将大直径预型件拉成光纤的方法和感应炉技术

提出一种可拉伸直径高达１３０ｍｍ大直径预型件的感应炉，该炉包括在炉子操作期间由惰性调节气体包围整个预型件的上部和下部气道；该调节气体进入上部气道，向下流过炉子主体和下部气道而不产生显著紊流。在上部气道内的分配环可将气流方向从周边方向变成向下方向。上部气道还包括可松开地固定预型件顶部的弹性密封件。下部气道具有均匀减小的可防止在炉子出口形成紊流的横截面积。炉子绝热件最好是硬的自持石墨圆筒。还申请和公开一种用这种炉子拉伸大直径预型件的方法，将该预型件或者拉成光纤或者拉成较小直径预型件。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及拉制光纤的炉子和方法，具体涉及用大的玻璃预型件拉制光纤的石墨感应炉以及用这种大直径预型件拉制光纤或较小直径预型件的方法。设计用于拉制光纤的炉子根据加热方法可分成两大类，加热可以是导电加热或感应加热。感应加热炉一般是最好的，主要是应用具有灵活性。电感炉还可根据应用是石墨作的还是氧化锆作的加热元件而分成两类。这些感应炉一般包括圆筒感受器(石墨或氧化锆)，该感受器形成炉子的加热区域，并由绝热件包围，该绝热件又由感应线圈包围。当线圈激励时便产生可耦合到感受器的电磁场(一般被预热)，从而升高其温度并产生要求的高温区，使插入圆筒感受器的预型件熔化。在炉子加热区的顶部(所谓上部气道)和/或底部(所谓下部气道)形成形为圆筒管的延伸部。石墨炉使用超纯石墨加热元件。用这些炉子的典型问题是加热元件的氧化。石墨加热元件的反应性也污染反应区域。因此加热元件的寿命短，经常需要更换元件。一般，在炉子内形成惰性保护性气氛可以克服这些问题。为此目的通常应用氩气或氮气。在美国专利No.4 154 592中公开了应用氦气作调节气。氦气的高热导率有助于提高温度稳定性和提高靠近预型件头部的区域中的温度均匀性。若干文献已讨论了拉制光纤的炉子。例如IT 1077 118说明一种高频电炉，该电炉包括管形石墨心，该心包围待加热的东西，并又由感应绕组包围，高频电流加在该绕组上。包围该石墨心的外壳具有壁，该壁由若干个一个放在另一个顶上的部分组成，并向壁的内部送入惰性气体。包围石墨心的惰性气体可防止在炉子操作时石墨心受氧化。气体从炉子的中心引入，并使其逸散在外部分之间。该炉子能够工作在约2000℃的温度。US 4 174 462说明一种大直径的一般用途的石墨感应炉。炉中不用调节气体。代之以在炉中充满物质，以防止石墨感受器氧化受损。该感受器用粉末碳墨隔离，该碳黑装在石棉或混凝土圆筒内。DE 3 025 680说明一种拉制光纤的石墨感应炉。加热元件上涂有一层10μm厚的即使在高温下也不与玻璃反应的保护层例如铂层或铱层。该涂层可防止任何物质在加热元件和玻璃之间传输。US 4 154 592说明一种将预型件配置在马弗炉中的成形光纤的方法。马弗炉用电阻加热元件加热到足以使坯件第一端部达到预型件拉伸温度的温度。光纤从预型件的第一端部拉出，同时使氦调节气沿这样一个方向流过马弗炉，使得该调节气从光纤丝拉出的马弗炉端部排出。US 4 400 190说明一种拉制光纤的石墨电阻炉。石墨加热元件大体为圆筒形，横截面积减小的加热室位于中部，在加热室各个端部上为大直径区域。进气管和排气管插入大直径区域。中间加热室的内直径和进气与排气管的内直径基本上相等。在加热元件内从中间加热室到大直径区的过渡区为锥形。然而，这种端部开放使调节气体流过的炉子的方法其一个问题是，预型件和刚拉出光纤周围的涡流可能使光纤直径变化而影响光纤性能。产生这种涡流的一个可能原因是周围空气的上升气流，如美国专利No.5284 499和欧洲专利0 329 898说明的，这些专利提出在容器底部插入挡气板来防止上升气流。产生涡流的另一原因涉及围绕预型件的调节气体横截面积的差别。美国专利No.4 400 180提出通过适当调节加热元件直径和加热元件延伸部直径之间的比值可将这种涡流生成原因减小到最小。美国专利No.5 545 246提出为了减小此区域中沿预型件流动的调节气体中产生的涡流可在预型的拉制区域引入附加的调节气流。在M.Rajala等的论文“高速拉伸光纤大预型件的联合炉(Interhational Wire & Cables Symposium 1998)中公开一种石墨感应炉。其中感受器是内径为80mm的石墨元件。其它类型炉子即感应加热二氧化锆炉其结构相当简单，能在空气中操作是其主要优点。感应炉中加热元件是用Y2O3稳定的惰性ZrO2圆管。应用二氧化锆炉子的一个问题是，二氧化碳具有相当高的温度惰性。这造成在两次连续拉制操作之间需要停顿很长时间，因为二氧化锆感受器必须自然冷却，然后才能插入新的预型件。事实上，由于加热元件温度快速变化造成的热冲击形成二氧化锆感应加热炉的严重问题，因此需要在两次接连拉制操作之间防止炉子的强迫冷却。另外，当炉子例如因动力事故或电源问题而停机时，二氧化锆便以结构转变、破裂的形式冷却，这样便必须更换。这造成炉子长时期不能操作，因为二氧化锆感受器在开始拉制之前必须进行加热和稳定。美国专利No.4 450 333说明一种用预型件拉制光纤的二氧化锆感应炉。该炉子具有居中的管状感受器，在至少一部分感受器内表面上具有预型件材料(例如硅)的薄涂层。在感受器上的这种薄涂层可制止污染粒子从感受器内表面上的小裂纹迁移到预型件上。围绕感受器同心地配置一圆筒，并与圆筒隔开一定距离，该圆筒又由绝热颗粒物包围。该圆筒可防止从绝热颗粒物射出的小粒子穿过感受器上的大裂缝射到预型件和/或光纤上。美国专利No.4 608 473说明一种用石英预型件拉制光纤的二氧化锆感应炉。该炉子包括沿轴向定位的管形二氧化锆感受器。使用前，在至少一部分感受器内表面上加上蒸气沉积的石英“碳黑”。然后在高温下固结该石英碳黑。这种方法基本上可消除二氧化锆粒子从感受器迁移到预型件和/或纤维上。美国专利No.5 284 499说明一种拉制光纤的二氧化锆感应炉。在炉子顶部引入的气体形成邻接纤维的边界层。该边界层随同光纤一起穿过炉子，进入管子。该管子使光纤与外界气体隔离，使得在炉子中形成的边界层气体基本上保持均匀，直到光纤包覆层的粘度高到足以使围绕纤维外周的差致应变减少到最小。在管子底部配置平的挡气板，以防止外界大气进入管子底部。欧州专利849 232说明一种拉制光纤的二氧化锆感应炉。分开的气体源向炉子喷入调节气体，喷在预型件和炉壁之间。第一气源配置在炉子空间的入口端，在第二气源配置出口端的拉制锥形区。拉制光纤炉的其它例子包括法国专利2 368 677，说明一种石墨感应炉，该炉具有许多穿过感受器的孔；欧州专利329898，说明一种感应炉，该炉具有圆盘形的封闭底端的挡气板；英国专利1 521 231，说明一种石墨感应炉，具有二氧化锆内套；英国专利1 575 299，说明一种具有涂层感受器的石英感应炉；美国专利4 142 063，说明一种二氧化锆感应炉；和美国专利5 017 209，说明一种炉子，具有由各向异性圆筒绝热件包围的圆筒加热器。可以从例如下列制造商Astro(美国)、Centorr(美国)、Heathway(英国)、Lepel(美国)和Stanelco(英国)买到适合于拉制光纤的商品石墨炉和商品二氧化锆炉。用在商品炉中的常规预型件一般约40～50mm直径(用改型化学沉积工艺(MCVD)生产的)，并高到70～80mm(用外蒸气沉积法(OVD)或蒸气轴向沉积法(VAD)生产的预型件)。根据预型件直径，常规感受器直径一般约70mm(MCVD预型件)或约100mm(OVD或VAD预型件)。对光纤不断增长的需求要求改进光纤生产工艺，这种改进涉及工艺的多个方面，例如增加光纤拉制速度或减小一次拉伸操作和下次拉伸操作之间的停机时间。例如，采用直径大于常规直径的预型件(例如直径100mm或以上的预型件)可以提高光纤的生产率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将大直径光纤预型件拉成光纤或拉成较小直径预型件的方法，上述方法包括以下步骤： 将上述光纤预型件通过上部气道引入拉伸炉，该上部气道连接于上述炉子； 机械密封上述上部气道的上部分； 加热放入炉子中的上述预型件的底端，加热到其软化温度； 将调节气流引入上述上部气道； 其中，将调节气流引入的步骤包括使进入上述上部气道的上述调节气流沿着倾斜向下的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾科莫S罗巴，马西莫努蒂尼，佛朗哥韦罗内利，
申请(专利权)人：皮雷利卡维系统有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]