專(zhuān)利名稱(chēng)：制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體和制造該預(yù)制體和纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體，以及制造這種棒狀預(yù)制體的方法。本發(fā)明還涉及制造光學(xué)纖維的方法，其中對(duì)棒狀預(yù)制體的一端進(jìn)行熱處理，此后對(duì)該棒狀預(yù)制體的軟化端施加拉力以從那里拉出光學(xué)纖維。
從日本專(zhuān)利公開(kāi)JP-A-11079772中可以知道這樣一種預(yù)制體，并且根據(jù)所說(shuō)的文件，可以將所說(shuō)的預(yù)制體視為許多設(shè)置在預(yù)制體端部，垂直于該預(yù)制體軸線方向的深度不同的分離溝槽。這種階梯式的直徑降低是不利的，因?yàn)樵诟G爐中，預(yù)制體的玻璃在這種階梯位置發(fā)生軟化至這樣一種程度，即來(lái)自窯爐的材料從所說(shuō)的階梯位置發(fā)生下垂。因?yàn)橥ㄟ^(guò)窯爐在圓錐體圓周處對(duì)其進(jìn)行加熱，所以就有在預(yù)制體中心附近的區(qū)域發(fā)生軟化的危險(xiǎn)，其結(jié)果是，將不會(huì)從圓錐體中心處發(fā)生拉絲，而這是不希望的。
這種預(yù)制體本身也可以從以本申請(qǐng)人的名義申請(qǐng)的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)0 530 917中知道?？梢詫哪抢镏赖念A(yù)制體視為沿其整個(gè)長(zhǎng)度方向上直徑均勻的棒狀預(yù)制體。當(dāng)用這種棒狀預(yù)制體拉制光學(xué)纖維時(shí)，在窯爐中，加熱所說(shuō)棒狀預(yù)制體的一端，這樣就形成了軟化區(qū)。在所說(shuō)的加熱過(guò)程中，對(duì)這樣軟化的區(qū)域施加拉力，此后，所說(shuō)軟化區(qū)的塑性條件使從那里拉光學(xué)纖維成為可能。根據(jù)所說(shuō)的專(zhuān)利公開(kāi)文本，加熱區(qū)的方向與施加于軟化端上的拉力的方向相反。
玻璃纖維工業(yè)當(dāng)前的發(fā)展呈現(xiàn)出提高棒狀預(yù)制體性能的趨勢(shì)。主要是通過(guò)增加棒狀預(yù)制體的直徑實(shí)現(xiàn)這種性能的提高。然而，也可以增加棒狀預(yù)制體的長(zhǎng)度，但這種措施會(huì)在實(shí)踐中產(chǎn)生問(wèn)題，因?yàn)槟壳爸圃祛A(yù)制體的設(shè)備不合適。此外，長(zhǎng)的預(yù)制體難以操作。
在本說(shuō)明書(shū)的前言中使用的術(shù)語(yǔ)“棒狀預(yù)制體”應(yīng)理解為包括質(zhì)量大的棒和管子，特別是被一根或多根同心管?chē)@的棒。通常，在拉絲塔(draw tower)中拉出這樣的棒狀預(yù)制體而形成直徑約為125微米的光學(xué)纖維。在所說(shuō)的拉絲過(guò)程中，棒狀預(yù)制體慢慢通過(guò)窯爐，于是在其一端會(huì)發(fā)生熔化，從而形成圓錐體。從所說(shuō)的已經(jīng)通過(guò)加熱獲得的圓錐體中高速帶走(carried away)上述玻璃纖維。因此，當(dāng)使用目前生成的棒狀預(yù)制體，特別是具有大直徑的預(yù)制體時(shí)，啟動(dòng)拉絲過(guò)程，特別是形成圓錐體會(huì)占用很多的時(shí)間。應(yīng)該理解的是，當(dāng)使用具有更大直徑的棒狀預(yù)制體時(shí)，此啟動(dòng)時(shí)間大大延長(zhǎng)。由于上述趨勢(shì)，其中要加工具有較大直徑的棒狀預(yù)制體，因此，理想的是有益地影響拉絲過(guò)程的啟動(dòng)時(shí)間，從而使拉絲過(guò)程，特別是縮短其起始階段成為可能。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種棒狀預(yù)制體，該棒狀預(yù)制體具有能夠明顯縮短拉絲過(guò)程起始階段的幾何形狀。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造棒狀預(yù)制體的方法，該棒狀預(yù)制體能明顯縮短拉絲過(guò)程的起始階段，特別是在預(yù)制體具有大直徑的情況下。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種用于制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體，以及制造所說(shuō)光學(xué)纖維的方法，其中可以精確地限定棒狀預(yù)制體端部的幾何形狀。
根據(jù)本發(fā)明，制造如前言中提到的光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體的特征在于，棒狀預(yù)制體的一端具有圓錐體的幾何形狀，該圓錐體的幾何形狀符合下列等式Dd0=2-25,]]>Dd1/2=1.2-5,]]>LCD=0.8-3.5]]>其中D＞d1/2＞d0其中LC＝錐長(zhǎng)(毫米)D＝棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)d0＝棒狀預(yù)制體圓錐端的直徑(毫米)d1/2＝圓錐一半處的棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)盡管歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)0 999 189(早期未公開(kāi))揭示了一種直徑降低的預(yù)制體，但所說(shuō)的公開(kāi)文本對(duì)上述需求的結(jié)合沒(méi)有提供任何指示，特別是d1/2與D之間的比率，而這是為了明顯縮短拉絲過(guò)程的起始階段，本預(yù)制體要滿足的。
通過(guò)在最終的拉絲過(guò)程前已經(jīng)使棒狀預(yù)制體呈圓錐體的幾何形狀，使拉絲過(guò)程，特別是其起始階段所需的時(shí)間明顯縮短。因此，對(duì)于棒狀預(yù)制體特別理想的是包括具有圓錐體幾何形狀的端部，其圓錐體的幾何形狀基本符合從棒狀預(yù)制體中連續(xù)拉制光學(xué)纖維自動(dòng)形成圓錐體的幾何形狀。因此，在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，達(dá)到所需終速所需的時(shí)間也可以明顯縮短。因此，應(yīng)該明白可以將該預(yù)制體視為待用于拉制光學(xué)纖維的預(yù)制體，不應(yīng)將該棒狀預(yù)制體與已經(jīng)從中拉出光學(xué)纖維的現(xiàn)有技術(shù)已知的棒狀預(yù)制體混為一談。圓錐體的幾何形狀起始于預(yù)制體的尖部，直徑D從那里開(kāi)始減小?？梢詫⒃搱A錐體的幾何形狀視為從直徑D平滑連續(xù)減小至直徑d0，該幾何形狀基本上不同于JP-A-11079772突變的、階梯形的幾何形狀。
為了形成特定的直徑降低以提供所需的效果，特別是縮短最終拉絲過(guò)程的起始階段，上述比率D/d0是重要的。應(yīng)該清楚的是比率D/d0的下限特別適用于具有小直徑的棒狀預(yù)制體，特別是直徑超過(guò)約30毫米的棒狀預(yù)制體。比率D/d0的上限特別適用于具有較大直徑的棒狀預(yù)制體，特別是直徑超過(guò)約150毫米的棒狀預(yù)制體。但是，應(yīng)當(dāng)指出在其任何實(shí)施方案中，都不限制該棒狀預(yù)制體的具體直徑，而是僅限制如前所述的圓錐體幾何形狀與棒狀預(yù)制體之間的比率。
上述比率D/d1/2涉及棒狀預(yù)制體軟化端的具體幾何形狀，特別是圓錐體。如果此比率大于5，圓錐端將非常迅速地離開(kāi)加熱區(qū)，這意味著大量的玻璃將離開(kāi)窯爐，這是不希望的。如果上述比率小于1.2的下限，將不能充分縮短促進(jìn)最后拉絲過(guò)程的啟動(dòng)階段所需的時(shí)間，因此也不能完全實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
上述比率LC/D特別依賴于用于在該棒狀預(yù)制體的端部形成圓錐體幾何形狀的窯爐中加熱區(qū)的長(zhǎng)度，特別是在為實(shí)行光學(xué)加工而進(jìn)行的最后拉絲過(guò)程以前。正如前面已經(jīng)描述的，優(yōu)選的是位于棒狀預(yù)制體端部的圓錐體幾何形狀的長(zhǎng)度基本上與在最終拉光纖過(guò)程中將形成的圓錐體形狀一致。通常，當(dāng)棒狀預(yù)制體具有較大的直徑時(shí)，需要較長(zhǎng)的加熱區(qū)。如果加熱區(qū)太短，所述窯爐就必需提供較高的溫度，這會(huì)在用該棒狀預(yù)制體最終拉制光纖時(shí)，在圓錐體中產(chǎn)生高的剪切率。所說(shuō)的較高溫度會(huì)對(duì)最終的玻璃纖維中缺陷的出現(xiàn)有副作用，這主要是由于較高的紫外線照射和較高的剪切率造成的。然而，如果使用較長(zhǎng)的加熱區(qū)，實(shí)際上所需的溫度會(huì)變低，但棒狀預(yù)制體的端部在加熱區(qū)中的停留時(shí)間將變長(zhǎng)，因此由于棒狀預(yù)制體較長(zhǎng)時(shí)間暴露于紫外線照射下，會(huì)導(dǎo)致更多數(shù)量的缺陷。
特別優(yōu)選的是，在端部呈圓錐體幾何形狀的該棒狀預(yù)制體符合以下等式LRLC≥4,]]>其中LR＝棒狀預(yù)制體的長(zhǎng)度(毫米)。
為了實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)力，這種LR/LC比率是特別需要的。如果比率在上述的范圍以外，該棒狀預(yù)制體將更加難以處理。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中，可以將該棒狀預(yù)制體視為包括芯和包裹芯的包裹層的棒狀預(yù)制體，其中包裹層的衍射指數(shù)低于芯的衍射指數(shù)。
而且，本發(fā)明涉及一端呈圓錐體幾何形狀的棒狀預(yù)制體，特別是如上所述的棒狀預(yù)制體的制造方法，根據(jù)本發(fā)明，該方法的特征在于包括以下步驟i)在加熱區(qū)中加熱該棒狀預(yù)制體的一端，同時(shí)使其旋轉(zhuǎn)，ii)為了將所說(shuō)端部的一部分變成圓錐體的幾何形狀，向步驟i)中加熱的端部施加拉力，iii)沿棒狀預(yù)制體端部的長(zhǎng)度方向移動(dòng)加熱區(qū)，直至所說(shuō)的端部具有所說(shuō)的圓錐體幾何形狀，iv)冷卻步驟iii)中獲得的棒狀預(yù)制體，該棒狀預(yù)制體的一端呈圓錐體幾何形狀。
特別優(yōu)選的是，通過(guò)使棒狀預(yù)制體的端部與對(duì)稱(chēng)包裹棒狀預(yù)制體端部的等離子體接觸，進(jìn)行上述步驟i)中的加熱，使用產(chǎn)生等離子體的方法在棒狀預(yù)制體外部的等離子氣體中產(chǎn)生等離子體。
特別優(yōu)選的是等離子氣體流動(dòng)的方向與棒狀預(yù)制體的軸成90°角，其中等離子體是氧等離子體或含氧的等離子體。
優(yōu)選的是用等離子火焰法在該棒狀預(yù)制體的端部形成圓錐體的幾何形狀。如果使用大直徑，特別是橫截面積大于1000毫米2的棒狀預(yù)制體，等離子火焰特別合適。已知等離子火焰具有約10,000K的溫度，結(jié)果，在棒狀預(yù)制體中可以獲得足夠的穿透深度，因此棒狀預(yù)制體在其整個(gè)橫截面積上都變軟了。除此之外，等離子火焰幾乎不顯示任何推力，因?yàn)榈入x子體所需的氣體是以大氣壓供給的。低的推力有下列好處，即圓錐體的幾何形狀不會(huì)受到不好的影響。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，使用了氧等離子體或含氧的等離子體，這樣做的結(jié)果是，由于氧化環(huán)境使得可以防止石英在高溫下燒壞。此外，不出現(xiàn)不希望有的等離子火焰的冷卻。
在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，更可能的是通過(guò)使棒狀預(yù)制體的端部與氫/氧焰接觸而進(jìn)行步驟i)中的加熱，其中特別是向氫/氧焰中供給過(guò)量的氧。
此具體實(shí)施方案特別適用于橫截面積較小的棒狀預(yù)制體。對(duì)于這種橫截面玻璃面積小于1000毫米2的棒狀預(yù)制體，棒狀預(yù)制體的軟化端對(duì)氫/氧焰的推力略有敏感，其中在旋轉(zhuǎn)時(shí)必須特別準(zhǔn)確地進(jìn)行所說(shuō)的加熱。
而且，本發(fā)明還涉及一種制造光學(xué)纖維的方法，其中對(duì)棒狀預(yù)制體的一端進(jìn)行熱處理，此后，對(duì)棒狀預(yù)制體的軟化端施加拉力以從那里拉出光學(xué)纖維，該方法的特征在于使用的是本棒狀預(yù)制體。而且，本發(fā)明還涉及按照上述方法獲得的光學(xué)纖維。
現(xiàn)在將參考附圖
解釋本發(fā)明。
附圖示意性地說(shuō)明該棒狀預(yù)制體所需的參數(shù)。在該圖中，用LR表示棒狀預(yù)制體的長(zhǎng)度。因?yàn)樵诩訜釁^(qū)加熱該棒狀預(yù)制體的端部時(shí)旋轉(zhuǎn)該棒狀預(yù)制體并對(duì)其施加拉力，所以加熱端會(huì)變成具有圓錐體幾何形狀的端部，其中用LC示意地表示圓錐的長(zhǎng)度。在附圖中，用D表示棒狀預(yù)制體的直徑。而且，在圖中，用d1/2表示圓錐一半處的棒狀預(yù)制體的直徑，用d0表示在圓錐端部的棒狀預(yù)制體的直徑。應(yīng)該指出的是不應(yīng)將圖中位于d0處的球形端視作本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。特別重要的是為了形成光學(xué)纖維，還沒(méi)有對(duì)圖中所示的棒狀預(yù)制體進(jìn)行拉絲處理，但是擁有圓錐體幾何形狀的該預(yù)制體適于隨后制造光學(xué)纖維，其會(huì)在d0處形成光學(xué)纖維。
權(quán)利要求
1.一種制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體，其特征在于，該棒狀預(yù)制體的一端呈圓錐體的幾何形狀，該圓錐體的幾何形狀符合以下等式Dd0=2-25,]]>Dd1/2=1.2-5,]]>LCD=0.8-3.5]]>其中D＞d1/2＞d0其中LC＝錐長(zhǎng)(毫米)D＝棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)d0＝圓錐端的棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)d1/2＝圓錐一半處的棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)
2.根據(jù)權(quán)利要求1的棒狀預(yù)制體，其特征在于，所說(shuō)的圓錐體幾何形狀符合下面的等式LRLC≥4,]]>其中LR＝棒狀預(yù)制體的長(zhǎng)度(毫米)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2的棒狀預(yù)制體，其特征在于所說(shuō)的該棒狀預(yù)制體包括芯和包裹芯的包裹層，其中包裹層的衍射指數(shù)低于芯的衍射指數(shù)。
4.一種制造一端呈圓錐體幾何形狀的棒狀預(yù)制體，特別是權(quán)利要求1-3的棒狀預(yù)制體的方法，其特征在于，所說(shuō)的方法包括以下步驟i)在加熱區(qū)加熱該棒狀預(yù)制體的一端，同時(shí)使其旋轉(zhuǎn)，ii)為了使所說(shuō)端部的一部分變成圓錐體的幾何形狀，對(duì)步驟i)中加熱的端部施加拉力，iii)沿棒狀預(yù)制體端部的長(zhǎng)度方向移動(dòng)加熱區(qū)，直至所說(shuō)的端部具有所說(shuō)的圓錐體幾何形狀，iv)冷卻步驟iii)中獲得的棒狀預(yù)制體，該棒狀預(yù)制體的一端呈圓錐體幾何形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于通過(guò)使棒狀預(yù)制體的端部與對(duì)稱(chēng)包裹該棒狀預(yù)制體端部的等離子體接觸進(jìn)行步驟i)中的加熱，使用產(chǎn)生等離子的方法在棒狀預(yù)制體外部的等離子氣體中生成等離子體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于等離子氣體的流動(dòng)方向與棒狀預(yù)制體的軸成90°角。
7.根據(jù)權(quán)利要求5-6的方法，其特征在于使用氧等離子體或含氧等離子體作為所說(shuō)的等離子體。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于通過(guò)使棒狀預(yù)制體的端部與氫/氧焰接觸進(jìn)行步驟i)中的加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于向所說(shuō)的氫/氧焰中加入過(guò)量的氧氣。
10.一種制造光學(xué)纖維的方法，其中對(duì)棒狀預(yù)制體的一端進(jìn)行熱處理，此后對(duì)該棒狀預(yù)制體的軟化端施加拉力以從那里拉出光學(xué)纖維，其特征在于使用權(quán)利要求1-3的棒狀預(yù)制體。
11.一種按照如權(quán)利要求10中所定義的方法獲得的光學(xué)纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體，以及制造這種棒狀預(yù)制體的方法。本發(fā)明還涉及制造光學(xué)纖維的方法，其中對(duì)棒狀預(yù)制體的一端進(jìn)行熱處理，此后對(duì)該棒狀預(yù)制體的軟化端施加拉力以從那里拉出光學(xué)纖維。
文檔編號(hào)C03B37/012GK1420850SQ01804977
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2001年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月14日
發(fā)明者H·L·M·揚(yáng)森, M·J·德福夫 申請(qǐng)人:德拉卡纖維技術(shù)有限公司