專利名稱：加熱光纖預(yù)制棒的裝置和制造光纖預(yù)制棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于加熱光纖預(yù)制棒的裝置和制造光纖預(yù)制棒的方法，尤其涉及這樣一種加熱光纖預(yù)制棒的裝置，其通過疊置的加熱源沿垂直方向?qū)R。
背景技術(shù)：
一般來說，VAD方法(汽相軸向沉積方法)是本領(lǐng)域中公知的用于批量制造用于生產(chǎn)光纖的玻璃預(yù)制棒的方法。根據(jù)VAD方法，圓柱光纖預(yù)制棒(粉塵預(yù)制棒，soot preform)通過在可旋轉(zhuǎn)初始件(例如玻璃板或玻璃棒)上沉積由氧氫焰產(chǎn)生的玻璃微粒、并燒結(jié)光纖預(yù)制棒而形成，從而可形成透明光纖玻璃預(yù)制棒。另外，有必要在惰性氣體氣氛(例如He和Cl2氣體)中利用1500℃以上的溫度通過燒結(jié)光纖預(yù)制棒來加熱光纖預(yù)制棒。
加熱裝置通常包括用于燒結(jié)光纖預(yù)制棒的碳感受器(carbonsusceptor)。在利用加熱裝置燒結(jié)光纖預(yù)制棒時必須防止水份或諸如Cu或Fe的過渡金屬元素進入光纖玻璃預(yù)制棒。如果1ppb以上的過渡金屬元素與光纖玻璃預(yù)制棒混合，則所制造的光纖玻璃預(yù)制棒的傳輸損失波長特性在全部的波長中被極大地損害。此外，如果0.1ppm以上的水份與光纖玻璃預(yù)制棒混合，則所制造的光纖玻璃預(yù)制棒的各種特性在很寬的波長范圍內(nèi)受到損害。為解決這樣的問題，在光纖預(yù)制棒變?yōu)橥该鳡顟B(tài)以前，或者當(dāng)光纖預(yù)制棒變?yōu)橥该鳡顟B(tài)時，對光纖預(yù)制棒實施脫水過程。在包括Cl2基和F基氣體的惰性氣體氣氛中以高溫加熱光纖預(yù)制棒的方法作為一種脫水方法為人們所知。如果使用F基氣體，則在光纖預(yù)制棒經(jīng)受脫水過程時F被加入光纖預(yù)制棒。
為此，主要使用區(qū)域燒結(jié)熱處理工藝對用于制造光纖的光纖預(yù)制棒進行熱處理。區(qū)域燒結(jié)熱處理工藝與全部燒結(jié)熱處理相比的優(yōu)點在于氣泡容易去除，從而可容易地制造致密玻璃，從而能夠利用上述的氣體容易地制造高純度的玻璃。另外，用于區(qū)域燒結(jié)熱處理工藝的設(shè)備可比全部燒結(jié)熱處理工藝的設(shè)備簡單。然而，用于實施區(qū)域燒結(jié)熱處理工藝的設(shè)備的高度比用于全部燒結(jié)熱處理工藝的設(shè)備高，并且制造這種設(shè)備的成本很昂貴。
下文中，將說明用于制造光纖預(yù)制棒的執(zhí)行熱處理工藝的加熱裝置10的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，光纖預(yù)制棒12以這樣的方式被放入長度大約為3-4m的長馬弗爐(muffler furnace)11中即，使得光纖預(yù)制棒12在長馬弗爐11中上下移動的過程中可被熱處理。支撐桿14連接到光纖預(yù)制棒12的上部，用于使光纖預(yù)制棒12在長馬弗爐11中上下移動。加熱源13沿馬弗爐11的圓周方向固定地設(shè)置。在馬弗爐11的下部形成氣體注入口15，以便氣體可通過氣體注入口15被注入到馬弗爐11中。在馬弗爐11的上部形成排氣口16，以便氣體通過排氣口16排出到外部。
然而，傳統(tǒng)加熱裝置10在馬弗爐11中上下移動光纖預(yù)制棒的同時利用一個加熱器加熱光纖預(yù)制棒。當(dāng)前的趨勢是較大光纖預(yù)制棒。即，在長度大于1500mm和直徑大于200mm的多孔光纖預(yù)制棒的情況中，必須在馬弗爐11中形成較大的空間，以便在馬弗爐11中上下移動多孔光纖預(yù)制棒，并且支撐桿的長度必須被加長以適應(yīng)多孔光纖的尺寸，從而需要高度大于3.5m的馬弗爐，進而又要求設(shè)備的高度增加到大約10m。
如果設(shè)備的高度變高，則制造物品的過程被復(fù)雜化，并且工廠的高度也必須變高，從而維護成本增加。另外，由于馬弗爐的體積加大，因此氣體消耗量可能增加。
為了解決上述的問題，美國專利No.4,741,748已提出了一種加熱裝置20，其在圖2中示出。參照圖2，放入馬弗爐21的光纖預(yù)制棒22在馬弗爐21中旋轉(zhuǎn)而不上下移動。加熱裝置20包括電感應(yīng)加熱器24和在馬弗爐21的外壁上形成的具有多層的腔室23。
然而，由于上述的加熱裝置具有在腔室的外部沿縱向方向移動電感應(yīng)加熱器24的同時加熱光纖預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)，因此另外還需要用于移動電感應(yīng)加熱器24的裝置。因此，加熱裝置的部件數(shù)量增加，從而導(dǎo)致昂貴的制造成本。并且，為了防止馬弗爐冷卻和碳感受器被氧化，腔室具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括形成氣體注入口、輔助加熱器和絕緣部件的許多層，從而消耗過多的電力。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明通過提供一種用于加熱光纖預(yù)制棒的裝置和用于制造光纖預(yù)制棒的方法，以解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，并提供附加的優(yōu)點。本發(fā)明通過利用在加熱裝置中疊置的多個熱源對光纖預(yù)制棒均勻地實施脫水處理，改進了產(chǎn)品的熱處理過程。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種用于加熱光纖預(yù)制棒的裝置和用于制造光纖預(yù)制棒的方法，其中，光纖預(yù)制棒被垂直地對齊并通過多個疊置的熱源被加熱，從而設(shè)置在加熱裝置中的馬弗爐的長度可被縮短，從而均勻地維持馬弗爐中的壓力并減小供給馬弗爐的氣體的量。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種用于加熱光纖預(yù)制棒的裝置和用于制造光纖預(yù)制棒的方法，其中，光纖預(yù)制棒被垂直地對齊并通過多個疊置的熱源被加熱，從而連接到光纖預(yù)制棒的支撐桿的長度可被縮短，從而減小設(shè)備的高度。
在一個實施例中，提供了一種用于加熱光纖預(yù)制棒的裝置，所述裝置包括馬弗爐，其中容納光纖預(yù)制棒；和沿著光纖預(yù)制棒縱向?qū)R的至少兩個加熱源。
在另一個實施例中，提供了一種用于制造多孔光纖預(yù)制棒的方法，包括以下步驟形成由玻璃微粒組成的粉塵，并通過初步熱處理過程以形成粉塵預(yù)制棒(soot preform)；將粉塵預(yù)制棒放入兩側(cè)設(shè)有至少兩個熱源的馬弗爐中，所述兩個熱源沿著粉塵預(yù)制棒縱向?qū)R；在熱源內(nèi)旋轉(zhuǎn)粉塵預(yù)制棒，將惰性氣體注入馬弗爐，并通過增加每個熱源的溫度來執(zhí)行初步脫水和干燥過程；以及，根據(jù)預(yù)定的順序通過順序地增加熱源的溫度以對粉塵預(yù)制棒實施二次熱處理過程，之后從馬弗爐噴出光纖預(yù)制棒。
通過閱讀以下結(jié)合附圖的具體說明，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1是傳統(tǒng)的用于光纖預(yù)制棒的加熱裝置的操作狀態(tài)的側(cè)視圖；圖2是另一傳統(tǒng)的用于光纖預(yù)制棒的加熱裝置的操作狀態(tài)的側(cè)視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于光纖預(yù)制棒的加熱裝置的操作狀態(tài)的側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的制造光纖預(yù)制棒的方法的流程圖。
具體實施例方式
參照圖3，用于制造光纖預(yù)制棒的加熱裝置包括馬弗爐11；以及在馬弗爐11的下部形成的氣體注入口15，用于將氣體供入馬弗爐11。光纖預(yù)制棒100垂直地設(shè)置在馬弗爐11內(nèi)。至少兩個熱源200沿著光纖預(yù)制棒100的長度方向垂直地設(shè)置在馬弗爐11的兩側(cè)，使得容納在馬弗爐11中的光纖預(yù)制棒100可根據(jù)光纖預(yù)制棒100的旋轉(zhuǎn)被熱處理。另外，光纖預(yù)制棒100是多孔光纖預(yù)制棒，并被垂直和可旋轉(zhuǎn)地安裝。熱源200沿垂直方向被固定地疊置，從而形成爐子。形成爐子的熱源200可被旋轉(zhuǎn)。
熱源200的溫度從光纖預(yù)制棒100的下部朝向光纖預(yù)制棒100的上部逐漸地升高。熱源200的長度L1比光纖預(yù)制棒100的長度L2長。并且，熱源200可圍繞光纖預(yù)制棒100，熱源200具有圓筒形狀。光纖預(yù)制棒100可在熱源200的范圍內(nèi)上下移動，同時光纖預(yù)制棒100被熱源200加熱。
下文中將參照圖3描述根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光纖預(yù)制棒的加熱裝置的操作。
參照圖3，在形成由玻璃微粒組成的粉塵后，粉塵被輸入圖3所示的爐子中。接著，執(zhí)行初步熱處理過程以脫去粉塵的水份。
這時，粉塵通過二次熱處理過程被玻璃化，從而形成光纖預(yù)制棒100。
這里，通過沉積玻璃微粒形成粉塵預(yù)制棒，并且，如果粉塵預(yù)制棒通過熱處理過程被處理，則其被稱為“光纖預(yù)制棒”。
現(xiàn)在，將說明對光纖預(yù)制棒100進行的初步和二次熱處理過程。
首先，光纖預(yù)制棒100被引入到兩側(cè)設(shè)有至少兩個熱源200的馬弗爐11中，所述熱源沿光纖預(yù)制棒100的長度方向垂直地疊置。這里，整個熱源200的長度大于光纖預(yù)制棒100的長度。接著，光纖預(yù)制棒100被旋轉(zhuǎn)，He或Cl2氣體通過氣體注入口15被注入馬弗爐11。熱源200的溫度同時增加，從而執(zhí)行初步脫水和干燥過程。
在執(zhí)行初步熱處理過程之后，Cl2氣體被除去。這里，熱源200的溫度被增加到大約1000-1200℃的范圍。
在這種狀態(tài)下，從位于光纖預(yù)制棒100最下部的第一熱源到位于光纖預(yù)制棒100最上部的第nth熱源順序地增加熱源200的溫度，執(zhí)行二次熱處理過程。
如果增加熱源200的溫度，則光纖預(yù)制棒100在熱源200的范圍內(nèi)略微地上下移動，從而對光纖預(yù)制棒100進行二次熱處理。
在進行完第二次熱處理過程之后，N2代替He氣被注入到馬弗爐11中，從而光纖預(yù)制棒100被制成。
參照圖4，以下將詳細說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造具有上述結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制棒的方法的操作。
如圖4所示，粉塵具有170mm的直徑和1500mm的長度，并通過熱處理過程被玻璃化，從而形成光纖預(yù)制棒100(S1)。
這時，以1100℃進行熱處理過程。
這里，光纖預(yù)制棒100被引入到兩側(cè)設(shè)有至少兩個熱源200的馬弗爐11中，所述熱源200沿著光纖預(yù)制棒100的長度方向垂直地疊置(S2)。
這時，光纖預(yù)制棒100的上端和下端位于熱源200的分別對應(yīng)光纖預(yù)制棒100的上端和下端的中心處。
在步驟S2后，光纖預(yù)制棒100在熱源200內(nèi)旋轉(zhuǎn)，12slpm的He氣或者0.3slpm的Cl2氣通過氣體注入口15被注入到馬弗爐11中。這樣，熱源200的溫度同時增加，從而執(zhí)行初步脫水和干燥過程(S3)。
這里，初步脫水和干燥過程在1100℃下進行。
接著，在實施初步熱處理過程之后，從馬弗爐11除去Cl2氣，并且實施凈化過程30分鐘。
在步驟S3之后，熱源200的溫度從位于對應(yīng)光纖預(yù)制棒100下端的位置處的第一熱源200到位于對應(yīng)光纖預(yù)制棒100上端的第nth熱源以30℃/min的速度增加到1520℃。
這時，當(dāng)熱源200的溫度達到1520℃時，光纖預(yù)制棒100以5.5mm/min的速度(移動距離250mm)向下移動，以便對光纖預(yù)制棒100執(zhí)行熱處理過程。
在光纖預(yù)制棒100向下移動250mm的距離之后，如果熱源200的溫度下降，則光纖預(yù)制棒100再次返回到初始位置。
如上所述，位于第一熱源上部的第二熱源的溫度以及位于對應(yīng)光纖預(yù)制棒上端的位置處的第nth熱源的溫度可順序地增加，從而對光纖預(yù)制棒100進行二次熱處理。之后，5slpm的N2氣在停止向馬弗爐11供應(yīng)He氣之后被注入到馬弗爐11中(S4)。
在步驟S4之后，通過二次熱處理過程的光纖預(yù)制棒100與支撐桿14分離(S5)。
盡管為了示例的目的已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，在不偏離所附權(quán)利要求公開的本發(fā)明的范圍和實質(zhì)的情況下可進行各種改變、增加和替換。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱光纖預(yù)制棒的裝置，包括馬弗爐，其中容納光纖預(yù)制棒；和沿著光纖預(yù)制棒的長度方向?qū)R的至少兩個加熱源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括在馬弗爐的下部形成的氣體注入口，用于將氣體供應(yīng)到馬弗爐中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱源根據(jù)光纖預(yù)制棒的旋轉(zhuǎn)實施熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光纖預(yù)制棒包括多孔光纖預(yù)制棒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光纖預(yù)制棒沿大致垂直的方向可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在馬弗爐中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱源沿垂直方向固定地疊置，形成爐子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱源可圍繞馬弗爐旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱源的溫度按照預(yù)定順序被順序地增加。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱源的溫度從光纖預(yù)制棒的下部朝向光纖預(yù)制棒的上部逐漸地增加。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱源具有比光纖預(yù)制棒的長度長的長度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱源圍繞光纖預(yù)制棒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱源具有圓柱形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光纖預(yù)制棒在熱源的范圍內(nèi)上下移動，同時執(zhí)行對光纖預(yù)制棒的熱處理過程。
14.一種用于制造多孔光纖預(yù)制棒的方法，包括以下步驟i)形成由玻璃微粒組成的粉塵，并通過對粉塵實施初步熱處理以形成粉塵預(yù)制棒；ii)將粉塵預(yù)制棒放入兩側(cè)設(shè)有至少兩個熱源的馬弗爐中，所述兩個熱源沿著粉塵預(yù)制棒的長度方向?qū)R；iii)在熱源內(nèi)旋轉(zhuǎn)粉塵預(yù)制棒，將惰性氣體注入馬弗爐，并通過增加每個熱源的溫度來執(zhí)行初步脫水和干燥過程；以及，iv)在按照預(yù)定的順序通過順序地增加熱源的溫度對粉塵預(yù)制棒進行二次熱處理之后，除去由粉塵預(yù)制棒形成的光纖預(yù)制棒。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，在步驟i)中，熱源的溫度被同時增加。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，當(dāng)執(zhí)行二次熱處理時，所述熱源的溫度從位于粉塵預(yù)制棒下部的第一熱源到位于粉塵預(yù)制棒上部的第nth熱源被順序地增加。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，當(dāng)執(zhí)行二次熱處理時，所述粉塵預(yù)制棒從第一熱源到第nth熱源或者相反地上下移動。
18.一種用于制造多孔光纖預(yù)制棒的方法，包括以下步驟i)形成由玻璃微粒組成的粉塵，并且粉塵通過初步熱處理以形成粉塵預(yù)制棒；ii)將粉塵預(yù)制棒放入兩側(cè)設(shè)有至少兩個熱源的馬弗爐中，所述兩個熱源沿著粉塵預(yù)制棒的長度方向?qū)R；iii)圍繞粉塵預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)熱源，將惰性氣體注入馬弗爐，并通過增加每個熱源的溫度來執(zhí)行初步脫水和干燥過程；以及，iv)在按照預(yù)定的順序通過順序地增加熱源的溫度對粉塵預(yù)制棒進行二次熱處理之后，除去由粉塵預(yù)制棒形成的光纖預(yù)制棒。
全文摘要
一種用于加熱光纖預(yù)制棒的裝置和用于制造光纖預(yù)制棒的方法，其中，沿垂直方向?qū)R的光纖預(yù)制棒被多個疊置的熱源加熱。所述用于加熱光纖預(yù)制棒的裝置包括其中容納光纖預(yù)制棒的馬弗爐，和沿光纖預(yù)制棒的長度方向?qū)R的至少兩個熱源。
文檔編號C03B37/014GK1636903SQ20041007986
公開日2005年7月13日 申請日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者尹暎植, 都文顯 申請人:三星電子株式會社