光纤预制棒的气相沉淀方法及装置

技术领域

本发明涉及芯棒技术领域，尤其是涉及一种光纤预制棒的气相沉淀方法及装置。

背景技术

在制造光纤预制棒母材的工艺中，OVD(Outside Vapour Deposition)工艺由于沉积速率高、对原料纯度要求相对较低、适合规模化生产等诸多因素而被认为是降低光纤预制棒母材生产成本的主要技术手段。目前在用的光纤预制棒的气相沉淀装置包括沉积腔11、芯棒夹具以及喷灯组件，沉积腔11为一封闭空间，芯棒夹具设于沉积腔11内，芯棒夹具用于将芯棒12定位于水平姿态并带动芯棒12绕芯棒芯轴旋转；喷灯组件设于沉积腔11内并位于芯棒12的侧方，喷灯组件包括多个喷灯13和一个喷灯平台14，多个喷灯13沿芯棒12的轴向依次设置，喷灯13用于将粉末喷射于芯棒12的外侧面上，喷灯平台14用于安装多个喷灯13并带动多个喷灯13沿芯棒12的轴向移动。其工艺过程是：利用喷灯13在可燃气体(如氢气、天然气等)进行燃烧产生大量的水蒸气与原材料四氯化硅进行化学反应，形成二氧化硅粉末附着在水平旋转的芯棒12上，形成了一层比较致密的粉状二氧化硅层，之后，通过喷灯平台14往复运动，最终在芯棒12的表面形成了二氧化硅粉末棒121(外表面为圆柱外侧面)，原材料四氯化硅和水蒸气进行化学反应，形成二氧化硅粉末的公式如下：

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中预制棒的利用率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光纤预制棒的气相沉淀方法，所述芯棒包括沿其轴向依次设置的芯棒首段、芯棒中段以及芯棒尾段，所述气相沉淀方法包括主沉积工序，所述主沉积工序为利用沿芯棒轴向依次布置的多个喷灯将粉状二氧化硅沉积在所述芯棒首段、所述芯棒中段以及所述芯棒尾段的外表面，所述气相沉淀方法还包括辅助沉积工序，所述辅助沉积工序为利用位于芯棒两端的喷灯将粉状二氧化硅沉积在所述芯棒首段和所述芯棒尾段上，所述芯棒首段的外侧形成首段沉积层，所述芯棒中段的外侧形成中段沉积层，所述芯棒尾段的外侧形成尾段沉积层，所述中段沉积层的外表面为圆柱外侧面，所述首段沉积层和所述尾段沉积层的外表面为圆锥外表面，所述圆锥外表面的大端与所述圆柱外侧面径向尺寸相同且所述圆锥外表面的大端与所述圆柱外侧面相接。

在本发明的一个实施例中，所述主沉积工序与所述辅助沉积工序同步进行。

本发明还提供另外一个技术方案：一种光纤预制棒的气相沉淀装置，用于将二氧化硅粉末沉积在芯棒上，所述芯棒包括沿其轴向依次设置的芯棒首段、芯棒中段以及芯棒尾段，所述气相沉积装置包括：

沉积腔，所述沉积腔为一封闭空间；

芯棒夹具，所述芯棒夹具设于所述沉积腔内，所述芯棒夹具用于将芯棒定位于水平姿态并带动芯棒绕芯棒芯轴旋转；

主喷灯组件，所述主喷灯组件设于所述沉积腔内并位于所述径向外侧，所述主喷灯组件包括多个主喷灯和一个主喷灯平台，所述多个主喷灯沿芯棒的轴向依次设置，所述主喷灯用于将粉末喷射于芯棒的外侧面上，所述主喷灯平台用于安装所述多个主喷灯并带动所述多个主喷灯沿芯棒的轴向移动；

所述气相沉淀装置还包括两个辅助喷灯组件，所述两个辅助喷灯组件设于所述沉积腔内并分别位于所述芯棒首段的径向外侧和所述芯棒尾段的径向外侧，所述辅助喷灯组件包括至少一个辅助喷灯和辅助喷灯平台，所述辅助喷灯用于将粉末喷射于芯棒端部的外侧面上，所述辅助喷灯平台用于安装所述辅助喷灯；

所述主喷灯组件在所述芯棒中段的外侧形成中段沉积层，所述主喷灯组件和其中一个所述辅助喷灯组件在所述芯棒首段的外侧形成首段沉积层，所述主喷灯组件和另一个所述辅助喷灯组件在所述芯棒尾段的外侧形成尾段沉积层，所述中段沉积层的外表面为圆柱外侧面，所述首段沉积层和所述尾段沉积层的外表面为圆锥外表面，所述圆锥外表面的大端与所述圆柱外侧面径向尺寸相同且所述圆锥外表面的大端与所述圆柱外侧面相接。

在本发明的一个实施例中，辅助喷灯平台为固定平台。

在本发明的一个实施例中，每个所述辅助喷灯组件包括一个所述辅助喷灯。

在本发明的一个实施例中，所述辅助喷灯设有高温型质量流量控制器。

在本发明的一个实施例中，所述主喷灯组件包括三个所述主喷灯。

在本发明的一个实施例中，所述主喷灯组件和所述辅助喷灯组件均设于芯棒的下方。

在本发明的一个实施例中，所述芯棒夹具包括位于所述沉积腔内部的夹持机构和位于所述沉积腔外部的旋转动力设备。

在本发明的一个实施例中，所述主喷灯平台包括位于所述沉积腔内部的移动平台和位于所述沉积腔外部的移动动力设备。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明所述的光纤预制棒的气相沉淀方法及装置，相比于现有技术，有效增加了粉末棒外边为圆柱外侧面部分的长度，这样就会在后续拉丝工序中有效的增加了拉丝长度，从而提高了制备预制棒的效率。在头部和尾部各增加一路喷灯并进行有效的沉积速率控制，就能显著增加粉末预制棒的长度，实现降本的目的。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为现有技术中OVD系统的结构示意图；

图2为本发明公开的光纤预制棒的气相沉淀装置的结构示意图；

图3为本发明公开的光纤预制棒的气相沉淀方法的流程框图。

说明书附图标记说明：11、沉积腔；12、芯棒；121、二氧化硅粉末棒；122、预制棒头部；123、预制棒尾部；13、喷灯；14、喷灯平台；

21、芯棒；211、芯棒首段；212、芯棒中段；213、芯棒尾段；214、中段沉积层；215、首段沉积层；216、尾段沉积层；217、首端增长部；218、尾端增长部；22、沉积腔；23、主喷灯组件；231、主喷灯；232、主喷灯平台；24、辅助喷灯组件；241、辅助喷灯；242、辅助喷灯平台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

参见图2所示，一种光纤预制棒的气相沉淀装置，用于将二氧化硅粉末沉积在芯棒上，芯棒21包括沿其轴向依次设置的芯棒首段211、芯棒中段212以及芯棒尾段213，气相沉积装置包括：

沉积腔22，沉积腔22为一封闭空间；

芯棒夹具(图中未示出)，芯棒夹具设于沉积腔22内，芯棒夹具用于将芯棒21定位于水平姿态并带动芯棒21绕芯棒芯轴旋转；

主喷灯组件23，主喷灯组件设于沉积腔22内并位于芯棒21的侧方，主喷灯组件23包括多个主喷灯231和一个主喷灯平台232，多个主喷灯231沿芯棒21的轴向依次设置，主喷灯231用于将粉末喷射于芯棒21的外侧面上，主喷灯平台232用于安装多个主喷灯231并带动多个主喷灯231沿芯棒21的轴向移动；

气相沉淀装置还包括两个辅助喷灯组件24，两个辅助喷灯组件24设于沉积腔22内并分别位于芯棒21两端的侧方，辅助喷灯组件包括至少一个辅助喷灯241和辅助喷灯平台242，辅助喷灯241用于将粉末喷射于芯棒21端部的外侧面上，辅助喷灯平台242用于安装辅助喷灯241；

主喷灯组件23在芯棒中段212的外侧形成中段沉积层214，主喷灯组件23和其中一个辅助喷灯组件24在芯棒首段211的外侧形成首段沉积层215，主喷灯组件23和另一个辅助喷灯组件24在芯棒尾段213的外侧形成尾段沉积层216，中段沉积层214的外表面为圆柱外侧面，首段沉积层215和尾段沉积层216的外表面为圆锥外表面，圆锥外表面的大端与圆柱外侧面径向尺寸相同且圆锥外表面的大端与圆柱外侧面相接。

本发明所述的光纤预制棒的气相沉淀方法及装置，相比于现有技术，有效增加了粉末棒外边为圆柱外侧面部分的长度，首端增长部217和尾端增长部218，这样就会在后续拉丝工序中有效的增加了拉丝长度，从而提高了制备预制棒的效率。在头部和尾部各增加一路喷灯并进行有效的沉积速率控制，就能显著增加粉末预制棒的长度，实现降本的目的。用MFC控制可以精确的控制主喷灯和辅助喷灯的火焰和原料的量。本领域技术人员可以根据需要的形状与尺寸，在工艺参数里面进行设置，主喷灯可以进行高效率的沉积，不需要当运动到两端的时候进行沉积量的变化。本发明一方面对沉积后的两端剖面更精密的控制，另一方面可以更好的跟进主喷灯的沉积速度。

在芯棒的头部增加了一个辅助喷灯和辅助喷灯平台，在芯棒的尾部增加了一个辅助喷灯和辅助喷灯平台，在工艺沉积的过程中，这两个辅助喷灯也同步沉积。具体的工艺过程：头部利用辅助喷灯在可燃气体(如氢气、天然气等)进行燃烧产生大量的水蒸气与流量精密配方控制的原材料四氯化硅进行化学反应，形成二氧化硅粉末附着在水平旋转的芯棒的头部端面上；尾部利用辅助喷灯在可燃气体(如氢气、天然气等)进行燃烧产生大量的水蒸气与流量精密配方控制的原材料四氯化硅进行化学反应，形成二氧化硅粉末附着在水平旋转的芯棒的尾部端面上。

本实施例中优选的实施方式，辅助喷灯平台242为固定平台。为了使得辅助喷灯的结构更加简洁，便于对现有设备进行改造，因此将辅助喷灯平台设置为固定平台。在其他实施例中，根据实际需要，也可以将辅助喷灯平台体设计为可移动平台。

本实施例中优选的实施方式，每个辅助喷灯组件24包括一个辅助喷灯241。为了使得辅助喷灯的结构更加简洁，便于对现有设备进行改造，因此将每个辅助喷灯组件设置为包括一个辅助喷灯。在其他实施例中，根据实际需要，也可以将每个辅助喷灯组件设置为包括多个辅助喷灯。

本实施例中优选的实施方式，辅助喷灯241设有高温型质量流量控制器。高温型质量流量控制器可以精确控制辅助喷灯的喷射量，使得沉积量更加可控。

本实施例中优选的实施方式，主喷灯组件23包括三个主喷灯231。本实施例中设置三个主喷灯，为本领域的主流生产方式。在其他实施例中，主喷灯组件也可以包括四个主喷灯或五个主喷灯或两个主喷灯。具体的主喷灯数量根据实际生产需要进行设计。

本实施例中优选的实施方式，主喷灯组件23和辅助喷灯组件24均设于芯棒21的下方。由于沉积腔的顶部一般设有抽吸口，沉积腔的侧方一般为活动门，因此都不太适宜直接增设辅助喷灯，因此将辅助喷灯设于沉积腔的底部。

本实施例中优选的实施方式，芯棒夹具包括位于沉积腔内部的夹持机构和位于沉积腔外部的旋转动力设备。上述旋转动力设备为伺服电机，上述夹持机构直接夹持芯棒的两端。

本实施例中优选的实施方式，主喷灯平台232包括位于沉积腔22内部的移动平台和位于沉积腔外部的移动动力设备。

参见图2和图3，下面介绍上述光纤预制棒的气相沉淀装置的气相沉淀方法，气相沉淀方法包括主沉积工序，主沉积工序为利用沿芯棒21轴向依次布置的多个主喷灯231将粉状二氧化硅沉积在芯棒首段211、芯棒中段212以及芯棒尾段213的外表面，气相沉淀方法还包括辅助沉积工序，辅助沉积工序为利用位于芯棒21两端的辅助喷灯241将粉状二氧化硅沉积在芯棒首段211和芯棒尾段213上，芯棒首段211的外侧形成首段沉积层215，芯棒中段212的外侧形成中段沉积层214，芯棒尾段213的外侧形成尾段沉积层216，中段沉积层214的外表面为圆柱外侧面，首段沉积层215和尾段沉积层216的外表面为圆锥外表面，圆锥外表面的大端与圆柱外侧面径向尺寸相同且圆锥外表面的大端与圆柱外侧面相接。

用MFC控制可以精确的控制主喷灯和辅助喷灯的火焰和原料的量。本领域技术人员可以根据需要的形状与尺寸，在工艺参数里面进行设置，主喷灯可以进行高效率的沉积，不需要当运动到两端的时候进行沉积量的变化。本发明一方面对沉积后的两端剖面更精密的控制，另一方面可以更好的跟进主喷灯的沉积速度。

本实施例中优选的实施方式，主沉积工序与辅助沉积工序同步进行。主沉积工序与辅助沉积工序可以提高沉积效率。在其他实施例中还可以是：主沉积工序与辅助沉积工序不是同步进行的，可以是一前一后进行的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。