一種制備低羥基石英套管的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石英管制造的技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種制備低羥基石英套管的裝置，本發(fā)明還提供了采用該裝置制造低羥基石英套管的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖預(yù)制棒是用來拉制光纖的石英玻璃棒，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，斷面由內(nèi)而外依次為芯層、內(nèi)包層和外包層，其中芯層和內(nèi)包層一般同時(shí)被制造出來，稱為芯棒，然后由芯棒和外包層組合成為光纖預(yù)制棒。
[0003]芯棒主要決定光纖預(yù)制棒的性能，外包層主要決定光纖預(yù)制棒的制造成本。目前制造光纖預(yù)制棒外包層的工藝路線主要分兩類:套管法和合成法。其中套管法是將制造好的芯棒和石英套管熔合在一起得到光纖預(yù)制棒或直接拉制成光纖的方法，該方法具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，其缺點(diǎn)是石英套管本身價(jià)格昂貴，限制了光纖預(yù)制棒制造商制造成本的降低。隨著外包層合成技術(shù)的不斷進(jìn)步，套管法的成本劣勢(shì)越來越凸顯。
[0004]套管法制造光纖預(yù)制棒時(shí)用到的石英套管具有純度高、羥基含量低的特點(diǎn)，目前可大量提供光纖預(yù)制棒用石英套管的供應(yīng)商不多，基本由德國(guó)賀利氏公司壟斷，對(duì)套管法光纖預(yù)制棒制造商來說，降低制造成本更加困難。
[0005]德國(guó)賀利氏公司采用化學(xué)合成法制造石英套管，主要工藝流程見圖2。先合成并沉積出二氧化硅粉塵堆積體，然后對(duì)其進(jìn)行脫水并玻璃化，再對(duì)內(nèi)外表面進(jìn)行冷加工得到成品石英套管。合成法制造光纖預(yù)制棒用石英套管工藝中，制造二氧化硅粉塵堆積體是實(shí)現(xiàn)難度最大的環(huán)節(jié)，合成法制造光纖預(yù)制棒用石英套管工藝中，制造二氧化硅粉塵堆積體時(shí)，由四氯化硅或硅氧烷等含硅物質(zhì)反應(yīng)后生成的二氧化硅微粉收集率一般約為60%，同時(shí)為處理未被收集的粉塵，需要額外投入處理成本，合成法制造光纖預(yù)制棒用石英套管工藝中，對(duì)二氧化硅粉塵堆積體進(jìn)行脫水和玻璃化的環(huán)節(jié)決定著石英套管的光學(xué)性能，脫水和玻璃化一般在兩臺(tái)設(shè)備上完成，或在一臺(tái)設(shè)備中緩慢進(jìn)行，該過程生產(chǎn)效率較低，占用了整個(gè)制造流程的較多時(shí)間，合成法制造光纖預(yù)制棒用石英套管工藝中，為得到大直徑石英套管，制造出的二氧化硅粉塵堆積體密度較大，這導(dǎo)致對(duì)其進(jìn)行脫水和玻璃化的難度較大，難以得到羥基含量極低的石英套管，合成法制造光纖預(yù)制棒用石英套管工藝中，制造的粉塵堆積體的長(zhǎng)度決定了石英套管的長(zhǎng)度，而為保證粉塵堆積體的直線度，難以制造太長(zhǎng)石英套管，綜合上述可知合成法制造石英套管工藝繁瑣，成本較高。
[0006]石英材料供應(yīng)商也在積極開發(fā)與德國(guó)賀利氏公司不同的石英套管制造方法。例如三星電子公司專利號(hào)為ZL00126474.5的專利公開了 “生產(chǎn)管狀石英玻璃產(chǎn)品的方法”，其本質(zhì)公開了溶膠凝膠法制備石英套管，并對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)。但該方法仍存在成品率低、難以制造大尺寸產(chǎn)品等問題，不能滿足光纖預(yù)制棒行業(yè)日益提高的技術(shù)要求。
[0007]久智光電子材料科技有限公司申請(qǐng)?zhí)枮?00710106044.2的專利公開了使用石英砂制造石英砣，對(duì)石英砣進(jìn)行加工后，再延伸成石英套管的技術(shù)。該技術(shù)具有成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)，但產(chǎn)品質(zhì)量主要由其原材料石英砂決定，石英砂品質(zhì)的波動(dòng)會(huì)直接影響石英套管的品質(zhì)，而石英砂內(nèi)部的雜質(zhì)是難以完全消除的，這就限制了石英套管品質(zhì)的提高，且加工形成的石英套管的內(nèi)孔和外圓均需要進(jìn)行磨削，磨削難度較大、磨削時(shí)間長(zhǎng)，降低了石英套管的生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種制備低羥基石英套管的裝置，通過該裝置制作石英套管省去了制造二氧化硅粉塵堆積體的步驟，大幅降低了制造光纖預(yù)制棒用石英套管的技術(shù)難度，對(duì)微粉100%收集、降低了材料成本和廢處理成本，且簡(jiǎn)化了工藝流程和制造工藝；易制成羥基和金屬雜質(zhì)含量低的石英套管，可制造超長(zhǎng)石英套管。
[0009]—種制備低羥基石英套管的裝置，其技術(shù)方案是這樣的:其包括料斗、玻璃化爐、脫水爐，其特征在于:其還包括內(nèi)石英管、外石英管，所述料斗內(nèi)裝有二氧化硅微粉，所述料斗為封閉容器，所述料斗設(shè)置有進(jìn)料口，所述料斗的底部設(shè)置有出料口，所述內(nèi)石英管位于所述外石英管的內(nèi)腔，所述內(nèi)石英管的中心軸線盒所述外石英管的中心軸線互相重合，所述內(nèi)石英管的外壁和所述外石英管的內(nèi)壁間形成環(huán)形腔體，所述內(nèi)石英管、外石英管的底端面封裝有石英隔板，所述外石英管的上端連接有上尾管，所述上尾管的下端環(huán)面、外石英管的上端環(huán)面間無縫焊接，所述內(nèi)石英管的上端環(huán)面蓋裝有蓋板，所述上尾管的上端部開口連通料斗的出料口，所述上尾管的外環(huán)面布置有所述脫水爐，所述上尾管的下部外環(huán)面?zhèn)认蜷_有進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管位于所述脫水爐的下方，所述上尾管的上部外環(huán)面?zhèn)认蜷_有排氣管，所述料斗的出料口和所述上尾管的上端部開口間設(shè)置有進(jìn)料控制閥，所述排氣管、料斗的上部分別通過管路連通至真空栗，所述真空栗具體為有耐酸腐蝕功能的真空栗，所述外石英管的外環(huán)面布置有所述玻璃化爐，所述玻璃化爐可沿著所述外石英管的中心軸線平行向移動(dòng)，所述料斗通過料斗排氣管連接至所述真空栗，所述料斗排氣管上布置有閥門。
[0010]其進(jìn)一步特征在于:所述閥門優(yōu)選為電動(dòng)閥；
[0011]所述進(jìn)料控制閥和所述料斗的出料口、所述上尾管的上端部開口兩者之間密封連接，確保進(jìn)料控制閥關(guān)閉時(shí)，上尾管、料斗在該處的真空狀態(tài)下漏率不大于10帕/小時(shí)；
[0012]所述內(nèi)石英管和外石英管的上端設(shè)置有中心軸定位連接結(jié)構(gòu)，所述中心軸定位連接結(jié)構(gòu)具體為定位架結(jié)構(gòu)，所述定位架結(jié)構(gòu)的中心設(shè)置有所述蓋板，所述蓋板的外環(huán)部下凸形成定位環(huán)，內(nèi)石英管的頂部嵌裝于定位環(huán)所形成的空腔內(nèi)，所述定位架的連接桿的焊接連接所述外石英管的對(duì)應(yīng)位置的內(nèi)壁；
[0013]優(yōu)選地，所述定位架結(jié)構(gòu)和所述外石英管通過模具一體成型，為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)；
[0014]所述內(nèi)石英管的頂部側(cè)壁開有槽口，該槽口用于抽真空，所述蓋板的直徑大于所述內(nèi)石英管的直徑，所述蓋板確保二氧化硅微粉不會(huì)由槽口進(jìn)入到內(nèi)石英管的內(nèi)腔，且槽口以下的內(nèi)石英管的長(zhǎng)度確保制造形成的石英套管的長(zhǎng)度達(dá)到光纖預(yù)制棒的制作要求；
[0015]所述石英隔板支承于下尾管，下尾管的高度確保所述玻璃化爐對(duì)于所述環(huán)形腔體內(nèi)的物料的正常玻璃化。
[0016]—種制造低羥基石英套管的方法，其特征在于:其采用上述裝置，其具體步驟如下:
[0017]a通過入料口向料斗中通入二氧化硅微粉；
[0018]b開啟真空栗，此時(shí)閥門開啟，分別將料斗、石英組件所形成的腔體進(jìn)行抽真空處理，要求壓力不高于10Pa，壓力到位后，繼續(xù)抽真空2小時(shí)?5小時(shí)，生產(chǎn)過程中真空栗始終開啟；
[0019]c將玻璃化爐降至中心與下尾管的上端等高處，脫水爐位于進(jìn)氣管上方，位置保持不變，對(duì)玻璃化爐和脫水爐進(jìn)行升溫，脫水爐溫度升至1130°C?1250°C，玻璃化爐溫度升至 1420°C?1500°C ；
[0020]d關(guān)閉閥門，然后由進(jìn)氣管通入氦氣、氯氣混合氣，氦氣流量0.5slm?5slm，氯氣流量0.05slm?0.5slm，同時(shí)調(diào)節(jié)真空栗15 ；
[0021]e玻璃化爐逐漸提升至直至玻璃化爐的中心位于外石英管的最高位置，對(duì)內(nèi)石英管外壁、外石英管內(nèi)壁進(jìn)行脫羥處理，然后以勻速返回；
[0022]f開啟進(jìn)料控制閥，二氧化硅微粉自然下落，經(jīng)過脫水爐時(shí)，在高溫和氯氣環(huán)境下被脫羥，落至底部時(shí)在高溫石英玻璃表面逐漸形成透明石英玻璃；
[0023]g隨著步驟f所述過程的進(jìn)行，玻璃化爐向上移動(dòng)至玻璃化爐的中心位于外石英管的最高位置，移動(dòng)總長(zhǎng)