專利名稱：一種大尺寸低水峰光纖預(yù)制棒制造光纖的組合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種大尺寸低水峰光纖預(yù)制棒拉制光纖的裝置。
背景技術(shù)：
2001年下半年以來(lái)，光纖行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，光纖預(yù)制棒、光纖以及光纜的價(jià)格也一跌再跌，成本競(jìng)爭(zhēng)逐漸成為該行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的首要因素，因此如何降低產(chǎn)品的成本也成為各大公司關(guān)注的焦點(diǎn)。
研究表明，增大光纖預(yù)制棒的尺寸，也即提高單根預(yù)制棒的可拉絲長(zhǎng)度可非常有效的降低單位長(zhǎng)度光纖的成本。例如，按光纖100元/芯公里計(jì)算，將預(yù)制棒的尺寸由60mm增加到80mm，則每芯公里可節(jié)約預(yù)制棒原材料6.7元、結(jié)尾棒材料0.95元、光纖拉絲留尾材料2.92元、拉絲過(guò)渡纖2.84元，合計(jì)降低成本達(dá)13.41元，也即節(jié)約成本13.4％。因此，預(yù)制棒尺寸的大型化成為各公司降低光纖成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。芯棒+套管(RIC，Rod in thecylinder)技術(shù)被認(rèn)為是投資少、見(jiàn)效快并可充分利用現(xiàn)有設(shè)備的最佳選擇之一。
在RIC方法中，首先將石英套管在拉絲爐上固定，再同軸插入光纖預(yù)制棒的芯棒，然后再將石英套管加熱軟化并熔縮到芯棒上，從而得到尺寸更大的預(yù)制棒。目前使用的石英套管主要采用OVD法制造，具有較高的幾何精度。為使單根預(yù)制棒拉絲超過(guò)1000km，需要套管的重量至少25kg，套管外徑通常不小于120mm，與之相匹配的芯棒直徑不低于33mm。而芯棒通常采用管內(nèi)法(MCVD和PCVD)制備得到，由于受襯底尺寸的限制，其尺寸往往太小，將這種芯棒直接插入套管中拉絲，則芯棒與套管之間的間隙過(guò)大，光纖的芯包同心度、包層圓度等參數(shù)無(wú)法得到保證。為解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)專利09/515,227、2005/0064188A1和6,460,378B1介紹了在芯棒和外套管之間增加一個(gè)或多個(gè)套管的方法，以減小芯棒和套管之間的間隙。但該種方法卻增加了固定裝置，浪費(fèi)熱源，并使清洗和干燥工藝更困難，光纖的質(zhì)量難以控制。為此美國(guó)專利US2004/0107735A1、US6,553,790B1，歐洲專利EP1156018A1和中國(guó)專利200310102706.0、03124114.X分別采用不同的工藝對(duì)芯棒進(jìn)行“壓縮”以增大芯棒的尺寸，其主要思想是首先將多根管內(nèi)沉積得到的尺寸較小的芯棒熔接在一起形成較長(zhǎng)的芯棒，再對(duì)該長(zhǎng)芯棒加熱使之軟化，然后再在兩端施加壓力使之縮短、變粗，從而得到與大尺寸套管相匹配的外徑較大的芯棒。但這些壓縮工藝都增加了光纖預(yù)制棒的制造工序，使光纖的質(zhì)量控制更加復(fù)雜，并在一定程度上增加了光纖的成本。中國(guó)專利200510019304.3和200510019135.3介紹了一種改進(jìn)的“壓縮”工藝，該方法將原先獨(dú)立的芯棒壓縮工序改為在拉絲過(guò)程中進(jìn)行，其主體思想是，在拉絲過(guò)程中，芯棒和套管不固定在一起，而是分別采用不同的固定和進(jìn)料裝置，通過(guò)精確的控制芯棒和套管的相對(duì)進(jìn)料速度，使芯棒的速度按比例大于套管的速度，從而達(dá)到預(yù)先壓縮芯棒的同等效果。但這種方法卻增加了一套拉絲的固定和運(yùn)動(dòng)裝置，且對(duì)芯棒和套管相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度要求非常之高，從而使光纖質(zhì)量的控制比較艱難。另一方面，為保證芯棒有足夠的量，通常需要至少4根普通芯棒熔接在一起，這不僅增加了制棒工序，而且過(guò)長(zhǎng)的芯棒往往使已有的拉絲設(shè)備在空間上難以滿足要求。
管外沉積法(VAD和OVD)不受襯管的限制，可直接制造與套管相匹配的大尺寸芯棒。與OVD相比，VAD對(duì)芯棒剖面和幾何尺寸的控制更加精確，雖然其沉積效率相對(duì)較低，但當(dāng)沉積的直徑較大時(shí)，其沉積效率可得到明顯的改善，且VAD工藝對(duì)水峰的控制非常容易，特別適合于生產(chǎn)低水峰光纖預(yù)制棒及其芯棒，因此，采用VAD工藝提供芯棒，并采用RIC技術(shù)生產(chǎn)光纖將是一種合理高效、成本低廉的低水峰光纖制造方法。此外，RIC方法中還容易產(chǎn)生芯包同心度的問(wèn)題，因?yàn)樾景艉吞坠苤g存在較大間隙，這使得芯棒在插入套管后容易偏離中心，從而使拉制得到光纖的芯包同心度較差，并導(dǎo)致光纖的PMD值偏高。為解決該問(wèn)題，美國(guó)專利US2004/0107735A1描述了一種在套管底部增加一個(gè)夾頭的方法，雖然該方法可以將芯棒在套管中很好的固定，但增加在套管下端的石英夾頭在拉絲中必須被融化并拉制成無(wú)用的過(guò)渡纖維而報(bào)廢，這不僅浪費(fèi)了材料，而且也增加了制作和安裝下端接頭的工序，因而也增加了光纖的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服以上不足而提供一種投資少、見(jiàn)效快并可充分利用現(xiàn)有設(shè)備的合理高效的大尺寸低水峰光纖預(yù)制棒拉制光纖的組合裝置。
本實(shí)用新型是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本組合裝置，包括芯棒，套管，其主要技術(shù)特征是該芯棒一端為種棒，種棒的結(jié)構(gòu)和尺寸與普通光纖預(yù)制棒拉絲時(shí)的結(jié)尾棒相同，芯棒的另一端為高度軸對(duì)稱的錐體；套管的一端成高度軸對(duì)稱的錐形，錐形端的內(nèi)錐面和芯棒錐形端的外表面緊密配合接觸；膨脹塞將套管和芯棒鎖緊固定成一體；芯棒的外徑不低于55mm、長(zhǎng)度不低于700mm，且芯棒的幾何尺寸與采用的套管相匹配；所述的芯棒和套管之間的膨脹塞是用于連接芯棒和套管的塞子，包括外塞、內(nèi)塞、壓緊塊和排氣孔；膨脹塞是一個(gè)中空的圓筒塞，圓筒由外塞和內(nèi)塞錐面連接構(gòu)成，圓筒塞上部設(shè)有壓緊塊，內(nèi)塞的一側(cè)設(shè)有排氣孔；所述的套管設(shè)有過(guò)渡管。
本實(shí)用新型中芯棒尺寸較大無(wú)需預(yù)先續(xù)借，芯棒和套管相對(duì)固定，只需使用一套進(jìn)料裝置進(jìn)料拉絲，芯棒和套管的同心度可通過(guò)膨脹塞中心孔位置和套管錐形端的精確加工而得到控制。由于該膨脹塞可反復(fù)使用，VAD芯棒無(wú)需加工即自帶精確對(duì)稱的錐形端，因此該方法簡(jiǎn)化了RIC工序和光纖在線拉絲的裝置，同時(shí)提高了RIC法制備光纖的芯包同心度，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行少量的改造即可大幅度提高產(chǎn)能，并同時(shí)顯著降低光纖的制造成本。


圖1是本實(shí)用新型中套管的剖面圖；圖2a是本實(shí)用新型中芯棒的縱向剖面示意圖；圖2b是本實(shí)用新型中芯棒的橫截面示意圖；圖3為套管經(jīng)過(guò)端面加工和熔接上過(guò)渡管后的縱向剖面示意圖；圖4為本實(shí)用新型的膨脹塞的剖面示意圖；圖5是本實(shí)用新型的套管和芯棒裝載在拉絲塔上拉絲前的狀態(tài)示意圖；圖6是本實(shí)用新型的拉絲過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施方式
為描述方便，對(duì)相關(guān)術(shù)語(yǔ)和參數(shù)做以下說(shuō)明
如圖2a、2b所示，芯棒20采用VAD工藝制造的實(shí)心石英棒，包含摻Ge的芯層22和純SiO2的包層23；如圖1、圖3所示，套管10高幾何精度的圓柱狀高純石英玻璃管11；如圖4所示膨脹塞30用于連接芯棒和套管的塞子，主要包括外套31、內(nèi)塞32、壓緊塊33和排氣孔34；膨脹塞是一個(gè)中空的圓筒塞，圓筒由外塞和內(nèi)塞錐面連接構(gòu)成，圓筒塞上部設(shè)有壓緊塊，內(nèi)塞的一側(cè)設(shè)有排氣孔。
Rr芯棒包芯比，即芯棒的直徑t和芯棒中芯層直徑a的比值；Do套管的外徑；Di套管的內(nèi)徑；DvVAD工藝制備得到的芯棒的原始直徑；Dr經(jīng)過(guò)延伸后芯棒的直徑；Lc套管的長(zhǎng)度；LvVAD工藝制備得到的未經(jīng)延伸的芯棒長(zhǎng)度；Lr經(jīng)過(guò)延伸后芯棒的長(zhǎng)度Rf光纖的包芯比，即裸光纖的外徑和光纖中芯層直徑的比值。
芯棒的制備在芯棒制備前，首先要根據(jù)套管10的內(nèi)徑、外徑和長(zhǎng)度尺寸計(jì)算出所需芯棒20的外徑，芯棒的長(zhǎng)度取值不低于套管的長(zhǎng)度值。計(jì)算方法如下Dr=RrDo2-Di2Rf2-Rr2---(1)]]>然后，根據(jù)Dr值和套管的長(zhǎng)度，采用VAD工藝生產(chǎn)芯棒并延伸到特定直徑和長(zhǎng)度，與Dr相配套的芯棒原始直徑和長(zhǎng)度關(guān)系滿足式(2)。VAD工藝所得的芯棒一端為種棒21，其結(jié)構(gòu)和幾何尺寸與拉絲時(shí)預(yù)制棒的結(jié)尾棒相同，用作芯棒的結(jié)尾棒，而芯棒的另一端則為軸對(duì)稱性極好的錐體24。
Lv=Dr2Dv2·Lr---(2)]]>套管錐面的加工在磨面加工機(jī)上將套管的一端磨成錐臺(tái)12，通常錐體高h(yuǎn)為60mm，錐度為40度。
套管錐端內(nèi)徑收縮和過(guò)渡管熔接在火焰上加熱使套管錐端的內(nèi)徑收縮，通常，收縮后錐體的最末端內(nèi)徑Ds不超過(guò)對(duì)應(yīng)芯棒直徑的1/2。再在火焰上將長(zhǎng)度為L(zhǎng)t(如250mm)、內(nèi)徑Dti和外徑Dto與套管相配套的過(guò)渡石英管13熔接在套管的另一端。所有的火焰加工都邊加熱邊均勻旋轉(zhuǎn)管體。
如圖5、圖6所示，套管拉絲首先，將加工好錐臺(tái)和連接好過(guò)渡管的套管裝載到拉絲爐40中，將拉絲塔上的夾具41固定在過(guò)渡管13上；其次，將芯棒插入套管中，使芯棒一端的錐體插入套管下端的錐臺(tái)內(nèi)，讓芯棒錐體端的外錐面和套管錐臺(tái)端的內(nèi)錐面緊密結(jié)合；然后，在芯棒另一端的種棒21上安裝膨脹塞30并塞入套管的過(guò)渡管13中，將膨脹塞鎖緊，使套管和芯棒固定在一起；再在套管內(nèi)通入含氟的氣體(如SF6)和輔助氣體(如He)對(duì)芯棒的表面和套管的內(nèi)表面進(jìn)行清洗至表面干凈；關(guān)閉清洗氣體，并接上真空泵，同時(shí)升高爐溫至2000～2200℃使套管和芯棒底部軟化形成熔融區(qū)14和25并拉制成光纖50。拉絲時(shí)，套管和芯棒始終固定在一起，在套管送料時(shí)芯棒也同步送料，直到套管拉制完為止。
權(quán)利要求1.一種大尺寸低水峰光纖預(yù)制棒制造光纖的組合裝置，包括芯棒，套管，其特征在于該芯棒一端為種棒，種棒的結(jié)構(gòu)和尺寸與普通光纖預(yù)制棒拉絲時(shí)的結(jié)尾棒相同，芯棒的另一端為高度軸對(duì)稱的錐體；套管的一端成高度軸對(duì)稱的錐形，錐形端的內(nèi)錐面和芯棒錐形端的外表面緊密配合接觸；膨脹塞將套管和芯棒鎖緊固定成一體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種大尺寸低水峰光纖預(yù)制棒制造光纖的組合裝置，其特征在于芯棒的外徑不低于55mm、長(zhǎng)度不低于700mm，且芯棒的幾何尺寸與采用的套管相匹配。
3.如權(quán)利要求1所述的一種大尺寸低水峰光纖預(yù)制棒制造光纖的組合裝置，其特征在于所述的芯棒和套管之間的膨脹塞是用于連接芯棒和套管的塞子，包括外塞(31)、內(nèi)塞(32)、壓緊塊(33)和排氣孔(34)；膨脹塞是一個(gè)中空的圓筒塞，圓筒由外塞和內(nèi)塞錐面連接構(gòu)成，圓筒塞上部設(shè)有壓緊塊，內(nèi)塞的一側(cè)設(shè)有排氣孔。
4.如權(quán)利要求1所述的一種大尺寸低水峰光纖預(yù)制棒制造光纖的組合裝置，其特征在于所述的套管設(shè)有過(guò)渡管。
專利摘要一種大尺寸低水峰光纖預(yù)制棒制造光纖的組合裝置，包括芯棒，套管，其主要技術(shù)特征是該芯棒一端為種棒，種棒的結(jié)構(gòu)和尺寸與普通光纖預(yù)制棒拉絲時(shí)的結(jié)尾棒相同，芯棒的另一端為高度軸對(duì)稱的錐體；套管的一端成高度軸對(duì)稱的錐形，錐形端的內(nèi)錐面和芯棒錐形端的外表面緊密配合接觸；膨脹塞將套管和芯棒鎖緊固定成一體。本實(shí)用新型由于膨脹塞可反復(fù)使用，VAD芯棒無(wú)需加工即自帶精確對(duì)稱的錐形端，因此該方法簡(jiǎn)化了RIC工序和光纖在線拉絲的裝置，同時(shí)提高了RIC法制備光纖的芯包同心度，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行少量的改造即可大幅度提高產(chǎn)能，并同時(shí)顯著降低光纖的制造成本。
文檔編號(hào)C03B37/012GK2928841SQ200620105238
公開日2007年8月1日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者張立永, 吳興坤, 羊榮金, 盧衛(wèi)民, 黃曉鵬 申請(qǐng)人:富通集團(tuán)有限公司