本發(fā)明涉及光纖預(yù)制棒，特別是一種光纖預(yù)制棒的擠壓裝置和制備方法。

背景技術(shù)：

中紅外光纖在大氣通信、生物醫(yī)療、紅外對抗等領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用。目前，中紅外光纖主要分為碲酸鹽光纖，氟化物光纖和硫化物光纖三類。光纖預(yù)制棒的制備是光纖制備的重要環(huán)節(jié)，其決定了光纖的纖芯和包層的相對尺寸，同心度等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)影響光纖的損耗。

目前石英光纖預(yù)制棒主要利用化學(xué)氣相沉積法制備，而多組分光纖預(yù)制棒則是多用管棒法、澆筑法和擠壓法等制備。中紅外玻璃容易析晶，并且機(jī)械強(qiáng)度低，而擠壓法制備預(yù)制棒操作溫度較低，適合制備易揮發(fā)和易析晶的玻璃預(yù)制棒。

專利uk1194386介紹了一種利用鈉鈣硅玻璃進(jìn)行了擠壓，制備了包層和纖芯結(jié)構(gòu)的預(yù)制棒的方法。專利ep0420239a1介紹了一種擠壓法制備非氧化物的光纖預(yù)制棒的裝置和方法，該方法是分別制備包層和纖芯玻璃塊材，對它們進(jìn)行研磨拋光處理，再疊放進(jìn)擠壓模具中進(jìn)行擠壓，制備出光纖預(yù)制棒。專利us005308371a介紹了一種擠壓法制備氟化物光纖預(yù)制棒的方法，該方法是在包層玻璃圓柱體上面澆纖芯玻璃，使得纖芯和包層玻璃形成上下結(jié)構(gòu)的一個(gè)玻璃圓柱體，再對玻璃圓柱體進(jìn)行切割加工，然后放進(jìn)擠壓模具中進(jìn)行擠壓，制備出光纖預(yù)制棒。

上面提及的預(yù)制棒制備方法，都是需要先制備好玻璃塊材，對玻璃進(jìn)行切割或者拋光等加工處理，然后再放進(jìn)模具中在一定的溫度下進(jìn)行擠壓制備光纖預(yù)制棒。上述擠壓法制備預(yù)制棒的方法有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

第一，在對玻璃進(jìn)行加工的過程中易引入雜質(zhì)，這樣會(huì)增加所制得光纖的損耗；

第二，先制備玻璃塊材，然后再放進(jìn)模具中擠壓會(huì)使得制備過程復(fù)雜，效率低且擠壓的重復(fù)性不好；

第三，為保持?jǐn)D壓過程在一定的溫度下進(jìn)行，則需要電加熱絲或者電爐等加熱裝置，使得整個(gè)擠壓裝置更為龐大、復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有的擠壓法制備光纖預(yù)制棒的不足，根據(jù)低損耗中紅外光纖的需求，提供一種光纖預(yù)制棒的擠壓裝置和制備方法。該方法制備預(yù)制棒所需時(shí)間短，擠壓裝置簡單，并且減少了在制備預(yù)制棒過程中雜質(zhì)的引入。通過預(yù)制棒成型區(qū)的直徑和長度的改變，可以調(diào)控預(yù)制棒纖芯的尺寸。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

一種光纖預(yù)制棒的擠壓裝置，其特點(diǎn)在于包括擠壓模具和擠壓配件，所述的擠壓模具的上、中、下三部分分別稱為壓頭、玻璃成型區(qū)和預(yù)制棒成形區(qū)，所述的玻璃成型區(qū)和預(yù)制棒成形區(qū)均由共軸的2瓣相連構(gòu)成，所述的玻璃成型區(qū)的內(nèi)腔的直徑與所述的壓頭的外徑相同，所述的玻璃成型區(qū)的底部的出口的直徑與所述的預(yù)制棒成形區(qū)的內(nèi)徑相同，所述的預(yù)制棒成形區(qū)的直徑大小決定光纖預(yù)制棒的尺寸；

所述的擠壓配件是一個(gè)圓柱體，其直徑比所述的預(yù)制棒成形區(qū)的內(nèi)徑略小。

利用上述擠壓裝置制備光纖預(yù)制棒的方法，該方法包括以下幾個(gè)步驟：

1)利用銅絲或彈簧將所述的擠壓配件卡在所述的預(yù)制棒成型區(qū)的入口，使所述的擠壓配件的上端和預(yù)制棒成型區(qū)的最上端平齊，將所述的壓頭置于所述的玻璃成型區(qū)，然后將擠壓裝置放入電爐中保溫220℃～350℃2h；

2)利用高溫熔融法同時(shí)熔制纖芯玻璃液和包層玻璃液；

3)將擠壓裝置從電爐中拿出，取出所述的壓頭；

4)將包層玻璃液從熔融爐中拿出，放置20～40s，將包層玻璃液倒入所述的玻璃成型區(qū)等待10～15s；把纖芯玻璃液從熔爐中拿出，放置20～40s，將纖芯玻璃液倒在包層玻璃表面；等待20～40s，然后將壓頭放在纖芯玻璃表面，然后將擠壓裝置轉(zhuǎn)移到壓機(jī)上；所述的纖芯玻璃液和包層玻璃稱為玻璃坯料；

5)啟動(dòng)壓機(jī)通過所述的壓頭對所述的玻璃坯料進(jìn)行擠壓，擠壓壓強(qiáng)為20～40mpa，擠壓速度10cm/min，在壓機(jī)的擠壓下，擠壓配件會(huì)很快被擠壓出模具，待所述的玻璃坯料擠出所述的玻璃成型區(qū)后，關(guān)閉壓機(jī)，并將所述的擠壓裝置轉(zhuǎn)移到電爐中，退火3小時(shí)后，隨爐降至室溫；

6)小心拆開模具，取出制備好的預(yù)制棒。

本發(fā)明有益的效果是：

一)本發(fā)明擠壓裝置能夠?qū)崿F(xiàn)玻璃坯料的成型和玻璃擠壓連貫進(jìn)行，使得擠壓法制備預(yù)制棒的時(shí)間大大減少，擠壓效率增加。

二)因?yàn)樾緦硬Ａе苯訚苍谏形从不尚偷陌鼘硬Ａ媳砻?，避免了芯包界面被污染，避免了玻璃加工處理所引入的雜質(zhì)，從而減小最終制備光纖的損耗。

三)在擠壓過程中不需要額外的加熱裝置，省去了電加熱圈或者電爐，使得擠壓裝置大為簡化。

四)通過調(diào)整纖芯玻璃和包層玻璃的質(zhì)量，可以調(diào)控預(yù)制棒纖芯的尺寸。

附圖說明

圖1是本發(fā)明擠壓模具的示意圖。

圖2是本發(fā)明擠壓配件的正視圖和仰視圖。

圖3是本發(fā)明制備光纖預(yù)制棒的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了更好得理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

先請參閱圖1圖2，圖1是本發(fā)明擠壓模具的示意圖。圖2是本發(fā)明擠壓配件的正視圖和仰視圖由圖可見，本發(fā)明光纖預(yù)制棒的擠壓裝置，包括擠壓模具和擠壓配件，所述的擠壓模具的上、中、下三部分分別稱為壓頭1、玻璃成型區(qū)2和預(yù)制棒成形區(qū)3，所述的玻璃成型區(qū)2和預(yù)制棒成形區(qū)3均由2瓣共軸相連構(gòu)成，所述的玻璃成型區(qū)2的內(nèi)腔的直徑與所述的壓頭1的外徑相同，所述的玻璃成型區(qū)2的底部的出口的直徑與所述的預(yù)制棒成形區(qū)3的內(nèi)徑相同，所述的預(yù)制棒成形區(qū)3的大小決定光纖預(yù)制棒的尺寸；

所述的擠壓配件是一個(gè)圓柱體，其直徑比所述的預(yù)制棒成形區(qū)3的內(nèi)徑略小。

2、利用權(quán)利要求1所述的擠壓裝置制備光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于該方法包括以下幾個(gè)步驟：

1)利用銅絲或彈簧將所述的擠壓配件卡在所述的預(yù)制棒成型區(qū)的入口，使所述的擠壓配件的上端和預(yù)制棒成型區(qū)的最上端平齊，將所述的壓頭(1)置于所述的玻璃成型區(qū)(2)，然后將擠壓裝置放入電爐中保溫；

2)利用高溫熔融法同時(shí)熔制纖芯玻璃液和包層玻璃液；

3)將擠壓裝置從電爐中拿出，取出所述的壓頭(1)；

4)將包層玻璃液從熔融爐中拿出，放置20～40s，將包層玻璃液倒入所述的玻璃成型區(qū)(2)等待10～15s；把纖芯玻璃液從熔爐中拿出，放置20～40s，將纖芯玻璃液倒在包層玻璃表面；等待20～40s，然后將壓頭(1)放在纖芯玻璃表面，然后將擠壓裝置轉(zhuǎn)移到壓機(jī)上；所述的纖芯玻璃液和包層玻璃稱為玻璃坯料；

5)啟動(dòng)壓機(jī)通過所述的壓頭(1)對所述的玻璃坯料進(jìn)行擠壓，擠壓壓強(qiáng)為20～40mpa，擠壓速度10cm/min，在壓機(jī)的擠壓下，擠壓配件會(huì)很快被擠壓出模具，待所述的玻璃坯料擠出所述的玻璃成型區(qū)(2)后，關(guān)閉壓機(jī)，并將所述的擠壓裝置轉(zhuǎn)移到電爐中，退火3小時(shí)后，隨爐降至室溫；

6)小心拆開模具，取出制備好的預(yù)制棒。

下面通過實(shí)施例說明利用本發(fā)明擠壓裝置制備光纖預(yù)制棒的方法，

實(shí)施例1

1)如圖3中a圖所示，利用一根30～40mm的銅絲，將銅絲的兩頭插到擠壓配件4的兩個(gè)孔里，然后旋轉(zhuǎn)銅絲，使得下端的銅絲形成一個(gè)大于模具下部直徑的環(huán)。然后將擠壓配件和銅絲卡在預(yù)制棒成型區(qū)3，使配件的上端和預(yù)制棒成型區(qū)的最上端平齊。將擠壓模具和擠壓配件4裝配好了之后，送入預(yù)熱到350℃的電爐，保溫2h。

2)預(yù)制棒纖芯的玻璃組成為75teo2-5bi2o3-15zno-5li2o，包層的玻璃組成為72teo2-5bi2o3-15zno-5li2o-3geo2。纖芯玻璃的熔制，稱量一定量的纖芯玻璃原料，將其混合均勻，稱量纖芯玻璃原料30g混勻，放進(jìn)鉑金坩堝中于800℃熔制，同時(shí)稱量包層玻璃原料70g混勻，放進(jìn)鉑金坩堝中于800℃熔制。待纖芯和包層玻璃熔制30min，將擠壓模具從退火爐中拿出。將包層玻璃從熔制爐中拿出，放置30s，將包層玻璃液倒入擠壓模具中，然后等待10s，將纖芯玻璃從熔制爐中拿出，放置30s，將纖芯玻璃液倒在包層玻璃液表面，過30s把預(yù)熱過的壓頭放在纖芯玻璃上；

3)將擠壓裝置從電爐中拿出，取出所述的壓頭1；

4)如圖3中b～d圖所示，把包層玻璃從熔融爐中拿出來，放置20～40s，將包層玻璃5倒入擠壓模具中，等待10～15s；把纖芯玻璃從熔爐中拿出來，放置20～40s，然后將纖芯玻璃6倒在包層玻璃表面，等待20～40s，然后將壓頭1放在纖芯玻璃表面。此過程重點(diǎn)是調(diào)控包層和纖芯玻璃的粘度，使得擠壓能夠順利進(jìn)行。然后將壓頭1放在纖芯玻璃表面，然后將擠壓裝置轉(zhuǎn)移到壓機(jī)上；所述的纖芯玻璃液和包層玻璃稱為玻璃坯料；

5)如圖3中e圖所示，啟動(dòng)壓機(jī)通過所述的壓頭1對所述的玻璃坯料進(jìn)行擠壓，擠壓壓強(qiáng)為30mpa左右，擠壓速度10cm/min，在壓機(jī)的擠壓下，擠壓配件會(huì)很快被擠壓出模具，待所述的玻璃坯料擠出所述的玻璃成型區(qū)(2)后，關(guān)閉壓機(jī)，并將所述的擠壓裝置轉(zhuǎn)移到退火爐中，300℃退火3h，然后隨爐降至室溫，

6)小心拆開模具，取出制備好的預(yù)制棒，最終制得130mm長的光纖預(yù)制棒，預(yù)制棒直徑6mm，纖芯直徑為0.8mm。

實(shí)施例2

預(yù)制棒纖芯的玻璃組成為75teo2-5bi2o3-15zno-5li2o，包層的玻璃組成為72teo2-5bi2o3-15zno-5li2o-3geo2。將模具組裝好之后，放在電爐中保持溫度350℃2h，稱量纖芯玻璃原料25g混勻，放進(jìn)鉑金坩堝中于800℃熔制，同時(shí)稱量包層玻璃原料75g混勻，放進(jìn)鉑金坩堝中于800℃熔制。待纖芯和包層玻璃熔制30min，將擠壓模具從退火爐中拿出。將包層玻璃從熔制爐中拿出，放置30s，將包層玻璃倒入擠壓模具中，然后等待10s，將纖芯玻璃從熔制爐中拿出，放置30s，將纖芯玻璃液倒在包層玻璃液表面，過30s把預(yù)熱過的壓頭放在纖芯玻璃上。將模具轉(zhuǎn)移到壓機(jī)上，啟動(dòng)壓機(jī)，擠壓壓強(qiáng)在30mpa左右，擠壓速度10cm/min，直至預(yù)制棒擠出模具，停止擠壓。將模具轉(zhuǎn)移到電爐中在300℃退火3h，然后隨爐降至室溫，小心拆開模具，最終制得130mm長的光纖預(yù)制棒，預(yù)制棒直徑6mm，纖芯直徑為0.6mm。

實(shí)施例3

預(yù)制棒纖芯的玻璃組成為53zrf4-20baf2-4laf3-3alf3-20naf，包層的玻璃組成為53zrf4-15baf2-4laf3-3alf3-25naf。將模具組裝好之后，放在電爐中保持溫度320℃2h，稱量纖芯玻璃原料30g混勻，放進(jìn)鉑金坩堝中于900℃熔制，同時(shí)稱量包層玻璃原料70g混勻，放進(jìn)鉑金坩堝中于900℃熔制。待纖芯和包層玻璃熔制30min，將擠壓模具從退火爐中拿出。將包層玻璃從熔制爐中拿出，放置30s，將包層玻璃液倒入擠壓模具中，然后等待10s，將纖芯玻璃從熔制爐中拿出，放置30s，將纖芯玻璃液倒在包層玻璃液表面，過30s把預(yù)熱過的壓頭放在纖芯玻璃上。將模具轉(zhuǎn)移到壓機(jī)上，啟動(dòng)壓機(jī)，擠壓壓強(qiáng)在25mpa左右，擠壓速度10cm/min，直至預(yù)制棒擠出模具，停止擠壓。將模具轉(zhuǎn)移到電爐中在280℃退火3h，然后隨爐降至室溫，小心拆開模具，最終制得130mm長的光纖預(yù)制棒，預(yù)制棒直徑6mm，纖芯直徑為0.8mm。

實(shí)施例4

預(yù)制棒纖芯的玻璃組成為53zrf4-20baf2-4laf3-3alf3-20naf，包層的玻璃組成為53zrf4-15baf2-4laf3-3alf3-25naf。將模具組裝好之后，放在電爐中保持溫度320℃2h，稱量纖芯玻璃原料25g混勻，放進(jìn)鉑金坩堝中于900℃熔制，同時(shí)稱量包層玻璃原料75g混勻，放進(jìn)鉑金坩堝中于900℃熔制。待纖芯和包層玻璃熔制30min，將擠壓模具從退火爐中拿出。然后將包層玻璃從熔制爐中拿出，放置30s，將包層玻璃液倒入擠壓模具中，然后等待10s，將纖芯玻璃從熔制爐中拿出，放置30s，將纖芯玻璃液倒在包層玻璃液表面，過30s把預(yù)熱過的壓頭放在纖芯玻璃上。將模具轉(zhuǎn)移到壓機(jī)上，啟動(dòng)壓機(jī)，擠壓壓強(qiáng)在25mpa左右，擠壓速度10cm/min，直至預(yù)制棒擠出模具，停止擠壓。模具轉(zhuǎn)移到電爐中在280℃退火3h，然后隨爐降至室溫，小心拆開模具，最終制得130mm長的光纖預(yù)制棒，預(yù)制棒直徑6mm，纖芯直徑為0.6mm。