用于降低玻璃前體材料在蒸發(fā)過程中膠凝的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】揭示了對用于氣相沉積過程中的液體前體材料進(jìn)行蒸發(fā)的方法和設(shè)備。用于蒸發(fā)液體前體材料的方法包括將液體前體材料流引入膨脹室，并將所述液體前體材料流引導(dǎo)向室壁。將室壁加熱至這樣的溫度，該溫度足以使得第一部分的液體前體材料流蒸發(fā)，而第二部分的液體前體材料流仍保持液體狀態(tài)，并且第三部分的液體前體材料形成凝膠。當(dāng)液體前體材料流被引入膨脹室時(shí)，對膨脹室進(jìn)行連續(xù)排干。所述室被加熱至產(chǎn)生足量的第二部分的液體前體材料的溫度，以從室內(nèi)沖走凝膠。
【專利說明】用于降低玻璃前體材料在蒸發(fā)過程中膠凝的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請交叉參考
[0002]本申請要求2011年4月28日提交的美國申請系列號第13/096，264號的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請為基礎(chǔ)并將其全文通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)背景
[0003]領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明一般地涉及用于玻璃前體材料的氣相沉積的方法和系統(tǒng)，更具體地，涉及用于降低在制造光學(xué)預(yù)成形件的玻璃前體材料蒸發(fā)過程中膠凝的方法和系統(tǒng)。
[0005]技術(shù)背景
[0006]通常從玻璃預(yù)成形件拉制光纖來形成玻璃光纖?？梢酝ㄟ^利用氣相沉積將二氧化硅玻璃煙炱沉積到餌棒或芯桿上來形成玻璃預(yù)成形件。不含鹵化物的環(huán)硅氧烷，例如八甲基環(huán)四硅氧烷(octamethylcyclotetracyloxane) (OMCTS)常用作液體前體材料，以用于生產(chǎn)熱解產(chǎn)生的二氧化硅顆粒，所述二氧化硅顆粒沉積到餌棒上形成光纖預(yù)成形件。液體前體在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，然后進(jìn)料到燃燒器，其中，在燃燒器的高溫下進(jìn)行氧化反應(yīng)，以形成二氧化硅玻璃煙炱。
[0007]在蒸發(fā)過程中，液體前體材料中的雜質(zhì)會在蒸發(fā)器中聚合，并導(dǎo)致形成在蒸發(fā)器的較低區(qū)域收集的凝膠。此類雜質(zhì)包括例如，高分子量硅氧烷、非揮發(fā)性殘留物、胺、硅烷醇、硅烷、酸(例如HCl )、堿(例如NaOH、K0H)和溶解氧等。此外，部分液體前體材料可能未在蒸發(fā)器中進(jìn)行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)器的較低區(qū)域匯聚，可能在該位置凝膠，進(jìn)而污染蒸發(fā)器的內(nèi)部。前體材料在蒸發(fā)器中的過 度匯聚和后續(xù)的膠凝増加了蒸發(fā)器中的背壓，并降低了系統(tǒng)性能。因此，需要對蒸發(fā)器進(jìn)行頻繁清潔以減輕這些問題。蒸發(fā)器的頻繁清潔需要設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，作為結(jié)果，對制造產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響，因?yàn)楣饫w預(yù)成形件的形成會是作為連續(xù)過程進(jìn)行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，用于使得氣相沉積過程中所采用的液體前體材料發(fā)生蒸發(fā)的方法包括:將液體前體材料流引入膨脹室，所述液體前體材料可聚合化以形成凝膠。所述液體前體材料流被導(dǎo)向膨脹室的垂直壁。將膨脹室的垂直壁加熱至這樣的溫度，該溫度足以使得第一部分的液體前體材料流蒸發(fā)，而第二部分的液體前體材料流仍保持液體狀態(tài)，并且第三部分的液體前體材料形成凝膠。在膨脹室的較低區(qū)域收集凝膠。當(dāng)液體前體材料流被引入膨脹室時(shí)，對膨脹室進(jìn)行連續(xù)排干。將膨脹室加熱至使得存在足量的液體前體材料，以將凝膠連續(xù)地從膨脹室沖走的溫度。
[0009]在另ー個(gè)實(shí)施方式中，用于使得氣相沉積過程中所采用的液體前體材料發(fā)生蒸發(fā)的方法包括:將液體前體材料流引入膨脹室，一部分的液體前體材料可聚合化以形成凝膠。液體前體材料流被導(dǎo)向膨脹室的壁。將膨脹室的壁加熱至這樣的溫度，該溫度足以使得第一部分的液體前體材料流蒸發(fā)，而第二部分的液體前體材料流仍保持液體狀態(tài)，并且第三部分的液體前體材料形成凝膠，所述溫度滿足如下關(guān)系:
(B 、
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種對用于氣相沉積過程中的液體前體材料進(jìn)行蒸發(fā)的方法，所述方法包括: 將液體前體材料流引入膨脹室，一部分的所述液體前體材料可聚合化以形成凝膠； 將所述液體前體材料流導(dǎo)向膨脹室的垂直壁； 將膨脹室的垂直壁加熱至這樣的溫度，該溫度足以使得第一部分的液體前體材料流蒸發(fā)，而第二部分的液體前體材料流仍保持液體狀態(tài)，并且第三部分的液體前體材料形成凝膠； 在膨脹室的較低區(qū)域收集凝膠；以及 當(dāng)液體前體材料流被引入膨脹室時(shí)，對膨脹室進(jìn)行連續(xù)排水，其中，所述膨脹室的溫度使得足量的第二部分的液體前體材料以液體狀態(tài)存在，以從膨脹室連續(xù)沖走凝膠。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括在膨脹室內(nèi)攪動液體前體材料流，使得所述液體前體材料在膨脹室內(nèi)的溫度是均勻的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括: 監(jiān)測膨脹室的溫度；以及 調(diào)節(jié)膨脹室的溫度，使得:
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第二部分的液體前體材料是硅氧烷，所述硅氧烷的沸點(diǎn)大于或等于第一部分的液體前體材料的沸點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，第一部分的液體前體材料是八甲基環(huán)四硅氧烷。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在干，第二部分的液體前體材料是十甲基環(huán)五硅氧烷或十二甲基環(huán)六硅氧烷。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述硅氧烷是Dn，其中D是([(CH3)2Si]-O-)，n大于或等于7且小于或等于40。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)膨脹室的溫度來控制從膨脹室連續(xù)排出的材料的流速。
9.如權(quán)利要求1或8所述的方法，其特征在干，從膨脹室連續(xù)排出的材料的流速小于或等于進(jìn)入膨脹室的液體前體材料流的流速的10%。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，膨脹室的熱導(dǎo)率大于約100Btu/hr-ft-F，以促進(jìn)膨脹室的均勻加熱。
11.一種對用于氣相沉積過程中的液體前體材料進(jìn)行蒸發(fā)的方法，所述方法包括: 將液體前體材料流引入膨脹室，一部分的所述液體前體材料可聚合化以形成凝膠； 將所述液體前體材料流導(dǎo)向膨脹室的壁； 將膨脹室加熱至這樣的溫度，該溫度足以使得第一部分的液體前體材料流蒸發(fā)，而第二部分的液體前體材料流仍保持液體狀態(tài)，并且第三部分的液體前體材料形成凝膠，所述溫度滿足如下關(guān)系:
12.如權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括: 在膨脹室的較低區(qū)域收集凝膠；以及 當(dāng)液體前體材料流被引入膨脹室吋，從膨脹室連續(xù)排出以液體狀態(tài)存在的第二部分的液體前體材料，使得從膨脹室連續(xù)沖走凝膠。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，該方法還包括在膨脹室內(nèi)攪動液體前體材料流，使得所述液體前體材料在膨脹室內(nèi)的溫度是均勻的。
14.如權(quán)利要求11-13所述的方法，其特征在干，膨脹室的熱導(dǎo)率大于約IOOBtu/hr-ft-F,以促進(jìn)膨脹室的均勻加熱。
15.ー種對用于形成玻璃光纖預(yù)成形件的液體前體材料進(jìn)行蒸發(fā)的蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器包括: 被第一垂直壁至少部分包封的第一膨脹室，所述第一膨脹室是由熱導(dǎo)率至少為100BTU/hr-ft-F的材料形成的； 設(shè)置在第一膨脹室內(nèi)的第一液體輸送管道，所述第一液體輸送管道引導(dǎo)液體前體材料噴射到第一垂直壁上； 與第一膨脹室連接的第一蒸汽輸送管道，所述第一蒸汽輸送管道從第一膨脹室抽取蒸發(fā)的液體前體材料； 設(shè)置在第一膨脹室內(nèi)的第一攪拌設(shè)備，所述第一攪拌設(shè)備攪拌蒸發(fā)的液體前體材料，使得蒸發(fā)的液體前體材料在第一膨脹室內(nèi)的溫度是均勻的；以及 與第一膨脹室的第一垂直壁熱連接的加熱系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)將至少一部分的第一垂直壁加熱至足以使得液體前體材料蒸發(fā)的溫度。
16.如權(quán)利要求15所述的蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器還包括位于第一膨脹室的較低區(qū)域的第一排出裝置，所述第一排出裝置將凝膠副產(chǎn)物和匯聚的液體前體材料從第一膨脹室連續(xù)排出。
17.如權(quán)利要求15或16所述的蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器還包括: 與第一膨脹室熱連接的溫度傳感器； 與溫度傳感器和加熱系統(tǒng)電連接的控制單元，其中，所述控制単元包括處理器和儲存了計(jì)算機(jī)可讀取指令的存儲器，所述控制單元執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀取指令，從而: 接收第一膨脹室的溫度；以及 控制加熱系統(tǒng)，使得第一膨脹室的溫度滿足如下關(guān)系:
18.如權(quán)利要求15所述的蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器還包括:被第二垂直壁至少部分包封的第二膨脹室，所述第二膨脹室是由熱導(dǎo)率至少為100BTU/hr-ft-F的材料形成的； 位于第二膨脹室中的第二液體輸送管道，所述第二液體輸送管道經(jīng)由多個(gè)閥與第一液體輸送管道流體連接，使得能夠?qū)⒌诙后w輸送管道與第一液體輸送管道流體隔離，所述第二液體輸送管道引導(dǎo)液體前體材料噴射到第二垂直壁上； 與第二膨脹室連接的第二蒸汽輸送管道，并且經(jīng)由多個(gè)閥與第二蒸汽輸送管道流體連接，使得能夠?qū)⒌诙蛎浭遗c第二蒸汽輸送管道隔離，所述第二蒸汽輸送管道從第二膨脹室抽取蒸發(fā)的液體前體材料； 設(shè)置在第二膨脹室內(nèi)的第二攪拌設(shè)備，所述第二攪拌設(shè)備攪拌蒸發(fā)的液體前體材料，使得蒸發(fā)的液體前體材料在第二膨脹室內(nèi)的溫度是均勻的；以及 其中，所述第二膨脹室與加熱系統(tǒng)熱連接，所述加熱系統(tǒng)將至少部分第二垂直壁加熱至足以使得液體前體材料蒸發(fā)的溫度。
19.如權(quán)利要求18所述的蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器還包括位于第二膨脹室的較低區(qū)域的第二排出裝置，所述第二排出裝置將凝膠副產(chǎn)物和匯聚的液體前體材料從第二膨脹室連續(xù)排出。
20.如權(quán)利要求18或19所述的蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器還包括燃燒器，其中，所述第一蒸汽輸送管道和第二蒸汽輸送管 道與燃燒器相連，所述燃燒器將蒸發(fā)的液體前體材料熱解成玻璃微粒。
【文檔編號】C03B37/014GK103502163SQ201280020420
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】C·D·伯德, D·R·鮑爾斯, P·坦登, S·維姆利 申請人:康寧股份有限公司