)，特別是在處理該預(yù)制件時(shí)，多孔二氧化硅預(yù)制件容易破裂。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述的背景技術(shù)提出了本發(fā)明的第一方面，其目的是提供一種高產(chǎn)量的制造氟摻雜多孔二氧化硅預(yù)制件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第一實(shí)施方案是包括以下步驟的一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法向玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氧氫焰；向燃燒器供應(yīng)含硅的氣體A和含氟的氣體B；合成玻璃粒子；以及圍繞芯棒沉積玻璃粒子，其中當(dāng)玻璃粒子直接沉積到芯棒時(shí)(即當(dāng)玻璃粒子沉積到如圖2所示的區(qū)域I時(shí))，調(diào)節(jié)供應(yīng)到燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(1){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.1 …(1)這阻止了腐蝕反應(yīng)，從而使玻璃粒子牢固地粘附在芯棒上并且使玻璃粒子間保持強(qiáng)粘附力。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第二實(shí)施方案是包括以下步驟的一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法向玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氧氫焰；向燃燒器供應(yīng)含硅的氣體A和含氟的氣體B；合成玻璃粒子；以及圍繞芯棒沉積玻璃粒子(即當(dāng)玻璃粒子沉積在如圖2所示的區(qū)域II時(shí))，其中調(diào)節(jié)供應(yīng)到內(nèi)燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(2){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.3…(2)這阻止了腐蝕反應(yīng)，并且保持了玻璃粒子間的強(qiáng)粘附力。
在根據(jù)第一方面的第二實(shí)施方案的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法中，當(dāng)玻璃粒子沉積到如圖2所示的區(qū)域I時(shí)，可以調(diào)節(jié)氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(1){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.1 …(1)這阻止了腐蝕反應(yīng)，從而使玻璃粒子牢固地粘附在芯棒上并且保持玻璃粒子間的強(qiáng)粘附力。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第三實(shí)施方案是包括以下步驟的一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法向玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氧氫焰；向燃燒器供應(yīng)含硅的氣體A和含氟的氣體B；合成玻璃粒子；以及圍繞芯棒沉積玻璃粒子，形成將成為多孔二氧化硅預(yù)制件尾部的硬化層，調(diào)節(jié)供應(yīng)到燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(2){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.3 …(2)這阻止了硬化層中的腐蝕反應(yīng)，因此避免了玻璃粒子間的粘附力被削弱。此外，玻璃粒子在氧氫焰中被燒結(jié)；因此其粉末密度上升且玻璃粒子變得堅(jiān)固。
鑒于以上所述的背景技術(shù)提出了本發(fā)明的第二方面，其目的是提供一種高產(chǎn)量和更少破裂的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，該多孔二氧化硅預(yù)制件可抗沖擊破裂并且甚至在多孔二氧化硅預(yù)制件被摻雜高濃度氟時(shí)也能容易地處理。
也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的第二方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第一實(shí)施方案是包括以下步驟的一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法向包括內(nèi)燃燒器和外燃燒器的多個(gè)玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氫氧焰；向內(nèi)燃燒器供應(yīng)含硅氣體A和含氟氣體B來(lái)合成含氟玻璃粒子α并通過(guò)沉積玻璃粒子α來(lái)形成內(nèi)沉積區(qū)；向外燃燒器僅供應(yīng)含硅氣體A來(lái)合成無(wú)氟玻璃粒子β并通過(guò)圍繞內(nèi)沉積區(qū)沉積玻璃粒子β來(lái)形成外沉積區(qū)。
由于在外沉積區(qū)不生成作為吸附物質(zhì)的SiF4，玻璃粒子間保持了強(qiáng)粘附力。因此，有可能以具有強(qiáng)粘附力的外沉積區(qū)來(lái)覆蓋多孔二氧化硅預(yù)制件的表面。
在根據(jù)本發(fā)明的第二方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第一實(shí)施方案中，通過(guò)圍繞內(nèi)沉積區(qū)沉積玻璃粒子β來(lái)形成外沉積區(qū)的步驟可以包括保持內(nèi)沉積區(qū)表面的溫度到400℃或更高的步驟。
這保證了在玻璃粒子α冷卻下來(lái)之前(此時(shí)玻璃粒子α的溫度依然很高)沉積上玻璃粒子β。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第一實(shí)施方案還可以包括調(diào)節(jié)玻璃粒子β從外燃燒器沉積時(shí)的溫度的步驟，使得外沉積區(qū)的粉末密度不低于約0.15g/cm3且不高于約0.8g/cm3。
這能夠形成高粉末密度的外沉積區(qū)；因此，進(jìn)一步抑制粉末破裂的發(fā)生是可能的。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第一實(shí)施方案還可以包括以下步驟使外沉積區(qū)的體積與內(nèi)沉積區(qū)的體積的比率不低于約0.2且不高于約1.0。
這能夠形成有足夠厚度的外沉積區(qū)；因此，進(jìn)一步抑制粉末破裂的發(fā)生是可能的。
在根據(jù)本發(fā)明的第二方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第一實(shí)施方案中，可以調(diào)節(jié)供應(yīng)到內(nèi)燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量，使得供應(yīng)到內(nèi)燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(3){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}＞0.3 …(3)
這能夠形成摻雜高濃度氟的多孔二氧化硅預(yù)制件，這對(duì)于傳統(tǒng)方法來(lái)說(shuō)是困難的。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第二實(shí)施方案是包括以下步驟的一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法向具有第一噴嘴和第二噴嘴的玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氧氫焰；向第一噴嘴供應(yīng)含硅氣體A；向第二噴嘴供應(yīng)含氟氣體B；合成玻璃粒子；和圍繞芯棒沉積玻璃粒子。
這防止了在SiO2生成后SiO2被暴露在氧氫焰中高溫度的含氟化合物氣體(氣體B)中；因此，SiO2在相對(duì)低的溫度下暴露在含氟化合物氣體(氣體B)中。
在根據(jù)本發(fā)明的第二方面制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法的第二實(shí)施方案中，氣體B可在與惰性氣體混合后供應(yīng)到第二噴嘴。
惰性氣體降低了氟濃度，同時(shí)保持了{(lán)(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}的值為常數(shù)，這還進(jìn)一步防止了在SiO2生成后SiO2被立即暴露在氧氫焰中高溫度的含氟化合物氣體(氣體B)中。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的多孔二氧化硅預(yù)制件包括一種表面層無(wú)氟的多孔二氧化硅預(yù)制件。
由于在外沉積區(qū)不生成作為吸附物質(zhì)的SiF4，保持玻璃粒子間的強(qiáng)粘附力。因此，保持了強(qiáng)粘附力。


圖1是說(shuō)明多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的示意圖，其中玻璃粒子直接沉積到芯棒上。
圖2是說(shuō)明多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的示意圖，其中玻璃粒子圍繞芯棒沉積。
圖3是說(shuō)明多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的示意圖，其中正在形成多孔二氧化硅預(yù)制件。
圖4指出供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率和在形成的多孔二氧化硅預(yù)制件中粉末破裂的發(fā)生率，以及從芯棒脫落的發(fā)生率之間的關(guān)系。
圖5是說(shuō)明多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中氧氫焰從燃燒器噴向多孔二氧化硅預(yù)制件的尾部區(qū)域。
圖6是說(shuō)明多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中向單個(gè)燃燒器的供氣按順序中斷。
圖7是說(shuō)明多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中玻璃粒子圍繞芯棒沉積。
圖8是說(shuō)明使用實(shí)施例4和5中的多孔二氧化硅預(yù)制件制造的光纖預(yù)制件的折射率的曲線圖。
圖9是說(shuō)明使用實(shí)施例8中的多孔二氧化硅預(yù)制件制造的光纖預(yù)制件的折射率的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的第一方面一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一方面的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法將參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。
多孔二氧化硅預(yù)制件1由玻璃粒子制成，并且光纖預(yù)制件得自于在電爐中加熱多孔二氧化硅預(yù)制件1使之脫水，然后燒結(jié)使之透明化的多孔二氧化硅預(yù)制件1。在此所使用的，在多孔二氧化硅預(yù)制件1中，將成為所得光纖預(yù)制件的核心的區(qū)域被稱作多孔二氧化硅預(yù)制件芯區(qū)11，并且將成為所得光纖預(yù)制件的包層的區(qū)域被稱為多孔二氧化硅預(yù)制件包層區(qū)12。
第一方面的第一實(shí)施方案圖1是說(shuō)明多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的示意圖，其中玻璃粒子直接沉積到芯棒上。參照數(shù)字表示由二氧化硅等制成的芯棒2。芯棒2可由驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)控制轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在其逐漸向上移動(dòng)的同時(shí)，芯棒2依參照符號(hào)“x”所示的方向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
圍繞芯棒2安置玻璃合成燃燒器，即芯燃燒器31和包層燃燒器35，包層燃燒器35包括第一包層燃燒器32、第二包層燃燒器33和第三包層燃燒器34。
這些燃燒器具有多管結(jié)構(gòu)，含硅的玻璃生成氣(此后稱為“氣體A”)和含氟氣體(“氣體B”)被供應(yīng)到中央管(噴嘴)。氫氣作為燃料氣，氬氣作為惰性氣體以及氧氣作為助燃?xì)獗还?yīng)到從中央向外側(cè)排列的分離的管中。
氣體A是至少含有含硅化合物氣體，如SiCl4的玻璃生成氣。生成氣的一個(gè)實(shí)例是含硅化合物氣體與另一種化合物氣體的混合氣，該另一種化合物氣體含改變多孔二氧化硅預(yù)制件1的折射率的元素，如四氯化鍺。
氣體B是至少含有含氟化合物氣的氣體。作為含氟化合物氣，優(yōu)選CF4、SiF4和SF6等，因?yàn)檫@些氣體容易處理并且可以很容易地將氟引入二氧化硅玻璃。
芯燃燒器31被安置來(lái)使沉積區(qū)31a的玻璃粒子能夠沉積到芯棒的一端。
第一包層燃燒器32被安置來(lái)使包括包層區(qū)12的沉積區(qū)32a的玻璃粒子能夠沉積在31a的上方。第二包層燃燒器33被安置來(lái)使包括包層區(qū)12的沉積區(qū)33a的玻璃粒子能夠沉積在32a的上方。
相似地，第三包層燃燒器34被安置來(lái)使包括包層區(qū)12的沉積區(qū)34a的玻璃粒子能夠沉積在33a的上方。
在此所使用的，“玻璃粒子沉積區(qū)”指玻璃粒子從燃燒器沉積在芯棒2上的區(qū)域。
在第一步里，在芯棒2逐漸向上移動(dòng)的同時(shí)，其依參照符號(hào)“x”所示的方向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且玻璃粒子直接沉積到芯棒2上(即沉積到圖2的區(qū)域I)。
氣體A、氫氣、氬氣和氧氣被供應(yīng)到芯燃燒器31中但不供應(yīng)氣體B，且氧氫焰從噴嘴噴射出來(lái)。
在從燃燒器噴嘴中噴射的氧氫焰中，玻璃生成原料發(fā)生水解或氧化反應(yīng)并合成不含氟的由二氧化硅形成的玻璃粒子。該玻璃粒子為火焰所攜帶并粘附和沉積在芯棒2上。
氣體A、氣體B、氫氣、氬氣和氧氣被供應(yīng)到包層燃燒器35中，且氧氫焰從噴嘴噴射出來(lái)。
與芯燃燒器31相似，在氧氫焰中，玻璃生成原料和含氟化合物發(fā)生水解和氧化反應(yīng)并合成由含氟二氧化硅形成的玻璃粒子。該玻璃粒子為火焰所攜帶并粘附和沉積在芯棒2周圍。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)玻璃粒子沉積到圖2所示的區(qū)域I時(shí)，調(diào)節(jié)供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足下述公式(1){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.1 …(1)在此所使用的，“供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)”定義為供應(yīng)的含氟化合物氣的流量(單位時(shí)間的供應(yīng)量(摩爾))和一摩爾含氟化合物氣中的氟原子數(shù)的乘積。相似地，“供應(yīng)到燃燒器的氣體中的硅原子數(shù)”定義為供應(yīng)的含硅化合物氣的流量(單位時(shí)間的供應(yīng)量(摩爾))和一摩爾含硅化合物氣中的硅原子數(shù)的乘積。
在不供應(yīng)含氟化合物氣的燃燒器中，如在芯燃燒器31中，由于氟原子數(shù)為零所以滿足上述方程式(1)。
接著，在第二步，為了制造含期望濃度的氟的多孔二氧化硅預(yù)制件，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率保持在期望值，再將玻璃粒子沉積到在第一步中已經(jīng)沉積的玻璃粒子上。
如圖2所示，當(dāng)芯棒2逐漸向上移動(dòng)且依參照符號(hào)“x”所示的方向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，來(lái)自芯燃燒器31的玻璃粒子沉積在芯棒2的一端21上(圖1中垂直方向的底部)。沉積的多孔二氧化硅預(yù)制件生長(zhǎng)并縱向向下延伸，這樣就形成了芯區(qū)11。
形成的芯區(qū)11隨芯棒2向上移動(dòng)，當(dāng)形成的芯區(qū)11進(jìn)入第一包層燃燒器32的沉積區(qū)32a時(shí)，從第一包層燃燒器噴出的玻璃粒子沉積到芯區(qū)11的表面上。當(dāng)形成的多孔二氧化硅預(yù)制件再向上移動(dòng)并且進(jìn)入第二包層燃燒器33的沉積區(qū)33a時(shí)，從第二包層燃燒器33噴出的玻璃粒子沉積到被制造的多孔二氧化硅預(yù)制件上。當(dāng)形成的多孔二氧化硅預(yù)制件繼續(xù)向上移動(dòng)并且進(jìn)入第三包層燃燒器34的沉積區(qū)34a時(shí)，從第三包層燃燒器34噴出的玻璃粒子沉積到被制造的多孔二氧化硅預(yù)制件上。
以這種方式，來(lái)自第一包層燃燒器32、第二包層燃燒器33和第三包層燃燒器34的玻璃粒子順序沉積在芯區(qū)11的表面上，形成了包層區(qū)12。結(jié)果，形成了多孔二氧化硅預(yù)制件1，如圖3所示。
發(fā)明人研究了多孔二氧化硅預(yù)制件1從芯棒2脫落的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)多孔二氧化硅預(yù)制件1從芯棒2的脫落開始于多孔二氧化硅預(yù)制件1鄰近芯棒2的部分，特別是多孔二氧化硅預(yù)制件1與芯棒2接觸的部分。
已知SiF4由腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生而且當(dāng)供應(yīng)大量含氟化合物氣體(高濃度)時(shí)玻璃粒子間的粘附力下降。認(rèn)為如果腐蝕反應(yīng)發(fā)生，那么玻璃粒子與芯棒2間的粘附力將下降。
基于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人研究了在第一步供應(yīng)到燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率和多孔二氧化硅預(yù)制件1脫落的發(fā)生率之間的關(guān)系，并表達(dá)在本發(fā)明中。
根據(jù)本實(shí)施方案，如圖4所示，調(diào)節(jié)第一步中供應(yīng)的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以減少含氟化合物氣體的供應(yīng)，使供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率符合上述方程(1)，從而減低多孔二氧化硅預(yù)制件1脫落的發(fā)生率。
可以通過(guò)減少含氟化合物氣體的供應(yīng)來(lái)減少沉積在區(qū)域I的玻璃粒子的氟含量以滿足方程(1)，從而抑制腐蝕反應(yīng)以確保玻璃粒子強(qiáng)烈粘附在芯棒2上。
第一步中玻璃粒子的沉積形成了多孔二氧化硅預(yù)制件1和芯棒2間的界面，當(dāng)在該界面處玻璃粒子強(qiáng)烈粘附在芯棒2上時(shí)，多孔二氧化硅預(yù)制件1能夠支撐其自身重量。因此，多孔二氧化硅預(yù)制件1脫落的發(fā)生率降低了。
玻璃粒子直接沉積到芯棒2上的厚度，即區(qū)域I的厚度，在第一步中為約0.5mm-約50mm，優(yōu)選為不少于0.5mm且不大于50mm，更優(yōu)選為不少于5mm且不大于30mm。以下定義該區(qū)域?yàn)閰^(qū)域I，如圖2所示。
當(dāng)玻璃粒子在上述厚度范圍內(nèi)沉積時(shí)，多孔二氧化硅預(yù)制件1能夠支撐其自身重量。因此，多孔二氧化硅預(yù)制件1脫落的發(fā)生率顯著降低了。
本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方案；在不偏離本發(fā)明的精神的情況下可以作更多不同的改變。
例如，在圍繞芯棒2沉積玻璃粒子的方法中，任何能夠使玻璃粒子圍繞芯棒2沉積以形成多孔二氧化硅預(yù)制件1的技術(shù)都可以使用。例如可以使用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)或外氣相沉積法(OVD)。
通過(guò)調(diào)節(jié)氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率符合上述方程(1)，同時(shí)供應(yīng)氣體B至芯燃燒器31并沉積含氟玻璃粒子，可以形成芯區(qū)11。另外，供應(yīng)到包層燃燒器35的各個(gè)燃燒器32、33和34的氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量可以是不同的，以使每個(gè)燃燒器的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率不同。
第一方面的第二實(shí)施方案第二實(shí)施方案與第一實(shí)施方案的不同之處在于第一和第二步中，在調(diào)節(jié)氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率符合以下方程(2)時(shí){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.3 …(2)玻璃粒子至少沉積在如圖2所示的區(qū)域II中。
本發(fā)明人研究了破裂(粉末破裂)和多孔二氧化硅預(yù)制件1的裂紋，發(fā)現(xiàn)粉末破裂和裂紋來(lái)源于多孔二氧化硅預(yù)制件1鄰近芯棒2的部分。
如圖1和2所示，可以認(rèn)為在使用多個(gè)玻璃合成燃燒器來(lái)圍繞芯棒2沉積玻璃粒子時(shí)，由于以下原因產(chǎn)生粉末破裂和裂紋。
在燃燒器氧氫焰的中心和外圍存在溫度差異。在低溫的火焰外圍合成的玻璃粒子具有較低的粉末密度并且松軟，并且該低溫玻璃粒子圍繞芯棒2沉積。
在芯棒2向上移動(dòng)時(shí)，當(dāng)具有較低粉末密度的玻璃粒子進(jìn)入位于已經(jīng)沉積了玻璃粒子的區(qū)域以上的燃燒器的沉積區(qū)時(shí)，玻璃粒子被該燃燒器氧氫焰燒結(jié)并收縮?？梢哉J(rèn)為此時(shí)玻璃粒子易于受壓和變形，粉末破裂和裂紋就發(fā)生了。
根據(jù)本實(shí)施方案，當(dāng)玻璃粒子至少沉積在如圖2所示的區(qū)域II中時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率符合上述方程(2)來(lái)抑制腐蝕反應(yīng)。從而，玻璃粒子間的粘附力保持得很強(qiáng)。
以這種方式，通過(guò)調(diào)節(jié)供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體，即使在具有較低粉末密度的玻璃粒子被燒結(jié)時(shí)其易于受壓，粉末破裂和裂紋的發(fā)生也能由于玻璃粒子間的強(qiáng)粘附力而得到抑制。因此，能夠減少多孔二氧化硅預(yù)制件1的粉末破裂的發(fā)生，如圖4所示。
此處所用的短語(yǔ)“至少鄰近芯棒2沉積玻璃粒子”的意思是從多孔二氧化硅預(yù)制件1和芯棒2表面之間的界面朝芯棒2的徑向開始沉積玻璃粒子，并且在圖2所示例子中，其意味著玻璃粒子沉積在相對(duì)于芯棒2的較低端(參照?qǐng)D2中數(shù)字21)以上的區(qū)域，如區(qū)域II所示。
在第二步中，當(dāng)玻璃粒子至少沉積在圖2所示的區(qū)域II上時(shí)，調(diào)節(jié)氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足上述方程(2)。在區(qū)域II以外的區(qū)域中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量使得供應(yīng)到燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率大于0.3來(lái)沉積玻璃粒子。
圖2所示的區(qū)域II是芯棒2和多孔二氧化硅預(yù)制件1之間的界面。該區(qū)域定義了多孔二氧化硅預(yù)制件1的一個(gè)有缺陷的區(qū)域(變動(dòng)區(qū)域)。沉積在圖2所示的區(qū)域II以下的玻璃粒子定義了多孔二氧化硅預(yù)制件1的有效區(qū)域(穩(wěn)定區(qū)域)。因此，多孔二氧化硅預(yù)制件1的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的氟含量可以增加，并且可以在較少粉末斷裂和裂紋的情況下制造摻雜高濃度氟的多孔二氧化硅預(yù)制件1。
第一方面的第三實(shí)施方案本發(fā)明的第三實(shí)施方案與第一實(shí)施方案的不同在于可以氣體A和氣體B的任何供應(yīng)量來(lái)形成芯區(qū)和包層區(qū)，而不考慮供應(yīng)氣中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)不滿足上述方程(1)或(2)。此外，第三實(shí)施方案與第一實(shí)施方案的不同還在于當(dāng)多孔二氧化硅預(yù)制件10(圖5和6)形成完畢后，升高燃燒器火焰溫度以形成硬化層13，其將成為多孔二氧化硅預(yù)制件10的尾部(末端)。
對(duì)于在燃燒器氧氫焰中合成玻璃粒子和沉積玻璃粒子到芯棒2上以形成芯區(qū)11和包層區(qū)12的解釋在此省略，因?yàn)槠渑c第一實(shí)施方案中的相同。
圖5是說(shuō)明一個(gè)多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的實(shí)施例的示意圖，多孔二氧化硅預(yù)制件10的尾部區(qū)域由來(lái)自燃燒器的氧氫焰所加熱。
在沉積玻璃粒子形成芯區(qū)11和包層區(qū)12之后，調(diào)節(jié)氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量使得供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足以下方程(2)。此外，調(diào)節(jié)氫氣、氧氣和氬氣的供應(yīng)量來(lái)提高氧氫焰的溫度，以使沉積的二氧化硅玻璃粒子表面溫度不低于約600℃且不高于約1300℃，優(yōu)選為不低于600℃且不高于1300℃。更優(yōu)選的沉積二氧化硅玻璃粒子表面溫度為不低于700℃且不高于1200℃。
{(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.3 …(2)在維持氣體A和B的供應(yīng)量以及氧氫焰溫度的同時(shí)，玻璃粒子沉積到將成為多孔二氧化硅預(yù)制件10尾部的區(qū)域13的表面。同時(shí)，將成為尾部的區(qū)域中的玻璃粒子被氧氫焰的熱量燒結(jié)以便提高粉末密度。
遵循上述步驟之后，具有高粉末密度以及其中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足上述方程(2)的硬化層13被形成在將成為多孔二氧化硅預(yù)制件10尾部的區(qū)域表面。
硬化層13形成預(yù)定厚度之后，對(duì)所有燃燒器停止氣體供應(yīng)，并冷卻玻璃粒子以得到多孔二氧化硅預(yù)制件10。
因?yàn)橛不瘜?3中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率很小，腐蝕反應(yīng)被抑制，玻璃粒子間的粘附力保持得很強(qiáng)。此外，由于玻璃粒子在氧氫焰中被燒結(jié)，所以玻璃粒子的粉末密度和硬度得到提高。
由于多孔二氧化硅預(yù)制件10的內(nèi)部被硬化層13所保護(hù)，所以當(dāng)多孔二氧化硅預(yù)制件10制造完畢冷卻時(shí)，可以抑制在多孔二氧化硅預(yù)制件10的尾部發(fā)生粉末斷裂和裂紋。
當(dāng)調(diào)節(jié)氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量使得供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足上述方程(2)時(shí)，優(yōu)選逐漸改變氣體A和氣體B的供應(yīng)量。
當(dāng)硬化層13形成時(shí)，玻璃粒子被高溫氧氫焰加熱并收縮。玻璃粒子收縮的程度取決于玻璃粒子的粉末密度。因此，當(dāng)沉積的玻璃粒子的粉末密度隨區(qū)域而變化時(shí)，由于玻璃粒子收縮率的差異，在硬化層13形成期間該區(qū)域易于受到壓力，從而發(fā)生粉末斷裂。
當(dāng)迅速改變氣體A和氣體B的供應(yīng)量時(shí)，沉積玻璃粒子的氟含量也會(huì)改變，并引起粉末密度的變化。因此，在調(diào)節(jié)氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量時(shí)，如果沉積玻璃粒子的粉末密度變化很慢，那么就可以抑制粉末密度的大的變化，并且由玻璃粒子的收縮率不同引起的壓力被降低。因此，有可能進(jìn)一步抑制粉末破裂的發(fā)生。
另外，對(duì)于所有燃燒器，氣體A、氣體B的供應(yīng)量和火焰溫度可以同時(shí)改變。作為選擇，可以按照芯燃燒器，再第一、第二和第三包層燃燒器31、32和33的順序依次調(diào)節(jié)氣體A、氣體B的供應(yīng)量和火焰溫度，以使硬化層13從多孔二氧化硅預(yù)制件10的尾部開始形成直到上部區(qū)域。
當(dāng)硬化層13形成完畢，對(duì)所有燃燒器可以同時(shí)停止氣體供應(yīng)。作為選擇，可以根據(jù)多孔二氧化硅預(yù)制件10的向上移動(dòng)，從芯燃燒器開始，再第一、第二和第三包層燃燒器31、32和33依次停止氣體供應(yīng)。
現(xiàn)在利用實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明的第一方面。然而，本發(fā)明并不限于此處所述的特定實(shí)施例。
(實(shí)施例1)如圖1所示，圍繞由二氧化硅等制成的芯棒2，安裝玻璃合成燃燒器，即芯燃燒器31和包層燃燒器35，包層燃燒器35包括第一包層燃燒器32、第二包層燃燒器33和第三包層燃燒器34。
在第一步中，作為玻璃生成氣的SiCl4氣(氣體A)、作為含氟化合物氣的CF4氣(氣體B)、氫氣、氬氣和氧氣被以合適的量(流量)供應(yīng)到每個(gè)燃燒器。通過(guò)燃燒器氧氫焰合成玻璃粒子，并將玻璃粒子直接沉積到旋轉(zhuǎn)的、同時(shí)向上移動(dòng)的芯棒2上。
在本實(shí)施例中，SiCl4氣和GeCl4氣作為氣體A供應(yīng)到芯燃燒器31中，而不供應(yīng)氣體B。
接著，在第二步中，供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體供應(yīng)量調(diào)節(jié)到表1所列的值。玻璃粒子在此條件下合成，并沉積到在第一步中已經(jīng)沉積的玻璃粒子上。具有直徑約220mm和長(zhǎng)度1400mm的多孔二氧化硅預(yù)制件1就制成了。
表1

(實(shí)施例2)實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同在于當(dāng)在第一和第二步中沉積玻璃粒子到區(qū)域II時(shí)，供應(yīng)給每個(gè)燃燒器的氣體供應(yīng)量調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)闹?，并且在此條件下合成和沉積玻璃粒子到圖2所示的區(qū)域II中。
當(dāng)在第二步中玻璃粒子沉積到將成為多孔二氧化硅預(yù)制件的有效區(qū)的區(qū)域時(shí)，供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體供應(yīng)量調(diào)節(jié)到表1所列的值。在此條件下，玻璃粒子被合成、粘附和沉積。具有直徑約220mm和長(zhǎng)度1400mm的多孔二氧化硅預(yù)制件1就制成了。
(實(shí)施例3)在第一和第二步中，供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體供應(yīng)量調(diào)節(jié)到表1所列的值。在此條件下，玻璃粒子被合成、粘附和沉積以形成芯區(qū)11和包層區(qū)12。
供應(yīng)給每個(gè)燃燒器的氣體供應(yīng)量調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)闹担⑶姨岣哐鯕溲娴臏囟?。玻璃粒子在此條件下被合成，并且玻璃粒子被沉積到將成為多孔二氧化硅預(yù)制件1的尾部的區(qū)域以形成硬化層13。具有直徑約220mm和長(zhǎng)度1400mm的多孔二氧化硅預(yù)制件1就制成了。
在實(shí)施例1-3中，在相同條件下制造了幾個(gè)多孔二氧化硅預(yù)制件1，并且檢查了粉末斷裂和從芯棒脫落的問(wèn)題。計(jì)算粉末斷裂和脫落的發(fā)生率。確定了在供應(yīng)到燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率和多孔二氧化硅預(yù)制件1的粉末斷裂和脫落的發(fā)生率之間的關(guān)系。結(jié)果如圖4所示。
對(duì)于通過(guò)在第一步中調(diào)節(jié)供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率而制成的多孔二氧化硅預(yù)制件1，確定脫落的發(fā)生率。對(duì)于通過(guò)在第二步中調(diào)節(jié)供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率而制成的多孔二氧化硅預(yù)制件1，確定粉末斷裂的發(fā)生率。
對(duì)于通過(guò)在形成硬化層的步驟中調(diào)節(jié)供應(yīng)到每個(gè)燃燒器的氣體中氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率而制成的多孔二氧化硅預(yù)制件1，確定脫落的發(fā)生率。
如圖4所示，發(fā)現(xiàn)在第一步沉積玻璃粒子到區(qū)域I中時(shí)，當(dāng)供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足上述方程(1)時(shí)，多孔二氧化硅預(yù)制件1從芯棒2脫落的發(fā)生率將顯著降低。
還發(fā)現(xiàn)在第二步沉積玻璃粒子到圖2所示的區(qū)域II中時(shí)，當(dāng)供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足上述方程(2)時(shí)，多孔二氧化硅預(yù)制件1的粉末破裂的發(fā)生率將顯著降低。
還發(fā)現(xiàn)如果硬化層13形成在將成為多孔二氧化硅預(yù)制件1尾部的區(qū)域時(shí)，當(dāng)供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足上述方程(2)時(shí)，多孔二氧化硅預(yù)制件1的粉末破裂可以降低。
一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第二方面的多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法將參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。
如此所使用的，在多孔二氧化硅預(yù)制件41中，將成為所得光纖預(yù)制件的芯的區(qū)域是指多孔二氧化硅預(yù)制件的芯區(qū)51，將成為所得光纖預(yù)制件的包層的區(qū)域是指多孔二氧化硅預(yù)制件的包層區(qū)52。
第二方面的第一實(shí)施方案圖7是說(shuō)明一個(gè)多孔二氧化硅預(yù)制件制造方法的實(shí)施例的示意圖，其中玻璃粒子沉積在芯棒42上。
圍繞芯棒42，安放內(nèi)燃燒器43和外燃燒器44作為玻璃合成燃燒器。
將氣體A和氣體B供應(yīng)到內(nèi)燃燒器43和外燃燒器44的每個(gè)中央管。作為燃料的氫氣、作為惰性氣體的氬氣和作為助燃?xì)獾难鯕獗还?yīng)到這些燃燒器中。
內(nèi)燃燒器43沉積玻璃粒子到多孔二氧化硅預(yù)制件41的芯區(qū)51和包層區(qū)52上。設(shè)計(jì)內(nèi)燃燒器43以供應(yīng)氣體A和氣體B來(lái)合成含氟玻璃粒子(以下指為玻璃粒子α)。
當(dāng)多個(gè)燃燒器被用作內(nèi)燃燒器43時(shí)，只要?dú)怏wA和氣體B被供應(yīng)到該多個(gè)燃燒器中的一個(gè)，就不必給其它燃燒器供應(yīng)氣體B。
圖7中，內(nèi)燃燒器43包括芯燃燒器71、第一包層燃燒器72和第二包層燃燒器73。設(shè)計(jì)第一包層燃燒器和第二包層燃燒器72、73以供應(yīng)氣體A和氣體B，并將玻璃粒子α沉積到芯棒42上。
芯燃燒器71設(shè)計(jì)為不供應(yīng)氣體B，以合成無(wú)氟玻璃粒子(指為玻璃粒子β)，并將其沉積到芯棒42上。
安放芯燃燒器71至芯棒42的沉積區(qū)71a以使玻璃粒子β形成芯區(qū)51。安放第一包層燃燒器72以使沉積區(qū)72a的玻璃粒子α能夠沉積在71a的上方。
安放第二包層燃燒器73以使沉積區(qū)73a的玻璃粒子α能夠沉積在72a的上方。
由內(nèi)燃燒器43形成的多孔二氧化硅預(yù)制件41一部分，即芯區(qū)51和包層區(qū)52，被稱為內(nèi)沉積區(qū)53。
外燃燒器44沉積玻璃粒子到多孔二氧化硅預(yù)制件41的表面層(外沉積區(qū)54)。外燃燒器44設(shè)計(jì)為不供應(yīng)氣體B以合成不含氟玻璃粒子β，并將其沉積到玻璃粒子α上。
下面，將詳述利用內(nèi)燃燒器43和外燃燒器44圍繞芯棒42沉積玻璃粒子的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法。
氣體A、氣體B、氫氣、氬氣和氧氣被供應(yīng)到內(nèi)燃燒器43，即分別到第一和第二包層燃燒器，并從噴嘴噴射氧氫焰。
在從燃燒器噴嘴噴出的氧氫焰中，玻璃生成材料發(fā)生水解和氧化并且合成由二氧化硅制成的玻璃粒子。含氟化合物氣也被供應(yīng)到氧氫焰，且氟被引入形成的玻璃粒子中以形成含氟玻璃粒子α，其由火焰輸送，粘附并沉積在芯棒42周圍。
氣體A、氫氣、氬氣和氧氣被供應(yīng)到內(nèi)燃燒器43的芯燃燒器71和外燃燒器44，但不供應(yīng)氣體B，同時(shí)氧氫焰從噴嘴噴出。
與內(nèi)燃燒器43相似，在從燃燒器噴嘴噴出的氧氫焰中，玻璃生成材料發(fā)生水解和氧化并且合成由不含氟的二氧化硅制成的玻璃粒子β。這些玻璃粒子β由火焰輸送，粘附并沉積在芯棒42周圍。
當(dāng)芯棒42以參照符號(hào)“X”所指的方向繞軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)芯棒42逐漸向上移動(dòng)時(shí)，從芯燃燒器71噴出的玻璃粒子沉積在芯棒42的一端61(圖7中垂直方向的底部)。沉積的多孔二氧化硅預(yù)制件沿縱向向下生長(zhǎng)、延伸；這樣就形成了芯區(qū)51。
形成的芯區(qū)51隨芯棒42向上移動(dòng)，且當(dāng)形成的芯區(qū)51進(jìn)入第一包層燃燒器72的沉積區(qū)72a時(shí)，從第一包層燃燒器72噴出的玻璃粒子α沉積到芯區(qū)51的表面。形成的多孔二氧化硅預(yù)制件進(jìn)一步向上移動(dòng)，當(dāng)其進(jìn)入第二包層燃燒器73的沉積區(qū)73a時(shí)，從第二包層燃燒器73噴出的玻璃粒子α沉積到多孔二氧化硅預(yù)制件上。
在本方法中，從第一包層燃燒器72和第二包層燃燒器73噴出的玻璃粒子α順序沉積到芯區(qū)51的表面；這樣就形成了包層區(qū)52。結(jié)果，至少由玻璃粒子α制成的內(nèi)沉積區(qū)53(芯區(qū)51和包層區(qū)52)就形成了。
接下來(lái)，芯區(qū)51和包層區(qū)52再向上移動(dòng)，當(dāng)它們進(jìn)入外燃燒器44的沉積區(qū)44a時(shí)，從外燃燒器44噴出的玻璃粒子β沉積到包層區(qū)52的表面；這樣就在包層區(qū)52的表面形成了第二區(qū)54。
由于外燃燒器44并未被供應(yīng)含氟化合物氣，因此形成的外沉積區(qū)是由不含氟的玻璃粒子β制成。
根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施方案，是通過(guò)沉積不含氟玻璃粒子β至含氟玻璃粒子α的表面來(lái)形成外沉積區(qū)54的，即包層區(qū)52已經(jīng)沉積在芯棒42周圍。因此，由于SiF4不會(huì)在外沉積區(qū)產(chǎn)生，所以玻璃粒子β間的粘附力并未被削弱。既然在沉積區(qū)54中粘附力很強(qiáng)，那么即使沉積區(qū)54的溫度下降和產(chǎn)生收縮也不會(huì)導(dǎo)致在沉積區(qū)54發(fā)生粉末破裂。因此，多孔二氧化硅預(yù)制件41表面的粉末破裂能夠得到防止。
特別是在本實(shí)施方案中，內(nèi)燃燒器43和外燃燒器44被安放在芯棒42的移動(dòng)方向上，即縱向，且在芯棒42移動(dòng)的同時(shí)，使用內(nèi)燃燒器43沉積玻璃粒子α以形成內(nèi)沉積區(qū)(芯區(qū)51和包層區(qū)52)。同時(shí)，使用外燃燒器44沉積無(wú)氟玻璃粒子β以形成外沉積區(qū)54。因而，玻璃粒子β能夠在玻璃粒子α被沉積后立刻沉積在玻璃粒子α上。
玻璃粒子溫度下降和收縮時(shí)容易發(fā)生粉末破裂。然而，在本實(shí)施方案中，玻璃粒子β能夠在玻璃粒子α被沉積后立刻沉積在玻璃粒子α上，如上所述。因此，玻璃粒子β能夠在玻璃粒子α變涼之前被沉積(這時(shí)玻璃粒子α還足夠熱)。
因此，因?yàn)樵谕獬练e區(qū)54形成之前玻璃粒子α尚未冷卻和收縮，故能夠防止并未牢固粘附在一起的含氟包層區(qū)52的表面破裂。故而，源于多孔二氧化硅預(yù)制件41制造完畢冷卻時(shí)包層區(qū)52表面開裂的粉末破裂能夠被防止。
特別地，優(yōu)選在保持玻璃粒子α溫度為400℃或更高時(shí)，沉積玻璃粒子β到玻璃粒子α上以形成外沉積區(qū)54。這進(jìn)一步防止了由于包層區(qū)52冷卻時(shí)產(chǎn)生收縮導(dǎo)致在包層區(qū)52表面上的破裂，因此多孔二氧化硅預(yù)制件41的破裂幾乎可以完全消除。
例如，收窄內(nèi)燃燒器43的沉積區(qū)(第二包層燃燒器73的沉積區(qū)73a，本實(shí)施方案中其位于內(nèi)燃燒器43的最上方)和外燃燒器44的沉積區(qū)44a之間的距離，則從自內(nèi)燃燒器43沉積玻璃粒子α到自外燃燒器44沉積玻璃粒子β的時(shí)間間隔可被縮短。因此，沉積后玻璃粒子α的溫度下降可被減少，并能夠保持玻璃粒子α的溫度在約400℃或更高，優(yōu)選在400℃或更高。
優(yōu)選在從外燃燒器44沉積玻璃粒子β時(shí)，通過(guò)分別調(diào)節(jié)氫氣、氬氣和氧氣的供應(yīng)量來(lái)調(diào)節(jié)溫度，以使沉積區(qū)54的粉末密度不低于約0.15g/cm3且不高于約0.8g/cm3，優(yōu)選不低于0.15g/cm3且不高于0.8g/cm3。
這確保了致密、固態(tài)且進(jìn)一步防止了粉末破裂的外沉積區(qū)54的形成。
低于約0.15g/cm3的外沉積區(qū)54的粉末密度是不理想的，這是由于外沉積區(qū)54會(huì)變得脆且更容易發(fā)生粉末破裂。此外，高于約0.8g/cm3的外沉積區(qū)54的粉末密度也是不理想的。這是因?yàn)橥獬练e區(qū)會(huì)變得過(guò)于致密，使得脫水處理容易不充分；從而難以得到具有低傳輸損失的光纖。
優(yōu)選通過(guò)調(diào)節(jié)氣體A的流量和氣體A供應(yīng)到外燃燒器44的時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)玻璃生成氣的供應(yīng)量以使外沉積區(qū)54的體積與內(nèi)沉積區(qū)53中的含氟玻璃粒子α體積的比率不小于約0.2且不大于約1.0，優(yōu)選不小于0.2且不大于1.0，來(lái)沉積玻璃粒子β以形成外沉積區(qū)54。
這保證了具有有效厚度的外沉積區(qū)的形成；因而，有可能進(jìn)一步抑制粉末破裂。
玻璃粒子α和外沉積區(qū)的體積可從多孔二氧化硅預(yù)制件41的直徑來(lái)計(jì)算。
例如，在制造多孔二氧化硅預(yù)制件41期間，測(cè)量多孔二氧化硅預(yù)制件41在每個(gè)示于圖7的沉積區(qū)71a、72a、73a和44a的上端(垂直方向上外圍區(qū)域的上端)的直徑。
玻璃粒子α的體積可由多孔二氧化硅預(yù)制件41在沉積區(qū)73a的上端和沉積區(qū)71a的上端之間直徑的差異來(lái)計(jì)算。此外，外沉積區(qū)54的體積可由多孔二氧化硅預(yù)制件41在沉積區(qū)44a的上端和沉積區(qū)73a的上端之間直徑的差異來(lái)計(jì)算。
小于0.2的外沉積區(qū)54的體積與含氟玻璃粒子α體積的比率是不理想的，這是因?yàn)橥獬练e區(qū)54會(huì)變薄并且不能有效防止粉末破裂。
因?yàn)槎嗫锥趸桀A(yù)制件41通常在脫水和透明化后用作光纖預(yù)制件，這也就需要將氟均勻分布到多孔二氧化硅預(yù)制件41內(nèi)。
然而，如果外沉積區(qū)54的體積與含氟玻璃粒子α體積的比率大于1.0，則外沉積區(qū)54會(huì)變厚并且在脫水和透明化處理時(shí)玻璃粒子α中的氟不能分布到整個(gè)外沉積區(qū)54中。因而，由于難以得到氟均勻分布光纖預(yù)制件，所以該范圍的比率是不理想的。
如上所述，由于本實(shí)施方案中形成了無(wú)氟外沉積區(qū)54以致能夠防止粉末破裂，所以無(wú)論內(nèi)沉積區(qū)53(芯區(qū)51和包層區(qū)52)中摻雜多少氟粉末破裂都能被減少。
例如，在傳統(tǒng)技術(shù)中很難在供應(yīng)氣的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足以下方程(3)的情況下制造多孔二氧化硅預(yù)制件，這是由于高濃度的含氟化合物會(huì)導(dǎo)致粉末破裂頻繁發(fā)生。因此，為了制造含高濃度氟的光纖預(yù)制件，首先在低濃度含氟化合物氣環(huán)境下沉積玻璃粒子制造含氟化合物濃度低的多孔二氧化硅預(yù)制件，然后，在含氟化合物環(huán)境中燒結(jié)多孔二氧化硅預(yù)制件以摻雜更多的氟。
{(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}＞0.3 …(3)與傳統(tǒng)技術(shù)相反，根據(jù)本實(shí)施方案，能夠制造含高濃度氟且低粉末破裂的多孔二氧化硅預(yù)制件41，而且燒結(jié)時(shí)不再需要含氟化合物氣。
因此，優(yōu)選調(diào)節(jié)玻璃生成氣和含氟化合物氣的供應(yīng)量以使供應(yīng)至內(nèi)燃燒器43的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率滿足上述方程(3)。
如果內(nèi)燃燒器43使用多個(gè)燃燒器，則為每個(gè)燃燒器計(jì)算方程(3)所述的比率。
下面，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二方面的多孔二氧化硅預(yù)制件41。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的多孔二氧化硅預(yù)制件41包括表面層，即含二氧化硅且不含氟的外沉積區(qū)54。多孔二氧化硅預(yù)制件41根據(jù)本發(fā)明的第二方面通過(guò)上述制造方法而制得。
根據(jù)本發(fā)明，無(wú)氟表面層(外沉積區(qū)54)保證了玻璃粒子間足夠的粘附力，如上所解釋，這是由于作為吸附物質(zhì)，SiF4不會(huì)在外沉積區(qū)54中產(chǎn)生。由于在該表面層中玻璃粒子間的粘附力很強(qiáng)，所以即使當(dāng)表面層被冷卻以及發(fā)生熱收縮，也不會(huì)發(fā)生粉末破裂。因此，多孔二氧化硅預(yù)制件41表面的粉末破裂能被防止。
另外，當(dāng)由制得的多孔二氧化硅預(yù)制件41來(lái)制造光纖預(yù)制件時(shí)，由于撞擊等原因?qū)е碌钠屏涯鼙灰种?。由于多孔二氧化硅預(yù)制件41容易處理，因此減少了運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中的損壞所導(dǎo)致的破裂并且提高了產(chǎn)量。
在對(duì)該多孔二氧化硅預(yù)制件41脫水和燒結(jié)后，得到光纖預(yù)制件。
特別地，當(dāng)包括含高濃度氟的內(nèi)沉積玻璃粒子的光纖預(yù)制件的制造滿足方程(3)時(shí)，通過(guò)本發(fā)明可以顯著降低粉末破裂的發(fā)生。
表面層的粉末密度優(yōu)選為不低于約0.15g/cm3且不高于約0.8g/cm3，更優(yōu)選為不低于0.15g/cm3且不高于0.8g/cm3，這是因?yàn)橹旅?、固態(tài)的外沉積區(qū)54能夠進(jìn)一步抑制粉末破裂的發(fā)生。此外，在制造光纖預(yù)制件時(shí)，能夠充分脫水并可得到可由其制得具有低傳輸損失的光纖的光纖預(yù)制件。
此外，芯區(qū)51和包層區(qū)52中的表面層體積與含氟部分的體積(含氟玻璃粒子α)的比率優(yōu)選不小于約0.2且不大于約1.0，更優(yōu)選為不小于0.2且不大于1.0。具有足夠厚度的外沉積區(qū)在此范圍能夠進(jìn)一步抑制破裂的發(fā)生。還有，在此范圍內(nèi)，芯區(qū)51和包層區(qū)52中的氟能夠在脫水后的透明化過(guò)程中擴(kuò)散到整個(gè)外沉積區(qū)54，得到均勻分布的氟。
本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方案；可進(jìn)行相當(dāng)多的不違背本發(fā)明精神的改變。
例如，象是圍繞芯棒42沉積玻璃粒子的技術(shù)，任何能夠圍繞芯棒42沉積含氟玻璃粒子α以形成內(nèi)沉積區(qū)53(芯區(qū)51和包層區(qū)52)且同時(shí)立刻在包層區(qū)52沉積無(wú)氟玻璃粒子β以形成外沉積區(qū)54的技術(shù)都可以采用。例如，可以采用外氣相沉積法(OVD)。
可以供應(yīng)氣體B到芯燃燒器71以沉積含氟玻璃粒子α來(lái)形成芯區(qū)51。
第二方面的第二實(shí)施方案本發(fā)明的第二實(shí)施方案不同于第一實(shí)施方案之處在于在內(nèi)燃燒器43中央提供兩個(gè)噴嘴，且氣體A和氣體B被供應(yīng)到各自的噴嘴，而不是將氣體A和氣體B供應(yīng)到同一噴嘴。
由于其它設(shè)計(jì)與第一實(shí)施方案相似，不再詳述。
當(dāng)氣體A和氣體B被供應(yīng)到同一噴嘴時(shí)，SiO2生成后就立刻暴露在氧氫焰中的高濃度含氟化合物氣當(dāng)中。
當(dāng)溫度和氟濃度越高，由氟所引起的腐蝕反應(yīng)，這里“s”、“g”、和”ad”分別表示固體、氣體和吸附物質(zhì))就越容易發(fā)生。因此，如果氣體A和氣體B被供應(yīng)到同一噴嘴，則大量SiF4產(chǎn)生且玻璃粒子間的粘附力顯著削弱。
在本實(shí)施方案中，含硅化合物氣和含氟化合物氣被分別供應(yīng)到各自的噴嘴來(lái)在氧氫焰中合成含氟玻璃粒子α并且沉積到芯棒42上。
因此，SiO2在氧氫焰中生成后僅暴露在氧氫焰中的相對(duì)低濃度的含氟化合物氣當(dāng)中。因而，腐蝕反應(yīng)能被抑制，且能夠生成強(qiáng)粘附力的玻璃粒子α并由于玻璃粒子間的強(qiáng)粘附力的得到保持而沉積在芯棒42周圍。
因而，多孔二氧化硅預(yù)制件41的破裂(粉末破裂)能被抑制。
另外，優(yōu)選供應(yīng)混有惰性氣體的含氟化合物氣至噴嘴。惰性氣體在降低了氟濃度的同時(shí)保持了{(lán)(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}為常數(shù)，而且SiO2在生成后不會(huì)立刻暴露在氧氫焰中高濃度的含氟化合物氣當(dāng)中。
因此，腐蝕反應(yīng)被抑制，且能夠生成強(qiáng)粘附力的玻璃粒子α。
在本實(shí)施方案中，優(yōu)選類似于第一實(shí)施方案的方法形成外沉積區(qū)54。這防止了在內(nèi)沉積區(qū)53中玻璃粒子的腐蝕反應(yīng)，并保持了強(qiáng)粘附力。另外，表面能夠包覆上外沉積區(qū)54進(jìn)一步抑制了多孔二氧化硅預(yù)制件41的破裂(粉末破裂)的發(fā)生。
現(xiàn)在將利用實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的第二方面。然而，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于此處所描述的特定實(shí)施例。
(實(shí)施例4)如圖7所示，內(nèi)燃燒器43和外燃燒器44被提供為圍繞芯棒42安放的多管玻璃合成燃燒器。內(nèi)燃燒器43包括芯燃燒器71、第一包層燃燒器72和第二包層燃燒器73。
如表2所列，作為玻璃生成氣的SiCl4氣、作為含氟化合物氣的CF4氣、氫氣、氬氣和氧氣被供應(yīng)到每個(gè)燃燒器中，氧氫焰從噴嘴中噴出。
然而，SiCl4氣和GeCl4氣作為氣體A被供應(yīng)到芯燃燒器71而不供應(yīng)氣體B。由于供應(yīng)到第一和第二包層燃燒器的氣體含有足夠濃度的氟，因此能夠得到具有理想光學(xué)性質(zhì)的多孔二氧化硅預(yù)制件。
表2

使用了多管玻璃合成燃燒器，即具有多管結(jié)構(gòu)，其中提供有多個(gè)噴嘴的燃燒器。氣體A(SiCl4氣)和氣體B(CF4氣)使用同一個(gè)燃燒器從各自噴嘴噴出。此外，SiCl4氣中混有氬氣。
玻璃粒子在氧氫焰中生成，并且在芯棒42向上移動(dòng)的同時(shí)生成的玻璃粒子被吸附和沉積到芯棒42上。具有約220mm直徑和1400mm長(zhǎng)度的多孔二氧化硅預(yù)制件被制得。
(實(shí)施例5)以與實(shí)施例4相同的方法制備多孔二氧化硅預(yù)制件41以在有效區(qū)域得到理想的光學(xué)特性，除了代替外燃燒器44而在內(nèi)燃燒器中提供了第三包層燃燒器，并且向每個(gè)燃燒器供應(yīng)表2所列數(shù)量的CF4氣來(lái)沉積含氟玻璃粒子α，并且不形成外沉積區(qū)54。
(實(shí)施例6)以與實(shí)施例4相同的方法制備多孔二氧化硅預(yù)制件41以在有效區(qū)域得到理想的光學(xué)特性，除了使用第二包層燃燒器73和外燃燒器44來(lái)噴射玻璃粒子，其中安排使第二包層燃燒器73的沉積區(qū)73a與外燃燒器44的沉積區(qū)44a之間的距離是實(shí)施例4中該距離的兩倍。
(實(shí)施例7)以與實(shí)施例4相同的方法制備多孔二氧化硅預(yù)制件41以在有效區(qū)域得到理想的光學(xué)特性，除了調(diào)節(jié)供應(yīng)到外燃燒器44的包括SiCl4的每種氣體的供應(yīng)量，以使外沉積區(qū)54的體積與形成多孔二氧化硅預(yù)制件41的包層區(qū)52的體積(沉積的含氟玻璃粒子α的量)的比率為0.18，如表3所列。
表3

(實(shí)施例8)以與實(shí)施例4相同的方法制備多孔二氧化硅預(yù)制件41以在有效區(qū)域得到理想的光學(xué)特性，除了調(diào)節(jié)供應(yīng)到外燃燒器44的包括SiCl4的每種氣體的供應(yīng)量，以使外沉積區(qū)54的體積與形成多孔二氧化硅預(yù)制件41的包層區(qū)52的體積(沉積的含氟玻璃粒子α的量)之比為1.08，如表3所列。
(實(shí)施例9)以與實(shí)施例4相同的方法制備多孔二氧化硅預(yù)制件41以在有效區(qū)域得到理想的光學(xué)特性，除了調(diào)節(jié)供應(yīng)到外燃燒器44的包括SiCl4的每種氣體的供應(yīng)量，以使外沉積區(qū)54的粉末密度為0.12g/mm3，如表3所列。
(實(shí)施例10)以與實(shí)施例4相同的方法制備多孔二氧化硅預(yù)制件41以在有效區(qū)域得到理想的光學(xué)特性，除了調(diào)節(jié)供應(yīng)到外燃燒器44的包括SiCl4的每種氣體的供應(yīng)量，以使外沉積區(qū)54的粉末密度為0.15g/mm3，如表3所列。
(實(shí)施例11)以與實(shí)施例4相同的方法制備多孔二氧化硅預(yù)制件41以在有效區(qū)域得到理想的光學(xué)特性，除了將SiCl4氣(氣體A)和CF4氣(氣體B)的混合氣供應(yīng)到第三包層燃燒器的單一噴嘴并從中噴出。
(實(shí)施例12)以與實(shí)施例4相同的方法制備多孔二氧化硅預(yù)制件41以在有效區(qū)域得到理想的光學(xué)特性，除了將SiCl4氣和氫氣的混合氣供應(yīng)到第三包層燃燒器的單一噴嘴并從中噴出。
在實(shí)施例4-12中，當(dāng)制造多孔二氧化硅預(yù)制件41時(shí)，測(cè)量了在第三包層燃燒器與第二包層燃燒器73之間的沉積區(qū)44a和73a的邊界45處的玻璃粒子表面溫度(以下，此溫度被指為“邊界溫度”)。
玻璃粒子α的體積由在沉積區(qū)73a的上端和沉積區(qū)71a的上端之間多孔二氧化硅預(yù)制件直徑的不同來(lái)計(jì)算。另外，表面層(外沉積區(qū)54)的體積由在α沉積區(qū)44a的上端和沉積區(qū)73a的上端之間多孔二氧化硅預(yù)制件直徑的不同來(lái)計(jì)算。計(jì)算多孔二氧化硅預(yù)制件41的表面層(外沉積區(qū)54)的體積與包層區(qū)52的體積(沉積的含氟玻璃粒子α的量)的比率。
此外，形成的多孔二氧化硅預(yù)制件41在經(jīng)過(guò)1200℃的脫水處理后在電爐中燒結(jié)進(jìn)行透明化過(guò)程以得到光纖預(yù)制件46。測(cè)量了光纖預(yù)制件46的芯91和包層92的折射率，并確定了包層92中的相對(duì)折射率差(由于摻雜氟引起的指標(biāo)差異變量Δn)。結(jié)果列于表4。
表4

在實(shí)施例4中，得到無(wú)粉末破裂的多孔二氧化硅預(yù)制件41。
相反，在實(shí)施例5中，在3-5個(gè)制成的多孔二氧化硅預(yù)制件41觀察到粉末破裂，這是由于沒有形成外沉積區(qū)54的緣故。
因而，粉末破裂能夠通過(guò)沉積不摻雜氟的玻璃粒子β形成外沉積區(qū)54得到降低。
參照?qǐng)D8，示出從實(shí)施例4的多孔二氧化硅預(yù)制件41得到的光纖預(yù)制件46的折射率(圖中用虛線示出)，和從實(shí)施例5的多孔二氧化硅預(yù)制件41得到的光纖預(yù)制件46的折射率(圖中用實(shí)線示出)。
實(shí)施例4中，外沉積區(qū)54的粉末密度為0.15g/mm3，且外沉積區(qū)54的體積與包層區(qū)52的體積的比率時(shí)0.74。因此，包層區(qū)52中的氟在1200℃的脫水過(guò)程中擴(kuò)散到外沉積區(qū)54，從而得到具有均一折射率的芯層92。
因此，從實(shí)施例4的多孔二氧化硅預(yù)制件41得到的光纖預(yù)制件46的折射率與從實(shí)施例5的多孔二氧化硅預(yù)制件41得到的沒有外沉積區(qū)54的光纖預(yù)制件46的折射率相同，如圖8所示。
實(shí)施例6中，從第二包層燃燒器73(內(nèi)燃燒器43)噴出的玻璃粒子α到達(dá)外燃燒器44的沉積區(qū)44a要花費(fèi)時(shí)間，并且由于內(nèi)燃燒器43的沉積區(qū)(第二包層燃燒器73的沉積區(qū)73a)與外燃燒器44的沉積區(qū)44a是空間分離的，所以沉積的玻璃粒子α在到達(dá)沉積區(qū)44a之前已被冷卻。因此，該邊界溫度為375℃，這使得多孔二氧化硅預(yù)制件易于粉末破裂。在4個(gè)制成的多孔二氧化硅預(yù)制件41中的一個(gè)發(fā)現(xiàn)了粉末破裂。
實(shí)施例7中，由于外沉積區(qū)54的體積與包層區(qū)52的體積(沉積的含氟玻璃粒子α的量)的比率小于0.2，所以外沉積區(qū)54變得過(guò)薄。因此，粉末破裂不能被滿意地抑制。因而，在3個(gè)制成的多孔二氧化硅預(yù)制件41中的一個(gè)發(fā)現(xiàn)了粉末破裂。
實(shí)施例8中，由于外沉積區(qū)54的體積與包層區(qū)52的體積(沉積的含氟玻璃粒子α的量)的比率大于1.0，所以外沉積區(qū)54變得過(guò)厚。因此，在脫水和透明化處理過(guò)程中，含氟玻璃粒子α中的氟不能在外沉積區(qū)54中分散。如圖9虛線所示，由于包層92外圍的氟濃度很低使得沒有得到象實(shí)施例5中那樣的折射率圖，并且折射率沒有令人滿意地下降。
實(shí)施例9中，由于外沉積區(qū)54的粉末密度低于0.15g/cm3，所以外沉積區(qū)54很脆且粉末破裂不能被滿意地抑制。因此，在5個(gè)制成的多孔二氧化硅預(yù)制件41中的2個(gè)發(fā)生了粉末破裂。
相反，在實(shí)施例10中，外沉積區(qū)54的粉末密度高于0.15g/cm3，該致密固體沉積區(qū)進(jìn)一步防止了外沉積區(qū)54的粉末破裂。實(shí)驗(yàn)的多孔二氧化硅預(yù)制件41均未出現(xiàn)粉末破裂。
實(shí)施例11和12中，不是供應(yīng)SiCl4到各自的噴嘴，而是將SiCl4氣和氫氣混合后供應(yīng)到單一噴嘴。在氧氫焰中，SiO2生成后立刻暴露在高溫中。結(jié)果，大量SiF4生成，玻璃粒子間的粘附力被顯著削弱。
實(shí)施例11中的所有多孔二氧化硅預(yù)制件41和實(shí)施例12中6個(gè)多孔二氧化硅預(yù)制件41的5個(gè)都發(fā)生了粉末破裂。
相反，由于在實(shí)施例5中SiCl4氣是和氬氣混合后才被供應(yīng)和從噴嘴噴出的，所以與實(shí)施例11和12相比粉末破裂得到了防止。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的制造多孔二氧化硅預(yù)制件方法的第一實(shí)施方案，有可能使玻璃粒子牢固粘附在芯棒上，這使多孔二氧化硅預(yù)制件的脫落率降低并提高產(chǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的制造多孔二氧化硅預(yù)制件方法的第二實(shí)施方案，玻璃粒子間的粘附力能被增強(qiáng)，這使多孔二氧化硅預(yù)制件的脫落率降低并提高產(chǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的制造多孔二氧化硅預(yù)制件方法的第三實(shí)施方案，通過(guò)形成硬化層和具有能夠形成高粉末密度的固體硬化層來(lái)使玻璃粒子間粘附力的下降得到控制。多孔二氧化硅預(yù)制件的內(nèi)部受到硬化層的保護(hù)，這抑制了多孔二氧化硅預(yù)制件制成后冷卻時(shí)其尾部的粉末破裂和裂紋，以及能夠提高產(chǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的制造多孔二氧化硅預(yù)制件方法的第一實(shí)施方案，多孔二氧化硅預(yù)制件表面能被包覆上具有較高粘附力的外沉積區(qū)，因而，多孔二氧化硅預(yù)制件的破裂(粉末破裂)能被抑制。
特別地，內(nèi)燃燒器和外燃燒器被安置在芯棒移動(dòng)的方向，即縱向，且在芯棒縱向移動(dòng)時(shí)，使用內(nèi)燃燒器來(lái)沉積玻璃粒子α以形成芯區(qū)和包層區(qū)。同時(shí)，二氧化硅外燃燒器來(lái)沉積玻璃粒子β以形成外沉積區(qū)。因而，玻璃粒子β能夠在玻璃粒子α沉積后立刻沉積到玻璃粒子α上。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的制造多孔二氧化硅預(yù)制件方法的第二實(shí)施方案，腐蝕反應(yīng)能被抑制并保持玻璃粒子間的強(qiáng)粘附力。因而，能夠生成具有強(qiáng)粘附力的玻璃粒子并沉積到芯棒上。所以，多孔二氧化硅預(yù)制件的破裂(粉末破裂)的發(fā)生能被抑制。
根據(jù)本方面第二方面的多孔二氧化硅預(yù)制件，由于多孔二氧化硅預(yù)制件表面能被包覆上具有優(yōu)異粘附力的外沉積區(qū)，例如，當(dāng)由該多孔二氧化硅預(yù)制件制造光纖預(yù)制件時(shí)，能夠抑制由于撞擊多孔二氧化硅預(yù)制件而導(dǎo)致的破裂。運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的處理變得簡(jiǎn)單，破裂得到抑制，并且產(chǎn)量得到提高。
根據(jù)本發(fā)明，能夠制造只有很少裂口的含氟多孔二氧化硅預(yù)制件，而且本發(fā)明能夠被應(yīng)用在使用VAD(氣相軸向沉積)或OVD(外氣相沉積)方法的多孔二氧化硅預(yù)制件生產(chǎn)工藝中。
此外，本發(fā)明能夠被應(yīng)用在使用易于引起粉末破裂的非氟元素的情況下，并且本發(fā)明能夠被用作防止粉末破裂和得到高產(chǎn)量的方法。
根據(jù)本發(fā)明，甚至當(dāng)以高濃度摻雜氟時(shí)，也能夠制造出低破裂發(fā)生率的含氟多孔二氧化硅預(yù)制件，并且本發(fā)明能夠被應(yīng)用在使用VAD(氣相軸向沉積)或OVD(外氣相沉積)方法的多孔二氧化硅預(yù)制件生產(chǎn)工藝中。此外，本發(fā)明能夠被應(yīng)用在使用易于引起粉末破裂的非氟元素的情況下，并且本發(fā)明能夠被用作防止粉末破裂和得到高產(chǎn)量的方法。
在描述和說(shuō)明以上本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的同時(shí)，應(yīng)該理解這些是本發(fā)明的實(shí)例而不應(yīng)被限制。在不違背本發(fā)明的精神或范圍的情況下可以進(jìn)行增加、省略、替換以及其它改進(jìn)。因此，本發(fā)明不應(yīng)被認(rèn)為受限制于前面的描述，而是僅僅受限制于所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，包括步驟向一個(gè)或多個(gè)玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氫氧焰；供應(yīng)含硅的玻璃生成化合物氣體(氣體A)和含氟化合物氣體(氣體B)至一個(gè)或多個(gè)燃燒器；合成玻璃粒子；和圍繞芯棒沉積玻璃粒子以形成層，其中玻璃粒子直接沉積到芯棒上，并且調(diào)節(jié)供應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(1){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.1…(1)。
2.權(quán)利要求1的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，還包括步驟沉積第二層玻璃粒子到已經(jīng)直接在芯棒表面形成的層上，其中調(diào)節(jié)供應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(2){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.3…(2)。
3.一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，包括步驟向一個(gè)或多個(gè)玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氫氧焰；供應(yīng)含硅氣體A和含氟氣體B至一個(gè)或多個(gè)燃燒器；合成玻璃粒子；和圍繞芯棒沉積玻璃粒子，和通過(guò)加熱沉積的多孔二氧化硅預(yù)制件的一部分來(lái)形成硬化層，所述部分將在玻璃粒子圍繞芯棒沉積之后成為多孔二氧化硅預(yù)制件的尾部，其中當(dāng)形成硬化層時(shí)，調(diào)節(jié)供應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(2){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.3…(2)。
4.一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，包括步驟向一組包括內(nèi)燃燒器和外燃燒器的玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氫氧焰；向內(nèi)燃燒器供應(yīng)含硅氣體A和含氟氣體B來(lái)合成含氟玻璃粒子α并通過(guò)圍繞芯棒沉積玻璃粒子α來(lái)形成內(nèi)沉積區(qū)；和向外燃燒器僅供應(yīng)含硅氣體A來(lái)合成無(wú)氟玻璃粒子β并通過(guò)圍繞內(nèi)沉積區(qū)沉積玻璃粒子β來(lái)形成外沉積區(qū)。
5.權(quán)利要求4的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中通過(guò)圍繞內(nèi)沉積區(qū)沉積玻璃粒子β來(lái)形成外沉積區(qū)的步驟包括保持內(nèi)沉積區(qū)表面溫度為約400℃或更高的步驟。
6.權(quán)利要求4的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，還包括在從外燃燒器沉積玻璃粒子β時(shí)調(diào)節(jié)溫度以使外沉積區(qū)的粉末密度不低于約0.15g/cm3且不高于約0.8g/cm3的步驟。
7.權(quán)利要求4的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，還包括調(diào)節(jié)供應(yīng)到外燃燒器的氣體A的供應(yīng)量以使外沉積區(qū)的體積與內(nèi)沉積區(qū)中含氟玻璃粒子α的體積的比率不低于約0.2且不高于約1.0的步驟。
8.權(quán)利要求4的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中調(diào)節(jié)供應(yīng)到內(nèi)燃燒器的氣體A的供應(yīng)量和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到內(nèi)燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足以下方程(3){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}＞0.3…(3)。
9.一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，包括步驟向具有第一噴嘴和第二噴嘴的玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氧氫焰；向第一噴嘴供應(yīng)含硅氣體A；向第二噴嘴供應(yīng)含氟氣體B；合成玻璃粒子；和圍繞芯棒沉積玻璃粒子。
10.權(quán)利要求9的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中氣體B在混合了惰性氣體后再供應(yīng)到第二噴嘴。
11.一種含氟多孔二氧化硅預(yù)制件，包括含有無(wú)氟表面層的多孔二氧化硅預(yù)制件。
12.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10之一的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中芯棒在逐漸向上移動(dòng)的同時(shí)繞軸旋轉(zhuǎn)。
13.權(quán)利要求4的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中外燃燒器包括第一、第二和第三燃燒器。
14.權(quán)利要求3的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中通過(guò)提高二氧化硅玻璃粒子表面溫度至不低于約600℃且不高于約1300℃，來(lái)形成尾部。
15.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10之一的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中氣體A包括SiCl4。
16.權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10之一的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中氣體B包括選自CF4、SiF4和SF4的含氟化合物氣體。
17.權(quán)利要求10的制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，其中惰性氣體為氬氣。
全文摘要
一種制造多孔二氧化硅預(yù)制件的方法，包括以下步驟向玻璃合成燃燒器供應(yīng)燃料氣來(lái)生成氧氫焰；向燃燒器供應(yīng)含硅的氣體A和含氟的氣體B；合成玻璃粒子；以及圍繞芯棒沉積玻璃粒子，其中當(dāng)玻璃粒子直接沉積到芯棒時(shí)，調(diào)節(jié)供應(yīng)到燃燒器的氣體A和氣體B的供應(yīng)量以使供應(yīng)到燃燒器的氣體中的氟原子數(shù)與硅原子數(shù)的比例滿足下述公式(1){(氟原子數(shù))/(硅原子數(shù))}≤0.1 …(1)。
文檔編號(hào)C03B37/014GK1618750SQ200410085858
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者市井健太郎, 后藤孝和, 山田成敏, 原田光一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉(cāng)