專利名稱:有高溫涂層的玻璃纖維的制作方法
本發(fā)明是美國專利申請NO.580，280的部分繼續(xù)，一九八四年二月十七日提交的美國專利申請NO.580，280是一九八二年五月二十八日提交的美國專利申請NO.382，856的部分繼續(xù)，該美國專利申請現(xiàn)在已放棄了。
本發(fā)明主要涉及玻璃纖維，特別是涉及涂有耐溫，高強(qiáng)度涂層材料的實(shí)心光導(dǎo)纖維，空心纖維和毛細(xì)管。
玻璃纖維的用途很廣泛，如在纖維光學(xué)中，光導(dǎo)玻璃纖維能以光的形式來傳遞聲音，信息和數(shù)據(jù)信號。這類光導(dǎo)纖維有一個(gè)二氧化硅芯，在外表面包裹折射率較低的二氧化硅，而它們的直徑常為125微米，但有時(shí)也使用直徑稍大或稍小的纖維。這類纖維常涂有合成材料涂層，以防止玻璃表面的磨損和易于搬動。但這種合成材料難以耐受超過約為200℃至約為300℃的持續(xù)高溫。在那些需要耐受較高溫度的應(yīng)用中，纖維則通過浸涂工藝而涂上金屬層。見八四年二月二日公布的美國專利4，432，606，這一金屬涂層已經(jīng)用浸涂工藝實(shí)現(xiàn)，具有這種涂層的纖維能耐受高達(dá)約500℃的溫度。
玻璃纖維的另一個(gè)使用實(shí)例為，空心玻璃纖維或毛細(xì)管在氣相色譜方面的應(yīng)用。在上面提到的應(yīng)用中，這種纖維的直徑也是較小的。并要經(jīng)受環(huán)境的腐蝕和耐受超過300℃的溫度。另外，空心纖維和毛細(xì)管強(qiáng)度要高，要能纏繞在一個(gè)一定直徑的線軸上而不斷裂。用一種較大直徑的管拉成直徑較小的空心纖維或毛細(xì)管，以縮小其橫截面積，在縮小了橫截面積的纖維或毛細(xì)管上涂上一層合成材料以增加纖維的強(qiáng)度和便于纏繞在線軸上。同上述涂有聚合物的光導(dǎo)纖維一樣，制得的空心纖維或毛細(xì)管不能持續(xù)耐受超過約為300℃的溫度。因此，其用途受到限制。
本發(fā)明的目的是要提供一種具有相對高強(qiáng)度，并能耐受相對持續(xù)高溫的實(shí)心或空心玻璃纖維，這種高溫至少超過300℃，甚至最好超過500℃。
要達(dá)到上述要求，可通過汽相反應(yīng)，在實(shí)心或空心玻璃纖維外表面涂上一層涂層，用于制作涂層的材料是從包括金屬，合金或介電材料中選出的。
為更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合對附圖的說明給出對本發(fā)明的有關(guān)實(shí)施例的詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明涂有涂層的光導(dǎo)纖維的截面圖。
圖2是本發(fā)明涂有涂層的空心纖維或毛細(xì)管的截面圖。
圖1所示為一種實(shí)心光導(dǎo)纖維(10)，其用途是在纖維光導(dǎo)系統(tǒng)中以光的形式傳遞聲音，信息及數(shù)字信號，光導(dǎo)纖維(10)是常規(guī)的包括一個(gè)摻雜熔融的二氧化硅芯(12)和一個(gè)摻雜或不摻雜的二氧化硅包層(14)。
在傳統(tǒng)使用中的包層(14)比二氧化硅芯的折射率低，能使光通過纖維被傳播。適合芯體用的摻雜劑，包括鍺磷材料或凡能提高二氧化硅芯的折射率的任何材料。適合涂層的摻雜劑包括氟或其他能降低二氧化硅折射率的材料。通常用于纖維光學(xué)方面的纖維直徑都很小，約為100～150微米數(shù)量級。
包層(14)外面是一層密封的金屬，合金或其他介電材料的涂層(16，涂層(16)外面再沒有其他涂層，所以涂層16是纖維上唯一涂層。用作涂層材料的金屬或介電材料，要選擇能耐受300℃以上溫度而又不受損的材料，換言之，涂層材料的熔點(diǎn)應(yīng)超過300℃以上。這類金屬材料有鋁(Al)、鎳(Ni)、硅(Si)、鈦(Ti)、銅(Cu)、鎢(W)和鉬(Mo)，這類介電材料有氮化硅(Si3N4)，氧化錫(SnO2)，氮化硼(BN)，二氧化鈦(TiO2)，三氧化二鋁(Al2O3)，氮氧化硅(Si-O-N)碳化硅(SiC)和碳化硼(BC)施加涂層應(yīng)該用一種不減弱纖維強(qiáng)度的方法進(jìn)行。在我的一個(gè)美國專利申請NO.580，280或84年8月24日申請的NO.644，305共同待批專利申請中，我描述過在光導(dǎo)纖維表面涂以密封涂層這一工藝過程。上述兩個(gè)專利申請?jiān)诖擞脕碜鳛閰⒄召Y料，說明在玻璃纖維上用異質(zhì)核化熱化學(xué)沉淀工藝(HNTD)涂以金屬，合金或介電材料的工藝過程。這是一個(gè)汽相反應(yīng)，在此過程中，纖維表面加熱到預(yù)先確定的溫度，并置于反應(yīng)劑氣體中，使纖維表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使涂層材料直接沉淀在纖維表面。本發(fā)明中經(jīng)過涂涂層后的纖維與上述共同待批專利申請中提到的經(jīng)過涂涂層后的纖維之不同點(diǎn)是本發(fā)明的纖維外表面沒有第二層合成材料的涂層。
實(shí)例1.按上面提到的美國專利申請NO.644，305中所述方法，一種單模光纖涂有鎳(Ni)，另一種這樣的光纖涂有鋁(Al)，鋁的反應(yīng)物為三異丁基鋁和異丁烯，反應(yīng)溫度為260℃;鎳的反應(yīng)物為羰基鎳，反應(yīng)溫度為200℃。
實(shí)例2.在光導(dǎo)纖維上涂以氧化錫介電材料涂層，纖維表面溫度約為500℃，使用四甲基錫和氧參加的化學(xué)汽相沉積(CVD)反應(yīng)。
圖二說明了空心光導(dǎo)纖維或毛細(xì)管(18)外部密封涂層(16)的用途。毛細(xì)管(18)是由適當(dāng)?shù)牟ＡР牧?，制成適當(dāng)?shù)膬?nèi)外徑。所謂“適當(dāng)?shù)摹笨烧J(rèn)為是視所涂的纖維管的用途而定的。單層密封涂層(16)是在空心管(18)的外表面沉積而成。上述光導(dǎo)纖維(10)是用較大的實(shí)心預(yù)成型料拉小的。同樣，這些空心纖維管也是用較大直徑的管子拉成較小直徑的管子。因此，空心纖維或毛細(xì)管表面涂層的沉積過程與上述專利申請和共同待批專利申請中所描述的相同。
作為實(shí)例，鋁，鎳和氧化錫作為涂層材料已用上述對于光導(dǎo)纖維相同的方式施加于空心纖維和毛細(xì)管，此外，用作空心纖維或纖維管涂層材料的合金例如已有鐵(Fe)，鉻(Cr)，鈷(Co)在鎳中的合金。
上面已對本發(fā)明的兩種實(shí)例進(jìn)行了描述，因此不難理解本發(fā)明的工藝過程，只要不違背本發(fā)明所附權(quán)利要求
書的實(shí)質(zhì)精神和所提范圍還可由本技術(shù)領(lǐng)域：
中的技術(shù)人員做許多改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.在一個(gè)有外表面的玻璃纖維，以及在該外表面上有一層密封涂層的組合中，這所說的涂層包含一種熔點(diǎn)在300℃以上的材料，此種選自一個(gè)由金屬、金屬合金或介電材料組成的組，并通過汽相反應(yīng)涂于上述纖維外表面上。
2.按權(quán)利要求
1所述玻璃纖維和涂層的組合，其中汽相反應(yīng)是在所說的纖維外表面上進(jìn)行的。
3.按權(quán)利要求
1所述玻璃纖維和涂層的組合，其中所用涂層材料可選自由下列材料鉛、鎳、硅、鈦、銅、鎢、鉬、氧化錫、氧化硅、氮化硼、氧化鈦、氧化鋁、氮氧化硅、碳化硅和碳化硼組成的這個(gè)組。
4.按權(quán)利要求
1所述玻璃纖維和涂層的組合，其中所說的涂層材料的熔點(diǎn)在500℃以上。
5.按權(quán)利要求
1所述玻璃纖維和涂層的組合，其中所說的介電材料包括金屬的氧化物、氮化物和碳化物。
6.按權(quán)利要求
1所述玻璃纖維和涂層的組合，其中所說的纖維為實(shí)心的纖維。
7.按權(quán)利要求
1所述玻璃纖維和涂層的組合，其中所說的纖維為空心的纖維。
專利摘要
在實(shí)心或空心玻璃纖維外表面涂上一層金屬、合金或介電材料的涂層。涂有涂層的玻璃纖維可耐受300℃以上，甚至500℃的溫度。涂層是使用汽相反應(yīng)的方法在玻璃纖維表面沉積而成。
文檔編號G02B6/44GK86104059SQ86104059
公開日1986年12月17日 申請日期1986年6月12日
發(fā)明者迪帕克·蘭金·比斯瓦斯 申請人:國際標(biāo)準(zhǔn)電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan