專利名稱：玻璃預(yù)制品的火焰磨蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對重的玻璃予制品進(jìn)行火焰磨蝕(flameabrading)的方法，特別是涉及一種火焰磨蝕大而重的玻璃坯料的方法，該法在保持該大而重的玻璃坯料于垂直狀況下施行火焰噴蝕，使在多孔坯料燒結(jié)過程中由熱處理不能轉(zhuǎn)變成透明的那一部分未燒結(jié)玻璃坯料和火焰噴蝕的無效部分轉(zhuǎn)變成透明玻璃。
至今作為制備高純石英玻璃予制品(下文提及時(shí)稱“玻璃予制品”)的方法，VAD方法(汽相軸向沉積法)，OVD方法(外汽沉積法)及類似方法已為公知。該法包括用氫氧火焰對二氧化硅(SiO2)玻璃細(xì)粒，該細(xì)料由四氯化硅(SiCl4)生材料經(jīng)水解反應(yīng)制備，沉積在一根旋轉(zhuǎn)的初始棒、例如是二氧化硅棒的外表面上，形成一個(gè)成軸向方向的多孔予制品，然后把多孔予制品變成透明的玻璃，制成用于光纖的玻璃坯料。由于最后的玻璃予制品是具有幾微米粗糙度表面的一種透明玻璃，該玻璃予制品的表面經(jīng)由火焰磨蝕以制成一個(gè)光滑表面，然后再把玻璃予制品拉制成絲。一般說，由于用來進(jìn)行火焰磨蝕的車床是臥式的，支撐棒會(huì)在玻璃予制品的兩端，支撐棒通過卡盤固定在車床上，然后玻璃予制品用運(yùn)動(dòng)的氫氧燃燒器進(jìn)行火焰磨蝕。
最近，鑒于要降低光纖的成本，予制品通過增加直徑和/或長度具有大尺寸。在這種臥式車床的情況下，在予制品有較重的重量而且僅僅通過支撐棒支撐時(shí)，因?yàn)楦哓?fù)荷所以存在著一個(gè)或2個(gè)支撐棒可能破裂的危險(xiǎn)。為了解決這個(gè)問題，一種包括垂直地夾持玻璃予制品的方法已由日本專利，公開號(hào)為228844/1991提出。
同時(shí)，予制品無效的部分在制造透明玻璃的熱處理工序(燒結(jié)工序)中，為了把它轉(zhuǎn)變成透明玻璃，進(jìn)行充分加熱，以提高其使用的有效系數(shù)，但存在一個(gè)問題，就是由于予制品的重量使支撐棒拉長，結(jié)果予制品下垂。也就是說，在燒結(jié)工序中，無效部分不能完全轉(zhuǎn)變成透明玻璃，使得未燒結(jié)的煙灰(Soot)(未燒結(jié)的細(xì)玻璃粒)留在了玻璃予制品的端頭和支撐棒上。未燒結(jié)的煙灰在拉制工序中浮在爐中并且它粘附到玻璃予制品上，使得抽出的纖維強(qiáng)度減少。因此，需要把未燒結(jié)的煙灰轉(zhuǎn)變成透明玻璃。然而，在火焰磨蝕工序中為把粘附在支撐棒上的未燒結(jié)的煙灰轉(zhuǎn)變成透明玻璃進(jìn)行充分加熱時(shí)，由于予制品的重量，支撐棒被伸長，使得不能獲得良好的火焰磨蝕予制品。雖然我們已研究了在予制品下端的支撐棒，為防止支撐棒的伸長，旋轉(zhuǎn)的予制品的端頭的旋轉(zhuǎn)軸線沒必要相應(yīng)于卡盤的中心，并且支撐棒在其受力夾持時(shí)可能破裂。
本發(fā)明提供一種用于火焰磨蝕一旋轉(zhuǎn)玻璃予制品的表面的方法，其通過沿玻璃予制品的長度方向移動(dòng)的氫氧火焰進(jìn)行，其中氫氧火焰的運(yùn)動(dòng)速度為進(jìn)行火焰磨蝕處理可以變化。
本發(fā)明也提供一種用于火焰磨蝕一旋轉(zhuǎn)玻璃予制品的表面的方法，其通過沿玻璃予制品的長度方向移動(dòng)的氫氧火焰進(jìn)行，其中氫氧火焰的氫氧氣流量為進(jìn)行火焰磨蝕處理可以變化。


圖1是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明處理的予制品的簡略視圖;
圖2是一個(gè)沉積細(xì)玻璃粉末工序的簡略視圖;
圖3是一個(gè)使用一般臥式車床進(jìn)行火焰磨蝕工序的簡略視圖。
在本發(fā)明中，氫氧氣的流量和運(yùn)動(dòng)速度均可變化。
在一最佳實(shí)施例中，利用一個(gè)第一和一個(gè)第二燃燒器組可進(jìn)行火焰磨蝕處理。該第一燃燒器組包括多個(gè)氫氧燃燒器，其設(shè)置要使火焰噴嘴在垂直于玻璃予制品的圓柱體軸線的一平面內(nèi)朝著玻璃予制品的表面。而第二燃燒器組包括多個(gè)氫氧燃燒器，其設(shè)置在垂直于玻璃予制品的圓柱體軸線的一個(gè)平面內(nèi)，第一和第二燃燒器組可單獨(dú)或結(jié)合在一起移動(dòng)。
本發(fā)明其特征在于，在予制品垂直進(jìn)行火焰磨蝕時(shí)，氫氧火焰的運(yùn)動(dòng)速度和/或氫氧流量是可變的。例如，運(yùn)動(dòng)速度被控制或調(diào)整，使具有較小外徑的予制品的部分火焰磨蝕的速度大于具有不變的最大外徑的予制品部分的火焰磨蝕速度，這取決于予制品的外徑，控制或調(diào)整氫氧流量，使得具有較小外徑的予制品部分的火焰磨蝕的氫氧氣流量小于具有不變的最大外徑予制品的部分火焰磨蝕的氫氧氣流量，取決于予制品的外徑，并且可把兩者結(jié)合起來使用。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榇蟮牟Ａв柚破穵A持在垂直狀態(tài)，由于予制品的重量而產(chǎn)生的支撐棒破裂就能避免了。此外，因?yàn)橹伟襞c主棒是聯(lián)結(jié)的，最好通過一個(gè)銷與主棒安裝聯(lián)結(jié)，而且僅僅在支撐棒的上端被支撐，撓曲應(yīng)力不加在支撐棒上，從這點(diǎn)上看，也防止了支撐棒的破裂。主棒是由在主棒上部旋轉(zhuǎn)的卡盤支撐。其理由是火焰磨蝕大予制品需要大量的氫氧氣，并且卡盤至少有100℃的溫度，因?yàn)榭ūP受到高溫升起的氣流的加熱。因此，討論卡盤的熱是必要的。卡盤溫度的增加能夠通過增加予制品和卡盤之間的距離來防止。本方法中包括了把支撐棒直接固定到卡盤上，支撐棒應(yīng)當(dāng)至少有1米的長度，這使得予制品的運(yùn)輸麻煩并且工廠車間得有很大的空間。當(dāng)這聯(lián)結(jié)通過銷與主棒制成時(shí)，附加在予制品上端的支撐棒能有較短的長度，便于運(yùn)輸，予制品和卡盤間的距離也可足夠地長。
予制品的無效部分呈錐形，并且有比有效部分(該部具有不變的外徑)小的直徑。在無效部分火焰磨蝕時(shí)，其通過與用于有效部分同樣的氫氧流量，予制品的無效部分的表面溫度顯著增加、且表面汽化SiO2玻璃的量也增加，并且汽化玻璃粘著到予制品上形成白色粉末留于其上。在呈錐形的予制品無效部分，氫氧火焰氣沿錐形流動(dòng)，使得白色SiO2粉末易于留下。通過控制靠近無效部分的氫氧火焰的運(yùn)動(dòng)速度和/或氫氧流量，使無效部分和有效部分一樣具有同樣的玻璃表面溫度，使可防止粘著的白色粉末發(fā)生。
火焰磨蝕無效部分所需的氫氧流量通常至少為有效部分不變流量的40%，最好則是60-80%。當(dāng)燃燒量的流量小于40%時(shí)，則不能產(chǎn)生足夠的火焰磨蝕，因而也不能獲得光滑的表面。
粘著在玻璃予制品的端頭和支撐棒上的未燒結(jié)的煙灰能夠轉(zhuǎn)變成透明玻璃，這是通過增加氫氧燃燒器或予制品的運(yùn)動(dòng)速度，以增加靠近表面的溫度達(dá)到一定范圍，并且在不伸長支撐棒的情況下防止了支撐棒中心的加熱?？拷Ａв柚破范祟^和支撐棒的氫氧燃燒器或予制品的運(yùn)動(dòng)速度通常是10mm/min至100mm/min，最好是從10mm/min至50mm/min。在大于100mm/min時(shí)，氫氧燃燒器的熱不能充分傳給表面，從而未燒結(jié)的煙灰不能充分轉(zhuǎn)變成透明玻璃而且表面的熱變形易于破裂。
用于予制品無效部分的氫氧火焰的運(yùn)動(dòng)速度通常是予制品有效部分所用氫氧火焰運(yùn)動(dòng)速度的100%至1，000%，較好是100%至500%，最好是130%至500%。
本發(fā)明參照附圖進(jìn)行說明。
圖1表示出本發(fā)明的一實(shí)施例。在圖1中，一玻璃予制品2被附加到支撐棒1上。玻璃予制品2是利用初始二氧化硅棒5制備的。玻璃予制品2有a、b、c、d和e部。玻璃予制品2由用于火焰磨蝕的氫氧燃燒器3和輔助加熱用的氫氧燃燒器4來加熱。支撐棒1通過銷8與一被旋轉(zhuǎn)卡盤6夾持的主棒7相聯(lián)結(jié)。
圖2表示用于沉積細(xì)玻璃粉末的工序。為了制成多孔予制品(煙灰)10，煙灰通過使用制備煙灰的氫氧燃燒器9沉積在初始二氧化硅棒5上。支撐棒1由旋轉(zhuǎn)卡盤6夾持并旋轉(zhuǎn)。
圖3表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)利用一臥式車床進(jìn)行火焰磨蝕處理。玻璃予制品2，其設(shè)置成水平方向，由用于火焰磨蝕的氫氧燃燒器3加熱。旋轉(zhuǎn)卡盤6夾在支撐棒1上。
本發(fā)明將通過不限制本發(fā)明的下列實(shí)施例進(jìn)行說明。
例1SiCl4是由VAD方法水解成沉積在具有30mm直徑的二氧化硅棒上的純石英玻璃細(xì)粒，以制備成具有250mm厚和1000mm長的多孔予制品。然后，多孔予制品在真空爐中在1600℃溫度下加熱，將其轉(zhuǎn)變成透明玻璃，以制成用于制造光導(dǎo)纖維的直徑為120mm，長為900mm，重為30Kg的玻璃予制品。
予先附加到玻璃予制品上端的具有40mm直徑和500mm長度的支撐棒通過銷與主棒相聯(lián)結(jié)，而主棒由如圖1所示，可上下移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)卡盤夾持。玻璃予制品固定在垂直方向上。氫氧燃燒器也固定。氫氧燃燒器的安置要使十二個(gè)用于火焰磨蝕的氫氧燃燒器圍繞予制品設(shè)置，而用于輔助加熱的六個(gè)氫氧燃燒器設(shè)置在低于十二個(gè)氫氧燃燒器80mm處。給用于火焰磨蝕的12個(gè)燃燒器提供300升/分(L/min)的氫氣(用于12個(gè)燃燒器)。提供給用于輔助加熱的6個(gè)燃燒器以100L/min的氫氣和50L/min的氧氣。玻璃予制品的下部(a部)是用于火焰磨蝕的氫氧燃燒器的起始點(diǎn)、且予制品以10mm/min的速度向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氫氧燃燒器達(dá)到不變部分的下端(b部)時(shí)，氫氣供給從300L/min增加至400L/min而氧氣的供給從100L/min增加至160L/min，然后予制品表面在予制品以10mm/min速度運(yùn)動(dòng)下被火焰磨蝕，直至到達(dá)不變部分的上端(c部)。輔助加熱燃燒器的主要作用是除去粘在予制品表面的白色SiO2粉末，該粉末是在高溫下火焰磨蝕予制品時(shí)玻璃汽化造成的。當(dāng)火焰到達(dá)c部，供給的氫氣回降至300L/min，而氧氣供給也回降至100L/min。從予制品無效部分的c部至上端(d部)的火焰磨蝕是在下列工況下用控制運(yùn)動(dòng)速度和氫氧流量的方式進(jìn)行的。
直到用于火焰磨蝕的燃燒器到達(dá)d部時(shí)，氫氣流量和氧氣流量分別逐步減少到100L/min和50L/min，而運(yùn)動(dòng)速度逐步從10mm/min增加到20mm/min。當(dāng)粘著在支撐棒上的未燒結(jié)煙灰轉(zhuǎn)變成透明玻璃，同時(shí)用于火焰磨蝕的燃燒器從d部運(yùn)動(dòng)到e部，燃燒器的氫氧量保持不變而運(yùn)動(dòng)速度從20mm/min增加到40mm/min，以使煙灰轉(zhuǎn)變成玻璃。上述氫氧的流量和高運(yùn)動(dòng)速度防止了由于加熱而使支撐棒伸長。
用于火焰磨蝕的燃燒器到達(dá)未燒結(jié)煙灰端(e部)時(shí)，用于火焰磨蝕的燃燒器關(guān)閉，從而完成火焰磨蝕處理。制造玻璃纖維用、火焰磨蝕過的玻璃予制品的光滑度被評價(jià)為予制品具有不大于0.5μm的足夠的光滑度。
最后的玻璃予制品被抽絲制成具有125μm直徑的光纖。這種光纖具有良好的強(qiáng)度，在整個(gè)長度上7Kg斷裂。
對比例1支撐棒附加到玻璃予制品上，該予制品是以例1中同樣的方式由VAD方法制備的，并且具有120mm的直徑和900mm的長度、支撐棒通過銷聯(lián)結(jié)到主棒上，而且玻璃予制品以例1中方式垂直固定。
燃燒器的排列與例1中一樣。給用于火焰磨蝕的12個(gè)氫氧燃燒器提供的氫氣流量和氧氣流量分別是400L/min和160L/min。給用于輔助加熱的燃燒器提供的氫氣流量和氧氣流量分別是100L/min和50L/min。在用于火焰磨蝕的燃燒器從予制品的下部分(a部)移動(dòng)到上部分(d部)時(shí)，予制品與旋轉(zhuǎn)卡盤以10mm/min的運(yùn)動(dòng)速度向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)用于火焰磨蝕的氫氧燃燒器到達(dá)d部時(shí)，氫氣的流量從400L/min減少至100L/min，氧氣的流量從160L/min減少至50L/min而運(yùn)動(dòng)速度保持在10mm/min。予制品沿未燒結(jié)煙灰部(從d部到e部)向下運(yùn)動(dòng)。未燒結(jié)煙灰能夠轉(zhuǎn)變成透明玻璃，但支撐棒在靠近支撐棒的d部伸長了，結(jié)果使支撐棒的直徑從40mm減少至20mm。
觀察玻璃予制品的表面狀態(tài)，在予制品的無效部分的a部和b部之間的區(qū)域上，玻璃表面的汽化材料被沉積，使白色粉末粘著在予制品表面上。
對比例2相對玻璃予制品，其以例1中的同樣方式由VAD方法制備，并具有120mm的直徑和900mm的長度，旋轉(zhuǎn)卡盤直接夾到支撐棒上。玻璃予制品和卡盤之間的距離是500mm。利用與例1中同樣的氫氧燃燒器的布局和同樣的氫氧流量，在用于火焰磨蝕的氫氧燃燒器到達(dá)c部時(shí)，測量卡盤溫度。其結(jié)果表示在表1之中。因?yàn)榭ūP的位置靠近氫氧燃燒器，卡盤的溫度升高，使得作為填充物加在齒輪部件中的油脂從齒輪部件中流出。
表1示例號(hào)予制品與卡盤距離卡盤溫度卡盤的狀況11500mm70℃一切都正常加在齒輪部件中的對比2500mm180℃油脂粘度減小并從齒輪部件中流出如上所述，說明了由VAD方法所制備的玻璃予制品的實(shí)施例，但本發(fā)明還能用于OVD方法和類似方法所制備的予制品。初始棒的二氧化硅玻璃可由單獨(dú)一個(gè)芯子制成或一種芯子/包上復(fù)合材料。利用一外管的予制品也能使用。
實(shí)施例中說明的是氫氧火焰磨蝕，但是可燃性氣體，火焰助燃?xì)怏w及類似氣體能夠使用來替代氫氣和氧氣，也能獲得本發(fā)明的效果。
根據(jù)本發(fā)明，支撐棒沒有破裂的危險(xiǎn)，并且大而重的予制品表面也能有效地進(jìn)行火焰磨蝕，產(chǎn)生光滑表面，這是因?yàn)榇蠖氐挠柚破返幕鹧婺ノg能夠在支撐棒附加到予制品的上端，其通過銷與主棒(玻璃棒)聯(lián)結(jié)，主棒由旋轉(zhuǎn)卡盤固定情況下進(jìn)行。
因?yàn)榛鹧婺ノg能夠通過控制予制品無效部分(錐部)的氫氧流量保持表面溫度不變，汽化玻璃的(SiO2)量也幾乎保持不變的值，從而粘著在予制品表面的白色SiO2粉末能夠受到限制。
因?yàn)樵谖礋Y(jié)的煙灰轉(zhuǎn)變成透明玻璃的過程中，氫氧燃燒器或予制品的運(yùn)動(dòng)速度增加，使得能夠防止加熱傳導(dǎo)到支撐棒的內(nèi)部，也就防止了變軟和由于予制品的重量產(chǎn)生的伸長。因此，由于在予制品的拉絲工序中，未燒結(jié)的煙灰不能擴(kuò)散，所以能夠拉出高強(qiáng)度的光纖。
也就是說，通過火焰磨蝕大而重的玻璃予制品的整個(gè)長度，可以獲得光滑和干凈的表面，而且未燒結(jié)部分能夠轉(zhuǎn)變成透明玻璃。本發(fā)明的方法對拉絲之前的予制品的火焰磨蝕十分有效。
權(quán)利要求
1.一種用于火焰磨蝕一個(gè)旋轉(zhuǎn)玻璃予制品表面的方法，其通過沿玻璃予制品的長度方向移動(dòng)的氫氧火焰進(jìn)行，其中氫氧火焰的運(yùn)動(dòng)速度為進(jìn)行火焰磨蝕處理可以變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，其中運(yùn)動(dòng)速度被控制，使具有較小外徑的予制品部分的火焰磨蝕速度大于具有不變的最大外徑的予制品部分的火焰磨蝕速度，這取決于予制品的外徑。
3.一種用于火焰磨蝕一個(gè)旋轉(zhuǎn)玻璃予制品表面的方法，其通過沿玻璃予制品的長度方向移動(dòng)的氫氧火焰進(jìn)行，其中氫氧火焰的氫氧氣流量為進(jìn)行火焰磨蝕處理可以變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，其中氫氧氣流量被控制，使具有較小外徑的予制品部分的火焰磨蝕的氫氧氣流量小于具有不變的最大外徑予制品部分火焰磨蝕的氫氧氣流量，這取決于予制品的外徑。
5.一種用于火焰磨蝕一個(gè)旋轉(zhuǎn)玻璃予制品表面的方法，其通過沿玻璃予制品的長度方向移動(dòng)氫氧火焰進(jìn)行，其中氫氧火焰的運(yùn)動(dòng)速度和氫氧火焰的氫氧氣流量為進(jìn)行火焰磨蝕處理兩者均可變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，其中氫氧火焰的運(yùn)動(dòng)速度和氫氧氣流量被控制，使具有較小外徑的予制品部分的火焰磨蝕速度大于具有不變最大外徑的予制品部分的火焰磨蝕速度，這取決于予制品的外徑;并且使具有較小外徑的予制品部分的火焰磨蝕的氫氧氣流量小于具有不變最大外徑的予制品部分的火焰磨蝕的氫氧氣流量，這取決于予制品的外徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，3或5所述的方法，其特征是，其中火焰磨蝕處理是利用第一和第二燃燒器組進(jìn)行，第一燃燒器組包括多個(gè)氫氧燃燒器，其設(shè)置要使火焰噴嘴在垂直于玻璃予制品圓柱體軸線的一平面內(nèi)朝著玻璃予制品的表面;而第二燃燒器組也包括多個(gè)氫氧燃燒器，其設(shè)置在垂直于玻璃予制品的圓柱體的軸線一平面內(nèi)，第一和第二燃燒器組可單獨(dú)或結(jié)合在一起移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，3或5所述的方法，其特征是，其中玻璃予制品被垂直夾持，附加在玻璃予制品上端的支撐棒通過一銷與主棒下端相聯(lián)結(jié)。
全文摘要
一個(gè)大玻璃預(yù)制品通過利用火焰磨蝕旋轉(zhuǎn)玻璃預(yù)制品表面的方法，能夠進(jìn)行火焰磨蝕并能夠產(chǎn)生干凈和光滑的表面。該方法通過沿玻璃預(yù)制品的長度方向移動(dòng)的氫氧火焰進(jìn)行，其中氫氧火焰的運(yùn)動(dòng)速度或氫氧火焰氫氧氣的流量為進(jìn)行火焰磨蝕處理可變化。
文檔編號(hào)C03B29/02GK1096013SQ9410326
公開日1994年12月7日 申請日期1994年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月22日
發(fā)明者大賀裕一, 內(nèi)田進(jìn) 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社