Способ изготовления заготовок для световодов

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления световодов из кварцевого стекла. Изобретение решает задачу снижения потерь стекла заготовок, обусловленных его испарением при высоких температурах процесса его изготовления. Способ также позволяет корректировать диаметр заготовки посредством нанесения слоя особо чистого кварцевого стекла. Способ включает высокотемпературный нагрев заготовки кислородо-водородной горелкой, в пламя которой вводятся пары тетраэтоксилилана. Тетраэтоксилилан подают посредством насыщения его парами кислорода, который барботируют через жидкий тетраэтоксилилан. 2 пр.

 

Изобретение относится к технологии оптических волокон, в частности к способу изготовления заготовок для световодов модифицированным методом химического парофазного осаждения (modified chemical vapor deposition - MCVD).

Большинство известных способов изготовления кварцевых световодов MCVD методом включает пламенный нагрев заготовок из кварцевого стекла. Так, в способе изготовления заготовок световодов, изложенном в описании к патенту ЕР №1472190, опубликованному 03.11.2004 по индексам МПК G02B 6/00, С03В 37/018, G02B 6/02, С03В 37/014, нагрев исходной кварцевой трубы производится кислородно-водородной горелкой как в процессе осаждения стеклообразных слоев, так и при высокотемпературном сжатии трубки в штабик.

Недостаток этого способа изготовления заготовок связан с процессом высокотемпературного сжатия трубки при ее нагреве кислородно-водородной горелкой, когда неконтролируемо испаряется от 5 до 15 масс. % стекла, изменяется геометрическая структура заготовки.

В наиболее близком к предложенному нами техническому решению MCVD способе изготовления световодов из кварцевого стекла, включающем нагрев кварцевой трубки с помощью кислородно-водородной горелки (Патент US №4597785, опубликованный 01.06.1986 по индексу МПК С03В 37/018), степень массоуноса контролируется изменением состава пламени. Благодаря этому возможно управлять процессом испарения и получать изделия с заданными геометрическими параметрами.

Недостаток этого способа заключается в допущении большого соотношения водорода к кислороду в горелке, что приводит к значительной потере стекломассы за счет ее испарения. Помимо потери количества конечного продукта поверхностный слой изделий обогащается труднолетучими примесями (в основном СаО), снижающими прочность кварцевого стекла.

Задача настоящего изобретения состоит в снижении массоуноса в MCVD методе изготовления заготовок из кварцевого стекла при высокотемпературной пламенной обработке заготовок, что приводит к увеличению производительности процесса и повышению качества световодов.

Вышеописанные преимущества достигаются за счет введения в кислородно-водородную горелку тетраэтоксисилана посредством насыщения его парами кислорода, который перед подачей в горелку барботируют через жидкий тетраэтоксисилан при комнатной температуре. Давление паров тетраэтоксисилана при таком способе насыщения не достигает величины нижнего предела взрываемости, но достаточно для подавления испарения кварцевого стекла. Введение тетраэтоксисилана в горелку посредством барботажа водорода нежелательно, так как приводит к восстановлению жидкого тетраэтоксисилана, изменению его состава и величины равновесного давления его паров.

Предлагаемый способ изготовления заготовок для световодов показан в сравнение с MCVD методом. В отличие от прототипа, в сопло кислородно-водородной горелки подают кислород после его барботажа через жидкий тетраэтоксисилан.

Совокупность изложенных признаков и анализ отличий от прототипа по существующему уровню техники позволяет сделать вывод о «новизне» и «изобретательском уровне» нового способа.

Пример №1. Способ реализован с использованием технологического оборудования, предназначенного для изготовления заготовок MCVD методом. Исходная трубка из кварцевого стекла имела следующие размеры: наружный диаметр - 20 мм, толщина стенки - 2 мм, длина 1 м. На внутреннюю поверхность трубки наносили стеклообразные слои оболочки и сердцевины в процессе ее нагрева пламенем перемещающейся кислородно-водородной горелки.

В процессе высокотемпературного сжатия трубки в штабик она нагревалась горелкой до 2100°С при стехиометрическом соотношении потоков водорода (64 л/мин) и кислорода (32 л/мин) и скорости перемещения горелки 5 мм/мин. Кислород пропускали через жидкий тетраэтоксисилан при температуре 25°С. После сплавления трубки в штабик наружный диаметр заготовки составил 14 мм.

В контрольном эксперименте при аналогичных условиях, но без введения тетраэтоксисилана в горелку, из-за более интенсивного испарения стекла наружный диаметр заготовки уменьшился до 12,7 мм. Таким образом, в данном способе нагрева заготовки кварцевого стекла испарилось на 9,3% больше.

Пример №2. Штабик-заготовку, полученную в контрольном эксперименте примера №1 нагревали перемещающейся со скоростью 5 мм/мин горелкой до температуры 1500°С при стехиометричном соотношении потоков водорода (30 л/мин) и кислорода (15 л/мин) и введении тетраэтоксисилана в горелку. На поверхность заготовки осаждался слой оксида кремния и одновременно спекался до прозрачного состояния. Толщина слоя составила 0,2 мм.

При повторном проходе горелки в аналогичных режимах результат повторился: получился прозрачный слой той же толщины, раной 0,2 мм.

Таким образом, предложенный способ изготовления заготовок световодов позволяет увеличивать диаметр заготовки слоем особо чистого стекла до заданного значения. Наличие такого чистого слоя на поверхности волокна способствует, как известно, повышению прочностных свойств световодов.

Изложенные сведения подтверждают очевидную промышленную применимость предложенного способа изготовления заготовок для световодов из кварцевого стекла.

Способ изготовления заготовок для световодов, включающий нагрев заготовки кислородно-водородной горелкой, отличающийся тем, что в горелку наряду с кислородом и водородом подают дополнительно тетраэтоксисилан посредством насыщения его парами кислорода, который барботируют через жидкий тетраэтоксисилан.