專利名稱：一種金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光導(dǎo)纖維，尤其是適用于高溫、高濕或極低溫度等條件下的金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維。
但是，為保護(hù)光纖而加的涂覆層卻降低了光纖的耐熱性，一般僅能在-40℃～50℃之間工作。即使是美國(guó)杜邦公司(Dupont)開發(fā)的耐高溫聚合物，如熱固性聚酰亞胺(PI)涂層光纖，其長(zhǎng)期使用溫度也不超過350℃。
上述有機(jī)材料作為涂覆層與光導(dǎo)纖維復(fù)合而成的光導(dǎo)纖維，隨溫度的變化，有機(jī)樹脂會(huì)產(chǎn)生氫氣，氫氣對(duì)光纖具有應(yīng)力腐蝕作用，加速光纖的疲勞過程，同時(shí)氫的侵入還使光纖損耗增加。
中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)枮?3103147，公告日94.05.18實(shí)用新型名稱為帶有極薄的氧化鈦——氧化硅外包層的光導(dǎo)纖維及其生產(chǎn)方法中所描述的光纖本身具有耐高溫能力，但其只是半成品，外部仍需其它有機(jī)或無機(jī)材料進(jìn)行保護(hù)。
上述光導(dǎo)纖維產(chǎn)品作為信息傳遞材料，在室溫條件下可以被很好地使用，但是，在某些惡劣環(huán)境下，如高溫、高濕或極低溫等條件下，由于涂覆層性能下降，光纖的使用受到限制，例如用于高溫金屬溫度測(cè)量的光導(dǎo)纖維耦合式熱金屬檢測(cè)器，軋機(jī)上使用的壓力傳感器以及各種機(jī)器人的傳感器等，都是在惡劣環(huán)境下工作。
本實(shí)用新型金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維的技術(shù)解決方案是在包含有高折射率的石英纖芯，低折射率的石英包層及復(fù)合面的光導(dǎo)纖維外面包覆一層熔點(diǎn)低于光導(dǎo)纖維軟化溫度的純金屬或熔點(diǎn)低于光導(dǎo)纖維軟化溫度的二元、多元合金。
上述所指純金屬包括Cu、Al、Ag、Au、Bi、In、Mg、Sn、Pb、Zn；合金包括Cu-B、Cu-Zn、Cn-Zn-Al、Cu-A-Mn、Cu-Be-Ni、Cu-Be-Co、Cu-A-Fe、Cu-Sn、Cu-Ni、Cu-Fe-P、Zn-A。
本實(shí)用新型金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維的制造是采用液固相復(fù)合方法，將純金屬或合金加熱熔化，使由高折射率的石英纖芯，低折射率的石英包層及復(fù)合面構(gòu)成的光導(dǎo)纖維連續(xù)通過液態(tài)金屬區(qū)、金屬凝固區(qū)、金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維拉拔成型模具區(qū)，使金屬基體得到小變形量的變形，改善鑄態(tài)組織，最終實(shí)現(xiàn)金屬與光纖的復(fù)合。液態(tài)金屬區(qū)保溫溫度，以所選純金屬或合金的溶化溫度為基準(zhǔn)，金屬凝固區(qū)溫度控制低于純金屬或合金的熔化溫度200～500℃，纖維出口速度為0.5-3m/s，所獲金屬基光導(dǎo)纖維外徑≥1mm。鑄拔過程可以根據(jù)金屬或合金性能，在大氣下或氬氣保護(hù)氣氛保護(hù)下進(jìn)行。
上述光導(dǎo)纖維具體制取是將已成型的石英光導(dǎo)纖維，連續(xù)通過本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的專用設(shè)備鑄拔機(jī)中實(shí)現(xiàn)的。
本實(shí)用新型顯著的效果和優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過上述方法獲得的金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維具有耐高溫、低溫、耐腐蝕，較強(qiáng)的抗外部應(yīng)力(拉力、壓力、沖擊力)，同時(shí)導(dǎo)光、導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)。例如，耐高溫能力可以根據(jù)基體金屬或合金的熔點(diǎn)來確定。以Cu合金為基體的光導(dǎo)纖維的耐高溫能力可達(dá)500-800℃.大大高于目前的光導(dǎo)纖維產(chǎn)品的耐熱溫度，如美國(guó)材邦公司開發(fā)的熱固性聚酰亞胺涂層光纖的耐熱溫度僅為350℃。
這種新型通信材料可廣泛應(yīng)用于諸如航天、航空、冶金、核能、排險(xiǎn)等具有特殊環(huán)境要求的軍事和工業(yè)生產(chǎn)等各領(lǐng)域。例如，軋鋼廠使用的熱金屬測(cè)量裝置、壓力、溫度傳感器等；使用金屬基光導(dǎo)纖維可以大大提高其使用壽命和工作穩(wěn)定性。


圖1、圖2中展示了金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維是由高折射率石英纖芯1，低折射率石英包層2，復(fù)合面3及由純金屬或合金形成的金屬基體4構(gòu)成。
具體實(shí)施方式
例1，制取金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維是在如圖3本實(shí)用新型特別設(shè)計(jì)的鑄拔機(jī)上完成，鑄拔機(jī)由光纖放置室1，光纖繞置輪2，保溫包3，液態(tài)金屬區(qū)4，保護(hù)性氣氛區(qū)5，冷卻段6，模具7，密封環(huán)8構(gòu)成。選取石英光導(dǎo)纖維，金屬為純Cu，首先將石英光導(dǎo)纖維繞在光纖繞置輪2上，光纖頭穿過液態(tài)金屬區(qū)4，冷卻段6，模具7，穿入摩擦輥10之間，再將要包復(fù)的金屬在坩堝中加熱熔化后，加入到液態(tài)金屬區(qū)4內(nèi)，其上部保護(hù)性氣氛區(qū)5內(nèi)充入氬氣保護(hù)，然后將石英光纖9依靠摩擦輥10的拉拔，使石英光纖9連續(xù)通過液態(tài)金屬區(qū)4，冷卻段6和模具7，使金屬包復(fù)在光導(dǎo)纖維外部；金屬保溫包3中的溫度控制在1200-1250℃，冷卻段6溫度為900℃±20℃，金屬基光纖出口速度為2.5m/s，所生產(chǎn)的金屬基光導(dǎo)纖維外徑為1mm，其復(fù)合光纖組織性能較好。
例2，選取石英光導(dǎo)纖維，金屬為Cu-0.2B(wt％)組成的合金，采用同例1中的鑄拔機(jī)制取金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維產(chǎn)品。保溫包3中的溫度控制為1100℃±20℃，金屬凝固區(qū)的冷卻溫度為850℃±5℃，其它工藝條件均與例1相同。
例3，選取石英光導(dǎo)纖維，金屬為Cu-1.90Be-0.2Co(wt％)組成的合金，采用同例1中的鑄拔機(jī)制取金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維產(chǎn)品。保溫包3中的溫度控制為910℃±20℃，金屬凝固區(qū)的冷卻溫度為800℃±5℃，其它工藝條件均同例1。
權(quán)利要求1.一種金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維，包括高折射率石英纖芯1、低折射率石英包層2及復(fù)合面3，其特征在于復(fù)合面3外包覆一層純金屬或合金4。
2.按照權(quán)利要求1所述的金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維，其特征在于復(fù)合面3外包覆的是熔點(diǎn)低于光導(dǎo)纖維軟化溫度的純金屬或熔點(diǎn)低于光導(dǎo)纖維軟化溫度的二元、多元合金。
3.按照權(quán)利要求1、2所述的金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維，其特征在于所指的純金屬包括Cu、Al、Zn、Mg、Ag、Sn、Pb、In、Bi；合金包括Cu-B、Cu-Zn、Cn-Zn-Al、Cu-Al-Mn、Cu-Be-Ni、Cu-Be-Co、Cu-Al-Fe、Cu-Sn、Cu-Ni、Cu-Fe-P、Zn-Al。
4.按照權(quán)利要求1所述的金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維，其特征在于金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維產(chǎn)品外徑≥1mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維，金屬基復(fù)合光導(dǎo)纖維是由具有高折射率的石英纖芯、低折射率的石英包層及復(fù)合面構(gòu)成的光導(dǎo)纖維外面包覆一層熔點(diǎn)低于光導(dǎo)纖維軟化溫度的純金屬或熔點(diǎn)低于光導(dǎo)纖維軟化溫度的二元、多元合金構(gòu)成，產(chǎn)品制取是采取液固相復(fù)合方法，其具體制備方法是通過本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的專用設(shè)備鑄拔機(jī)中完成，將石英光纖連續(xù)通過熔化金屬區(qū)、金屬凝固區(qū)、纖維拉拔成型模具區(qū)，制取產(chǎn)品，產(chǎn)品的外徑≥1mm；上述所獲產(chǎn)品具有而耐高溫、低溫、耐腐蝕、較強(qiáng)的抗外部應(yīng)力，同時(shí)導(dǎo)光、導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于諸如航天、航空、冶金、核能、排險(xiǎn)等具有特殊環(huán)境要求的各個(gè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B6/44GK2575693SQ02280658
公開日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者王繼杰, 周志敏 申請(qǐng)人:東北大學(xué)