專利名稱：制作具有大孔徑之光纖預制棒的裝置和方法
技術領域：
一般地說，本發(fā)明涉及制作光纖預制棒的方法，具體地說，涉及利用溶膠凝膠法制作具有大孔徑之光纖預制棒的方法。
背景技術：
一般地說，光纖由不同的公知材料制成具有所需曲率的內部纖芯和曲率小于纖芯曲率的包層。光纖的制作包括制備光纖預制棒，并從所述預制棒拉制成細光纖，為的是制成光纜。預先預制棒經過覆蓋包層的過程或覆蓋護套的過程，從預制棒拉出光纖。這可通過以管形的二次光纖預制棒對主光纖預制棒覆蓋包層或覆蓋護套，以便能夠得到大孔徑光纖預制棒而得以實現(xiàn)。一種公知的制作二次光纖預制棒，即石英玻璃的方法是化學汽相沉積法或溶膠凝膠法。
圖1是說明公知溶膠凝膠法的流程圖。簡單地說，根據溶膠凝膠法制作二次預制棒的過程主要包括混合/擴散110、模制成型120、脫模130、干燥140，有機組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)150和燒結160等步驟。
在混合/擴散步驟110時，使初始材料與去離子水混合，并加該添加劑，如擴散添加劑，制成均勻的溶膠。至于初始材料，采用硅烷氧化物(silicon alkoxide)或煅制二氧化硅。
在模制成型步驟120時，將己通過混合/擴散步驟110制備的溶膠放入具有一定的預先確定形狀的模型中，并被凝膠化。通常，把粘合劑或凝膠化促凝劑加給所述溶膠，以增強溶膠顆粒中間的粘結。實際的模型通常是用不銹鋼管、丙烯、聚苯乙烯或特氟隆(Teflon)材料制成的。特別是，用于模制成型包皮管或覆蓋護套的管子的模型為圓柱形，其中將一個棒插入到模型的中心。為將溶膠放入到模型中，人們可以簡單地將溶膠灌入模型中，或者利用模型與溶膠池之間的高度差，將溶膠加入到模型中。然而，這些方法有諸多缺點，因為可能會有雜質流入并可能會降低生產率。因此，更為通用的實踐是使用泵來把溶膠灌入到模型中。
在脫模步驟130時，要將模制成型步驟120期間在模型內部形成的凝膠與模型分開，并使之老化。脫模步驟130通常是在水中完成的，以防止整個處理期間凝膠的任何可能耗損。
在干燥步驟140時，利用類似于恒溫及恒濕的腔室，使已經在步驟130與模型分開的最好為管狀的凝膠受到干燥。其中，隨著凝膠中所含濕氣的蒸發(fā)，凝膠形成多孔的網狀結構。
在有機組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)步驟150時，通過低溫熱處理，使有機組分，如殘存的濕氣和留在凝膠內部的粘合劑等被分解，并在氯氣氛圍下加熱凝膠，從凝膠中除去堿金屬雜質和氫氧化物。
在燒結步驟160時，使已經通過有機組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)步驟150的成管狀凝膠再被燒結，并使之玻璃化，從而制得最后的制品，即石英玻璃。
具體地說，于真空環(huán)境中，在大約1500℃條件下，在燒結爐內實行燒結步驟160。
然而，在上述常規(guī)的制作凝膠管方法中發(fā)現(xiàn)諸多問題。例如，在燒結步驟，凝膠管的上端和下端的截面直徑大小不同。另外，這種直徑的不同相應地引起足夠大量的所述凝膠管作為廢品，而不適于在制作大孔徑光纖預制棒過程中用于實際制成品。

發(fā)明內容
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在燒結步驟之前將具有與凝膠管同樣長度的主預制棒插入到凝膠管中，可以克服現(xiàn)有技術的這些問題。按照這種方法，可以使總是出現(xiàn)在燒結步驟之后的所述上、下端之間直徑的不同得以被最小化，而且由于減少了燒結步驟所耗費的凝膠管，從而使生產率提高。另外，還由于燒結步驟不需要過高的溫度，可以消減設備的費用。此外，通過在燒結步驟之前就把主預制棒插入凝膠管中，就大大縮短了整個光纖預制棒的制作過程。
于是，本發(fā)明的目的在于提供一種制作大孔徑光纖預制棒的方法。具體地說，一種溶膠凝膠制作方法，能夠減少凝膠管的耗失量，使凝膠管上、下端之間的直徑差別最小化。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用凝膠管燒結裝置制作大孔徑光纖預制棒的方法，所述方法包括如下步驟混合/擴散，用以使煅制二氧化硅與去離子水混合，并加入擴散添加劑，形成均勻的溶膠；把溶膠注入具有一定形狀(管狀)的模型中之后，使所述溶膠凝膠化；脫模(分離)，使凝膠與模型分離；干燥管形凝膠；處理(或燒掉粘合劑及凈化)包含凝膠中剩余的濕氣、堿金屬雜質及氫氧化物的有機組分；把主預制棒插入管形凝膠中，然后緊固所述預制棒；把其中具有主預制棒的凝膠布置到燒結裝置中以后，在真空環(huán)境下，于高溫下對其中具有主預制棒的凝膠燒結/覆蓋包層。


從以下結合附圖的詳細描述，將使本發(fā)明的上述以及其它目的、特點和優(yōu)點變得愈為清晰，其中圖1是說明根據現(xiàn)有技術溶膠凝膠過程的凝膠管制作方法的流程圖；圖2是說明根據本發(fā)明溶膠凝膠過程的凝膠管制作方法的流程圖；圖3是根據本發(fā)明溶膠凝膠過程的制作凝膠管裝置的剖面圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在下面的敘述中，公知的功能或結構就不再詳細描述，因為對它們的不必要細述將會影響本發(fā)明。
圖2是說明根據本發(fā)明溶膠凝膠過程的凝膠管制作方法流程圖。圖3是根據本發(fā)明溶膠凝膠過程的制作凝膠管裝置的剖面圖。
采用本發(fā)明溶膠凝膠過程的二次預制棒制作方法包括混合/擴散步驟210、模制成型步驟220、脫模步驟230、干燥步驟240，有機組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)250、插入步驟260和燒結步驟270。
在混合/擴散步驟210時，使初始材料與去離子水混合，并加給添加劑，如擴散添加劑，制成均勻的溶膠。通常將粘合劑和凝膠化促凝劑加給所述溶膠，以增強溶膠顆粒中間的粘結。
比如，根據形成溶膠的溶膠凝膠過程，使所述初始材料，即煅制二氧化硅分散到去離子水中，并加入擴散添加劑、粘合劑以及增塑劑，以加強擴散。
使已擴散的溶膠與去離子水混合，直至它的酸度變成大約12，并且它的粘度約為40cP。然后，使溶膠老化接近12小時，并在低于10-3乇的真空環(huán)境下除去其中的氣泡，歷時約10分鐘時間。隨后，使凝膠化作用的硬化劑與溶膠均勻混合。
在模制成型步驟120時，將已通過混合/擴散步驟210制備的溶膠放入具有一定的預先確定形狀(如管狀)的模型中，并被凝膠化。所述模型通常由不銹鋼、丙烯、聚苯乙烯或特氟隆材料制成。特別是，用于模制成型包皮管或覆蓋護套的管子的模型為圓柱形，其中，將一個黃銅棒插入到模型的中心。這之前，為了把溶膠放入模型中，人們簡單地將溶膠灌入模型中，或者利用模型與溶膠池之間的高度差，將溶膠加入到模型中。然而，這些方法被證明在可能冒險有雜質的流入以及在生產率方面都是不足的。因此，通用的是使用泵來把溶膠灌入到模型中。
例如，在模制成型步驟220，把通過混合/擴散步驟210老化的溶膠插入一個具有前述形狀的離心式成形模型中，并被密封住。然后，在10-3乇下實行約5分鐘的真空處理。再把所述離心式成形模型安放到旋轉的架子上，以大于1000到2000RPM的高速旋轉超過30到60分鐘。最后，把己硬化的溶膠凝膠放在約3℃的腔室內，并在約為0.1RPM的低速下旋轉。
脫模步驟230包括將已經通過模制成型步驟220成型的管形凝膠與模型分開。脫模步驟通常是在水池內部完成的，以防止脫模期間凝膠的任何可能耗損。
在干燥步驟240時，把己與模型分開的管狀凝膠，利用諸如恒溫及恒濕的腔室，使其受到干燥。隨著凝膠中所含濕氣的蒸發(fā)，凝膠形成多孔的網狀結構。
在有機組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)步驟250時，通過低溫熱處理，使包括凝膠內部的濕氣和粘合劑在內的有機組分被分解，并在氯氣氛圍下加熱所述凝膠，從凝膠中除去堿金屬雜質和氫氧化物。
參照圖3，用于燒結凝膠管的裝置包括旋轉氣柱型處理管310；用于把旋轉動力傳給上部帽蓋330和凝膠管300的陶瓷棒331，所述上部帽蓋封閉所述處理管310的上端310b；用以燒結所述凝膠管的加熱(燒結)爐320；用于使所述陶瓷棒331與主預制棒341相連的空轉棒340；用于通過穿過所述空轉棒340而使凝膠管300的上部與該空轉棒340相連的連接銷351；以及真空裝置360，用以使燒結爐內部成為真空。
在插入步驟260時，將主預制棒341插入凝膠管300內，其中所述主預制棒341的長度與凝膠管300相同，并且外徑在一般公差界限和凝膠管內徑的范圍內。通過一上一下地將主預制棒341插入凝膠管300的中心內，并可使處理后的直徑偏差最小。
空轉棒340與和上帽蓋330相連的陶瓷棒331的下部連接，而且所述主預制棒341與空轉棒340的下端連接。在把主預制棒341插入到凝膠管300中之后，使所述主預制棒與陶瓷棒331結合，并且，以如下方式安放所述連接銷351，也即令它穿過凝膠管300的上部和空轉棒340的上部，從而支承所述凝膠管300和空轉棒340。
在燒結步驟270時，使已經通過有機組分處理(或燒掉粘合劑及凈化)步驟250的成管狀凝膠受到燒結并使之玻璃化，從而制得最后的制品，即石英玻璃。所述燒結步驟包括在燒結爐內，在真空環(huán)境下的高溫條件下加熱干燥的、沒有有機組分的凝膠。
具體地說，所述燒結步驟270包括在位于凝膠管300和主預制棒341的結合處的燒結爐，也即加熱爐的中心部分加熱所述凝膠管300，并燒結被加熱的凝膠管300。另外，所述凝膠管300和主預制棒341表現(xiàn)出不同的溫度感受特性，這是因為其中使用不同的結構和材料。這就是說，所述燒結步驟270引起凝膠管300凝縮，在主預制棒341的外壁與凝膠管300的內壁之間形成高溫區(qū)，這相應地使凝膠管凝縮在主預制棒的外壁上，使得更加緊緊地附著在其上。另外，燒結爐與真空泵320的連接提高了凝膠管300和主預制棒341之間的結合效果。
雖然已經參照特定的優(yōu)選實施例表現(xiàn)和描述了本發(fā)明，但那些熟悉本領域的人員能夠理解，可以作出各種形式上和細節(jié)上的改變，而不致脫離所附各權利要求限定的本發(fā)明精髓和范圍。
權利要求
1.一種采用對粘結管的燒結裝置制作大孔徑光纖預制棒的方法，它包括如下步驟(a)通過使煅制二氧化硅與去離子水混合/擴散，并向其中加入擴散添加劑，形成均勻的溶膠；(b)把所述溶膠注入具有預定形狀的模型中；(c)使所述溶膠凝膠化；(d)脫模，使所述凝膠與模型分離；(e)干燥所述凝膠；(f)處理(或燒掉粘合劑及凈化)包含凝膠中剩余的濕氣、堿金屬雜質及氫氧化物的有機組分；(g)把主預制棒插入所述凝膠中，然后固緊該預制棒；(h)把其中帶有主預制棒的凝膠布置在燒結裝置中之后，在真空環(huán)境下，于高溫下對其中具有主預制棒的凝膠燒結/覆蓋包層。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(b)中的模型具有管狀形狀，以形成凝膠管。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(a)包括加給粘合劑和凝膠化促凝劑之一。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(a)包括加給增塑劑。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所用的模型是以大于每分鐘1000到2000轉的速度至少旋轉30到60分鐘的離心式成形模型。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述處理(或燒掉粘合劑及凈化)有機組分的步驟包括低溫熱處理并在氯氣氛圍下加熱所述凝膠。
7.如權利要求2所述的方法，其中，所述步驟(g)中插入的主預制棒具有與凝膠管近似相同的長度，或者實際上短于凝膠管的長度。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述主預制棒與凝膠管之間的長度差小于5％。
9.如權利要求2所述的方法，其中，將所述主預制棒插入所述凝膠管的中心。
10.如權利要求2所述的方法，其中，所述插入步驟包括使所述凝膠管的內壁凝縮在主預制棒的外壁上。
11.一種管狀石英玻璃，具有無偏差于權利要求2各過程所得的直徑。
12.一種管狀石英玻璃，具有無偏差于權利要求10各過程所得的直徑。
13.一種凝膠管，具有無偏差于權利要求2各過程所得的直徑。
14.一種由溶膠凝膠法制作的凝膠管所用的燒結裝置，它包括旋轉氣柱型處理管，其中安置具有主預制棒之凝膠管，并裝有上部帽蓋，用以封閉所述處理管的上端；陶瓷棒，它穿過所述上部帽蓋并被插入所述處理管中，所述陶瓷棒支承所述凝膠管和主預制棒，并能把旋轉動力傳給所述凝膠管和主預制棒；被插入到所述陶瓷棒的下端與主預制棒的上端之間的空轉棒，用以使所述陶瓷棒與主預制棒連接；連接銷，通過穿過所述空轉棒并且兩端超過所述凝膠管而支承凝膠管；燒結爐，固定在所述處理管的外壁上，用以加熱然后再燒結所述凝膠管，以及用于覆蓋包層所述凝膠管和主預制棒；真空泵，它與所述處理管相連，用以使燒結爐內部成為真空狀態(tài)。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述真空泵提供接近10-3乇的真空狀態(tài)。
全文摘要
一種使用凝膠管的燒結裝置制作大孔徑光纖預制棒的方法，包括如下步驟通過使煅制二氧化硅與去離子水混合/擴散，并向其中加入擴散添加劑，形成均勻的溶膠；把溶膠注入具有一定形狀的模型中；然后使溶膠凝膠化；脫模，使成管形的凝膠與模型分離；干燥管形凝膠；處理(或燒掉粘合劑及凈化)包含凝膠中剩余的濕氣、堿金屬雜質及氫氧化物的有機組分；把主預制棒插入管形凝膠中，然后固緊該預制棒；把其中帶有主預制棒的凝膠布置在燒結裝置中之后，在真空環(huán)境下，于高溫下對其中具有主預制棒的凝膠燒結/覆蓋包層。
文檔編號C03B19/12GK1488593SQ0315504
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月26日 優(yōu)先權日2002年8月29日
發(fā)明者尹暎植, 白永珉, 尹 植 申請人:三星電子株式會社