專利名稱：制造光纖預(yù)型件的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造預(yù)型件的裝置，其中載體管收縮成一預(yù)型件，該裝置包括形成圓筒形封套的加熱元件，該封套在封套的相對端處限定一個環(huán)形入口和一個環(huán)形出口，載體管位于所述開口之間的圓筒形封套內(nèi)，加熱元件相對于載體管可在軸向上移動，和用于向載體管和封套之間的空間供送非氧化性氣體的裝置。本發(fā)明還涉及利用本發(fā)明的裝置制造預(yù)型件的方法。
背景技術(shù)：
這樣一種裝置本身可由美國專利5970083了解到。由此公知的裝置包括一個圍繞圓筒形封套的石墨爐，載體管可在圓筒形封套內(nèi)在其縱向上移動。所述裝置用于使原始預(yù)型件收縮，該原始預(yù)型件為約30mm直徑的空心棒的形式，其必須轉(zhuǎn)變成用于拉拔光纖的預(yù)型件，即具有約20mm直徑的實心棒。這種轉(zhuǎn)變主要向爐的中部發(fā)生，在中部溫度主要大約為2000℃。圓筒形封套包括一個入口和一個出口，兩個開口包括兩個管道環(huán)箍，非氧化性氣體穿過該管道。所述環(huán)形管道與封套的軸向成一定角度傾斜，非氧化性氣體通過環(huán)形管道注入兩個圓錐氣幕內(nèi)。這樣注入的氣體被引導(dǎo)離開封套，這樣防止了導(dǎo)致石墨爐燃燒的空氣進入封套內(nèi)的可能。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)外界空氣中的氧與所述碳精管接觸時，收縮過程所需要的高溫可能導(dǎo)致圓筒形封套內(nèi)部燃燒，該圓筒形封套包括碳精管。通過燃燒形成的燃燒產(chǎn)物隨后沉積在載體管上，其中雜質(zhì)可能對最終制造的玻璃纖維的光性能和/或強度產(chǎn)生不良影響。圓筒形封套中顯現(xiàn)的高溫的另一種效應(yīng)是少量的SiO2，即制造載體管的材料將蒸發(fā)。所述SiO2可與圓筒形封套的內(nèi)部的碳發(fā)生反應(yīng)，形成SiC，這種SiC沉積在內(nèi)壁上。實驗表明所述SiC可與爐的碳內(nèi)壁分離，且隨后粘附在熱和略軟的載體管上。必須防止在載體管上出現(xiàn)這種雜質(zhì)，因為所述載體管在收縮成預(yù)型件后在拉拔塔中轉(zhuǎn)化成玻璃光纖。盡管上述美國專利公開了一種裝置，其中通過在爐的兩端提供雙氣幕并在載體管和爐的內(nèi)壁之間的爐空間內(nèi)用氣沖刷，來防止外界空氣進入，聲稱最大程度減少碳內(nèi)管的燃燒，但所述公知的裝置沒有提供從載體管適當(dāng)?shù)嘏欧耪舭l(fā)的SiO2，結(jié)果在各種情況下，不能防止在載體管的外部形成SiC和SiC的沉積。

發(fā)明內(nèi)容
這樣，本發(fā)明的目的是提供一種制造預(yù)型件的裝置和方法，其中可避免現(xiàn)有技術(shù)存在的前述問題。
根據(jù)本發(fā)明，參考引言中的本發(fā)明的特征在于，在環(huán)形入口附近設(shè)置用于提供非氧化性氣體的裝置，所述裝置包括i)一種用于沖刷載體管和封套之間的空間的元件，包括環(huán)形注入室的該元件設(shè)置在環(huán)形入口附近，且包括在環(huán)形出口方向上經(jīng)過載體管的成層流的非氧化性氣體，和ii)一種用于向環(huán)形入口供送非氧化性氣體的元件，該元件設(shè)置在根據(jù)i)的元件的上游處，該元件ii)包括環(huán)形注入室，并載運在與來自元件i)的非氧化性氣體的方向相反的方向上經(jīng)過載體管的非氧化性氣體，從而防止外界空氣在環(huán)形入口側(cè)進入。
這樣，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)解決上述問題的方法，該方法即在載體管和封套之間的空間內(nèi)用非氧化性氣體沖刷，同時還在載體管的外側(cè)上以及僅在爐的一側(cè)上即環(huán)形入口附近形成非氧化性氣體的氣幕。采用僅在爐的一側(cè)上即在環(huán)形入口附近的內(nèi)部沖刷步驟，可防止由于在圓筒形封套和載體管內(nèi)部之間的空間內(nèi)相對的氣體流動引起的可能出現(xiàn)的渦流。特別是，由上述因素產(chǎn)生的任何雜質(zhì)將在另一側(cè)即在環(huán)形出口與非氧化性氣體流一起離開爐。當(dāng)使用這種方法時，可防止含硅化合物例如SiC沉積在爐內(nèi)的碳精內(nèi)管的熱區(qū)中，因為在載體管和封套之間的空間內(nèi)不會發(fā)生燃燒產(chǎn)物的堆積。實驗表明在碳精內(nèi)管的溫度超過1900℃時，立方形和六角形SiC沉積在碳精內(nèi)管上。這種立方形SiC的晶體可從圓筒形封套的內(nèi)壁上分離，并著落在石英載體管上。當(dāng)由已經(jīng)收縮以形成固體棒的預(yù)型件拉拔玻璃光纖時，由于這種立方形SiC的晶體沒有熔化，這種晶體的存在將導(dǎo)致如此形成的玻璃光纖局部削弱，從而導(dǎo)致其破裂。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的裝置包括形成圓筒形封套的加熱元件的實施例，以及圍繞圓筒形封套的加熱元件的實施例。
在一個特別優(yōu)選的實施例中，在元件i)中的非氧化性氣體的層流具有10-200的雷諾數(shù)，其中雷諾數(shù)定義為Re＝ρvd/μ，其中ρ＝氣體密度v＝氣體速度μ＝氣體粘性，和d＝載體管的外徑和圓筒形封套的內(nèi)壁之間的直徑差這種層流特別是期望的，以便防止在載體管和圓筒形封套之間的空間內(nèi)產(chǎn)生渦流，因此，可能已經(jīng)形成的任何含SiC的材料適當(dāng)?shù)卦诃h(huán)形出口的方向上被排出，這樣防止所述材料沉積在載體管上。
在一個特定的優(yōu)選實施例中，上述參數(shù)d具有＞6mm的值，結(jié)果蒸發(fā)到爐的碳內(nèi)壁上的SiO2的擴散距離增加。
而且，優(yōu)選的是采用具有最大體積百分比含量為15％的氦的氣體作為非氧化性氣體，其中其它成分選自例如氬和氮，或其混合物。
在這種收縮過程中，氦由于其具有良好的導(dǎo)熱性而被頻繁地使用，因此來自圓筒形封套的熱被適當(dāng)?shù)貍鬟f到要收縮的載體管上。然而，使用氦的一個缺點是，由于上述良好的導(dǎo)熱性，也會發(fā)生很強的冷卻。這樣，從載體管蒸發(fā)的SiO2可能沉積在圓筒形封套的碳精管的大部分上。這樣，考慮到為了使來自載體管的蒸發(fā)的SiO2在圓筒形封套的碳精管上的沉積最少，選擇最大量的氦。
該裝置的特征還在于圓筒形封套的內(nèi)壁由玻璃化的碳制成。使用玻璃化的碳的特殊優(yōu)點是該材料具有很低的孔隙率，結(jié)果，有效的潛在反應(yīng)面積小于標準的高純碳。這將導(dǎo)致碳的燃燒降低，這樣與SiO2的反應(yīng)最小。除此之外，顯然很容易從玻璃化的碳表面去除任何雜質(zhì)。
本發(fā)明還涉及一種方法，其中，載體管收縮成預(yù)型件，該方法在上述裝置中實施。


現(xiàn)在參照附圖將對本發(fā)明更詳細地描述，其中，附圖示意性地表示本發(fā)明裝置的橫截面視圖。
具體實施例方式
附圖示意性地表示用于制造預(yù)型件的裝置1，其中使載體管7收縮成一預(yù)型件。載體管7位于加熱元件2之間，該加熱元件提供高溫，以便載體管7輕微軟化，并融化成一固體棒?？臻g9位于爐10的內(nèi)壁3和載體管7之間，該空間用非氧化性氣體進行沖刷，該非氧化性氣體在箭頭P1所示的方向上通過環(huán)形注入室6注入。注入室6位于環(huán)形入口5的位置，因此，注入的非氧化性氣體從環(huán)形入口5在環(huán)形出口4的方向上流動。為了防止外界空氣進入環(huán)形入口5內(nèi)，還提供有元件8，該元件8設(shè)置在環(huán)形注入室6的上游，該元件8也包括環(huán)形注入室，它載運非氧化性氣體在與來自環(huán)形注入室6的非氧化性氣體的方向相反的方向上，特別是在箭頭P2所示的方向上經(jīng)過載體管7。通過元件8獲得的氣幕和通過注入室6的內(nèi)部沖刷過程的結(jié)合確保防止外界空氣進入爐內(nèi)，以及在收縮過程中形成的任何雜質(zhì)適當(dāng)?shù)卦诃h(huán)形出口4的方向上排出。顯然，爐10可相對于載體管7移動，但在特定的實施例中，最好載體管7相對于爐10移動。然而，本發(fā)明不限制特定的移動方式。
權(quán)利要求
1.一種用于制造預(yù)型件的裝置(1)，其中載體管(7)收縮成預(yù)型件，該裝置(1)包括至少一個形成或圍繞圓筒形封套(3)的加熱元件(2)，該封套(3)在封套(3)的相對端處限定一環(huán)形入口(5)和一環(huán)形出口(4)，該載體管(7)位于所述開口(4，5)之間的圓筒形封套(3)內(nèi)，該加熱元件(2)相對于載體管(7)可在軸向上移動，和用于向該載體管(7)和該封套(3)之間的空間供送非氧化性氣體的裝置(6，8)，其特征在于，用于供送非氧化性氣體的裝置(6，8)設(shè)置在環(huán)形入口(5)附近，所述裝置(6，8)包括i)一用于沖刷載體管(7)和封套(3)之間的空間的元件(6)，包括環(huán)形注入室的該元件(6)設(shè)置在環(huán)形入口(5)附近，該元件承載在環(huán)形出口(4)方向上經(jīng)過載體管(7)的成層流的非氧化性氣體；和ii)一用于向環(huán)形入口(5)供送非氧化性氣體的元件(8)，該元件(8)設(shè)置在根據(jù)i)的元件(6)的上游處，該元件(8)包括環(huán)形注入室，并承載在與來自元件(6)的非氧化性氣體的方向相反的方向上經(jīng)過載體管(7)的非氧化性氣體，以防止外界空氣在環(huán)形入口(5)側(cè)進入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在元件(6)中的層流具有范圍在10到200之間的雷諾數(shù)，其中，雷諾數(shù)定義為Re＝ρvd/μ，其中ρ＝氣體密度；v＝氣體速度；μ＝氣體粘性；和d＝載體管(7)的外徑和圓筒形封套(3)的內(nèi)壁之間的直徑差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，參數(shù)d具有＞6mm的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，采用具有最大體積百分比含量為15％的氦的非氧化性氣體作為非氧化性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，圓筒形封套(3)的內(nèi)壁由玻璃化的碳制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，加熱元件(2)可相對于載體管(7)移動。
7.一種用于制造預(yù)型件的方法，其中，載體管(7)收縮成預(yù)型件，該方法利用根據(jù)權(quán)利要求1至6的裝置來實施。
全文摘要
一種用于制造預(yù)型件的裝置，其中載體管收縮成預(yù)型件，該裝置包括形成圓筒形封套的加熱元件，該封套在封套的相對端處限定一環(huán)形入口和一環(huán)形出口，載體管位于開口之間的圓筒形封套內(nèi)，加熱元件相對于載體管可在軸向上移動，和用于向載體管和封套之間的空間供送非氧化性氣體的裝置。
文檔編號C03B37/012GK1474786SQ01819092
公開日2004年2月11日 申請日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月17日
發(fā)明者D·R·西蒙斯, H·L·M·揚森, D R 西蒙斯, M 揚森 申請人:德拉卡纖維技術(shù)有限公司