一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈涉及的是一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造過程使用的噴燈，使用該噴燈及方法可有效提升生產(chǎn)速率、原材料利用率，降低生產(chǎn)成本。一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈包括原料中心管、內(nèi)層密封氣體噴燈口、燃燒氣體噴出口、內(nèi)層助燃性氣體噴出口、外層助燃性氣體噴出口和外層密封氣體噴燈口；噴燈的原料中心管為原料管，原料中心管的外側(cè)為內(nèi)層密封氣體噴出口，內(nèi)層密封氣體噴出口的外側(cè)為燃燒氣體噴燈口，燃燒氣體噴出口內(nèi)，相對(duì)于原料管同心地布置一圈內(nèi)層助燃性氣體噴出口，在內(nèi)層助燃性氣體噴出口的外側(cè)，同心地布置一圈外層助燃性氣體噴出口，外層助燃性氣體噴出口的外側(cè)為外層密封氣體噴出口。
【專利說明】
-種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈設(shè)及的是一種大尺寸光纖預(yù)制棒 制造過程使用的噴燈，使用該噴燈及方法可有效提升生產(chǎn)速率、原材料利用率，降低生產(chǎn)成 本。
【背景技術(shù)】
[0002] 為降低光纖生產(chǎn)成本，同時(shí)提高沉積效率，大尺寸光纖預(yù)制棒成為預(yù)制棒技術(shù)發(fā) 展的主要方向。
[0003] 光纖預(yù)制棒主要有四種制造工藝，即VAD(軸向氣相沉積法）、0VD(外部氣相沉積 法XPCVD(低溫等離子氣相沉積法)和MCVD(改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法）。
[0004] 外部氣相沉積法(OVD)是目前最常用的外包層制備方法。該方法的沉積速率、原材 料利用率主要受噴燈結(jié)構(gòu)及流量設(shè)定的影響。目前OVD廣泛使用的噴燈，由于噴燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 不合理，燃燒氣體、助燃?xì)怏w、原材料無法充分反應(yīng)，造成沉積速率和原材料利用率較低。
[0005] 為了提高光纖預(yù)制棒的產(chǎn)能，必須提升沉積速率。然而，沉積速率的增加會(huì)導(dǎo)致沉 積效率的降低，使得光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)成本增加。另外，沉積效率的降低使沉積腔體內(nèi)沒有 沉積在粉末棒上的Si化顆粒增加，導(dǎo)致腔體內(nèi)漂浮的顆粒物附著到粉末棒的表面，使得粉 末棒燒結(jié)后在預(yù)制棒內(nèi)存在氣泡。
[0006] 外部氣相沉積法(0VD)所使用的噴燈，中國(guó)發(fā)明專利尚未設(shè)及。日本專利No . 04-243929公開了一種具有同軸線多管路結(jié)構(gòu)的噴燈，在該結(jié)構(gòu)中，原料噴出口位于燃燒氣體 噴出口和助燃?xì)怏w噴出口之間。在該噴燈中，噴出燃燒氣體化2)和助燃?xì)怏w(02)，從而原料 氣體(SiC14)夾在該燃燒氣體和助燃?xì)怏w之間，使得形成Si02,該種結(jié)構(gòu)的噴燈沉積速率較 慢。
[0007] 現(xiàn)有的大尺寸光纖預(yù)制棒OVD制造技術(shù)中，由于噴燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)設(shè)定的 原因，產(chǎn)量無法有效提升，同時(shí)原材料利用率較低，給企業(yè)帶了損失。因此，發(fā)明一種新型噴 燈，并設(shè)計(jì)出最佳的流量匹配值，成為了一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本實(shí)用新型目的是針對(duì)上述不足之處提供一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈，主 要是發(fā)明了一種新型噴燈，并根據(jù)噴燈的管路結(jié)構(gòu)及原料氣體流速，設(shè)定了最佳的原料、氣 體流量。該新型噴燈，能夠有效提升噴燈的沉積速率、原材料利用率；同時(shí)，使用最佳的原 料、氣體流量能有效降低預(yù)制棒內(nèi)的氣泡數(shù)量。
[0009] -種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈是采取W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0010] 目前最通用的預(yù)制棒制造工藝為軸向氣相沉積工藝(VAD工藝)+外部氣相沉積工 藝(0VD工藝），使用軸向氣相沉積工藝(VAD工藝）制備出忍棒，制備出的忍棒使用外部氣相 沉積工藝(0VD工藝)在忍棒的外層附著Si02粉末，形成疏松體粉末棒，粉末棒經(jīng)燒結(jié)爐脫 水、玻璃化形成最終的透明預(yù)制棒。
[0011] OVD裝置是利用相對(duì)的、沿軸向移動(dòng)的噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有把棒的 忍棒上，忍棒直徑約50mm，當(dāng)噴燈支架運(yùn)行回?cái)?shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止。粉末棒沉積 速率、原材料利用率的高低主要取決于噴燈的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及流量設(shè)定，目前外部氣相沉積工 藝(0VD工藝)使用的噴燈受制于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的限制，沉積速率、原材料利用率相對(duì)較低;且由 于原材料利用率低，腔體內(nèi)懸浮的石英顆粒較多，容易附著在粉末棒上，燒結(jié)后在預(yù)制棒內(nèi) 形成氣泡。
[0012] -種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈包括原料中屯、管、內(nèi)層密封氣體噴燈口、燃燒 氣體噴出口、內(nèi)層助燃性氣體噴出口、外層助燃性氣體噴出口和外層密封氣體噴燈口。
[0013] 本實(shí)用新型的噴燈安裝在外包沉積設(shè)備噴燈支架上，在生產(chǎn)過程中噴燈隨噴燈支 架往復(fù)移動(dòng)，將Si化顆粒附著在忍棒上。本實(shí)用新型的噴燈的原料中屯、管為原料管，原料中 屯、管的外側(cè)為內(nèi)層密封氣體噴出口，用于隔絕原料和燃燒、助燃?xì)怏w，防止原料在噴燈口反 應(yīng)，堵塞噴燈。內(nèi)層密封氣體噴出口的外側(cè)為燃燒氣體噴燈口，燃燒氣體噴出口內(nèi)，相對(duì)于 原料中屯、管同屯、地布置一圈內(nèi)層助燃性氣體噴出口。在內(nèi)層助燃性氣體噴出口的外側(cè)，同 屯、地布置一圈外層助燃性氣體噴出口。外層助燃性氣體噴出口的外側(cè)為外層密封氣體噴出 口，用于控制噴燈的火焰形狀，防止火焰分散。
[0014] 本實(shí)用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法包括W下工藝步驟：
[001引 1)使用軸向氣相沉積工藝(VAD工藝)制備出忍棒，忍棒直徑約50mm;
[0016] 2)在忍棒兩端對(duì)接把棒；
[0017] 3)對(duì)接有把棒的忍棒進(jìn)行拋光，除去對(duì)接口的應(yīng)力，同時(shí)除去忍棒表面的雜質(zhì)。拋 光流量:出：300L/min，內(nèi)〇2:80L/min，外〇2:70L/min ;
[0018] 4)將對(duì)接有把棒的忍棒兩端安裝在沉積設(shè)備的卡盤基座上；
[0019] 5)對(duì)沉積噴燈噴燈點(diǎn)火，按"自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)"按鈕，沉積設(shè)備卡盤基座WSOrpm的轉(zhuǎn)速 開始旋轉(zhuǎn)，噴燈隨噴燈支架W250mm/min的移動(dòng)速度開始在忍棒表面沉積Si化粉末，排風(fēng) 罩始終位于噴燈的正上方，和噴燈的移動(dòng)速度相同；
[0020] 6)生產(chǎn)過程中噴燈流量：SiCl4:50g/min，出：120L/min，內(nèi)〇2 :20L/min，外〇2 : 35L/min，內(nèi) Ar:4L/min，夕FAr:20L/min;
[0021] 7)噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有把棒的忍棒上，轉(zhuǎn)速50rpm，當(dāng)噴燈支架運(yùn)行 回?cái)?shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，沉積結(jié)束，設(shè)備自動(dòng)停止；
[0022] 8)粉末棒沉積結(jié)束后，沉積用噴燈自動(dòng)焰火，沉積結(jié)束；
[0023] 9)粉末棒在燒結(jié)爐進(jìn)行脫水、玻璃化，制成大尺寸光纖預(yù)制棒；
[0024] 10)根據(jù)沉積過程中消耗的SiCU總流量及最終的預(yù)制棒有效重量，預(yù)制棒有效重 量為總重量-忍棒重量-把棒重量，計(jì)算沉積速率及原材料利用率；
[0025] 11)燒結(jié)得到的透明預(yù)制棒在暗室的聚光燈下觀察進(jìn)行檢查，確認(rèn)包層內(nèi)的氣泡 數(shù)量，包層內(nèi)氣泡的數(shù)量小于2，且氣泡直徑小于Imm為合格品。
[0026] -種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈及其大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法設(shè)計(jì)合理，能 夠有效升沉積速率、原材料利用率;同時(shí)結(jié)合最佳的流量設(shè)定值，能有效降低預(yù)制棒內(nèi)氣泡 的數(shù)量。運(yùn)種噴燈構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本與當(dāng)前廣泛使用的噴燈相當(dāng)。
[0027] 本實(shí)用新型不僅可W確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行，還可W提升沉積速率、原材料利用率， 提升企業(yè)的產(chǎn)能，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。同時(shí)，該發(fā)明能有效降低預(yù)制棒內(nèi)氣泡的數(shù)量，提升 預(yù)制棒的質(zhì)量，降低拉絲斷纖率，提升拉絲合格率。
【附圖說明】
[0028] W下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：
[0029] 圖1外部氣相沉積法(OVD)制造光纖預(yù)制棒的設(shè)備示意圖。
[0030] 圖2本實(shí)用新型噴燈的噴嘴配置的主視圖。
[0031] 圖3比較對(duì)比例1中使用噴燈的噴嘴配置的主視圖。
[0032] 圖4實(shí)施例1和比較對(duì)比例1中的原料的供給速率和沉積效率之間的關(guān)系較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 目前最通用的預(yù)制棒制造工藝為軸向氣相沉積工藝(VAD工藝)+外部氣相沉積工 藝(0VD工藝），使用軸向氣相沉積工藝(VAD工藝）制備出忍棒，制備出的忍棒使用外部氣相 沉積工藝(0VD工藝）在忍棒的外層附著Si化粉末，形成疏松體粉末棒，粉末棒經(jīng)燒結(jié)爐脫 水、玻璃化形成最終的透明預(yù)制棒。
[0034] OVD裝置是利用相對(duì)的、沿軸向移動(dòng)的噴燈將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有把棒的 忍棒上，忍棒直徑約50mm，當(dāng)噴燈支架運(yùn)行回?cái)?shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止。粉末棒沉積 速率、效率、原材料利用率的高低主要取決于噴燈的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及流量設(shè)定，目前外部氣相沉 積工藝(0VD工藝)使用的噴燈受制于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的限制，沉積速率、原材料利用率相對(duì)較低； 且由于原材料利用率低，腔體內(nèi)懸浮的石英顆粒較多，容易附著在粉末棒上，燒結(jié)后在預(yù)制 棒內(nèi)形成氣泡。
[0035] 參照附圖1~4,一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈包括原料中屯、管6、內(nèi)層密封氣 體噴出（燈）口 7、燃燒氣體噴出口 8、內(nèi)層助燃性氣體噴出口 9、外層助燃性氣體噴出口 10、外 層密封氣體噴燈口 11。
[0036] 本實(shí)用新型的噴燈4安裝在外包沉積設(shè)備噴燈支架5上，在生產(chǎn)過程中噴燈4隨噴 燈支架5往復(fù)移動(dòng)，將Si化顆粒附著在忍棒1上。本實(shí)用新型的噴燈的中屯、管為原料中屯、管 6,原料中屯、管6的外側(cè)為內(nèi)層密封氣體噴出口 7,用于隔絕原料和燃燒、助燃?xì)怏w，防止原料 在噴燈口反應(yīng)，堵塞噴燈。內(nèi)層密封氣體噴出口 7的外側(cè)為燃燒氣體噴出口 8，燃燒氣體噴出 口8內(nèi)，相對(duì)于原料中屯、管6同屯、地布置一圈內(nèi)層助燃性氣體噴出口9。在內(nèi)層助燃性氣體噴 出口 9(內(nèi)層助燃性氣體噴出口 9)的外側(cè)，同屯、地布置一圈外層助燃性氣體噴出口 10。外層 助燃性氣體噴出口 10的外側(cè)為外層密封氣體噴出口 11，用于控制噴燈的火焰形狀，防止火 焰分散。
[0037] 本實(shí)用新型一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造方法包括W下工藝步驟：
[003引 1)使用軸向氣相沉積工藝(VAD工藝)制備出忍棒1，忍棒直徑約50mm;
[0039] 2)在忍棒1兩端對(duì)接把棒2;
[0040] 3)對(duì)接有把棒2的忍棒1進(jìn)行拋光，除去對(duì)接口的應(yīng)力，同時(shí)除去忍棒表面的雜質(zhì)。 拋光流量:出:300L/min，內(nèi)〇2 :80L/min，外〇2 :70L/min ;
[0041] 4)將對(duì)接有把棒2的忍棒1兩端安裝在沉積設(shè)備的卡盤基座3上；
[0042] 5)對(duì)沉積噴燈4噴燈點(diǎn)火，按"自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)"按鈕，沉積設(shè)備卡盤基座3W50rpm的轉(zhuǎn) 速開始旋轉(zhuǎn)，噴燈4隨噴燈支架5W250mm/min的移動(dòng)速度開始在忍棒1表面沉積Si化粉末， 排風(fēng)罩12始終位于噴燈4的正上方，和噴燈的移動(dòng)速度相同；
[0043] 6)生產(chǎn)過程中噴燈4流量：Si(n4:50g/min，此：120L/min，內(nèi)〇2 :20L/min，外〇2 : 35L/min，內(nèi) Ar:4L/min，夕FAr:20L/min;
[0044] 7)噴燈4將石英粉末沉積在旋轉(zhuǎn)的接有把棒2的忍棒1上，轉(zhuǎn)速50rpm，當(dāng)噴燈支架5 運(yùn)行回?cái)?shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，沉積結(jié)束，設(shè)備自動(dòng)停止；
[0045] 8)粉末棒沉積結(jié)束后，沉積用噴燈4自動(dòng)焰火，沉積結(jié)束；
[0046] 9)粉末棒在燒結(jié)爐進(jìn)行脫水、玻璃化，制成大尺寸光纖預(yù)制棒；
[0047] 10)根據(jù)沉積過程中消耗的SiCU總流量及最終的預(yù)制棒有效重量，預(yù)制棒有效重 量為總重量-忍棒重量-把棒重量，計(jì)算沉積速率及原材料利用率；
[0048] 11)燒結(jié)得到的透明預(yù)制棒在暗室的聚光燈下觀察進(jìn)行檢查，確認(rèn)包層內(nèi)的氣泡 數(shù)量，包層內(nèi)氣泡的數(shù)量小于2，且氣泡直徑小于Imm為合格品。
[0049] 實(shí)施例1
[0050] 采用VAD工藝制備忍棒，將忍棒延伸后，測(cè)試其折射率剖面，由測(cè)試結(jié)果計(jì)算外包 層所需量。
[0051] 測(cè)試完成的忍棒在兩端對(duì)接把棒，對(duì)接把棒后對(duì)忍棒進(jìn)行拋光，去除由于對(duì)接產(chǎn) 生的應(yīng)力。拋光完成的帶有把棒的忍棒稱為枝棒，根據(jù)測(cè)試結(jié)果選擇合適的目標(biāo)回?cái)?shù)，采用 OVD法在忍棒上沉積外包層，最后制得目標(biāo)外徑為400mm的粉末棒。
[0052] 本實(shí)用新型的噴燈的原料中屯、管6供給SiCl4+化，內(nèi)層密封氣體噴出口7供給Ar,燃 燒氣體噴燈口 8供給此，內(nèi)層助燃性氣體噴出口 9供給化，外層助燃性氣體噴出口 10供給化， 外層密封氣體噴出口 11供給Ar。
[0053] 表1列出了供給到各噴嘴的氣體的種類、流量和流速W及各氣流在其各自出口處 女似n也b 八U 口 麻
[0054] 沉積結(jié)束的粉末棒在燒結(jié)爐進(jìn)行脫水、玻璃化，得到透明的預(yù)制棒。透明預(yù)制棒在 暗室的聚光燈下觀察，包層內(nèi)無氣泡。
[0055] 根據(jù)沉積過程中消耗的SiCl4總流量及最終的預(yù)制棒有效重量（總重量-忍棒重 量-把棒重量），計(jì)算沉積速率及原材料利用率：
[0化6] 沉積速率97g/min，原材料利用率71〇/〇。
[0化7]實(shí)施例2
[0058] 采用與實(shí)施例1相同的噴燈及OVD工藝。本實(shí)施例噴燈的原料中屯、管6供給SiCU+ 出，其它噴燈管路供應(yīng)氣體與實(shí)施例1相同。
[0059] 表2列出了供給到各噴嘴的氣體的種類、流量和流速W及各氣流在其各自出口處 在噴嘴的徑向上的距離
[0060] 沉積結(jié)束的粉末棒在燒結(jié)爐進(jìn)行脫水、玻璃化，得到透明的預(yù)制棒。透明預(yù)制棒在 暗室的聚光燈下觀察，包層內(nèi)無氣泡。
[0061] 根據(jù)沉積過程中消耗的SiCl4總流量及最終的預(yù)制棒有效重量（總重量-忍棒重 量-把棒重量），計(jì)算沉積速率及原材料利用率：
[0062] 沉積速率95g/min，原材料利用率69%。
[0063] 對(duì)比例1
[0064] 對(duì)比例1中所用的噴燈為五層管路結(jié)構(gòu)，如圖3。其中管13供給SiCU+化，管14供給 Ar，管15供給此，管16供給化，管17供給Ar。管13、管14的氣流厚度分別為2.6mm、2.5mm，大于 實(shí)施例1、2。對(duì)比例1所用的OVD工藝與實(shí)施例1相同。
[0065] 表3列出了供給到各噴嘴的氣體的種類、流量和流速W及各氣流在其各自出口處 左喊鵬的僅亡1 的口FJ南
暗室的聚光燈下觀察，包層內(nèi)有2個(gè)氣泡，且氣泡的直徑< Imm。
[0067] 根據(jù)沉積過程中消耗的SiCl4總流量及最終的預(yù)制棒有效重量（總重量-忍棒重 量-把棒重量），計(jì)算沉積速率及原材料利用率：
[0068] 沉積速率81g/min，原材料利用率54%。
[0069] 對(duì)比
[0070] 實(shí)施例1中的原料SiCU與助燃?xì)怏w化的混和氣體的流量和流速與比較例1相同。 但是，在實(shí)施例1中氣流的厚度是1.0mm，而在比較例1中氣流的厚度是2.6mm，即：實(shí)施例1 中氣流的厚度明顯比比較例1的厚度小(實(shí)施例2與實(shí)施例1相同）。因此，實(shí)施例1和實(shí)施例2 中，原料能夠與從其它噴嘴噴出的燃燒氣體和助燃?xì)怏w迅速地混和，從而促進(jìn)水解反應(yīng)。因 此，實(shí)施例巧日2中的沉積速率分別提高到97g/min和95g/min，高于比較例1中的81g/min;原 材料利用率分別提高到71%和69%，高于比較例1中的54%。
[0071 ]當(dāng)分別改變實(shí)施例1和比較例1中的原料Si(n4的供給速率時(shí)，實(shí)施例1中的沉積效 率隨供給速率的增加僅輕微波動(dòng)，而比較例1中的沉積效率隨著供給速率的增加而顯著下 降，如圖4。
[0072]因此，根據(jù)本實(shí)用新型，能夠明顯地提高光纖預(yù)制棒的沉積速率、原材料利用率， 提升企業(yè)產(chǎn)能，降低企業(yè)生產(chǎn)成本；同時(shí)，預(yù)制棒內(nèi)氣泡的數(shù)量明顯降低，預(yù)制棒的質(zhì)量得 W提升。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈，其特征在于:包括原料中心管、內(nèi)層密封氣體噴 燈口、燃燒氣體噴出口、內(nèi)層助燃性氣體噴出口、外層助燃性氣體噴出口和外層密封氣體噴 燈口； 噴燈的原料中心管的外側(cè)為內(nèi)層密封氣體噴出口，用于隔絕原料和燃燒、助燃?xì)怏w，防 止原料在噴燈口反應(yīng)，堵塞噴燈，內(nèi)層密封氣體噴出口的外側(cè)為燃燒氣體噴燈口，燃燒氣體 噴出口內(nèi)，相對(duì)于原料管同心地布置一圈內(nèi)層助燃性氣體噴出口；在內(nèi)層助燃性氣體噴出 口的外側(cè)，同心地布置一圈外層助燃性氣體噴出口，外層助燃性氣體噴出口的外側(cè)為外層 密封氣體噴出口，用于控制噴燈的火焰形狀，防止火焰分散。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸光纖預(yù)制棒制造用噴燈，其特征在于:噴燈安裝在 外包沉積設(shè)備噴燈支架上，在生產(chǎn)過程中噴燈隨噴燈支架往復(fù)移動(dòng)，將SiO 2顆粒附著在芯 棒上。
【文檔編號(hào)】C03B37/018GK205473379SQ201520971138
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日
【發(fā)明人】張彬, 沈春, 沈一春, 陳京京
【申請(qǐng)人】中天科技精密材料有限公司, 江蘇中天科技股份有限公司