專利名稱：采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖制造技術(shù)，特別是涉及在改進(jìn)化學(xué)氣相沉積設(shè)備上采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法。
背景技術(shù)：
光纖預(yù)制棒是制造光纖的原材料。為了保證預(yù)制棒的高純度和拉制后光纖的低損耗，目前光通信領(lǐng)域內(nèi)預(yù)制棒均采用氣相沉積法制造。對于目前應(yīng)用最為廣泛的G.652單模光纖，幾乎所有的光功率均在芯層和內(nèi)包層中傳輸，因此預(yù)制棒芯層和內(nèi)包層(芯層和內(nèi)包層合在一起稱為芯棒)的制造決定了拉制后光纖的光學(xué)性能，而預(yù)制棒外包層，從成本考慮，可以采用原材料純度相對較低，工藝相對簡單的方法制造。目前預(yù)制棒芯棒制造工藝主要有VAD (軸向氣相沉積)、OVD (外部氣相沉積)、MCVD (改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積)和PCVD (等離子化學(xué)氣相沉積)，而外包層制造工藝主要有火焰水解法、套管法等。目前預(yù)制棒大尺寸化已成為降低成本的有效方法，不僅可以減少多根預(yù)制棒的頭尾損耗，而且可以增加連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間，提高原材料利用率。國內(nèi)、外光纖預(yù)制棒制造商相繼采用大套管制造預(yù)制棒外包層。目前套管最大直徑可達(dá)180-200_，與芯棒組合后單根預(yù)制棒拉絲長度達(dá)到6000km以上。然而對于剖面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光纖制造，如多模光纖、色散補(bǔ)償光纖等，管內(nèi)沉積法(MCVD和PCVD)為主流工藝。然而管內(nèi)沉積法由于受沉積管尺寸的限制，難以直接制造大尺寸光纖預(yù)制棒。為了進(jìn)一步增大光纖預(yù)制棒的外徑，提高生產(chǎn)效率、降低成本，套管法被認(rèn)為是初期投入成本小、生產(chǎn)周期短并可充分利用現(xiàn)有設(shè)備的最佳選擇之一。專利號為US4668263的美國專利公`開了一種套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，如圖1所示。套管4的兩端安裝在玻璃車床的卡盤7上，套管4的一端與旋轉(zhuǎn)接頭8相連。真空泵10通過一個(gè)控制閥9連接到旋轉(zhuǎn)接頭8上。芯棒I安裝在套管4內(nèi)部的突起部分5。安裝好之后，噴燈6在套管4的一端加熱，從而使套管4塌縮到芯棒I上。芯棒I和套管4保持同步旋轉(zhuǎn)，噴燈6沿著套管4緩慢移動(dòng)，使套管4完全塌縮到芯棒I上形成實(shí)心的預(yù)制棒。在這種方法中，由于車床上的卡盤7夾住套管4的兩端，從而使卡盤7兩端的套管4無法塌縮到芯棒I上而造成浪費(fèi)。與上述方法不同的是，專利號為US4596589的美國專利將輔助玻璃棒13的一端焊接到芯棒I上，如圖2所示，另一端安裝在車床尾座12的卡盤上(圖中未示出)。套管4的一端安裝在頭座11的卡盤上，為了保證芯棒I與套管4相對固定，在套管4的頭部圓周上設(shè)置了至少三個(gè)凹陷部14，從而使芯棒I的一端焊接在套管4的內(nèi)壁上，套管的凹陷處仍留有間隙15，使套管4塌縮時(shí)氣體能夠順利的排出，如圖3所示。雖然這種方法避免了套管4其中一端材料的浪費(fèi)，但套管4的另一端被頭座11的卡盤夾住，噴燈無法移到該處，塌縮完成后仍需要去除。其次，這種方法在塌縮的最初階段，由于套管4靠近尾座12的一端與大氣連通導(dǎo)致無法抽真空，塌縮較為困難。此外，為了確保制造的光纖預(yù)制棒的同心度，塌縮開始時(shí)，需要特別注意將套管4和芯棒I的軸線調(diào)整成一條直線，并且在塌縮的過程中保持不變。該方法剛開始塌縮時(shí)，套管4靠近尾座12的一端處于懸空狀態(tài)，套管4在高溫下軟化塌縮到芯棒I上的過程中，容易造成套管4和芯棒I的同
心度偏差
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有套管法制造光纖預(yù)制棒外包層存在浪費(fèi)套管等缺陷，提供一種可充分利用套管的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法。為此，本發(fā)明的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其具有，其特征是包括以下步驟:
將芯棒焊接到輔助玻璃棒上，在焊接處設(shè)置外徑增粗部分；將輔助玻璃棒安裝在尾座卡盤上；將用以形成外包層的套管一端焊接到把手管上，把手管安裝在頭座卡盤上并通過旋轉(zhuǎn)接頭連接真空泵，所述的尾座卡盤與頭座卡盤同心；
將整根芯棒同心地插入到套管內(nèi)，使芯棒的外表面和套管的內(nèi)表面之間形成環(huán)形間隙，令所述的外徑增粗部分封住套管的一端；
用噴燈加熱套管焊接把手管的一端形成至少三個(gè)凹陷部用以定位固定芯棒臨近把手管的一端避免芯棒偏心，凹陷部處留有間隙；用噴燈加熱所述的外徑增粗部分及套管被封住的一端將套管的該端封閉；
通過所述的真空泵向所述的環(huán)形間隙施加持續(xù)的負(fù)壓，通過所述尾座卡盤、頭座卡盤帶著套管、芯棒轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向移動(dòng)噴燈加熱所述的套管和芯棒令套管塌縮到芯棒上形成實(shí)心的光纖預(yù)制棒。作為優(yōu)選技術(shù)手段:在改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備上制造光纖預(yù)制棒的外包層。所述的芯棒采用管內(nèi)氣相沉積法制造。所述的套管為純石英玻璃管。所述外徑增粗部分的外徑不小于套管的內(nèi)徑。所述的環(huán)形間隙為0.5-3_。所述套管塌縮到芯棒上時(shí)噴燈的溫度為1900-2200°C。所述芯棒的長度與所述套管的長度相同。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明方法可以充分利用現(xiàn)有的改進(jìn)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，不需要額外的設(shè)備投資。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法通過芯棒焊接輔助玻璃棒和套管焊接把手管，使整根套管完全塌縮到芯棒上，避免了套管材料的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本。其次，通過對輔助玻璃棒和芯棒連接處的外徑增粗部分的設(shè)置，套管開始時(shí)可以比較容易地塌縮到芯棒上，節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間。最后，本發(fā)明在套管和芯棒的同心度控制上更為簡單，從而保證了所制造的光纖預(yù)制棒具有較好的幾何尺寸。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)套管塌縮到芯棒上的示意 圖2是另一種現(xiàn)有技術(shù)套管塌縮到芯棒上的示意 圖3是本發(fā)明把手管與套管焊接后凹陷部的截面放大示意 圖4是根據(jù)本發(fā)明的套管塌縮到芯棒上的示意 圖5是套管塌縮到芯棒上之后得到的預(yù)制棒的截面示意 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2芯棒與套管焊接后凹陷部的截面示意 圖中標(biāo)號說明:1-芯棒，2-芯層，3-內(nèi)包層，4-套管，4’ -外包層，5-突起部分，6-噴燈，71-頭座卡盤，72-尾座卡盤，8-旋轉(zhuǎn)接頭，9-控制閥，10-真空泵，11-頭座，12-尾座，13-輔助玻璃棒，14-凹陷部，15-間隙，16-輻射高溫計(jì)，17-粉塵收集箱，18-把手管，19-外徑增粗部分。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其具有，其特征是包括以下步驟:
將芯棒焊接到輔助玻璃棒上，在焊接處設(shè)置外徑增粗部分；將輔助玻璃棒安裝在尾座卡盤上；將用以形成外包層的套管一端焊接到把手管上，把手管安裝在頭座卡盤上并通過旋轉(zhuǎn)接頭連接真空泵，所述的尾座卡盤與頭座卡盤同心(該段所述步驟為實(shí)施本發(fā)明方法的準(zhǔn)備工作，所述操作在具體實(shí)施時(shí)可視情形調(diào)整先后順序)；
將整根芯棒同心地插入到套管內(nèi)，使芯棒的外表面和套管的內(nèi)表面之間形成環(huán)形間隙，令所述的外徑增粗部分封住套管的一端；
用噴燈加熱套管焊接把手管的一端形成至少三個(gè)凹陷部用以定位固定芯棒臨近把手管的一端避免芯棒偏心，凹陷部處留有間隙；用噴燈加熱所述的外徑增粗部分及套管被封住的一端將套管的該端封閉(該段步驟所述的形成至少三個(gè)凹陷部避免芯棒偏心與加熱外徑增粗部分及套管被封住的一端將套管的該端封閉在具體實(shí)施時(shí)可改變順序)；
通過所述的真空泵向所述的環(huán)形間隙施加持續(xù)的負(fù)壓，通過所述尾座卡盤、頭座卡盤帶著套管、芯棒轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向移動(dòng)噴燈加熱所述的套管和芯棒令套管塌縮到芯棒上形成實(shí)心的光纖預(yù)制棒。具體的:在改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備上制造光纖預(yù)制棒的外包層。所述的芯棒采用管內(nèi)氣相沉積法制造。所述的套管 為純石英玻璃管。所述外徑增粗部分的外徑不小于套管的內(nèi)徑。所述的環(huán)形間隙為0.5-3mm。所述套管塌縮到芯棒上時(shí)噴燈的溫度為1900_2200°C。所述芯棒的長度與所述套管的長度相同。下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備如圖4所示，車床上的頭座11和尾座12分別安裝有卡盤7，為了防止沉積和縮棒過程中石英玻璃管變形，兩個(gè)卡盤7必須同心。車床上裝有一個(gè)載著氫氧焰噴燈6以恒定速度運(yùn)動(dòng)的拖板(圖中未示出)，并安裝有輻射高溫計(jì)16隨噴燈6一起運(yùn)動(dòng)。根據(jù)來自輻射溫度計(jì)16的信號控制氫氣和氧氣的流量，從而能夠達(dá)到保持加熱區(qū)的溫度的目的。鹵化物SiCl4、GeCl4、P0Cl3等蒸汽混合物與高純O2 —起作為制造石英系玻璃的原料。氫氣和氧氣被用來加熱石英玻璃管。供氣系統(tǒng)主要作用是精確地控制上述蒸汽混合物和氣體的流速。每個(gè)沉積層的鹵化物蒸汽混合比應(yīng)該按程序設(shè)定值加以控制，而燃燒氣體則是通過來自測量石英玻璃管表面溫度的輻射溫度計(jì)16的信號進(jìn)行控制。通常用質(zhì)量流量計(jì)控制載流氣體的流速，從而達(dá)到控制鹵化物氣體的流量。由于廢氣中含有SiO2粉塵和氯氣，所以在排入大氣之前必須除去這些有害物質(zhì)。通常由粉塵收集箱17清除廢氣中的SiO2顆粒。廢氣的流量是由靠近沉積管出氣端的壓力調(diào)節(jié)閥來控制的，因此由傳感器測量的沉積管壓力能保持恒定。芯棒I在改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備上沉積、熔縮完成之后，從尾部拉斷。芯棒I含有芯層2和內(nèi)包層3，并具有特定的折射率剖面。為了控制拉制后光纖的水峰，芯棒I內(nèi)包層3的直徑與芯層2直徑比(b/a)控制在2.0以上，優(yōu)選的在3.0以上，更優(yōu)選的在4.0以上。芯棒I必須具備較好的平直度，如果彎曲度超過lmm/m，需要進(jìn)行校直處理。然后將制造好的芯棒I焊接到輔助玻璃棒13上(該步驟可在另一臺車床上完成)，并在焊接處設(shè)置一個(gè)外徑增粗部分19 (材質(zhì)為石英玻璃，設(shè)置的方法是對焊接處加熱，從一端或兩端施加一個(gè)擠壓力，使焊接處增粗)，使其外徑不小于套管4內(nèi)徑。對芯棒I進(jìn)行火焰拋光消除表面的雜質(zhì)；將輔助玻璃棒13安裝在車床的尾座卡盤72上。接著，將套管4焊接到把手管18上，把手管18安裝在MCVD車床的頭座卡盤71上(尾座卡盤與頭座卡盤同心)，并通過旋轉(zhuǎn)接頭8連接到真空泵10。焊接過程中需要確保把手管18和套管4的同心度。套管4在使用前需要進(jìn)行酸洗處理，并進(jìn)行火焰拋光。然后，將帶有輔助玻璃棒13的芯棒I緩慢向頭座11方向移動(dòng)，使整根芯棒I同心地插入到套管4內(nèi)部，芯棒I和輔助玻璃棒13的外徑增粗部分19封住套管4 一端。芯棒I和套管4的間隙為0.5-3mm，優(yōu)選為0.5-2mm。引用專利號為US4596589的美國專利的方法，在套管4的頭部圓周上設(shè)置至少三個(gè)凹陷部14，從而使芯棒I的一端焊接在套管4的內(nèi)壁上，套管4的凹陷處仍留有間隙15，使套管4塌縮時(shí)氣體能夠順利的排出。利用噴燈6加熱外徑增粗部分及套管被封住的一端，使其完全閉合。安裝完成之后，同步轉(zhuǎn)動(dòng)尾座卡盤72、頭座卡盤71，將噴燈6移到芯棒I和輔助玻璃棒13的連接處對套管4進(jìn)行加熱，溫度控制在1900-2200°C。開啟連接于旋轉(zhuǎn)接頭上8的真空泵10，使套管和芯棒間隙15內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)。套管4在高溫下由于表面張力的作用和負(fù)壓作用下軟化塌縮到芯棒I上。芯棒I的另一端被凹陷部14固定，因此不會由于高溫軟化而發(fā)生耷拉觸碰到套管4的內(nèi)壁上。噴燈6沿著套管4緩慢移動(dòng)，使套管4完全塌縮到芯棒I上，噴燈6的移動(dòng)速度為5-20mm/min。增大套管和芯棒間隙15內(nèi)的負(fù)壓，可以加快套管4的塌縮。如果套管和芯棒的間隙15過大，可以通過提高噴燈6溫度和降低噴燈6移動(dòng)速度來提高塌縮效率。塌縮完成之后的預(yù)制棒截面圖如圖5所示，預(yù)制棒含有芯層2、內(nèi)包層3和外包層(由套管塌縮形成) 。根據(jù)所得預(yù)制棒的外包層的直徑與芯層2的直徑的比值，采用本發(fā)明的方法進(jìn)一步制造預(yù)制棒的外包層。最后將套管完成后的預(yù)制棒采用常規(guī)的方法拉制成光纖。以下通過兩個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明做具體說明。實(shí)施例1:
外徑為20mm、長度為IOOOmm的芯棒I由改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法制造完成。然后將制造好的芯棒I焊接到輔助玻璃棒13上，并在焊接處設(shè)置一個(gè)外徑增粗部分19，該外徑增粗部分19的最大外徑為24_。對芯棒I進(jìn)行火焰拋光消除表面的雜質(zhì)。經(jīng)過酸洗處理的套管4的外徑為30mm、內(nèi)徑為24mm、長度為1000mm,—端焊接到把手管18上,把手管18安裝在頭座卡盤71上并通過旋轉(zhuǎn)接頭連接真空泵。將輔助玻璃棒13安裝在車床的尾座卡盤72上。然后，將整根芯棒I同心地插入到套管4內(nèi)部直至外徑增粗部分封住套管的一端，套管4內(nèi)壁與芯棒I外徑的間隙15為2mm。套管4上與把手管18焊接的一端圓周上設(shè)置3個(gè)凹陷部14，從而使芯棒I的一端能夠焊接在套管4的內(nèi)壁上，如圖3所示。利用噴燈6加熱使套管4與芯棒I外徑增粗部分19完全閉合。安裝完成后，旋轉(zhuǎn)同步卡盤7，轉(zhuǎn)速為45rpm。將噴燈6移到芯棒I和輔助玻璃棒13的連接處進(jìn)行加熱，溫度控制在2050°C。開啟連接于旋轉(zhuǎn)接頭上8的真空泵10，使套管和芯棒間隙15內(nèi)的壓力為-1.5bar。套管4在高溫下軟化塌縮到芯棒I上。噴燈6沿著套管4向頭座11方向緩慢移動(dòng)，速度為8mm/min，使套管4完全塌縮到芯棒I上。本實(shí)施例光纖預(yù)制棒拉制成光纖后，其幾何尺寸參數(shù)符合GB/T12357.1中Ala類多模光纖要求。實(shí)施例2
外徑為25_、長度為1200mm的芯棒I由等離子化學(xué)氣相沉積法制造完成。經(jīng)過酸洗處理的套管4的外徑為32mm、內(nèi)徑為27mm、長度為1200mm,—端焊接到把手管18上,把手管安裝在頭座卡盤上并通過旋轉(zhuǎn)接頭連接真空泵。然后將制造好的芯棒I焊接到輔助玻璃棒13上，并在焊接處設(shè)置一個(gè)外徑增粗部分19，該外徑增粗部分19的最大外徑為30mm。將輔助玻璃棒13安裝在車床的尾座卡盤72上，并對芯棒I進(jìn)行火焰拋光消除表面的雜質(zhì)。然后，將整根芯棒I同心地插入到套管4內(nèi)部直至外徑增粗部分封住套管的一端，套管4內(nèi)壁與芯棒I外徑的間隙15為1mm。套管4上與把手管18焊接的一端圓周上設(shè)置4個(gè)凹陷部14，從而使芯棒I的一端能夠焊接在套管4的內(nèi)壁上，如圖6所示。利用噴燈6加熱使套管4與芯棒I外徑增粗部分19完全閉合。安裝完成后，旋轉(zhuǎn)同步卡盤7，轉(zhuǎn)速為45rpm。將噴燈6移到芯棒I和輔助玻璃棒13的連接處進(jìn)行加熱，溫度控制在2000°C。開啟連接于旋轉(zhuǎn)接頭上8的真空泵10對套管和芯棒間隙15抽真空，使套管和芯棒間隙15內(nèi)的壓力為-2.5bar。套管4在高溫和負(fù)壓狀態(tài)下塌縮到芯棒I上。噴燈6沿著套管4向頭座11方向緩慢移動(dòng)，速度為12mm/min，使套管4完全塌縮到芯棒I上。本實(shí)施例光纖預(yù)制棒拉制成光纖后，其幾何尺寸參數(shù)符合GB/T 9771.5中B4類單模光纖要求。需要說明的是， 上述實(shí)施例的方式僅限于描述實(shí)施例，但本發(fā)明不只局限于上述方式，且本領(lǐng)域的技術(shù)人員據(jù)此可在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)方便的進(jìn)行修飾，因此本發(fā)明的范圍應(yīng)包括本發(fā)明所揭示的原理和新特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1.用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其具有，其特征是包括以下步驟: 將芯棒焊接到輔助玻璃棒上，在焊接處設(shè)置外徑增粗部分；將輔助玻璃棒安裝在尾座卡盤上；將用以形成外包層的套管一端焊接到把手管上，把手管安裝在頭座卡盤上并通過旋轉(zhuǎn)接頭連接真空泵，所述的尾座卡盤與頭座卡盤同心； 將整根芯棒同心地插入到套管內(nèi)，使芯棒的外表面和套管的內(nèi)表面之間形成環(huán)形間隙，令所述的外徑增粗部分封住套管的一端； 用噴燈加熱套管焊接把手管的一端形成至少三個(gè)凹陷部用以定位固定芯棒臨近把手管的一端避免芯棒偏心，凹陷部處留有間隙；用噴燈加熱所述的外徑增粗部分及套管被封住的一端將套管的該端封閉； 通過所述的真空泵向所述的環(huán)形間隙施加持續(xù)的負(fù)壓，通過所述尾座卡盤、頭座卡盤帶著套管、芯棒轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向移動(dòng)噴燈加熱所述的套管和芯棒令套管塌縮到芯棒上形成實(shí)心的光纖預(yù)制棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其特征是:在改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備上制造光纖預(yù)制棒的外包層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其特征是:所述的芯棒采用管內(nèi)氣相沉積法制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其特征是:所述的套管為純石英玻璃管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其特征是:所述外徑增粗部分的外徑不小于套管的內(nèi)徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其特征是:所述的環(huán)形間隙為0.5_3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其特征是:所述套管塌縮到芯棒上時(shí)噴燈的溫度為1900-2200°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，其特征是:所述芯棒的長度與所述套管的長度相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用套管法制造光纖預(yù)制棒外包層的方法，屬于光纖制造技術(shù)，現(xiàn)有套管法制造光纖預(yù)制棒外包層存在浪費(fèi)套管等缺陷，本發(fā)明將芯棒焊接到輔助玻璃棒上，在焊接處設(shè)置外徑增粗部分，將整根芯棒同心地插入到套管內(nèi)，使芯棒的外表面和套管的內(nèi)表面形成環(huán)形間隙；套管圓周上設(shè)置至少三個(gè)凹陷部分固定芯棒；利用噴燈加熱封閉套管和芯棒的外徑增粗部分，并向環(huán)形間隙施加負(fù)壓；移動(dòng)噴燈加熱套管和芯棒將套管塌縮到芯棒上形成實(shí)心的光纖預(yù)制棒。套管利用率高；本發(fā)明可以充分利用現(xiàn)有的改進(jìn)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，不需要額外的設(shè)備投資，可降低生產(chǎn)成本和節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間；本發(fā)明方法制造的光纖預(yù)制棒具有較好的幾何尺寸。
文檔編號C03B37/014GK103086598SQ20131005968
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者馮高峰, 葛錫良, 楊軍勇, 章海峰, 馬靜 申請人:富通集團(tuán)有限公司, 富陽市光通信行業(yè)技術(shù)研究開發(fā)中心