Способ получения труб из кварцевого стекла

 

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления труб из кварцевого стекла методом наружного парофазного осаждения для получения волоконных световодов. Технический результат изобретения - упрощение операции удаления подложки, исключая разрушение пористой низкопрочной заготовки. Способ включает осаждение частиц диоксида кремния, полученных методом пламенного гидролиза, на вращающуюся горизонтально расположенную углеграфитовую цилиндрическую подложку с толщиной стенки 0,5-1 мм и технологические кварцевые трубки, в которые она установлена, с последующим спеканием осажденного пористого слоя и удалением подложки сжиганием в токе кислорода. Углеграфитовую подложку получают карбонизацией трубок из углеродсодержащего материала, армированного карбонизующимся наполнителем. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления точноразмерных труб из кварцевого стекла для изготовления заготовок волоконных световодов методом парофазного осаждения (MCVD).

Точноразмерные трубы из кварцевого стекла можно изготовить методом парофазного осаждения тонкодисперстного диоксида кремния на наружную поверхность цилиндрической подложки из углеродного материала с последующим спеканием сформированного пористого слоя и механическим удалением подложки (заявка 59-223242, Япония, от 31.05.83, 58-96237, опубл. 15.12.84, МПК С 03 В 20/00, С 03 В 37/00).

Однако для изготовления по этому способу трубки операции нанесения слоев и их спекания проводятся на двух установках: на тепломеханическом станке - осаждение, а спекание пористой заготовки - в электрической печи.

Принятый за прототип предлагаемого изобретения "Способ изготовления трубчатых заготовок для волоконных световодов" (Авт. свид. 1370912 от 27.01.86, опубл. 27.11.99, МПК С 03 В 37/018) предусматривает проведение всех операций изготовления трубки из кварцевого стекла на одной установке (тепломеханическом станке) с возможностью дальнейшего изготовления MCVD методом заготовок световодов. Это достигается тем, что осаждение частиц диоксида кремния производят на вращающуюся горизонтальную цилиндрическую подложку и технологические трубки, в которые она вставлена. После осаждения пористого слоя подложку удаляют осевым перемещением и осуществляют спекание трубчатой заготовки.

Недостатком этого способа является сложность операции удаления подложки и связанная с этим возможность разрушения пористой заготовки.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы упростить операцию удаления подложки и исключить при этом механическое разрушение пористой заготовки.

Предлагаемый способ изготовления труб из кварцевого стекла включает операцию нанесения пористого слоя диоксида кремния методом парофазного осаждения на вращающуюся цилиндрическую подложку и технологические трубки, в которых она закреплена, с последующим удалением подложки и спеканием полученной пористой заготовки. В отличие от прототипа в качестве подложки используют трубку из утлеграфитового материала с толщиной стенки 0,5-1 мм, а ее удаление производят сжиганием при продувке внутреннего канала кислородом.

Целесообразно использовать подложку, изготовленную карбонизацией трубок из органических углеродсодержащих материалов, армированных карбонизующимся наполнителем.

В новом способе тонкостенная трубчатая подложка удаляется сжиганием, что исключает механическое воздействие на низкопрочную пористую заготовку, предотвращая тем самым ее разрушение. Толщина трубчатой подложки 0,5-1 мм является оптимальной, обеспечивающей как ее механическую прочность в процессе осаждения слоев кремнезема, так и полноту и быстроту ее удаления сжиганием. Механическую прочность карбонизованному материалу подложки придает армирующий ее наполнитель. Изготовление трубчатой углеграфитовой подложки методом карбонизации существенно упрощает и удешевляет способ ее изготовления, что в конечном итоге положительно сказывается на стоимости изготавливаемых кварцевых труб.

Таким образом, в сравнении с прототипом в предлагаемом способе операция удаления подложки является более простой, не приводящей к разрушению пористой заготовки.

Способ реализуется следующим образом. В качестве подложки изготовлена углеграфитовая трубка диаметром 20 мм и длиной 1 м с толщиной стенки 0,8 мм. Исходным материалом служила фильтровальная бумага (наполнитель), пропитанная эпоксидной композицией при трехслойной намотке на цилиндрическую оправку. Карбонизация проводилась при 800^oС в засыпке из кварцевого песка. Углеграфитовую подложку вставляли концами на глубину 20 мм в технологические кварцевые трубки, закрепленные в шпиндельных зажимах тепломеханического станка, предназначенного для изготовления заготовок световодов. Вдоль вращающейся подложки возвратно-поступательным движением горелки осаждали частицы диоксида кремния на подложку и, частично, на технологические кварцевые трубки, в которых она закреплена. Скорость перемещения горелки 30 мм/сек, расход водорода и кислорода на горелку 12 и 6 литров в минуту соответственно. Расход газообразного тетрахлорида кремния 1,3 литра в минуту. Длина хода горелки 1,1 м. Пористые слои общей толщиной порядка 6-7 мм осаждали в течение 180 минут. Спекание пористого слоя производили пламенным нагревом до 1500^oС по всей длине зоны осаждения, включая и технологические трубки. Во избежание сгорания подложки в процессе спекания внутренний канал продували азотом. Удаление подложки производили ее сжиганием в потоке кислорода. Поджиг осуществляли нагревом технологической трубки до температуры начала возгорания углеграфитового материала подложки. Далее процесс горения протекал самопроизвольно до полного выгорания подложки. Для очистки внутренней поверхности полученной трубки ее продували смесью кислорода с фреоном 12 в соотношении 100/1 при нагреве до 1700^oС горелкой, перемещающейся со скоростью 0,5 мм/с.

Изготовленная кварцевая трубка не содержала пузырей, а стабильность толщины ее стенки как по длине, так и окружности была на уровне 2%. Внутренняя поверхность трубки была ровной и гладкой в отличие от прототипа, где удаление подложки может привести к образованию каверн и глубоких царапин.

При толщине углеграфитовой подложки менее 0,5 мм происходила ее деформация при спекании пористой заготовки. Изготавливать подложку с толщиной стенки более 1 мм нецелесообразно из-за увеличения ее стоимости и длительности процессов карбонизации и выжигания.

Вышеизложенные сведения подтверждают очевидную промышленную применимость способа получения труб из кварцевого стекла для MCVD технологии изготовления световодов. Благодаря повышенной чистоте стекломассы в сравнении с трубами, изготавливаемыми методом наплава кварца, оптические волокна, получаемые на основе труб парофазного синтеза, обладают более высокими прочностными и оптическими характеристиками.

Формула изобретения

1. Способ получения труб из кварцевого стекла методом наружного газофазного осаждения частиц диоксида кремния на вращающуюся горизонтально расположенную цилиндрическую подложку и технологические кварцевые трубки, в которые она установлена, с последующим спеканием осажденного пористого слоя и удалением подложки, отличающийся тем, что в качестве подложки используют трубку из углеграфитового материала с толщиной стенки 0,5-1 мм, а ее удаление производят сжиганием при продувке внутреннего канала кислородом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют углеграфитовую подложку, полученную карбонизацией трубок из органических углеродсодержащих материалов, армированных карбонизующимся наполнителем.