《拉丝是将已制得的光纤预制棒直径缩小精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拉丝是将已制得的光纤预制棒直径缩小精选文档.ppt（45页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1,（二）光纤制造工艺,2,3,1. 工艺方法分类,光纤制造技术,4,改进的化学汽相沉积法MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition）,5,SiCl4 + O2 SiO2 + 2Cl2 GeCl4 + O2 GeO2 + 2Cl2 气态 气态 固态 气态,6,MCVD工艺的关键技术,沉积机理与微粒烧结 OH-控制技术 熔缩成棒,7,MCVD工艺的优缺点：,MCVD工艺主要被美国OFS等公司采用。该光纤制造工艺的最大优点是全封闭系统内部沉积，其最大的缺点是所制造的预制棒尺寸小。,8,等离子体汽相沉积法PCVD (Plasma Chemical Vapour
2、Deposition),9,PCVD工艺的关键技术,等离子体抛光 熔缩工艺 粘度匹配,10,PCVD工艺的优缺点：,1982年荷兰飞利浦公司的PCVD工艺投入工业化生产。 2005年 长飞 利用PCVD工艺制备非零色散位移单模光纤规模化生产的技术研究获国家科学技术进步二等奖.,11,外汽相沉积法(OVD)Outside Vapour Deposition,12,OVD工艺的关键技术：,疏松棒沉积 对于OVD工艺的沉积速度和沉积效率而言，温度梯度就是关键工艺参数。包括火焰温度、沉积表面的温度、靶棒周围的环境温度等。 疏松棒固化 疏松棒的干燥和烧结过程合并称为固化 疏松棒的烧结 采用区域烧结方式在
3、14001600将疏松棒烧结成透明棒。区域烧结方式是从一端开始烧结，连续向另一端进行。,13,外汽相沉积法(OVD)Outside Vapour Deposition,14,OVD工艺的优缺点：,15,轴向化学气相沉积法(VAD) Vapour phase Axial Deposition,16,VAD工艺的关键技术：,折射率分布控制技术 RIPGeO2 浓度微粒的沉积特性温度(400-800)。 脱水-烧结技术 1)140，除去物理吸附水分子。 2)400，部分除去化学键OH。 3)800-1200，在含10%左右SOCl2或者Cl2的氦气气氛中化学处理，彻底除去化学键接的OH。 VAD工艺
4、烧结过程包括致密化和微孔闭合两个阶段,17,VAD工艺的优缺点：,18,19,“两步法”的两个显著特点在于： （1）光纤预制棒的光学特性主要取决于芯棒制造技术； （2）光纤预制棒的成本主要取决于外包层技术。因此，芯棒制造技术和外包层技术共同决定着光纤预制棒制造工艺的技术水平、经济效益。 由于外包层工艺可以直接降低光纤的成本，因而各厂家都在研究用最低成本而回报最高的包层工艺。,20,预制棒外包层工艺所追求的技术指标是芯与外包层直径的比例，不是芯直径或者外包层直径，但是，其中经过的这些结构和尺寸的变化对于控制增加了复杂性。,一、套管法,21,二、套管预制棒新技术,2002年以来，德国赫劳斯公司大力
5、开发RIC（Rod In Cylinder）预制棒技术。该技术是传统套管法（Rod In Tube，RIT）的新发展。 用套筒（cylinder）代替管子，表示所用的套筒的壁厚和直径非常大。2003年，采用120mm（直径）45mm（壁厚）1500mm（长度）的厚壁合成石英玻璃套管，在旋转式拉管设备中与芯棒在真空条件下合成直径90mm、长度2.4m的大预制棒,并同步拉制出1200km光纤。 2004年2月，德国赫劳斯公司的子公司推出一种降低光纤生产成本的新工艺，称在线RIC工艺。（在线）的意思是指芯棒-套管的熔缩在拉丝时同步进行。MCVD，PCVD，VAD，OVD制造的芯棒都可以利用这种新型R
6、IC大预制棒技术。,22,传统RIT与RIC-ODD工艺比较：,圆筒,拉管,芯棒,熔缩成预制棒,拉丝900km光纤,圆筒,芯棒,ODD,5200km光纤,RIT,RIC-ODD,23,由上面两个图可以得出以下结论： RIC-ODD不需要拉管工序，节约材料，节约工时； RIC-ODD套筒经过机械加工，椭圆度、偏振度、弯曲度、等几何精度都比拉出的管子好。 RIC预制棒尺寸大，节约材料、节约工时、有利于高速拉丝。 不必先把套管与芯棒熔缩在一起，节约材料，节约工时。,24,三、粉末外包层法,1984年，ASarkar博士提出了VAD芯棒与OVD附加外包层相结合的混合工艺。用OVD附加外包层，一般是像普
7、通OVD那样，以芯棒为靶棒进行水平式沉积，也可以把芯棒垂直安装进行沉积。 国际上通常将OVD/VAD之类的火焰水解工艺统称为粉末工艺。1984年后，美国康宁公司将粉末外包技术用于工业化生产，用VAD生产光纤的厂家也用粉末外包技术替代套管法。 1999年以后，粉末外包技术和设备已经有商品，许多用MCVD制造芯棒的厂家也纷纷用粉末外包代替套管法。 目前，采用粉末外包预制棒拉制光纤的数量约占全世界生产的光纤总量的80%。,25,粉末外包层法与套管法: 它的一大优势就是可以根据不同芯棒的芯径和相对折射率差来沉积适当厚度的外包层，满足光纤传输对模场直径和截止波长的要求，不受套管尺寸规格的限制。 除此之外
8、，以芯棒为中心的圆对称沉积，通过调节喷灯位置和预制棒的移动方式，可有效地控制沉积的均匀性等，也可以使光纤的同心圆和纵向均匀性都得到改善。 当前的粉末外包工艺已经采用了计算机控制，整个沉积过程按预先编制的工艺程序软件，通过计算机实时监测沉积质量，达到设定质量即自动停止沉积。,26,四、等离子体外包层技术,现在等离子体外包工艺有等离子体喷涂法和等离子体外沉积法。 等离子体喷涂法是由法国阿尔卡特公司开发的。该工艺是以高纯天然石英粉为原料、用高频等离子体在芯棒上熔制外包层的技术。 等离子体外沉积法利用四氯化硅做原料，它是用高频等离子体进行化学气相沉积化合成石英玻璃外包层的技术，尚未普遍应用。,27,热
9、源是大气压状态的高频等离子气体,过滤后的空气或氧气,双层石英玻璃管构成的等离子喷灯,高频感应线圈,等离子体喷涂工艺的外包工艺示意图：,28,等离子体喷涂工艺的外包层工艺以高纯天然石英粉为原料，要选择粉末密度、粒度，使其能在几毫秒内迅速熔化，还要考虑能够有效地将粉末送到等离子体并不被等离子体湍流所分散，以达到高沉积速率和效率。热源是大气压状态的高频等离子体。工作气体是过滤后的空气或氧气。工作频率3.4MHz，功率40100kW，在高频感应下，管内的气体电离，形成等离子体，看起来像喷灯喷出的火焰。被喷涂的芯棒安装在卧式玻璃车床上，边旋转边往复平移。等离子体火焰朝向芯棒，与其纵轴垂直。以控制的速率将
10、石英粉输入火焰，石英粉立即熔融并喷射到芯棒外表面，形成纯净透明的石英玻璃外包层。等离子体火焰的温度极高，约10000，这种高温可把石英粉中的杂质气化，使石英粉进一步得到纯化。经过多层喷涂，可得到7080mm的大直径预制棒。沉积之后，等离子体抛光，除去表面冷凝的细微粉末。,等离子体喷涂工艺的外包层工艺内容：,29,等离子体外包层法与粉末外包层法比较： 1. 等离子体喷涂是采取激光测径技术直接监测外包层直径，监测信号反馈到平移机构，控制平移速度，保证获得所设计的外包层直径及其纵向一致性。 粉末外包层工艺是采取监测沉积质量来控制工艺过程的。 2. 等离子体喷涂工艺所沉积的是完全致密化的透明玻璃，工艺
11、控制所监测的外包层直径实际上是最终要求的指标。 粉末外包层技术沉积的是疏松质半烧结态二氧化硅粉，其最终直径取决于疏松质的体密度；并且，在经过脱水-烧结工艺完全致密化以后，不仅其直径收缩，并且在长度方向，包括芯棒在内也一起缩短。显然，与初始情况相比，芯材料的直径变大了，而设计所依据的是初始情况的芯直径。,30,富通开发成功的低水峰光纤预制棒,长飞光纤预制棒,31,32,光纤拉丝,拉丝是将已制得的光纤预制棒直径缩小，且保持芯包比和折射率分布不变的操作。 光纤拉制工序的过程就是将前道工序制成的预制棒，通过高温炉将预制棒加热软化，在牵引的作用下拉制成等直径光纤的过程。,33,34,光纤直径控制原理 已
12、知在正常状态，若预制棒的馈送速度为V送，光纤的拉丝速度为V拉,预制棒的外径为D，裸光纤的外径为d。 熔化前的棒体容积： (D/2）(V送 t) 等于熔化拉丝后光纤的容积： (d/2）(V拉 t) 化简后关系： V拉=V送 (D /d),35,预制棒的预处理,预制棒,预制棒和把棒连接,36,拉丝塔工艺控制过程,37,拉丝塔主要部件介绍（送棒机构）,1 手动控制盒可控制送棒机构可上 下左右移动 2 将预制棒向下送入拉丝炉内，目 测预制棒与拉丝炉的间隙。当发 现其偏离中心位置时，用手动控 制盒上的XY位置调整按钮进 行调整,38,拉丝塔各部件介绍（拉丝炉）,Ar,冷却水,中心管,套管,冷却水：起到冷
13、却炉体、炉顶盖、炉底盖、电极、和夹具的作用，确保冷却水已开 Ar：确保炉内充满氩气，避免石墨和氧气接触发生反应 退火管：消除光纤的应力 中心管：石墨体 顶盖：防止氧气进入拉丝炉 电极：电加热,退火管,顶盖,电极,39,UV胶,拉丝塔各部件介绍（涂覆装置）,CO2: 消除涂覆过程中出现的气泡 涂覆材料：环氧丙烯酸酯或聚丙烯酸酯,40,拉丝塔各部件介绍（光固装置）,UV石英灯管：避免通过的光纤受空气的污染和振动 N2：惰性气体氮气用来避氧以加速固化。洁净干燥的氮气从石英管底部被引入，并以层流的方式向上到炉子顶端，这将起着排除氧气的作用，同时还可带出涂料中的挥发组分，使光纤免受污染，还可避免光纤因受
14、灯源的红外辐射所致的过热问题 抽风装置：确保紫外固化炉在正常工作时不至于因温度过高而烧坏炉子。,41,筛选工艺及设备简介（筛选设备）,通过在光纤上施加一适当大小的张力，筛去低于或等于筛选强度的裂纹点，保证幸存光纤的机械可靠性，从而避免光纤在后续工序的使用过程中断纤；这主要是因为当光纤在成缆过程中和用于实际环境中时，必须经受住一定的机械应力和化学环境的侵蚀,选择传输特性优良和张力合格的光纤,42,经过强度试验后，合格光纤将进行传输性能和几何性能的测试。,最后工艺测试与包装,43,拉丝塔结构,环境条件： 洁净度：10000级 温度：2030 湿度：40%70%,44,拉丝工序的安全防护措施,在拉丝
15、塔上作业时要穿戴好洁净服、防滑鞋和安全帽。 在拉丝塔上作业时，所用的工具用完后要立即放回工具箱内，严防任何物品从高处坠落。 在拉丝塔正常运行时，牵引轮和收线机的防护罩必须关上。 高温操作时必须戴好隔热手套，避免被高温光棒及熔化料头烫伤。 接触光纤碎屑（如光纤穿丝过程），要防止光纤扎伤皮肤；万一光纤扎入皮肤，应立即用镊子将其夹出。 在UV固化灯和拉丝炉等强光处操作时要戴好防护墨镜，严禁裸眼直视。 在进行接触化学品如涂覆树脂、乙醇等的操作时，要戴好乳胶手套。 在升降机上操作时，当升降机在升降过程中，头手不要伸到护栏外部。 防止拉丝炉及拉丝炉周围的水泄漏，一旦发现泄漏，立即切断电源；在泄漏被查明和修复之前，拉丝炉不能通电。 防止UV固化灯内烟气进入工作间。,45,拉丝工序的主要辅料及工具,原料：光纤预制棒(带把棒) 内涂UV固化涂料 外涂UV固化涂料。 辅料：收线盘 氩气 氮气 二氧化碳 氦气 乙醇 洁净纸 一次性手套 粘胶带等。 工具：光纤坠 力矩扳手 斜口钳 清洁刷 乙 醇瓶 手电筒 铁桶 吸尘器 镊子 螺 丝刀 卷尺 直尺 喉箍等。,