一种制造光纤预制棒的装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于光纤光缆技术领域，更具体地，涉及一种制造光纤预制棒的装置及方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，光纤预制棒的制备通常有两种途径：以MCVD、PCVD等为代表的管内法；和以 VAD、0VD为代表的管外法。其中，管外法以其水峰容易控制、生产成本相对较低等优势，逐渐 成为当前制备单模光纤预制棒的主流技术。
[0003] 其中，VAD技术更适合制备光纤预制棒芯棒。VAD制备技术环节包括:1.粉体棒的沉 积过程;2 .粉体棒的脱水过程;3.粉体棒的烧结过程，形成透明的玻璃光纤预制棒母棒;4. 光纤预制棒母棒的拉伸过程，最终成为光纤预制棒的芯棒部分。其中，对于设备制造效率及 设备产能影响最大的过程为粉体棒的沉积过程。因此，粉体棒的沉积过程也成为了 VAD技术 制备光纤预制棒的核心过程之一。
[0004] 粉体棒的沉积过程对设备制造效率及设备产能的影响主要体现在：（1)芯层部分 的直径:为了配合外包层的尺寸，VAD沉积并烧结后得到的芯棒母棒通常需要被拉伸至特定 尺寸。在粉体预制棒长度一定的情况下，芯层部分的直径越大，意味着可拉伸长度越长，设 备的产能越高。（2)沉积过程中粉尘的收集效率:沉积过程中，一部分粉尘作为有效部分被 沉积在粉体预制棒上；另一部分粉尘作为无效部分被排风装置排走。更多有效的沉积意味 着更高的收集效率，从而得到更高的材料利用率及更低的制造成本。
[0005] 在现有技术中，沉积的过程必须发生在一定的衬底上。对VAD技术而言，其衬底为 初始的靶棒以及粉体自身。VAD沉积过程中，通常使用两个喷灯同时进行。一个喷灯负责沉 积芯层部分，另一个负责沉积包层部分。目前绝大多数VAD沉积时，靶棒固定于纵向推杆下 端，并以推杆纵向为轴线旋转。靶棒的尺寸由于操作不便等原因通常不会大于50mm。因此从 沉积初始阶段开始，衬底的面积就受到了限制，导致生长出的芯层尺寸也无法大幅提高，并 进一步导致包层收集效率受到限制，以及芯棒母棒可拉伸长度受到限制。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术中的不足，提供了一种光纤预制棒的制造装置与方法，提高 了制造效率和速率。
[0007] 本发明方法的技术方案为：
[0008] 本发明对现有传统VAD旋转机构做出了改进：由以往的单一旋转轴的沉积方式改 为具有行星旋转特征的双旋转轴的沉积方式。两个旋转轴之间存在一定夹角。主旋转轴带 动行星式旋转整体以一定的转速在做公转运动的同时，行星式旋转轴自身以及固定于其上 靶棒也在以一定的转速自转。沉积开始后，芯层沉积物以粉尘的形式逐渐在靶棒下端生长。 本发明中的靶棒在双旋转轴的带动下作往复运动，模拟了一个更大的沉积衬底，本质上是 增加喷灯喷出物与衬底(靶棒)的接触面积和/或接触时间，使得在其他条件不变的前提下， 有更多的物质转化为预制棒沉积物。同时，由于沉积物的生长方向与主旋转轴一致，沉积物 会在这个更大的衬底上不断生长，保证了沉积的均匀性。
[0009] 为了实现上述目的，本发明提供了一种制造光纤预制棒的装置，包括主旋转轴、行 星式旋转轴、旋转夹头、沉积腔体与喷灯组件，所述行星式旋转轴安装于主旋转轴上并与主 旋转轴具有预设夹角，主旋转轴能够以自身的中心轴线为旋转轴旋转并沿竖直方向移动， 从而能够带动行星式旋转轴做公转运动;行星式旋转轴以自身的中心轴线为旋转轴旋转做 自转运动，并且带动固定于其上的靶棒一起运动;所述旋转夹头固定连接于所述行星式旋 转轴的下端，用于固定安装靶棒;所述喷灯组件用于对安装于行星式旋转轴下端的靶棒进 行芯层沉积和包层沉积。
[0010] 本发明的一个实施例中，所述行星式旋转轴包括行星式旋转轴本体、行星式旋转 轴支架、旋转驱动电机、固定于主旋转轴上的导电环，以及用于连接导电环与旋转驱动电机 的导电铜片，其中所述行星式旋转轴支架固定连接在所述主旋转轴的下端，行星式旋转轴 本体与所述行星式旋转轴支架固定连接，所述旋转驱动电机用于驱动所述行星式旋转轴本 体自转。
[0011] 本发明的一个实施例中，所述喷灯组件包括芯层喷灯和包层喷灯，其中所述芯层 喷灯用于沉积芯层部分，所述包层喷灯用于沉积包层部分。
[0012] 本发明的一个实施例中，所述主旋转轴垂直于水平方向，行星式旋转轴与主旋转 轴之间具有0-15°的夹角。
[0013] 本发明的一个实施例中，所述导电环通过导电铜片与固定于行星式旋转支架上绕 主旋转轴旋转的行星式旋转轴上的旋转驱动电机连通，并且为旋转驱动电机输送能源与控 制信号。
[0014] 本发明的一个实施例中，靶棒下端点与主旋转轴线间的水平距离L为0-50mm。
[0015] 本发明的一个实施例中，主旋转轴转速为25-75rpm，行星式旋转轴转速为40-200rpm。
[0016] 按照本发明的另一方面，还提供了一种利用上述装置制造光纤预制棒的方法，包 括:将靶棒固定安装于行星式旋转轴下端的旋转夹头上，靶棒与行星式旋转轴同轴自转并 且绕主旋转轴公转，喷灯组件的喷嘴喷出的反应物质在靶棒表面沉积为粉尘。
[0017] 本发明的一个实施例中，主旋转轴垂直于水平方向，行星式旋转轴与主旋转轴之 间具有0-15°的夹角，靶棒下端点与主旋转轴线间的水平距离L为0-50mm。
[0018] 本发明的一个实施例中，主旋转轴转速为25-75rpm，行星式旋转轴转速为40- 200rpm。
[0019] 在其他工艺条件相同的前提下，一个更大的衬底通常意味着更高的收集效率。特 别对于芯层部分，其直径越大，则设备产能越高，同时由于包层的沉积通常发生在芯层之 上，芯层直径越大，提供给包层沉积的"衬底"面积也越大，从而可以得到更高的粉尘收集效 率。本发明的有益效果在于:该装置的运用，使得靶棒在沉积初期进行公转加自转的往复运 动，增加了反应物质与靶棒的接触效果，大大提高管外法制备光纤粉体预制棒的制造速率 和沉积效率，进而大幅提尚单台设备的有效广能。
【附图说明】
[0020] 图1是传统VAD沉积系统示意图，包括粉体预制棒运送机构(01)，主旋转轴(02)，旋 转夹头(03)，靶棒(04)，芯层喷灯(05)，包层喷灯(06)以及沉积腔体(07);
[0021] 图2是本发明实施例中具有行星式旋转特征的VAD沉积系统示意图，包括粉体预制 棒运送机构(01)，主旋转轴(02)，旋转夹头(03)，靶棒(04)，芯层喷灯(05)，包层喷灯(06)以 及沉积腔体(07)，行星式旋转轴本体(08)，行星式旋转轴支架(09)，旋转驱动电机（10)，固 定于主旋转轴上的导电环（11)，导电铜片（12);
[0022] 图3为传统VAD方法沉积初期芯层粉尘生长示意图；
[0023] 图4本发明实施例中具有行星式旋转特征的VAD沉积初期粉尘生长示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]图1是传统VAD沉积系统示意图，包括粉体预制棒运送机构01，主旋转轴02,旋转夹 头03，靶棒04，芯层喷灯05，包层喷灯06以及沉积腔体07。上述主旋转轴02，旋转夹头03，靶 棒04，芯层喷灯05，包层喷灯06均放置于沉积腔体07中，并且通过沉积腔体07的抽风口抽 风。粉体预制棒运送机构01用于运送粉体预制棒在主旋转轴02下方形成靶棒04,旋转夹头 03用于对靶棒04进行轴向限位，VAD沉积过程中，