光纤预制棒制造设备及光纤预制棒制造方法与流程

1.本发明涉及光纤预制棒技术领域，尤其涉及光纤预制棒制造设备及光纤预制棒制造方法。


背景技术：

2.光纤预制棒是用于拉制光纤的材料预制件，是制造石英系列光纤的核心原材料。传统的光纤预制棒的制造流程包括沉积、熔缩以及套管等过程。其中，光纤预制棒的沉积工艺有改进化学气相沉积(modified chemical vapor deposition，mcvd)、外部化学沉积(outside vapor deposition，ovd)、轴向气相沉积(vapor phase axial deposition，vad)和等离子体化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，pcvd)等方法。
3.以pcvd工艺为例，将反应气体(4sicl4、gecl4、c2f6和o2)注入到高纯石英管内，谐振腔往返移动，微波激活气体产生等离子体使反应气电离产生等离子体，带电的离子重新结合，并释放热能。释放的能量使原料气体发生反应形成的粒子沉积在高纯石英管的内壁上。在完成沉积后，需要将石英管移动到熔缩设备上，沿石英管轴向往返移动的石墨电阻炉对不断旋转的管子加热，在表面张力的作用下分阶段将沉积好的石英管熔缩成实心棒。其存在的问题是，沉积和熔缩需要在两个设备上进行，导致石英管在完成沉积后，需要从沉积设备上拆卸，并安装于熔缩设备进行熔缩，导致加工过程繁琐，且在石英管的转运过程中，管材会受到环境影响，导致中空的石英管出现应力堆积或管材形变，从而导致加工完成后的光纤预制棒出现质量问题。


技术实现要素：

4.根据本发明的一个方面，本发明提供光纤预制棒制造设备，以解决现有技术中石英管的沉积和熔缩需要在两个设备上进行，导致加工过程繁琐，且在石英管的转运过程中，管材会受到环境影响的问题。
5.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.光纤预制棒制造设备，包括：
7.机架，具有沿第一方向延伸的导轨，并用于安装石英管，以使所述石英管沿第一方向延伸；
8.进料系统，连接于所述机架，并用于向所述石英管内输送化学前驱物；
9.沉积炉，滑动设置于所述导轨，并能够沿所述导轨往复运动，以使所述化学前驱物沉积于所述石英管的内壁；
10.熔缩炉，滑动设置于所述导轨，并能够沿所述导轨往复运动，以使所述石英管熔缩为实心棒。
11.作为光纤预制棒制造设备的优选方案，还包括辅助加热器，所述辅助加热器沿第二方向滑动设置于所述机架，第二方向垂直于第一方向，所述辅助加热器用于加热所述石
英管。
12.作为光纤预制棒制造设备的优选方案，所述辅助加热器设置有两个，两个所述辅助加热器分别用于加热所述石英管的两端端部。
13.作为光纤预制棒制造设备的优选方案，还包括驱动组件，所述驱动组件能够驱动所述沉积炉沿所述导轨往复运动，并能够驱动所述熔缩炉沿所述导轨往复运动。
14.作为光纤预制棒制造设备的优选方案，还包括排废系统，所述排废系统与所述石英管远离所述进料系统的一端连接。
15.作为光纤预制棒制造设备的优选方案，所述沉积炉包括设置于所述导轨的沉积炉炉体、设置于所述沉积炉炉体内的谐振件以及设置于所述沉积炉炉体内的微波发生装置，所述谐振件用于套设在所述石英管的外壁。
16.作为光纤预制棒制造设备的优选方案，所述熔缩炉包括设置于所述导轨的熔缩炉炉体、设置于所述熔缩炉炉体内的加热件以及设置于所述熔缩炉炉体内的石墨中空管，所述加热件用于对所述石墨中空管进行加热，所述石墨中空管用于套设在所述石英管的外壁。
17.根据本发明的另一个方面，提供光纤预制棒制造方法，通过上述光纤预制棒制造设备实施，所述光纤预制棒制造方法包括：
18.s100：将石英管安装于所述机架，以使所述石英管沿第一方向延伸；
19.s200：通过所述进料系统向所述石英管内输送化学前驱物；
20.s300：控制所述沉积炉沿所述导轨往复运动，以使所述化学前驱物沉积于所述石英管的内壁；
21.s400：控制所述熔缩炉沿所述导轨往复运动，以使所述石英管熔缩为实心棒；
22.s500：将石英套管套设于所述实心棒，以制成光纤预制棒。
23.作为光纤预制棒制造方法的优选方案，所述光纤预制棒制造设备还包括辅助加热器，所述辅助加热器沿第二方向滑动设置于所述机架，第二方向垂直于第一方向，所述辅助加热器用于加热所述石英管；
24.所述光纤预制棒制造方法还包括与步骤s400同步进行的：
25.s401：控制所述辅助加热器加热所述石英管。
26.作为光纤预制棒制造方法的优选方案，还包括位于步骤s400与步骤s500之间的：
27.s410：切割所述实心棒的端部。
28.本发明的有益效果是：
29.本发明提供光纤预制棒制造设备，其机架具有沿第一方向延伸的导轨，并用于安装石英管，进料系统用于向石英管内输送化学前驱物，沉积炉滑动设置于导轨，并能够沿导轨往复运动，以使化学前驱物沉积于石英管的内壁，以完成沉积；熔缩炉滑动设置于导轨，并能够沿导轨往复运动，以使石英管熔缩为实心棒，以完成熔缩，从而使石英管的沉积和熔缩能够在同一设备上进行，沉积过程和熔缩过程之间无需拆装、转运石英管，简化了加工流程，同时避免石英管的转运过程中，管材会受到环境影响而导致中空的石英管出现应力堆积或管材形变。
30.本发明还提供光纤预制棒制造方法，通过上述光纤预制棒制造设备实施，该光纤预制棒制造方法通过将石英管安装于机架，由进料系统向石英管内输送化学前驱物，控制
沉积炉沿导轨往复运动，以使化学前驱物沉积于石英管的内壁，以完成沉积；控制熔缩炉沿导轨往复运动，以使石英管熔缩为实心棒，以完成熔缩；然后将石英套管套设于实心棒，制成光纤预制棒。
附图说明
31.图1是本发明实施例中光纤预制棒制造设备的结构示意图；
32.图2是本发明实施例中沉积炉的结构示意图；
33.图3是本发明实施例中熔缩炉的结构示意图；
34.图4是本发明实施例中光纤预制棒制造方法的流程图。
35.图中：
36.100、石英管；
37.1、机架；11、导轨；12、套管；
38.2、进料系统；21、储料仓；22、气柜；23、进料管路；
39.3、沉积炉；31、沉积炉炉体；311、沉积炉炉壳；312、沉积炉保温层；32、谐振件；
40.4、熔缩炉；41、熔缩炉炉体；411、熔缩炉炉壳；412、熔缩炉保温层；42、加热件；43、石墨中空管；44、气封板；45、水冷板；46、吸风罩；
41.5、辅助加热器；
42.6、排废系统；61、排废管路；611、压力传感器；62、废料仓；63、过滤器。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
44.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
47.传统的光纤预制棒的制造流程包括沉积、熔缩以及套管等过程。但是传统的制造
流程中，沉积和熔缩需要在两个设备上进行，导致石英管在完成沉积后，需要从沉积设备上拆卸，并安装于熔缩设备进行熔缩，导致加工过程繁琐，且在石英管的转运过程中，管材会受到环境影响，导致中空的石英管出现应力堆积或管材形变，从而导致加工完成后的光纤预制棒出现质量问题。
48.针对上述问题，本实施例提供光纤预制棒制造设备，以解决现有技术中石英管的沉积和熔缩需要在两个设备上进行，导致加工过程繁琐，且在石英管的转运过程中，管材会受到环境影响的问题。
49.参照图1-图3，光纤预制棒制造设备包括机架1、进料系统2、沉积炉3以及熔缩炉4，机架1具有沿第一方向延伸的导轨11，并用于安装石英管100，以使石英管100沿第一方向延伸。本实施例中，第一方向为竖直方向，机架1为立式结构，在其它实施例中，第一方向还可以垂直于竖直方向，机架1为卧式结构。进料系统2连接于机架1，并用于向石英管100内输送化学前驱物。其中，化学前驱物为石英管100沉积所需的物料，如4sicl4、gecl4、c2f6和o2等气体。沉积炉3滑动设置于导轨11，并能够沿导轨11往复运动，以使化学前驱物沉积于石英管100的内壁，以完成沉积。熔缩炉4滑动设置于导轨11，并能够沿导轨11往复运动，以使石英管100熔缩为实心棒，以完成熔缩。通过该光纤预制棒制造设备，使石英管100的沉积和熔缩能够在同一设备上进行，沉积过程和熔缩过程之间无需拆装、转运石英管100，简化了加工流程，同时避免石英管100的转运过程中，管材会受到环境影响而导致中空的石英管100出现应力堆积或管材形变。在对石英管100进行沉积、熔缩形成实心棒后，只需将石英套管套设于实心棒，即可制成光纤预制棒。
50.可选地，机架1固定设置有两个套管12，石英管100的两端分别与两个套管12连接，从而将石英管100安装于机架1。可选地，套管12套设于石英管100，套管12的端部设置有多个弹性夹片，多个弹性夹片沿套管12的圆周方向间隔设置，且多个弹性夹片之间具有调节槽，石英管100设置在多个弹性夹片之间，螺母螺纹连接于弹性夹片，并能够改变调节槽的宽度，以使弹性夹片夹紧石英管100或松开。可选地，石英管100与轴套12之间设置有密封圈，以形成密封，同时起到一定的紧固作用。
51.可选地，进料系统2包括用于储存化学前驱物的储料仓21、连接于储料仓21的气柜22以及连接于气柜22的出口端的进料管路23，气柜22的输入端与储料仓21连接，并用于将储料仓21中的化学前驱物输送至进料管路23，进料管路23与其中一个轴套12连接，化学前驱物能够依次通过进料管路23以及轴套12进入石英管100内。
52.可选地，沉积炉3包括设置于导轨11的沉积炉炉体31、设置于沉积炉炉体31内的谐振件32以及设置于沉积炉炉体31内的微波发生装置，谐振件32用于套设在石英管100的外壁。微波发生装置用于使位于石英管100内的化学前驱物电离，以产生等离子体，从而释放热能，释放的能量使原料气体发生反应形成的粒子沉积在石英管100的内壁上，以完成沉积。可选地，沉积炉炉体31包括沉积炉炉壳311和位于沉积炉炉壳311内的沉积炉保温层312，沉积炉保温层312套设于谐振件32，并能够防止谐振件32内的热量散失。
53.可选地，熔缩炉4包括设置于导轨11的熔缩炉炉体41、设置于熔缩炉炉体41内的加热件42以及设置于熔缩炉炉体41内的石墨中空管43，加热件42用于对石墨中空管43进行加热，石墨中空管43用于套设在石英管100的外壁，通过加热件42加热石墨中空管43，以使石英管100熔缩为实心棒。可选地，熔缩炉炉体41包括熔缩炉炉壳411和位于熔缩炉炉壳411内
的熔缩炉保温层412，熔缩炉保温层412套设于石墨中空管43，并能够防止石墨中空管43内的热量散失。
54.可选地，熔缩炉4还包括气封板44，气封板44具有用于向熔缩炉4外吹气的第一气孔，可通过第一气孔向熔缩炉4外吹保护气以进行隔绝密封。优选地，第一气孔的中心线倾斜向外，且与石墨中心管43的轴线夹角为45
°
。同时为了避免石墨中空管43内氧化反应的速率过快，气封板44还具有用于向炉内吹气的第二气孔，第二气孔用于向石墨中空管43内吹入氢气，以燃烧空气中的氧气，从而有效保温，并防止氧气进入石墨中空管43，避免石墨中空管43在高温下氧化。其中，第一气孔与第二气孔相互独立设置，且第一气孔吹出的保护气与第二气孔吹出的氢气不会发生混合。可选地，气封板44设置有两个，两个气封板44分别设置在熔缩炉炉体41的两端。
55.由于气封板44需要承受较高的温度，为了避免气封板44的结构以及焊缝受热发生损伤，熔缩炉4还包括设置于熔缩炉炉体41的水冷板45，气封板44安装于水冷板45，通过水冷板45隔绝熔缩炉炉体41的高温，避免气封板44损坏。
56.可选地，熔缩炉4还包括设置于熔缩炉炉体41的吸风罩46，吸风罩46用于抽吸石英管100熔缩过程中产生的sio2等挥发物。
57.继续参照图1-图3，光纤预制棒制造设备还包括驱动组件，驱动组件能够驱动沉积炉3沿导轨11往复运动，并能够驱动熔缩炉4沿导轨11往复运动。其中，驱动组件可以是气缸或直线电机等设备。
58.继续参照图1-图3，光纤预制棒制造设备还包括辅助加热器5，辅助加热器5沿第二方向滑动设置于机架1，第二方向垂直于第一方向，辅助加热器5用于加热石英管100。在沉积和熔缩的过程中，可通过辅助加热器5对石英管100进行加热，防止热量散失，提升成品率。辅助加热器5能够沿第二方向滑动，能够避免与沿第一方向运动的沉积炉3以及熔缩炉4发生干涉。
59.继续参照图1-图3，辅助加热器5设置有两个，两个辅助加热器5分别用于加热石英管100的两端端部，以取得最佳的加热保温效果。
60.继续参照图1-图3，光纤预制棒制造设备还包括排废系统6，排废系统6与石英管100远离进料系统2的一端连接，用于排出石英管100在沉积以及熔缩过程中产生的废料。可选地，排废系统6包括连接于远离进料系统2的套管12的排废管路61，还包括连接于排废管路61的废料仓62，以使石英管100在沉积以及熔缩过程中产生的废料能够通过排废管路61进入废料仓62。此外，排废系统6还包括同时连接于排废管路61以及废料仓62的过滤器63，以使空气在经过过滤净化后排出光纤预制棒制造设备。可选地，排废管路61设置有压力传感器611，以检测排废管路61内的气体压力。可选地，排废系统6与熔缩炉4的吸风罩46连接。
61.参照图4，本实施例还提供光纤预制棒制造方法，通过上述光纤预制棒制造设备实施，光纤预制棒制造方法包括以下步骤。
62.s100：将石英管100安装于机架1，以使石英管100沿第一方向延伸。
63.具体为将石英管100的两端分别安装于两个套管12。可以理解的是，石英管100的两端需要安装于套管12，因而仅中间部分的石英管100可用于制造光纤预制棒，该部分石英管100为石英管100的有效部分。
64.s200：通过进料系统2向石英管100内输送化学前驱物。
65.s300：控制沉积炉3沿导轨11往复运动，以使化学前驱物沉积于石英管100的内壁。
66.通过微波发生装置使位于石英管100内的化学前驱物电离，以产生等离子体，从而释放热能，释放的能量使原料气体发生反应形成的粒子沉积在石英管100的内壁上，以完成沉积。通过控制沉积炉3沿导轨11往复运动，以完成石英管100的有效部分的沉积。
67.s400：控制熔缩炉4沿导轨11往复运动，以使石英管100熔缩为实心棒。
68.通过加热件42对石墨中空管43进行加热，以使石英管100受热熔缩为实心棒。通过控制熔缩炉4沿导轨11往复运动，以完成石英管100的有效部分的熔缩。
69.由于在熔缩的过程中，需要使石英管100的温度保持在一定的范围内，光纤预制棒制造方法还包括与步骤s400同步进行的：
70.s401：控制辅助加热器5加热石英管100。
71.通过辅助加热器5加热石英管100，以使石英管100在熔缩的过程中，两端的温度保持不变，从而提升成品率。
72.s410：切割实心棒的端部。
73.在将石英管100的有效部分制成实心棒后，由于石英管100的两端仍有一部分无法完成制造，因而需要将两端端部切割，仅保留位于中心的实心部分。
74.s500：将石英套管套设于实心棒，以制成光纤预制棒。
75.在完成沉积和熔缩后，只需将石英套管套设于实心棒，即可制成光纤预制棒。
76.本实施例的光纤预制棒制造方法，通过上述光纤预制棒制造设备实施，该光纤预制棒制造方法通过将石英管100安装于机架1，由进料系统2向石英管100内输送化学前驱物，控制沉积炉3沿导轨往复运动，以使化学前驱物沉积于石英管100的内壁，以完成沉积；控制熔缩炉4沿导轨往复运动，以使石英管100熔缩为实心棒，以完成熔缩；然后将石英套管套设于实心棒，制成光纤预制棒。
77.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。