本發(fā)明涉及光纖預制棒制造領域，具體地是涉及一種光纖預制棒套管燒結裝置及其燒結方法。

背景技術：

本領域中大尺寸光纖預制棒生產工藝主要通過VAD,OVD工藝沉積形成松散體。所謂的VAD、OVD工藝，即是利用氣相沉積的方法制成預制棒。通過將原料導入火焰中，在燃燒室內生產SiO₂顆粒體，并沉積到預置的目標靶棒或者中棒上制成松散體。通過VAD、OVD工藝制成松散體以后，再將其置于燒結爐中，高溫條件下燒結形成玻璃化預制棒。將制成的預制棒拉制成得到成品光纖或使用與光纖材料同等級別的石英套管對其進行熔縮外包制造更大尺寸的光纖預制棒。

對于通過VAD、OVD或者VAD和OVD混合工藝制成的松散體，其燒結過程必須防止水分以及其他雜質諸如各種金屬雜質進入預制棒中。一般情況下，若1ppb以上的水分或金屬雜質在燒結過程中進入到光纖預制棒中，該預制棒所制成的光纖在很大的波長范圍內衰減將大大增加從而導致產品不合格。為了防止松散體中含有的水分對產品質量造成不良影響，在松散體玻璃化形成透明預制棒之前，必須對松散體進行脫水。常見的脫水方法是在包含Cl₂或其他氯基干燥劑的惰性氣體環(huán)境中將松散體加熱至1100℃～1300℃的高溫條件下，通過物理以及化學作用，將松散體中的羥基以及水分去除。

松散體脫水完畢后，置于He、Ar等惰性氣體環(huán)境中，同時加熱至1450℃以上。在此條件下松散體玻璃化形成透明的石英預制棒。

顯而易見，常見工藝在松散體的脫水以及燒結過程中，必須將松散體置于一個密閉環(huán)境下，為其脫水和完全透明化提供相應的氣氛環(huán)境，同時避免外界雜質進入其中。一般通過在加熱爐中安裝爐芯管來提供密封環(huán)境，將松散體置于爐芯管中，在高溫條件下通入各種工藝氣體，進行脫水和燒結。

中國專利CN101426742B《光纖母材制造方法》發(fā)明了一種松散體燒結方法。將松散體懸掛在具備加熱區(qū)域的爐芯管中。使松散體自下而上穿過加熱區(qū)，同時通入氯基氣體以及惰性氣體進行脫水。脫水結束后將松散體移動至加熱區(qū)下方，將加熱區(qū)加熱至燒結溫度，并通入惰性氣體，再將松散體自下而上通過加熱區(qū)，使其完全透明玻璃化。

該方法與其他傳統(tǒng)方法類似，使用石英材料制成的爐芯管。其獨創(chuàng)性主要在于為了提高產品質量均勻性，避免爐芯管中的雜質在脫水燒結過程中進入預制棒內部而在脫水、燒結過程中采取了將松散體自下而上通過加熱區(qū)。根據該方法，由10％的氯氣及90％的氦氣提供脫水氣氛，100％氦氣提供燒結氣氛，并在合適的脫水溫度以及燒結溫度下制造的光纖預制棒制成的光纖具有良好的衰減水平。

中國專利CN102992611B《玻璃母材的制造方法》發(fā)明了以一種以碳材質制成的爐芯管提供密閉環(huán)境的制造方法。通過該方法制成的光纖顯示出了良好的衰減性能。

諸如上述方法，均是通過在燒結爐中增加一個高純度材質爐芯管來滿足必要的脫水、燒結條件。

高純度的材料等級要求導致了昂貴的材料成本。尺寸越大的爐芯管加工難度越大，加工設備更為復雜，大大增加了制造成本。

制造石英材質爐芯管在熱處理過程殘留應力，在加工過程、運輸過程、保管以及使用過程中容易發(fā)生破裂從而導致報廢。另外，由于石英本身特有的材質特點決定了爐芯管一旦升溫至1100℃以上，爐芯管出現析晶現象，如果將溫度恢復至低溫將發(fā)生破裂。

碳材質爐芯管本身容易受到外界條件污染。若與大氣接觸，爐芯管本身將被氧化。對設備的氣密性提出了較高要求。另外，將松散體從大氣環(huán)境中放置到爐芯管中時，不可避免的會導致氧氣進入其中，長時間使用必將導致爐芯管老化而影響產品性能。

另一個至關重要的不足之處在于，由于石英、碳等材質的石英管本身材料的局限性導致了傳統(tǒng)的工藝方法一般將爐芯管，加熱區(qū)固定而采用將松散體穿過加熱區(qū)完成燒結。由此造成了爐芯管的長度一般大于兩倍的松散體長度。顯而易見，這不僅大大增加了設備的復雜程度、設備占用空間大小，而且為了達到優(yōu)選的脫水，完全透明化氣氛條件，大大增加了各類工藝氣體，特別是價格非常昂貴的、屬于不可再生資源的氦氣使用量，從而大大增加了光纖預制棒的制造成本。

因此，本發(fā)明的發(fā)明人亟需構思一種新技術以改善其問題。

技術實現要素：

本發(fā)明旨在提供一種光纖預制棒套管燒結裝置及其燒結方法，其可以有效降低設備復雜程度，降低設備空間占用程度，降低生產成本，有利于大規(guī)模批量生產。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：

一種光纖預制棒套管燒結裝置，包括套管、上固定裝置、下固定裝置、加熱爐，其中所述套管通過所述上固定裝置和所述下固定裝置以垂直方式安裝在所述加熱爐中，一光纖預制棒松散體設置在所述套管內并與所述上固定裝置實現連接；所述上固定裝置上設有一排氣機構，所述排氣機構通過閥門開關與排氣系統(tǒng)和真空泵相連，所述下固定裝置上設有一進氣機構。

優(yōu)選地，所述上固定裝置和所述下固定裝置與由旋轉機構驅動，二者可同步旋轉。

優(yōu)選地，所述光纖預制棒松散體通過一連接機構與所述上固定裝置連接。

優(yōu)選地，所述加熱爐由一個或者多個加熱元件組成，其設置在所述套管的外側。

優(yōu)選地，所述套管為石英套管。

基于上述所述的光纖預制棒套管燒結裝置的燒結方法，包括如下步驟：

S1：將套管通過上固定裝置和下固定裝置以垂直方式安裝在加熱爐中；

S2：將光纖預制棒松散體設置在套管內并與上固定裝置實現連接；

S3：通過加熱爐的升溫和移動去除光纖預制棒松散體中由生產過程引入的羥基；

S4：將加熱爐移動至光纖預制棒松散體的底部，升溫至1450℃以上，并形成溫度梯度分布；

S5：在一定的燒結溫度條件下，光纖預制棒松散體下端部分完成玻璃化；

S6：通過閥門開關將排氣機構與真空泵聯(lián)通，在套管內部形成負壓；同時調整加熱爐的溫度分布，使套管下端熔融收縮，與玻璃化的光纖預制棒松散體融合；

S7：底部融合完成后，加熱爐以一定的移動速度向上移動，將光纖預制棒松散體分區(qū)玻璃化。

優(yōu)選地，所述步驟S3具體包括：

將加熱爐升溫至1100℃～1300℃，并沿垂直方向來回移動1次或1次以上；

同時由進氣機構向套管內通入干燥劑和工藝氣體；通過閥門開關打開排氣系統(tǒng)與排氣機構的通道，將套管內壓力保持在合適的水平，提供脫水氣氛環(huán)境。

優(yōu)選地，所述工藝氣體為給氯氣、氦氣、氮氣中的一種或者多種。

優(yōu)選地，所述套管為石英套管。

采用上述技術方案，本發(fā)明至少包括如下有益效果：

本發(fā)明所述的光纖預制棒套管燒結裝置及其燒結方法，采用套管抽真空方法燒結光纖預制棒松散體，避免使用價格昂貴且易于損壞的爐芯管，可制備大尺寸松散體。同時真空環(huán)境有利于改善預制棒質量，加快燒結速度，提高生產效率。同時采用無爐芯管燒結方法，降低生產成本，降低設備復雜程度，降低設備空間占用程度，有利于大規(guī)模批量生產。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的光纖預制棒套管燒結裝置的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的光纖預制棒套管燒結裝置在底部融合后向上分區(qū)燒結熔縮過程的示意圖。

圖3為加熱爐中心溫度分布圖；

圖4為熔縮階段加熱爐中心溫度分布圖。

其中：1.上固定裝置，2.排氣機構,3.套管,4.光纖預制棒松散體，5.加熱爐，6.下固定裝置，7.進氣機構，8.連接機構。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

如圖1至圖2所示，為符合本實施例的一種光纖預制棒套管燒結裝置，包括套管3、上固定裝置1、下固定裝置6、加熱爐5，其中所述套管3通過所述上固定裝置1和所述下固定裝置6以垂直方式安裝在所述加熱爐5中，一光纖預制棒松散體4設置在所述套管3內并與所述上固定裝置1實現連接；所述上固定裝置1上設有一排氣機構2，所述排氣機構2通過閥門開關與排氣系統(tǒng)和真空泵相連，所述下固定裝置6上設有一進氣機構7。

優(yōu)選地，所述上固定裝置1和所述下固定裝置6與由旋轉機構驅動，二者可同步旋轉。

優(yōu)選地，所述光纖預制棒松散體4通過一連接機構8與所述上固定裝置1連接。

優(yōu)選地，所述加熱爐5由一個或者多個加熱元件組成，其設置在所述套管3的外側。

優(yōu)選地，所述套管3為石英套管3。

該燒結裝置采用套管3抽真空方法燒結光纖預制棒松散體4，避免使用價格昂貴且易于損壞的爐芯管，可制備大尺寸松散體。同時真空環(huán)境有利于改善預制棒質量，加快燒結速度，提高生產效率。

實施例2

基于實施例1所述的光纖預制棒套管燒結裝置的燒結方法，包括如下步驟：

S1：將套管3通過上固定裝置1和下固定裝置6以垂直方式安裝在加熱爐5中；

S2：將光纖預制棒松散體4設置在套管3內并與上固定裝置1實現連接；

S3：通過加熱爐5的升溫和移動去除光纖預制棒松散體4中由生產過程引入的羥基；

S4：將加熱爐5移動至光纖預制棒松散體4的底部，升溫至1450℃以上，并形成溫度梯度分布,溫度分布如圖3所示；

S5：在1450℃至1550℃的燒結溫度條件下，光纖預制棒松散體4下端部分完成玻璃化；

S6：通過閥門開關將排氣機構2與真空泵聯(lián)通，在套管3內部形成負壓；同時調整加熱爐5的溫度分布，使套管3下端熔融收縮，與玻璃化的光纖預制棒松散體4融合，溫度分布如圖4所示；

S7：底部融合完成后，加熱爐5以3mm/min至8mm/min速度向上移動，將光纖預制棒松散體4分區(qū)玻璃化。底部融合后向上分區(qū)燒結熔縮過程如圖2所示。

優(yōu)選地，所述步驟S3具體包括：

將加熱爐5升溫至1100℃～1300℃，并沿垂直方向來回移動1次或1次以上；

同時由進氣機構7向套管3內通入干燥劑和工藝氣體；通過閥門開關打開排氣系統(tǒng)與排氣機構2的通道，將套管3內壓力保持10至40pa的范圍內，提供脫水氣氛環(huán)境。

優(yōu)選地，所述工藝氣體為給氯氣、氦氣、氮氣中的一種或者多種。

優(yōu)選地，所述套管3為石英套管3。

本發(fā)明的改進之處在于：

①采用套管3燒結，無石英爐芯管。大大簡化設備復雜程度。以及避免由爐芯管本身污染，老化帶來的產品質量風險。

②采用加熱爐5移動的方式，大大縮小設備尺寸，減小氣體用量，降低生產成本。

③燒結時對套管3內抽真空，有利于排除氣泡，提高生產效率。

④燒結時，將套管3熔縮形成產品的一部分，增大預制棒尺寸，有利于提高生產效率。

采用無爐芯管燒結方法，降低生產成本，可制備大尺寸松散體。降低設備復雜程度，降低設備空間占用程度，有利于大規(guī)模批量生產。在抽真空的條件下對松散體進行燒結，有利于排除氣泡，加快燒結速度，提高燒結效率。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。