專利名稱：一種制備光纖預制棒的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備光纖預制棒的方法，該方法包括用外部氣相沉積法以硅烷或硅氧烷為原料直接在芯棒的外表面包覆均勻的石英疏松體，形成疏松體預制棒，再將疏松體預制棒緩慢高溫加熱進行脫水和燒結成透明的光纖預制棒。
背景技術：
30多年來，光纖制造工藝一直在不斷發(fā)展。光纖預制棒制造技術是光纖產業(yè)的核心技術。目前商用預制棒的生產一般采用“兩步法”的制造工藝，即第一步，芯棒的制造； 第二步，外包部分的制造和成棒。其中芯棒的制造工藝典型的有管內法氣相沉積工藝，如 MCVD (modified chemical vapor deposition)改進化學氣相沉積工藝和等離子體化學氣相沉積(plasma chemical vapor deposition)等離子體激發(fā)化學氣相沉積法，以及管外法氣相沉積工藝如OVD (outside vapor deposition)外部氣相沉積工藝和VAD (vapor axial exposition)外部軸向沉積工藝。外包技術目前典型的工藝包括RIT(rod in tube)和 RIC(rod in cylinder)套管法、Soot直接外包法、APVD等離子體噴涂法和溶膠-凝膠法。 其中套管法和Soot直接外包法主要采用類似芯棒外部氣相沉積工藝特點的實現包層材料的制備，主要區(qū)別在于相對芯棒制造工藝，套管法采用的是離線制備方式，Soot直接外包法采用的是在線制備方式。在生產芯棒時，為了確保光纖的光學質量，不僅制造芯棒也必需制造部分的包層。隨后可以把芯棒拉細成很多小芯棒，也可以不拉細，這取決于芯棒的大小。 接下來，在芯棒上附加外包層(俗稱外包技術overcladding)，制成預制棒。拉絲之前，可以把預制棒拉伸縮小直徑，也可以不拉伸，這取決于預制棒和拉絲爐的大小。光纖預制棒的光學特性主要取決于芯棒制造技術；光纖預制棒的成本主要取決于外包技術，因此芯棒制造技術和外包技術成為光纖預制棒制造領域的核心技術?，F有的最接近的光纖預制棒的方法為套管法，如US005837334A、US007089765B2。 目前套管法是先制造出芯棒，再將該芯棒插入尺寸匹配的石英玻璃管，經高溫加熱使芯棒與套管同步熔化融合延長成為光導纖維。套管法是用于常規(guī)生產的與本發(fā)明最接近的技術之一。但是這種套管法存在以下不足之處大尺寸的套管要求的幾何精度高，制造工藝復雜，套管加工過程中的材料損失導致成本增加。芯棒與套管的界面增加了光纖拉絲工藝的復雜程度，界面的清洗和干燥變得更加嚴格，而且界面增加了光纖機械強度薄弱環(huán)節(jié)產生的幾率，增加了單位長度光纖斷裂的可能性，界面也對光纖水峰(光纖傳輸中由于羥基在 1360nm 1460nm范圍內吸收峰稱為水峰)產生不利影響，避免界面附加的工藝流程增加了預制棒的生產成本。管外法+Soot直接外包法是目前被行業(yè)認為是制造低成本大型預制棒首選的工藝路線，如US005917109A。尤其隨著VAD和OVD向多燈結構多組震蕩沉積工藝的技術發(fā)展， Soot直接外包法顯著降低了光纖預制棒的制造成本。由于外部氣相沉積法VAD和OVD特點是沉積速率高、原材料容易獲得，目前管外法+Soot直接外包技術提供了大部分的商用預制棒，典型的兩步法工藝路線為VAD+OVD、OVD+OVD、VAD+VAD。但是為制備低水峰大型預制棒，管外法+Soot直接外包法的技術路線也存在如下不足眾所周知，管外法由于存在Soot 制備和玻璃化的分離流程，在實現復雜折射率剖面和Ge/F共摻工藝等方面相對管內法明顯不足，因此，工藝穩(wěn)定性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。另一種與本發(fā)明接近的技術是等離子體化學氣相沉積+APVD技術。該技術是以管內化學氣相沉積法制成的芯棒為靶棒，在其外采用APVD工藝將石英粉噴涂到石英靶上而制成廉價的復合外包層。合成石英靶棒確保了光纖的質量，外噴技術石英粉具有較高的沉積效率，是一種已經用于常規(guī)生產的低成本的技術。但是這種技術有以下問題，由于APVD 的沉積效率高且采用廉價的石英粉，這種石英粉的純度和一致性受原材料影響而波動較大，其中含有的某些雜質對光纖的拉絲強度有不利影響，這種原材料不可提純和不可再生限制了其生產大尺寸預制棒技術的推廣。此外，該技術路線制備的大型預制棒由于材質的一致性顯著影響光纖機械性能，拉絲工藝過程中典型斷點率是Soot外包工藝制備大型預制棒的兩倍以上。等離子體化學氣相沉積工藝的特點是沉積層的厚度很薄，可通過進料的精確控制，使光纖的波導結構設計和材料組成及結構設計達到和諧的統(tǒng)一。在材料組成和結構設計方面，引入功能梯度材料的設計，即通過設定適當的配方，使芯棒或光纖橫截面的徑向上具有連續(xù)的組成和結構梯度變化，并因此使材料的性質漸變，使預制棒中無明顯的界面。在使各層粘度匹配的同時，熱應力得到緩和，從而在光纖制造的后續(xù)工藝中，光纖中就不會殘余熱應力和產生斷鍵，從而降低了光纖的衰減、優(yōu)化了 PMD、翹曲、熔接和抗氫老化等特性。 等離子體化學氣相沉積工藝芯層和光學包層都摻GM2和F，利用二者對粘度影響的差異可很容易實現芯層和包層在粘度上的匹配，從而等離子體化學氣相沉積光纖即使不用A處理也具有良好的抗氫損性能。等離子體化學氣相沉積工藝引入F除了起降低折射率的作用外，還可顯著降低高溫狀態(tài)下羥基向芯區(qū)的擴散速率，達到降低水峰的效果。另外，適量的 F還可有效降低光纖中的缺陷。在拉絲過程中，光纖易形成Si ·、Ge ·、SiO ·和GeO ·等缺陷，這些缺陷不僅會引起強的紫外吸收，其拖尾影響直至1550nm的衰減，同時這些缺陷極易與H結合，形成強的吸收峰。氟可與這些缺陷結合，對缺陷起到一個很好的愈合作用，不僅僅使光纖具有低的衰減，還確保了光纖優(yōu)良的抗氫損特性。等離子體化學氣相沉積工藝采用離子體作用沉積石英玻璃，氟具有較高的沉積效率，而對于OVD和VAD工藝，沉積過程中氟的沉積效率極低，大多數摻F是在燒結過程中進行的(如通入SiF4)。但受沉積層厚度的限制，需要采用多次沉積-燒結的方法，因而在摻氟方面，等離子體化學氣相沉積工藝具有明顯優(yōu)勢。等離子體化學氣相沉積以其折射率剖面控制精準的優(yōu)勢尤其適合制造G652D、 G. 657、G. 655、DCF 等類型光纖?，F有技術中的氣相沉積法都是以SiCl4*原料，SiCl4氣相沉積法會產生強烈腐蝕性和毒性的氯氣和氯化氫，凈化處理代價高昂，且未參與反應的殘余SiCl4難以氫化回收， 一旦進入環(huán)境將產生惡劣影響，被污染土地會變成不毛之地。以SiCl4為原料沉積石英玻璃，會在石英玻璃材料中引入Si-Cl鍵，破壞了原有的 Si-O空間網絡結構，造成Si-O原子鏈的斷裂，宏觀上表現為降低了石英熔體的粘度和光纖的機械強度，使得光纖斷裂幾率增大。上述技術缺陷一直是本領域的技術人員亟待解決的技術問題。本發(fā)明的一些術語的定義為
襯管管內氣相沉積用的高純石英玻璃管，反應物在管內反應后沉積在玻璃管的內壁形成薄層玻璃。芯棒含有芯層和部分沉積包層的實心預制件。硅烷包括通式SinH2n+2的一類的氫化物和該氫化物上的氫原子被一種或幾種其它基團取代的衍生物，η為大于或等于1的整數。硅氧烷是含硅氧鍵的鏈狀、環(huán)狀或網狀的高分子化合物。折射率剖面預制棒/芯棒/光纖玻璃折射率與其半徑之間的關系曲線。a值光纖中芯層的直徑。c值定義為管內法制備的芯棒折算為光纖中的直徑。d值定義為預制棒折算為光纖中的直徑。相對折射率差Δ相對折射率
權利要求
1.一種制備光纖預制棒的方法，它是用外部氣相沉積法以硅烷或硅氧烷為原料直接在芯棒的外表面包覆均勻的石英疏松體，形成疏松體預制棒，再將疏松體預制棒緩慢高溫加熱，進行脫水燒結成透明的光纖預制棒。
2.如權利要求1所述的一種制備光纖預制棒的方法，所述的硅烷的通式為SinH2n+2，η為 1-10的整數；硅氧烷是含硅氧鍵的鏈狀、環(huán)狀或網狀的高分子化合物。
3.如權利要求1或2所述的一種制備光纖預制棒的方法，其中所述的硅烷是甲基硅烷、 二甲基硅烷或三甲基硅烷。
4.如權利要求1或2所述的一種制備光纖預制棒的方法，其中所述的硅氧烷是八甲基環(huán)四硅氧烷或者是甲基三甲氧基硅烷。
5.如權利要求1所述的一種制備光纖預制棒的方法，其中所述的芯棒為等離子體管內化學氣相沉積法制備，且襯管為高純度、低羥基石英玻璃襯管，其相對折射率為0 至-0. 3 %，其羥基含量小于等于IOOOppb。
6.如權利要求1所述的一種制備光纖預制棒的方法，其中所述的預制棒的光纖參數滿足以下條件1. 2彡c/a彡4. 35，且2. 1彡d/c彡3. 4。
7.如權利要求1所述的一種制備光纖預制棒的方法，它是將疏松體預制棒在800°C 1200°C的溫度條件下，在氧氣、氯氣和氦氣的混合氣氛下進行脫水，逐步驅除疏松體中的有機物、水分和金屬雜質，然后在1400-160(TC的溫度條件下于氧氣、氬氣和氯氣為混合氣氛下高溫加熱燒結成無氣泡透明的大型光纖預制棒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備光纖預制棒的方法，該方法包括用外部氣相沉積法以硅烷或硅氧烷為原料直接在芯棒的外表面包覆均勻的石英疏松體，形成疏松體預制棒，再將疏松體預制棒緩慢高溫加熱進行脫水和燒結成透明的光纖預制棒。本發(fā)明采用清潔的硅烷或硅氧烷作為形成包層石英的原料，而不會產生大量有害的氯化氫，克服了含氯原料在包層中引入阻斷原子鍵的單鍵的缺點，提高了預制棒材料的純度和強度，可改善光纖的機械強度。
文檔編號C03B37/018GK102320732SQ20111024535
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權日2011年8月25日
發(fā)明者倪先元, 曹蓓蓓, 羅杰 申請人:長飛光纖光纜有限公司