一種制造光纖預(yù)制棒的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于光纖光纜技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種制造光纖預(yù)制棒的裝置及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，光纖預(yù)制棒的制備通常有兩種途徑：以MCVD、PCVD等為代表的管內(nèi)法；和以 VAD、0VD為代表的管外法。其中，管外法以其水峰容易控制、生產(chǎn)成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，逐漸 成為當(dāng)前制備單模光纖預(yù)制棒的主流技術(shù)。
[0003] 其中，VAD技術(shù)更適合制備光纖預(yù)制棒芯棒。VAD制備技術(shù)環(huán)節(jié)包括:1.粉體棒的沉 積過程;2 .粉體棒的脫水過程;3.粉體棒的燒結(jié)過程，形成透明的玻璃光纖預(yù)制棒母棒;4. 光纖預(yù)制棒母棒的拉伸過程，最終成為光纖預(yù)制棒的芯棒部分。其中，對(duì)于設(shè)備制造效率及 設(shè)備產(chǎn)能影響最大的過程為粉體棒的沉積過程。因此，粉體棒的沉積過程也成為了 VAD技術(shù) 制備光纖預(yù)制棒的核心過程之一。
[0004] 粉體棒的沉積過程對(duì)設(shè)備制造效率及設(shè)備產(chǎn)能的影響主要體現(xiàn)在：（1)芯層部分 的直徑:為了配合外包層的尺寸，VAD沉積并燒結(jié)后得到的芯棒母棒通常需要被拉伸至特定 尺寸。在粉體預(yù)制棒長(zhǎng)度一定的情況下，芯層部分的直徑越大，意味著可拉伸長(zhǎng)度越長(zhǎng)，設(shè) 備的產(chǎn)能越高。（2)沉積過程中粉塵的收集效率:沉積過程中，一部分粉塵作為有效部分被 沉積在粉體預(yù)制棒上；另一部分粉塵作為無效部分被排風(fēng)裝置排走。更多有效的沉積意味 著更高的收集效率，從而得到更高的材料利用率及更低的制造成本。
[0005] 在現(xiàn)有技術(shù)中，沉積的過程必須發(fā)生在一定的襯底上。對(duì)VAD技術(shù)而言，其襯底為 初始的靶棒以及粉體自身。VAD沉積過程中，通常使用兩個(gè)噴燈同時(shí)進(jìn)行。一個(gè)噴燈負(fù)責(zé)沉 積芯層部分，另一個(gè)負(fù)責(zé)沉積包層部分。目前絕大多數(shù)VAD沉積時(shí)，靶棒固定于縱向推桿下 端，并以推桿縱向?yàn)檩S線旋轉(zhuǎn)。靶棒的尺寸由于操作不便等原因通常不會(huì)大于50mm。因此從 沉積初始階段開始，襯底的面積就受到了限制，導(dǎo)致生長(zhǎng)出的芯層尺寸也無法大幅提高，并 進(jìn)一步導(dǎo)致包層收集效率受到限制，以及芯棒母棒可拉伸長(zhǎng)度受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種光纖預(yù)制棒的制造裝置與方法，提高 了制造效率和速率。
[0007] 本發(fā)明方法的技術(shù)方案為：
[0008] 本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)VAD旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)做出了改進(jìn)：由以往的單一旋轉(zhuǎn)軸的沉積方式改 為具有行星旋轉(zhuǎn)特征的雙旋轉(zhuǎn)軸的沉積方式。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間存在一定夾角。主旋轉(zhuǎn)軸帶 動(dòng)行星式旋轉(zhuǎn)整體以一定的轉(zhuǎn)速在做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，行星式旋轉(zhuǎn)軸自身以及固定于其上 靶棒也在以一定的轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)。沉積開始后，芯層沉積物以粉塵的形式逐漸在靶棒下端生長(zhǎng)。 本發(fā)明中的靶棒在雙旋轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，模擬了一個(gè)更大的沉積襯底，本質(zhì)上是 增加噴燈噴出物與襯底(靶棒)的接觸面積和/或接觸時(shí)間，使得在其他條件不變的前提下， 有更多的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為預(yù)制棒沉積物。同時(shí)，由于沉積物的生長(zhǎng)方向與主旋轉(zhuǎn)軸一致，沉積物 會(huì)在這個(gè)更大的襯底上不斷生長(zhǎng)，保證了沉積的均勻性。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，包括主旋轉(zhuǎn)軸、行 星式旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)夾頭、沉積腔體與噴燈組件，所述行星式旋轉(zhuǎn)軸安裝于主旋轉(zhuǎn)軸上并與主 旋轉(zhuǎn)軸具有預(yù)設(shè)夾角，主旋轉(zhuǎn)軸能夠以自身的中心軸線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并沿豎直方向移動(dòng)， 從而能夠帶動(dòng)行星式旋轉(zhuǎn)軸做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);行星式旋轉(zhuǎn)軸以自身的中心軸線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)做 自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且?guī)?dòng)固定于其上的靶棒一起運(yùn)動(dòng);所述旋轉(zhuǎn)夾頭固定連接于所述行星式旋 轉(zhuǎn)軸的下端，用于固定安裝靶棒;所述噴燈組件用于對(duì)安裝于行星式旋轉(zhuǎn)軸下端的靶棒進(jìn) 行芯層沉積和包層沉積。
[0010] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述行星式旋轉(zhuǎn)軸包括行星式旋轉(zhuǎn)軸本體、行星式旋轉(zhuǎn) 軸支架、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、固定于主旋轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)電環(huán)，以及用于連接導(dǎo)電環(huán)與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 的導(dǎo)電銅片，其中所述行星式旋轉(zhuǎn)軸支架固定連接在所述主旋轉(zhuǎn)軸的下端，行星式旋轉(zhuǎn)軸 本體與所述行星式旋轉(zhuǎn)軸支架固定連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述行星式旋轉(zhuǎn)軸本 體自轉(zhuǎn)。
[0011] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述噴燈組件包括芯層噴燈和包層噴燈，其中所述芯層 噴燈用于沉積芯層部分，所述包層噴燈用于沉積包層部分。
[0012] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述主旋轉(zhuǎn)軸垂直于水平方向，行星式旋轉(zhuǎn)軸與主旋轉(zhuǎn) 軸之間具有0-15°的夾角。
[0013] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)電環(huán)通過導(dǎo)電銅片與固定于行星式旋轉(zhuǎn)支架上繞 主旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的行星式旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連通，并且為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸送能源與控 制信號(hào)。
[0014] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，靶棒下端點(diǎn)與主旋轉(zhuǎn)軸線間的水平距離L為0-50mm。
[0015] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，主旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為25-75rpm，行星式旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為40-200rpm。
[0016] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種利用上述裝置制造光纖預(yù)制棒的方法，包 括:將靶棒固定安裝于行星式旋轉(zhuǎn)軸下端的旋轉(zhuǎn)夾頭上，靶棒與行星式旋轉(zhuǎn)軸同軸自轉(zhuǎn)并 且繞主旋轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)，噴燈組件的噴嘴噴出的反應(yīng)物質(zhì)在靶棒表面沉積為粉塵。
[0017] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，主旋轉(zhuǎn)軸垂直于水平方向，行星式旋轉(zhuǎn)軸與主旋轉(zhuǎn)軸之 間具有0-15°的夾角，靶棒下端點(diǎn)與主旋轉(zhuǎn)軸線間的水平距離L為0-50mm。
[0018] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，主旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為25-75rpm，行星式旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為40- 200rpm。
[0019] 在其他工藝條件相同的前提下，一個(gè)更大的襯底通常意味著更高的收集效率。特 別對(duì)于芯層部分，其直徑越大，則設(shè)備產(chǎn)能越高，同時(shí)由于包層的沉積通常發(fā)生在芯層之 上，芯層直徑越大，提供給包層沉積的"襯底"面積也越大，從而可以得到更高的粉塵收集效 率。本發(fā)明的有益效果在于:該裝置的運(yùn)用，使得靶棒在沉積初期進(jìn)行公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)的往復(fù)運(yùn) 動(dòng)，增加了反應(yīng)物質(zhì)與靶棒的接觸效果，大大提高管外法制備光纖粉體預(yù)制棒的制造速率 和沉積效率，進(jìn)而大幅提尚單臺(tái)設(shè)備的有效廣能。
【附圖說明】
[0020] 圖1是傳統(tǒng)VAD沉積系統(tǒng)示意圖，包括粉體預(yù)制棒運(yùn)送機(jī)構(gòu)(01)，主旋轉(zhuǎn)軸(02)，旋 轉(zhuǎn)夾頭(03)，靶棒(04)，芯層噴燈(05)，包層噴燈(06)以及沉積腔體(07);
[0021] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中具有行星式旋轉(zhuǎn)特征的VAD沉積系統(tǒng)示意圖，包括粉體預(yù)制 棒運(yùn)送機(jī)構(gòu)(01)，主旋轉(zhuǎn)軸(02)，旋轉(zhuǎn)夾頭(03)，靶棒(04)，芯層噴燈(05)，包層噴燈(06)以 及沉積腔體(07)，行星式旋轉(zhuǎn)軸本體(08)，行星式旋轉(zhuǎn)軸支架(09)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（10)，固 定于主旋轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)電環(huán)（11)，導(dǎo)電銅片（12);
[0022] 圖3為傳統(tǒng)VAD方法沉積初期芯層粉塵生長(zhǎng)示意圖；
[0023] 圖4本發(fā)明實(shí)施例中具有行星式旋轉(zhuǎn)特征的VAD沉積初期粉塵生長(zhǎng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025]圖1是傳統(tǒng)VAD沉積系統(tǒng)示意圖，包括粉體預(yù)制棒運(yùn)送機(jī)構(gòu)01，主旋轉(zhuǎn)軸02,旋轉(zhuǎn)夾 頭03，靶棒04，芯層噴燈05，包層噴燈06以及沉積腔體07。上述主旋轉(zhuǎn)軸02，旋轉(zhuǎn)夾頭03，靶 棒04，芯層噴燈05，包層噴燈06均放置于沉積腔體07中，并且通過沉積腔體07的抽風(fēng)口抽 風(fēng)。粉體預(yù)制棒運(yùn)送機(jī)構(gòu)01用于運(yùn)送粉體預(yù)制棒在主旋轉(zhuǎn)軸02下方形成靶棒04,旋轉(zhuǎn)夾頭 03用于對(duì)靶棒04進(jìn)行軸向限位，VAD沉積過程中，