光纖光纜制作技術(shù)市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1第2章光纖與光纜制造技術(shù)2.1概述2.2光纖制造原材料2.3氣相沉積技術(shù)2.4非氣相技術(shù)2.5光纖拉絲及一次涂覆工藝2.6光纖張力篩選與著色工藝2.7光纖二次涂覆或套塑工藝2.8光纖成纜工藝光纖光纜制作技術(shù)第1頁(yè)22.1.1光纖按材料分類1、玻璃光纖玻璃是由一些熔體過(guò)冷后粘度增大到很高數(shù)值固體，與液體原子無(wú)序排列十分相同，呈各向同性。用于制造光纖玻璃包含：多組分氧化物玻璃，如Na2O-MgO2-SiO2，Na2O-Al2O3-SiO2等系統(tǒng)；石英玻璃；硫鹵玻璃；重金屬氧化物玻璃。2.1概述光纖光纜制作技術(shù)第2頁(yè)3光纖按材料分類2、塑料光纖（PlasticOpticalFiber）塑料光纖（POF）是用高折射率聚合物為芯材和低折射率聚合物為包層材料而制成全塑料光纖。普通也可分為階躍折射率分布POF和梯度折射率POF。絕大多數(shù)塑料光纖是由氟化聚甲基丙烯酸甲脂或全氟樹脂或聚苯乙烯制成。生產(chǎn)工藝普通使用界面凝膠法或擠壓擴(kuò)散法或高速離心擴(kuò)散法。與石英玻璃光纖相比，塑料光纖含有大纖芯（500~750μm），允許使用價(jià)格廉價(jià)注塑塑料光纖連接器，從而顯著地降低了整個(gè)光傳輸線路成本。使光纖到戶成為可能。光纖光纜制作技術(shù)第3頁(yè)44塑料光纖主要特點(diǎn)質(zhì)量輕芯徑大、易連接柔韌性好、使用壽命長(zhǎng)高傳輸速率（數(shù)百M(fèi)～數(shù)Gbit/s）支持寬帶應(yīng)用抗電磁干擾、抗振動(dòng)、可靠度高操作、連接輕易、維修方便、系統(tǒng)成本低；

光纖光纜制作技術(shù)第4頁(yè)5光纖按材料分類3、光子晶體光纖（PhotonicCrystalFiber）光子晶體光纖是一個(gè)由單一介質(zhì)組成（熔融石英或聚合物）并由在二維方向上緊密排列（通常為周期性六角形），而在第三維方向（光纖軸向）基本保持不變波長(zhǎng)量級(jí)空氣孔組成微結(jié)構(gòu)包層新型光纖。光子晶體光纖也被稱為微孔光纖、光子能帶光纖，或者多孔光纖。最近有研究表明，這種PCF可傳輸99%以上光能，而空間光衰減極低，光纖衰減只有標(biāo)準(zhǔn)光纖1/2～1/4。光纖光纜制作技術(shù)第5頁(yè)6光纖按材料分類3、光子晶體光纖（PhotonicCrystalFiber）

光纖光纜制作技術(shù)第6頁(yè)7光子晶體光纖優(yōu)點(diǎn)（一）光子晶體波導(dǎo)含有優(yōu)良彎曲效應(yīng)。（二）能量傳輸基本無(wú)損失，也不會(huì)出現(xiàn)延遲等影響數(shù)據(jù)傳輸率現(xiàn)象?？蓚鬏?9%以上光能，而空間光衰減極低，光纖衰減只有標(biāo)準(zhǔn)光纖1/2～1/4。（三）光子晶體制成光纖含有極寬傳輸頻帶，可全波段傳輸。（四）光子晶體光纖纖芯面積可能大于傳統(tǒng)光纖纖芯面積10倍左右，這么就允許較高入射光功率。光纖光纜制作技術(shù)第7頁(yè)8光纖按材料分類4、液芯光纖液芯光纖是由高度透明柔性聚合物包層管、硬質(zhì)材料做成透明光窗以及折射率大于包層透明液體纖芯材料組成，光線在纖芯內(nèi)部發(fā)生全反射而向前傳輸，結(jié)構(gòu)如圖所表示。制造液芯光纖包層材料普通為毛細(xì)石英管材或聚合物管材，用毛細(xì)石英管材制造液芯光纖纖芯直徑普通小于1mm，而聚合物管材制作液芯光纖纖芯直徑可達(dá)3～14mm甚至更大。光纖光纜制作技術(shù)第8頁(yè)9液芯光纖優(yōu)點(diǎn)(1)、優(yōu)異機(jī)械性能液芯光纖內(nèi)部是能夠自由流動(dòng)液體，外部是柔性聚合物軟管，所以，當(dāng)液芯光纖被彎曲時(shí)，外層軟管所承受應(yīng)力能夠由內(nèi)部液體向周圍傳遞而很快得到釋放。這使得液芯光纖含有良好可撓性，可靠性較高。相反，傳統(tǒng)光纖束是由脆性玻璃或石英光纖制成，光纖束在過(guò)分或頻繁彎曲情況下，往往出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，從而造成光傳輸效率下降甚至整根光纖束損壞。光纖光纜制作技術(shù)第9頁(yè)10液芯光纖優(yōu)點(diǎn)(2)、優(yōu)異光學(xué)性能液芯光纖采取透明液體作為芯料，因而芯料選擇范圍相當(dāng)廣泛，能夠針對(duì)不一樣傳輸波長(zhǎng)范圍要求，選擇對(duì)應(yīng)液體單質(zhì)或溶液體系，以到達(dá)最正確光傳輸效率。其光譜傳輸波長(zhǎng)范圍通常能夠從紫外區(qū)200nm到近紅外3pm。以波長(zhǎng)365nm傳光效率為例，液芯光纖最高可達(dá)85%以上，而普通石英光纖傳光束最高僅為60%左右。光纖光纜制作技術(shù)第10頁(yè)11液芯光纖優(yōu)點(diǎn)(2)、優(yōu)異光學(xué)性能數(shù)值孔徑是光纖光學(xué)性能一項(xiàng)主要指標(biāo)，反應(yīng)光纖接收光線能力。通常對(duì)于能量傳輸型光纖而言，數(shù)值孔徑越大，耦合效率就越高，接收到光能量也就越大。液芯光纖在數(shù)值孔徑方面也含有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。它數(shù)值孔徑能夠依據(jù)使用要求，經(jīng)過(guò)改變芯料配方進(jìn)行靈活調(diào)整，且數(shù)值孔徑通常都較高，到達(dá)0.5以上，而普通多模石英光纖數(shù)值孔徑大多低于0.37。光纖光纜制作技術(shù)第11頁(yè)12液芯光纖優(yōu)點(diǎn)(3)、較高生產(chǎn)效率，較低生產(chǎn)成本制作普通石英或玻璃光纖束時(shí)，伴隨其口徑增大，光纖單絲用量呈幾何級(jí)數(shù)增加，拉制光纖單絲工作量也呈幾何級(jí)數(shù)上升，生產(chǎn)成本也隨之增加，同時(shí)，為了確保大口徑光纖束彎曲性能，還要求光纖單絲直徑要更小，才不至于在光纖束彎曲時(shí)被折斷，對(duì)應(yīng)拉絲工作量變得更大，制作周期也更長(zhǎng);相對(duì)而言，液芯光纖生產(chǎn)工藝較為簡(jiǎn)單，即使芯料制備技術(shù)含量較高，難度較大，但主要是依靠高效提純工藝和裝備來(lái)完成，比較適合于大批量生產(chǎn)，而且，芯料產(chǎn)出能力能夠靈活控制，生產(chǎn)作業(yè)工作量并不與光纖口徑呈直接幾何級(jí)數(shù)關(guān)系，再者，光纖后續(xù)灌裝、密封等工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，制作周期短，生產(chǎn)成本較低，因而附加值也較高，是一個(gè)性價(jià)比較高產(chǎn)品。光纖光纜制作技術(shù)第12頁(yè)13液芯光纖缺點(diǎn)(1)、液芯光纖有細(xì)度和長(zhǎng)度限制液芯光纖對(duì)于芯徑大普通傳光束是有很大優(yōu)越性，但因?yàn)橹谱鹘Y(jié)構(gòu)限制，液芯光纖作得不可能無(wú)限制細(xì)，也不能作得很長(zhǎng)，據(jù)資料可查，現(xiàn)全世界最細(xì)可實(shí)用液芯光纖通光芯徑是2mm，最長(zhǎng)可實(shí)用液芯光纖是30m，而普通石英光纖為0.1—1mm，，甚至更細(xì)，石英光纖和玻璃光纖在單絲情況下，長(zhǎng)度能夠作到幾千米。光纖光纜制作技術(shù)第13頁(yè)14液芯光纖缺點(diǎn)(2)、液芯光纖使用壽命比較短普通石英光束使用壽命在3~4年，最長(zhǎng)可達(dá)之久，玻璃光束使用壽命更長(zhǎng)，不是機(jī)械損害情況下，壽命可達(dá)以上，而普通液芯光纖使用壽命在1~2年，在和大功率光源配套使用時(shí)，其壽命更低，有在500~1000h之內(nèi)。光纖光纜制作技術(shù)第14頁(yè)15液芯光纖缺點(diǎn)(3)、液芯光纖使用溫度范圍比較窄液芯光纖芯料是無(wú)機(jī)鹽溶液或是有機(jī)物溶劑，都有沸點(diǎn)和結(jié)晶溫度限制，所以，液芯光纖都有使用溫度限制，普通在-5~35℃，而對(duì)于普通石英光纖和玻璃光纖，本身光纖耐溫性是非常高，但因?yàn)楣饫w保護(hù)層材料性質(zhì)限制，使用溫度普通在-40~100℃，一些特殊涂層光纖能到達(dá)-190~400℃。光纖光纜制作技術(shù)第15頁(yè)162.1.2光纖制造工藝概述玻璃光纖氣相沉積技術(shù)非氣相沉積技術(shù)直接熔融法溶膠凝膠法管內(nèi)化學(xué)氣相沉積法（MCVD）管外化學(xué)氣相沉積法（OVD）軸向化學(xué)氣相沉積法（VAD)等離子化學(xué)氣相沉積法（PCVD）機(jī)械成形法光纖光纜制作技術(shù)第16頁(yè)17塑料光纖棒管組正當(dāng)界面凝膠法機(jī)械擠塑法高速離心擴(kuò)散法光子晶體光纖：管束拉絲和打孔拉絲法液芯光纖：液體灌裝2.1.2光纖制造工藝概述光纖光纜制作技術(shù)第17頁(yè)18實(shí)用光纖原材料選擇標(biāo)準(zhǔn)（1）成形方便：材料必須能夠制成細(xì)長(zhǎng)、柔軟光纖；（2）透明材料：為了使光纖在特定光波長(zhǎng)有效導(dǎo)光，所選取材料必須是透明材料；（3）性能兼容：為了確保光纖芯/包層物理性能彼此適應(yīng)，必須選取那些含有微小折射率差，但物理性能彼此相近材料；（4）材料成本：光纖制造所用原材料應(yīng)該是起源豐富，價(jià)格廉價(jià)原材料。2.2光纖制造原材料光纖光纜制作技術(shù)第18頁(yè)19

除了上述光纖原材料本身四大原因以外，我們必須考慮光纖在長(zhǎng)達(dá)20~30年實(shí)際使用中，光纖同時(shí)含有良好化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等性能。易吸水材料，即使其光衰減極小，它也不宜作為光纖原材料。機(jī)械強(qiáng)度也是選擇光纖原材料主要條件之一，因?yàn)樵谑┕ず褪褂弥泄饫|會(huì)碰到極度彎曲和拉伸等機(jī)械外力作用。盡管化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度性能能夠經(jīng)過(guò)采取加強(qiáng)件和防潮膜或者經(jīng)過(guò)一些工程設(shè)計(jì)辦法加以處理；不過(guò)最簡(jiǎn)單、最有效和最可取處理方法是使所選擇光纖原材料本身應(yīng)含有良好化學(xué)穩(wěn)定性和搞機(jī)械強(qiáng)度。2.2光纖制造原材料光纖光纜制作技術(shù)第19頁(yè)20

氣體：盡管在可見(jiàn)光和近紅外光區(qū)域，各種氣體光衰減是極小，但氣體物質(zhì)致命缺點(diǎn)是它們折射率控制困難。為了實(shí)現(xiàn)氣體波導(dǎo)，已做了許多試驗(yàn)。在這些試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)改變波導(dǎo)中心與波導(dǎo)周圍之間溫度來(lái)控制其折射率?？招牟▽?dǎo)管是一個(gè)金屬或一個(gè)電介質(zhì)管，有時(shí)用在外波段，它傳輸衰減主要取決于波導(dǎo)管材料與波導(dǎo)管表面光潔度。2.2光纖制造原材料光纖光纜制作技術(shù)第20頁(yè)21

液體：一些液體物質(zhì)也是光低衰減介質(zhì)，適合于制造光纖。在透明液體物質(zhì)中可供選擇折射率種類很多。在低衰減光纖研發(fā)過(guò)程中已研制出液芯纖維，即液體充滿細(xì)玻璃管或塑料管纖維?？墒且后w折射率隨溫度改變十分顯著，致使準(zhǔn)確地保持波導(dǎo)特征變得極為不易。另外，對(duì)實(shí)際使用來(lái)說(shuō)，僅能制造出階躍型折射率分布多模光纖。2.2光纖制造原材料光纖光纜制作技術(shù)第21頁(yè)22

晶體：晶體材料如水晶、藍(lán)寶石、堿金屬鹵化物晶體所含有光衰減比非晶體材料低得多。究其原因是晶體材料中因?yàn)槊芏炔▌?dòng)而引發(fā)瑞利散射衰減僅為同類非晶衰減1/10。但多晶材料在晶界處光散射非常嚴(yán)重，而單晶材料快速生長(zhǎng)或單晶纖維大規(guī)模生產(chǎn)都極為困難，而且晶體材料折射率控制也非常不易。另外，因?yàn)殚L(zhǎng)成單晶體含有特定晶面，這就使得纖維表面和芯/包界面變得粗糙，從而引發(fā)大散射衰減。2.2光纖制造原材料光纖光纜制作技術(shù)第22頁(yè)23

玻璃（非晶體）：非晶態(tài)物質(zhì)或玻璃是理想光纖材料，因?yàn)橐恍┭趸锊Ａ?、氟化物玻璃和硫化物玻璃在可?jiàn)光和紅外波長(zhǎng)區(qū)域含有高透過(guò)性。這些玻璃極易制成纖維，且不會(huì)引入如特定晶體面粗糙度或晶界之類非本征散射源。而且，經(jīng)過(guò)改變這些玻璃組成百分比很輕易控制它們折射率，而又不會(huì)嚴(yán)重限制玻璃形成條件。石英玻璃原材料價(jià)格低廉，是最適合低衰減光學(xué)原材料。已報(bào)道摻雜石英玻璃光纖在1550nm處最小衰減是0.15db/km，其它材料極難到達(dá)。2.2光纖制造原材料光纖光纜制作技術(shù)第23頁(yè)242.2.1主體原材料四氯化硅SiCl4是制造石英玻璃光纖預(yù)制棒主體原材料，在常溫下呈無(wú)色透明液體，有刺鼻氣味，易水解，在潮濕空氣中強(qiáng)烈發(fā)煙，同時(shí)放出熱量，屬放熱反應(yīng)。其反應(yīng)產(chǎn)物SiO2是光纖基本組分。在熔制石英玻璃光纖預(yù)制棒時(shí)，金屬鹵化物經(jīng)過(guò)高溫氧化或水解反應(yīng)，生成對(duì)應(yīng)金屬氧化物，組成玻璃成份。金屬鹵化物與氧反應(yīng)以下：SiCl4+2H2OSiO2+4HClSiCl4+O2SiO2+Cl2

光纖光纜制作技術(shù)第24頁(yè)25SiCl4是制備光纖主要材料，占光纖成份總量85～95％。SiCl4制備可采取各種方法，最慣用方法是采取工業(yè)硅在高溫下氯化制得粗SiCl4，化學(xué)反應(yīng)以下：Si+2Cl2SiCl4

該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)爐內(nèi)溫度伴隨反應(yīng)加劇而升高，所以要控制氯氣流量，預(yù)防反應(yīng)溫度過(guò)高，生成Si2Cl6和Si3Cl8。反應(yīng)生成SiCl4蒸氣流入冷凝器，這么制得SiCl4液體原料。光纖光纜制作技術(shù)第25頁(yè)262.2.2摻雜原材料摻雜原材料主要是指四氯化鍺GeCl4和氟利昂CCl3F3或六氟乙烷C2F6。它們摻入纖芯和包層用來(lái)調(diào)整石英玻璃光纖預(yù)制棒折射率分布結(jié)構(gòu)。通常，GeCl4用來(lái)提升纖芯折射率，而氟利昂CCl3F3或六氟乙烷C2F6則用來(lái)降低包層折射率。在光纖預(yù)制棒制造過(guò)程中，它們以氧化物形式沉積成芯棒。光纖光纜制作技術(shù)第26頁(yè)272.2.3主體及摻雜原材料提純經(jīng)大量研究表明，用來(lái)制造光纖各種原料純度應(yīng)到達(dá)99.9999％，或者雜質(zhì)含量要小于10-6。大部分鹵化物材料都達(dá)不到如此高純度，普通情況下，SiCl4中可能存在雜質(zhì)有四類：金屬氧化物、非金屬氧化物、含氫化合物和絡(luò)合物，必須對(duì)原料進(jìn)行提純處理。鹵化物試劑當(dāng)前已經(jīng)有成熟提純技術(shù)，如精餾法，吸附法，水解法，萃取法和絡(luò)正當(dāng)?shù)?。?dāng)前在光纖原料提純工藝中，廣泛采取是“精餾－吸附－精餾”混合提純法。光纖光纜制作技術(shù)第27頁(yè)282.2.3主體及摻雜原材料提純

精餾法：主要用于分離液體混合物，方便得到純度很高單一液體物質(zhì)。精餾是利用SiCl4與各種雜質(zhì)氯化物相對(duì)揮發(fā)度差異而進(jìn)行分離。精餾塔由多層塔板和蒸餾釜組成，蒸餾得到產(chǎn)品可分為塔頂餾出液（SiCl4液體）和蒸餾釜?dú)堃海ê饘匐s質(zhì)物質(zhì)）二種，SiCl4餾出液由塔頂蒸汽凝結(jié)得到，為使其純度更高，將其再回流入塔內(nèi)，并與從蒸餾釜連續(xù)上升蒸汽在各層塔板上或填料表面親密接觸，不停地進(jìn)行部分汽化與凝縮，這一過(guò)程相當(dāng)于對(duì)SiCl4液體進(jìn)行了屢次簡(jiǎn)單蒸餾，可深入提升SiCl4分離純度。光纖光纜制作技術(shù)第28頁(yè)292.2.3主體及摻雜原材料提純?cè)S多文件都介紹了采取精餾方法可使粗SiCl4得到很高純度，但對(duì)去除諸如AlCl3，BCl3，F(xiàn)eCl3，CuCl2，PCl3等極性雜質(zhì)，存在較大程度，尤其是要深入徹底分離SiCl4中雜質(zhì)硼、磷鹵化物難度更大，而硼、磷對(duì)光纖質(zhì)量及硅材料導(dǎo)電性能起主要作用，必須徹底加以分離。為填補(bǔ)精餾方法不足，經(jīng)常要和其它方法配合使用，以取得純度極高SiCl4

。光纖光纜制作技術(shù)第29頁(yè)302.2.3主體及摻雜原材料提純

吸附法：固體吸附基本原理是基于化合物中各組分化學(xué)鍵極性不一樣來(lái)進(jìn)行吸附分離。SiCl4是無(wú)電偶極矩對(duì)稱分子。與此相反，所含雜質(zhì)如AlCl3,FeCl3,PCl3,BCl3和PCl3等是有相當(dāng)大偶極矩不對(duì)稱分子，很輕易被吸附劑吸附。另外，在吸附劑（如硅膠等）表面，由羥基所覆蓋，所以對(duì)于離子性化合物和輕易水解化合物輕易吸附。固體吸附法能夠克服精餾法對(duì)強(qiáng)極性雜質(zhì)難以脫除困難。對(duì)SiCl4有效吸附劑包含各種活性炭、水合氧化物和硅酸鹽等，其中以活性氧化鋁和硅膠效果最正確。在吸附操作中，制備超純吸附劑和防止沾污是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。光纖光纜制作技術(shù)第30頁(yè)312.2.3主體及摻雜原材料提純

“精餾－吸附－精餾”混合提純法：將精餾和固體吸附法組合操作，能夠發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，使SiCl4到達(dá)很高純度。利用精餾方法能夠?qū)⑴cSiCl4揮發(fā)度相差較大雜質(zhì)去除，而對(duì)BCl3、PCl3以及產(chǎn)生OH含氫化合物SiHCl3分離較難，但可利用吸附方法很好地去除這些極性雜質(zhì)。在四級(jí)精餾工藝中再采取四級(jí)活性氧化鋁吸附劑和一級(jí)活性硅膠吸附劑作為吸附柱。這就組成了所謂“精餾－吸附－精餾”綜合提純工藝。采取這種提純工藝可使SiCl4純度到達(dá)很高水平，金屬雜質(zhì)含量可降低到5ppb左右，含氫化物SiHCl3含量可降低到<0.2ppm。光纖光纜制作技術(shù)第31頁(yè)322.2.3主體及摻雜原材料提純水解法：水解法提純SiCl4基本原理是利用鹵化硼和其他含硼絡(luò)合物以及鈦、鋁等一些元素氯化物比SiCl4更輕易水解、水化或被水絡(luò)合，形成不揮發(fā)化合物而除去。該法脫除SiCl4中硼雜質(zhì)效果較為顯著。一般來(lái)說(shuō)，比Si-H鍵和Si-Cl鍵優(yōu)先水解雜質(zhì)都可以很輕易除去。其次，水解時(shí)稍過(guò)量水使少部分SiCl4水解成正硅酸H4SiO4。生成正硅酸易失水而成為硅膠，能吸附硼及其他極性雜質(zhì)如鐵和磷等氯化物，與固體吸附有些類似。此法已有效地應(yīng)用于SiCl4提純。部分水解法不僅對(duì)去除金屬雜質(zhì)及硼、磷有效，而且對(duì)去除SiHCl3效果也很明顯。光纖光纜制作技術(shù)第32頁(yè)332.2.3主體及摻雜原材料提純

絡(luò)正當(dāng)：在SiCl4中雜質(zhì)硼是以BCl3或其它絡(luò)合物形式存在，所以選擇絡(luò)合劑普通標(biāo)準(zhǔn)是：能與BCl3形成化學(xué)上和熱學(xué)上高度穩(wěn)定絡(luò)合物；極難揮發(fā)和對(duì)熱很穩(wěn)定；不與SiCl4發(fā)生作用。在絡(luò)合物形成法工藝過(guò)程中，有絡(luò)合劑選擇問(wèn)題。世界各國(guó)對(duì)此問(wèn)題研究很多，絡(luò)合劑品種不下數(shù)百種。其中提純效果最正確是四氫化吡咯二硫代氨基甲酸鈉，它能將硼、鈣、鋁、鈦、銅、鎂、鐵含量降低到1×10-9數(shù)量級(jí)，但除磷效果較差。光纖光纜制作技術(shù)第33頁(yè)342.2.4慣用氣體

氧氣：氧氣用量很大，既是是攜帶化學(xué)試劑進(jìn)入石英反應(yīng)管載流氣體（載送SiCi4，GeCl4），同時(shí)，也是氣相沉積（如MCVD）法中參加高溫氧化反應(yīng)反應(yīng)氣體，其與SiCi4，GeCl4

等氣體反應(yīng)生成SiO2，GeO2等。它純度對(duì)光纖衰減影響很大，普通要求它含水(H2O)露點(diǎn)在－70℃～－83℃，含H2O量<1ppm；其它氫化物含量<0.2ppm。當(dāng)前工業(yè)用氧氣起源主要采取林德法或克勞德法，使空氣液化，先將空氣中水分和二氧化碳除去，再經(jīng)過(guò)加壓、降壓、液化、然后將N2及稀有氣體與氧分離，從而得到液態(tài)氧。另外，我們也能夠采取電解水方法制備氧氣。電解水方法制得氧氣純度普通為99.5%左右。

光纖光纜制作技術(shù)第34頁(yè)352.2.4慣用氣體

氫氣：主要作為燃料用，其用量大。當(dāng)前氫氣工業(yè)制備方法有高溫裂解法和水電解法。高溫裂解法依原材料不一樣而有不一樣路徑：（1）天然氣裂解法：

CH4+3H2O4H2+CO2(2)甲醇裂解法：

CH3OH+H2O3H2+CO2

上述方法制備氫氣都不一樣程度地含有H2O、CO、CO2、N2等雜質(zhì)，需進(jìn)行提純加工，經(jīng)催化、吸附、低溫吸附、水洗過(guò)濾等，可取得純度很高氫氣。光纖光纜制作技術(shù)第35頁(yè)36

氦氣：在氣相沉積反應(yīng)中通人氦氣，能夠提升反應(yīng)氣體導(dǎo)熱率，加速熱平衡，降低沉積微粒中產(chǎn)生氣泡可能性，因而氦氣有利于提升沉積效率。比如，在MCVD工藝中沒(méi)有通入氦氣沉積速率為0.2～0.7g/min，通入氦氣后沉積速率為1.5g/min以上。氦氣制備工藝過(guò)程是經(jīng)過(guò)天然氣或空氣分離提純法，取得99%粗氦，再經(jīng)過(guò)低溫吸附和過(guò)濾等過(guò)程，取得純度達(dá)5~6N高純氦。光纖光纜制作技術(shù)第36頁(yè)37

氮?dú)猓旱獨(dú)庠诠饫w制造中應(yīng)用范圍最廣，幾乎每一步工藝，如管道保護(hù)、拉絲、涂覆等都需要氮?dú)獗Ｗo(hù)。工業(yè)上制氮是以空氣為原料，將空氣加壓并降溫使空氣液化，利用液態(tài)空氣中不一樣氣體沸點(diǎn)不一樣先將N2分離出來(lái)，這么取得氮?dú)饧兌葹?9%，再經(jīng)過(guò)精餾、液化和分離、過(guò)濾等工藝過(guò)程，取得純度達(dá)5～6N高純氮?dú)狻９饫w光纜制作技術(shù)第37頁(yè)38

氬氣：氬氣主要用于預(yù)防拉絲高溫爐氧化保護(hù)。氬氣有時(shí)也被用來(lái)作為載送氣體。氬氣在空氣中含量相對(duì)比較豐富。高純氬氣制備，可從空氣分餾塔抽出含氬餾分再經(jīng)氬氣分餾塔制成粗氬，純度可達(dá)95%以上，再經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)和物理吸附方法而取得高純氬氣。光纖光纜制作技術(shù)第38頁(yè)39

氯氣：氯氣含有強(qiáng)烈脫水作用。為了取得低損耗單模光纖，在MCVD和PCVD工藝預(yù)制棒熔縮成棒過(guò)程中或OVD和VAD工藝燒結(jié)階段，采取通入高純干燥氯氣作為干燥劑方法，對(duì)降低光纖中氫氧根含量效果十分顯著。工業(yè)上大量制取氯氣方法是采取電解法，即電解高濃度氯化鈉溶液，其化學(xué)反應(yīng)式為:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2

在陽(yáng)極上搜集到氯氣，并經(jīng)過(guò)液化成液氯。高純度氯氣多采取硫酸脫水等處理方法，不過(guò)因?yàn)槁葰獠坏悬c(diǎn)低，而且毒性大、腐蝕性強(qiáng)，對(duì)提純工藝和設(shè)備要求苛刻，比其它氣體純化要困難得多。光纖光纜制作技術(shù)第39頁(yè)402.2.5包層管光纖包層管（沉積管和套管）是石英制品中質(zhì)量級(jí)別最高石英管材料，它含有很高化學(xué)純度，優(yōu)良外觀，且不允許有肉眼可見(jiàn)氣泡、線道、雜質(zhì)點(diǎn)，以及嚴(yán)格幾何尺寸。德國(guó)Heraeus企業(yè)是世界上光纖沉積管和光纖套管最大生產(chǎn)廠家。該企業(yè)使用外部氣相沉積法生產(chǎn)合成石英管，其特點(diǎn)是純度高，幾何尺寸準(zhǔn)確度高。光纖光纜制作技術(shù)第40頁(yè)412.2.6輔助石英玻璃材料光纖預(yù)制棒和拉絲時(shí)用石英玻璃輔助材料，主要是用氣相沉積法制備預(yù)制棒時(shí)使用頭尾管、輔助管和拉絲時(shí)使用接管、手棒、底棒等輔助材料。對(duì)這些輔助石英玻璃材料質(zhì)量要求要低得多。如CVD制棒中使用頭尾棒，只要求有一定純度和良好幾何尺寸，而對(duì)管材中氣泡、線道等缺點(diǎn)要求就低一些。這些石英玻璃輔助材料約占石英玻璃管材重量5%～8%，而價(jià)格比光纖包層管低得多。當(dāng)前這部分輔助使用管棒材料己基本國(guó)產(chǎn)化，有些材料如軸向氣相沉積法中使用石英玻璃棒等還大量出口到國(guó)外。光纖光纜制作技術(shù)第41頁(yè)422.2.7光纖預(yù)涂覆材料現(xiàn)在光纖制造工廠普遍使用光纖預(yù)涂覆材料是高分子材料紫外固化丙烯酸樹脂，其作用既可保護(hù)光纖表面不受潮濕氣體和外力擦傷，又能夠賦予光纖提升抗微彎性能，降低光纖微彎附加損耗功效。普通，國(guó)內(nèi)外通信用光纖普遍采取內(nèi)、外兩個(gè)預(yù)涂覆層結(jié)構(gòu)，即在玻璃外包層上涂有兩種性能不一樣涂覆材料。內(nèi)層柔軟，強(qiáng)度較低，外層強(qiáng)度高，柔韌性好。光纖光纜制作技術(shù)第42頁(yè)432.2.8光纖著色涂料光纖著色涂料是涂覆在光纖本色外涂覆層表面高分子涂料。普通，光纖著色涂料是經(jīng)過(guò)在本色涂覆層材料中加入各種對(duì)應(yīng)顏色色料混合而成。按照光纜中現(xiàn)有12種標(biāo)準(zhǔn)顏色全光譜，能夠設(shè)計(jì)基本色譜為：藍(lán)、桔、綠、棕、灰、白、紅、黑、黃、紫、粉紅、青綠。著色涂料基本要求是與光纖預(yù)涂層含有良好粘結(jié)性，顏色不遷移，色料顆粒細(xì)膩、不含雜質(zhì)、涂料流平性能好，能以每分鐘幾百米至上千米速度在光纖外表面形成均勻光滑薄膜。同時(shí)光纖著色涂料應(yīng)該含有良好高低溫性能。光纖光纜制作技術(shù)第43頁(yè)442.3氣相沉積技術(shù)2.3.1芯棒技術(shù)2.3.2外包層技術(shù)2.3.3光纖預(yù)制棒表面研磨處理技術(shù)2.3.4光纖預(yù)制棒質(zhì)量檢測(cè)光纖光纜制作技術(shù)第44頁(yè)452.3.1芯棒技術(shù)

技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)當(dāng)今，光纖制造工藝普遍采取氣相沉積法。氣相沉積法原理是：將液態(tài)SiCl4和GeCl4等鹵化物氣體，在一定條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成摻雜高純石英玻璃。因?yàn)樵摲椒ㄟx取是半導(dǎo)體工業(yè)純極高原料，加之氣相沉積法中選取高純氧氣作為載體，將鹵化物氣體帶入反應(yīng)區(qū)（增加了一個(gè)“蒸餾提純”過(guò)程），從而深入提純反應(yīng)物到達(dá)嚴(yán)格控制過(guò)渡金屬離子目標(biāo)。光纖光纜制作技術(shù)第45頁(yè)462.3.1芯棒技術(shù)

技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

1、原料需高度提純光纖質(zhì)量在很大程度上取決于原材料純度，用作原料化學(xué)試劑需嚴(yán)格提純，其金屬雜質(zhì)含量應(yīng)小于幾個(gè)ppb，含氫化合物含量應(yīng)小于1ppm，參加反應(yīng)氧氣和其它氣體純度應(yīng)為6個(gè)9（99.9999％）以上，干燥度應(yīng)達(dá)－80℃露點(diǎn)。光纖光纜制作技術(shù)第46頁(yè)472.3.1芯棒技術(shù)

技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

2、工作環(huán)境要求極高光纖制造應(yīng)在凈化恒溫環(huán)境中進(jìn)行，光纖預(yù)制棒、拉絲、測(cè)量等工序均應(yīng)在10000級(jí)以上潔凈度凈化車間中進(jìn)行。在光纖拉絲爐光纖成形部位應(yīng)達(dá)100級(jí)以上。光纖預(yù)制棒沉積區(qū)應(yīng)在密封環(huán)境中進(jìn)行。光纖制造設(shè)備上全部氣體管道在工作間歇期間，均應(yīng)充氮?dú)獗Ｗo(hù)，防止空氣中潮氣進(jìn)入管道，影響光纖性能。光纖光纜制作技術(shù)第47頁(yè)482.3.1芯棒技術(shù)

技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

3、工藝參數(shù)要求非常穩(wěn)定光纖質(zhì)量穩(wěn)定取決于加工工藝參數(shù)穩(wěn)定。光纖制備不但需要一整套精密生產(chǎn)設(shè)備和控制系統(tǒng)，尤其主要是要長(zhǎng)久保持加工工藝參數(shù)穩(wěn)定，必須配置一整套用來(lái)檢測(cè)和校正光纖加工設(shè)備各部件運(yùn)行參數(shù)設(shè)施和裝置。光纖光纜制作技術(shù)第48頁(yè)49

工藝流程

光纖光纜制作技術(shù)第49頁(yè)50

工藝流程氣相沉積主體材料SiCl4、摻雜劑GeCl4等和高純氧氣O2混合氣體在氣相氧化反應(yīng)中得以化合，從而產(chǎn)生氧化物沉積。沉積普通是在一個(gè)基靶表面上或一根空心石英玻璃管內(nèi)或靶棒上，沉積以一層一層堆積方式不停增加。因?yàn)閾诫s劑濃度能夠逐步地改變，所以經(jīng)過(guò)調(diào)整氣相沉積工藝工藝參數(shù)，我們能夠制造出各種各樣折射率分布結(jié)構(gòu)光纖。光纖光纜制作技術(shù)第50頁(yè)51

工藝流程氣相沉積各種摻雜劑對(duì)石英玻璃折射率改變作用光纖光纜制作技術(shù)第51頁(yè)52

工藝流程預(yù)制棒制作當(dāng)前預(yù)制棒普通采取“兩步法”，第一步工藝是采取管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）、外部氣相沉積工藝（OVD）、軸向氣相沉積工藝（VAD）、微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）四種氣相沉積工藝方法任何一個(gè)方法生產(chǎn)預(yù)制棒芯棒；第二步是利用各種低成本外包技術(shù)在芯棒上附加外包層。兩步法兩個(gè)顯著特點(diǎn)在于（1）光纖預(yù)制棒光學(xué)特征主要取決于芯棒制造技術(shù)；（2）光纖預(yù)制棒成本主要取決于外包層技術(shù)。所以，芯棒制造技術(shù)和外包技術(shù)共同決定著光纖預(yù)制棒制造工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。光纖光纜制作技術(shù)第52頁(yè)53

工藝流程預(yù)制棒制作當(dāng)前預(yù)制棒普通采取“兩步法”，第一步工藝是采取管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）、外部氣相沉積工藝（OVD）、軸向氣相沉積工藝（VAD）、微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）四種氣相沉積工藝方法任何一個(gè)方法生產(chǎn)預(yù)制棒芯棒；第二步是利用各種低成本外包技術(shù)在芯棒上附加外包層。兩步法兩個(gè)顯著特點(diǎn)在于（1）光纖預(yù)制棒光學(xué)特征主要取決于芯棒制造技術(shù)；（2）光纖預(yù)制棒成本主要取決于外包層技術(shù)。所以，芯棒制造技術(shù)和外包技術(shù)共同決定著光纖預(yù)制棒制造工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。光纖光纜制作技術(shù)第53頁(yè)54

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（1）系統(tǒng)組成火焰移動(dòng)一層，沉積一層厚度約為8～10μm玻璃膜層光纖光纜制作技術(shù)第54頁(yè)55

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（2）反應(yīng)機(jī)理

SiCl4＋O2

SiO2＋2Cl2

SiCl4＋2O2＋2CF2Cl2SiF4＋2Cl2＋2CO2

或3SiCl4＋2O2＋2SF6

3SiF4＋3Cl2

＋2SO2

或3O2＋4BBr3

2B2O3＋6Br2

SiCl4＋O2SiO2＋2Cl2GeCl4＋O2GeO2＋2Cl22POCl3＋4O22P2O5＋3Cl2包層反應(yīng)芯層反應(yīng)光纖光纜制作技術(shù)第55頁(yè)56

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（2）反應(yīng)機(jī)理

怎樣控制芯層折射率分布呢？芯層折射率確保主要依靠攜帶摻雜試劑氧氣流量來(lái)準(zhǔn)確控制。在沉積熔煉過(guò)程中，由質(zhì)量流量控制器（MFC）調(diào)整原料組成載氣流量實(shí)現(xiàn)。假如是階躍型光纖預(yù)制棒，那么載氣（O2）流量應(yīng)為恒定：Q=Cont

假如是梯度分布型光纖預(yù)制棒，載氣流量Q可由下式?jīng)Q定：

光纖光纜制作技術(shù)第56頁(yè)57

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（3）工藝過(guò)程

MCVD法制備光纖預(yù)制棒工藝可分為二步：光纖光纜制作技術(shù)第57頁(yè)58

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)A、沉積機(jī)理與微粒燒結(jié)

MCVD工藝中微粒沉積機(jī)理是熱泳，即在含有一個(gè)溫度梯度條件下，處于不一樣溫度區(qū)分子有不一樣平均運(yùn)動(dòng)速度。簡(jiǎn)單說(shuō)，在1800℃以上時(shí)，反應(yīng)生成微粒懸浮在氣流中，并隨氣流向下游移動(dòng)，當(dāng)管壁溫度低于氣流溫度時(shí)，一些沿著靠近管壁軌跡移動(dòng)微粒就沉積在反應(yīng)管內(nèi)壁，同時(shí)其它沿著反應(yīng)管中心附近軌跡移動(dòng)微粒就被吹出反應(yīng)管。人們是依據(jù)這個(gè)反應(yīng)機(jī)理來(lái)解釋MCVD工藝沉積機(jī)理。光纖光纜制作技術(shù)第58頁(yè)59

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)

A、沉積機(jī)理與微粒燒結(jié)盡管MCVD工藝中每一沉積層完成之后都是透明，不過(guò)在每一沉積層進(jìn)行中，包含了疏松微粒轉(zhuǎn)變成致密透明玻璃膜過(guò)程，其機(jī)理是粘性燒結(jié)。燒結(jié)工藝主要關(guān)心是燒結(jié)速率和氣泡問(wèn)題。在燒結(jié)工藝中最關(guān)鍵參數(shù)是玻璃粘度，而玻璃粘度又是溫度和成份函數(shù)。另外，反應(yīng)管內(nèi)氣體熱性質(zhì)也影響燒結(jié)速率，這是因?yàn)闊醾鬟f影響燒結(jié)過(guò)程有效溫度。光纖光纜制作技術(shù)第59頁(yè)60

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)

B、OH-控制技術(shù)OH-起源及控制技術(shù)

OH-起源降低OH-關(guān)鍵技術(shù)氣態(tài)原材料中含氫雜質(zhì)；MCVD系統(tǒng)內(nèi)部水蒸氣；反應(yīng)管中OH-離子；用氫氧焰熔縮時(shí)產(chǎn)生OH-污染原材料提純；改進(jìn)包裝容器密封；采取不透水氣管件系統(tǒng)；氦氣定時(shí)檢漏；沉積足夠包層厚度；采取低OH-石英玻璃合成管；氘氣處理反應(yīng)管；用新型熱源光纖光纜制作技術(shù)第60頁(yè)61

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)

C、熔縮成棒熔縮速度影響預(yù)制棒加工時(shí)間，即工藝經(jīng)濟(jì)特征。而熔縮質(zhì)量對(duì)于最終光纖幾何尺寸精度、傳輸特征衰減系數(shù)、偏振模色散系數(shù)等都至關(guān)主要。熔縮工藝技術(shù)關(guān)鍵是：在確保所成預(yù)制棒棒橢圓度最小、折射率分布畸變最小前提下，怎樣提升熔縮速度。

光纖光纜制作技術(shù)第61頁(yè)62

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)

C、熔縮成棒另外，使用MCVD法熔煉光纖預(yù)制棒時(shí)，因?yàn)樽罱K一道工序---熔縮成棒時(shí)溫度過(guò)高（1800℃），使石英包皮管芯層中心孔內(nèi)表面附近摻雜劑分解升華，擴(kuò)散（GeO2沸點(diǎn)℃），最終造成預(yù)制棒中心折射率下降，折射率分布曲線出現(xiàn)中心凹陷，降低光纖帶寬和色散特征。GeO2GeO＋O2

光纖光纜制作技術(shù)第62頁(yè)63

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)

C、熔縮成棒

光纖光纜制作技術(shù)第63頁(yè)64

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)

C、熔縮成棒為消除或降低這種影響，普通可采取兩種方法處理：賠償法：所謂賠償法是在熔煉成實(shí)芯棒過(guò)程中，不間斷送入GeCl4飽和蒸氣，以賠償高溫升華、擴(kuò)散造成GeO2損失，從而到達(dá)賠償光纖預(yù)制棒中心位置折射率降低問(wèn)題。但使用此種方法難于準(zhǔn)確控制，會(huì)使光纖預(yù)制棒中鍺含量增高，出現(xiàn)過(guò)賠償現(xiàn)象出現(xiàn)，所以該方法并不是最理想處理方案。光纖光纜制作技術(shù)第64頁(yè)65

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)

C、熔縮成棒腐蝕法：所謂腐蝕法是在熔縮成實(shí)芯棒時(shí)，向管內(nèi)繼續(xù)送入CF2Cl2、SF6等含氟飽和蒸汽和純氧氣，使它們與包皮管中心孔表面失去部分GeO2玻璃層發(fā)生反應(yīng)，生成SiF4、GeF4，從而把沉積芯層內(nèi)表面折射率降低部分玻璃層腐蝕掉，這么中心凹陷區(qū)會(huì)被降低或完全被消除掉，濃縮成棒后可大大改進(jìn)光纖帶寬特征。同時(shí)，因?yàn)槁葰夂袠O強(qiáng)除濕作用，所以，利用CF2Cl2作蝕刻材料，含有蝕刻和除濕雙重作用。光纖光纜制作技術(shù)第65頁(yè)66

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（4）關(guān)鍵技術(shù)

C、熔縮成棒腐蝕法：

腐蝕原理與化學(xué)反應(yīng)式以下：2CF2Cl2＋O22COF2＋2Cl22COF2＋SiO2SiF4＋2CO22COF2＋GeO

GeF4＋2CO

光纖光纜制作技術(shù)第66頁(yè)67

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（5）MCVD工藝優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)自動(dòng)化程度非常高，關(guān)鍵工藝參數(shù)均由計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確控制；全封閉系統(tǒng)內(nèi)部沉積，預(yù)防雜質(zhì)侵入；易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜折射率分布；設(shè)備簡(jiǎn)單易行、早期投資少；工藝靈活，適于制作各種光纖；有成套制造設(shè)備商品。需用石英玻璃管，預(yù)制棒尺寸受限制；易于產(chǎn)生中心折射率凹陷；沉積速率較慢、沉積效率較低；間接加熱，能源消耗大；制造大數(shù)值孔徑預(yù)制棒時(shí)輕易出現(xiàn)爆裂問(wèn)題。光纖光纜制作技術(shù)第67頁(yè)68

芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（6）MCVD工藝新技術(shù)

A、采取合成石英玻璃管。合成石英玻璃管純度比天然水晶粉熔制石英玻璃管（以下簡(jiǎn)稱天然管）提升了4個(gè)數(shù)量級(jí)。OH-含量（平均值）0.1×10-6；金屬雜質(zhì)總含量（平均值）均為4×10-9。用合成管做反應(yīng)管，所沉積內(nèi)包層量要小得多，這么能夠制作出芯/內(nèi)包層百分比較大芯棒，再輔助以外包層技術(shù)，就能夠使預(yù)制棒增大10倍以上（以可拉制光纖長(zhǎng)度計(jì)）。當(dāng)前，在生產(chǎn)上用合成石英玻璃沉積管外直徑約為30～40mm，沉積長(zhǎng)度1.2～1.4m。采取大直徑合成管代替小直徑天然管作為沉積管，再輔以其它辦法，已經(jīng)能夠制造出可拉制1000km以上光纖大棒。光纖光纜制作技術(shù)第68頁(yè)69芯棒工藝1、管內(nèi)化學(xué)氣相沉積工藝（MCVD）（6）MCVD工藝新技術(shù)B、采取新型熱源。傳統(tǒng)MCVD工藝氫氧焰加熱存在導(dǎo)熱率低、溫度穩(wěn)定性差、熱效率低等缺點(diǎn)，所以在燒結(jié)厚沉積層、熔縮大棒方面有困難；另外還有氫氧焰氣流過(guò)大，其沖擊力輕易使管子變形，表面SiO2燒失等問(wèn)題。最近，國(guó)際上研究了各種新技術(shù)來(lái)取代或部分取代氫氧焰加熱。包含激光器、微波、高頻等離子體、石墨感應(yīng)爐等。其中，在生產(chǎn)上應(yīng)用最成功是法國(guó)阿爾卡特石墨工藝，即沉積和熔縮成棒都用石墨感應(yīng)爐代替MCVD中氫氧焰作為熱源。光纖光纜制作技術(shù)第69頁(yè)70

芯棒工藝２、外部氣相沉積工藝（OVD）（1）系統(tǒng)組成光纖光纜制作技術(shù)第70頁(yè)71

芯棒工藝２、外部氣相沉積工藝（OVD）（1）系統(tǒng)組成光纖光纜制作技術(shù)第71頁(yè)72

芯棒工藝２、外部氣相沉積工藝（OVD）（2）反應(yīng)機(jī)理2H2+O22H2OSiCl4+2H2OSiO2+4HClGeCl4+2H2OGeO2+4HClSiCl4+O2SiO2+2Cl2GeCl4+O2GeO2+2Cl22H2O+2Cl24HCl+O2光纖光纜制作技術(shù)第72頁(yè)73

芯棒工藝２、外部氣相沉積工藝（OVD）（3）關(guān)鍵技術(shù)

A、疏松棒沉積

OVD工藝沉積機(jī)理也是熱泳，這是迄今一致性結(jié)論。對(duì)于OVD工藝沉積速率和沉積效率而言，溫度梯度就是關(guān)鍵工藝參數(shù)。顯然，溫度參數(shù)（包含火焰溫度、沉積表面溫度、靶棒周圍環(huán)境溫度等）也就顯得很主要。鑒于溫度參數(shù)是多值且改變，再考慮到流量和氣體成份對(duì)熱傳導(dǎo)影響以及平移速度、靶棒旋轉(zhuǎn)速度、沉積周圍面積等等影響，優(yōu)化OVD工藝沉積工藝參數(shù)是相當(dāng)復(fù)雜工作。光纖光纜制作技術(shù)第73頁(yè)74

芯棒工藝２、外部氣相沉積工藝（OVD）（3）關(guān)鍵技術(shù)

B、疏松棒脫水

OVD工藝生產(chǎn)疏松棒含有大量物理吸附H2O和化學(xué)結(jié)合OH-，這對(duì)于光纖衰減特征是致命危害。所以，OVD工藝發(fā)展一個(gè)主要方面是脫水燒結(jié)工藝。將疏松棒加熱到400℃以上，很輕易驅(qū)除物理吸附H2O，化學(xué)結(jié)合一部分OH-可與相鄰其它OH-反應(yīng)形成H2O并蒸發(fā)掉。對(duì)于驅(qū)除殘余OH-，常規(guī)辦法是在更高溫度（約1200℃）用氯氣等干燥氣體進(jìn)行化學(xué)處理。人們已經(jīng)研究了利用中心孔通入氯氣脫水效果?？祵幤髽I(yè)已經(jīng)用OVD工藝生產(chǎn)了低水峰光纖，OH-降低到＜1×10-9。光纖光纜制作技術(shù)第74頁(yè)75

芯棒工藝２、外部氣相沉積工藝（OVD）（3）關(guān)鍵技術(shù)

C、疏松棒燒結(jié)

OVD工藝疏松棒燒結(jié)機(jī)理是粘性流動(dòng)。詳細(xì)操作上普通以區(qū)域燒結(jié)方式在1400～1600℃燒結(jié)成透明棒。區(qū)域燒結(jié)方式是從一端開始燒結(jié)，連續(xù)向另一端進(jìn)行。區(qū)域燒結(jié)方式優(yōu)點(diǎn)是：被燒結(jié)部位微孔內(nèi)部氣體能夠經(jīng)過(guò)相鄰未燒結(jié)部位排出。同時(shí)，OVD工藝有脫出靶棒遺留中心孔，通常在燒結(jié)過(guò)程中熔縮閉合。因?yàn)闊Y(jié)溫度比MCVD工藝熔縮溫度低得多，降低了摻雜劑蒸發(fā)，纖芯中心折射率凹陷問(wèn)題不是很嚴(yán)重。光纖光纜制作技術(shù)第75頁(yè)76

芯棒工藝２、外部氣相沉積工藝（OVD）（4）OVD工藝優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)全合成工藝；無(wú)反應(yīng)管尺寸限制，能夠制造大預(yù)制棒；采取脫水工序，易于制造低水峰光纖；沉積層數(shù)高，燒結(jié)溫度低，摻雜劑不易揮發(fā)；原材料純度低，生產(chǎn)成本低。需要特殊潔凈空間；拔出靶棒時(shí)會(huì)引發(fā)缺點(diǎn)；廢氣粉塵處理代價(jià)高；設(shè)備復(fù)雜、昂貴；沉積效率比PCVD低。光纖光纜制作技術(shù)第76頁(yè)77

芯棒工藝3、氣相軸向沉積工藝（VAD）（1）系統(tǒng)組成光纖光纜制作技術(shù)第77頁(yè)78

芯棒工藝3、軸向氣相沉積工藝（VAD）（2）反應(yīng)機(jī)理

VAD工藝與OVD工藝基本相同。VAD工藝與OVD工藝沉積機(jī)理都是熱泳。除了溫度條件外，要發(fā)生能夠產(chǎn)生氧化物微粒反應(yīng)，還必須滿足鹵化物閥值流量條件。與OVD工藝所不一樣是，噴燈火焰與沉積表面沒(méi)有相對(duì)移動(dòng)，沉積表面沒(méi)有機(jī)會(huì)冷卻，故溫度梯度比OVD工藝要小。這對(duì)于VAD工藝是不利原因。不過(guò)，使噴燈中心線相對(duì)疏松棒縱軸傾斜成適當(dāng)角度，仍可取得與OVD工藝相當(dāng)沉積速率與效率，不過(guò)噴燈角度也影響疏松棒直徑起伏。光纖光纜制作技術(shù)第78頁(yè)79

芯棒工藝3、軸向氣相沉積工藝（VAD）（3）VAD工藝關(guān)鍵技術(shù)

A、折射率分布控制技術(shù)

VAD工藝折射率分布基本是“一次定型”，即每一層沉積層成份相同。原理上，折射率分布取決于GeO2濃度分布，GeO2濃度與微粒沉積特征相關(guān)，微粒沉積特征又與溫度相關(guān)。所以，疏松棒沉積表面溫度是最主要原因之一。影響疏松棒表面溫度原因包含：火焰溫度、噴燈與疏松棒相對(duì)位置、疏松棒形狀等。光纖光纜制作技術(shù)第79頁(yè)80

芯棒工藝3、軸向氣相沉積工藝（VAD）（3）VAD工藝關(guān)鍵技術(shù)

B、脫水技術(shù)H2O+SOCl2SO2+2HClSi-OH+SOCl2Si-Cl+SO2+2HCl2Si-OH+Cl2Si-O-Si+2HCl+O2

脫水關(guān)鍵在于溫度、氣氛、升溫速度、處理時(shí)間等參數(shù)綜合優(yōu)化。只有在疏松棒中微孔是開孔時(shí)，Cl2能夠進(jìn)入，處理才有效，所以溫度不可過(guò)高，升溫速度不可過(guò)快。光纖光纜制作技術(shù)第80頁(yè)81

芯棒工藝3、軸向氣相沉積工藝（VAD）（3）VAD工藝關(guān)鍵技術(shù)

C、燒結(jié)技術(shù)在VAD工藝中，只有經(jīng)過(guò)成功燒結(jié)才能夠徹底除去OH-，進(jìn)而得到無(wú)氣泡透明預(yù)制棒。VAD工藝疏松棒燒結(jié)機(jī)理與OVD工藝相同，都是粘性流動(dòng)。燒結(jié)過(guò)程包含致密化和微孔閉合兩個(gè)階段。燒結(jié)過(guò)程第一個(gè)階段是疏松預(yù)制棒致密化，使疏松預(yù)制棒0.04～0.2μm直徑微小顆粒部分熔成一體，但仍有微孔相互連通，疏松預(yù)制棒內(nèi)部氣體可經(jīng)過(guò)相互連通微孔排出。燒結(jié)過(guò)程第二個(gè)階段是微孔閉合成一個(gè)個(gè)孤立氣泡。此時(shí)，氣泡內(nèi)部氣孔只能經(jīng)過(guò)擴(kuò)散和溶解排出。光纖光纜制作技術(shù)第81頁(yè)82

芯棒工藝3、軸向氣相沉積工藝（VAD）（4）VAD工藝優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)全合成工藝；連續(xù)高速制造大預(yù)制棒；采取脫水工序，易于制造低水峰光纖；原材料純度低，生產(chǎn)成本低；封閉環(huán)境內(nèi)沉積和燒結(jié)。折射率分布控制復(fù)雜，不適應(yīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜光纖；廢氣、粉塵處理代價(jià)較高；設(shè)備復(fù)雜、昂貴；沉積效率比PCVD低。光纖光纜制作技術(shù)第82頁(yè)83

芯棒工藝4、微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）（1）系統(tǒng)組成※與MCVD同屬于管內(nèi)法光纖光纜制作技術(shù)第83頁(yè)84

芯棒工藝4、微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）（1）系統(tǒng)組成

PCVD工藝方法包含有兩個(gè)生產(chǎn)步驟：沉積和成棒。沉積過(guò)程是各種鹵化物蒸氣和氧氣、C2F6氣體混合物按照預(yù)先設(shè)計(jì)百分比混合后經(jīng)過(guò)石英管。往返移動(dòng)金屬諧振腔圍繞石英玻璃管，經(jīng)過(guò)頻率為2440MHz數(shù)千瓦微波能量耦合，在反應(yīng)管內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)局部非等溫、低壓等離子體。等離子體內(nèi)氣體相互作用，即沉積反應(yīng)。每次沉積厚度約為0.2～1μm。

成棒過(guò)程類似于MCVD，利用氫氧焰或其它高溫爐使沉積石英管熔縮成實(shí)心玻璃棒。光纖光纜制作技術(shù)第84頁(yè)85

芯棒工藝4、微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）（2）反應(yīng)機(jī)理等離子體化學(xué)反應(yīng)鏈可劃分為兩個(gè)階段：初級(jí)反應(yīng)和二級(jí)反應(yīng)。在初級(jí)反應(yīng)中電子與原料和載氣中原子、分子發(fā)生非彈性碰撞，引發(fā)這些原子或分子激發(fā)、離化或分解成各種活性離子。在二級(jí)反應(yīng)中，主要是在等離子體及表面處發(fā)生離子-分子反應(yīng)和活性基-分子反應(yīng)，以形成新化學(xué)活性物質(zhì)。

光纖光纜制作技術(shù)第85頁(yè)86

芯棒工藝4、微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）（2）反應(yīng)機(jī)理等離子體沉積反應(yīng)機(jī)理示意圖

SiCl4+O2ⅠⅡⅢ等離子體Cl2、O2光纖光纜制作技術(shù)第86頁(yè)87

芯棒工藝4、微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）（3）PCVD工藝關(guān)鍵技術(shù)

A、等離子體拋光。在沉積之前，先用氟利昂和氧氣經(jīng)過(guò)反應(yīng)管輸入微波功率形成等離子體。對(duì)反應(yīng)管內(nèi)表面做等離子體拋光。

B、熔縮工藝。沉積完成反應(yīng)管必須要熔縮成實(shí)習(xí)光纖預(yù)制棒才能供拉絲使用。熔縮工藝要求是從沉積管到最終光纖預(yù)制棒必須有良好幾何尺寸和預(yù)先設(shè)計(jì)折射率分布結(jié)構(gòu)。

C、粘度匹配。因?yàn)楦鱾€(gè)沉積層材料組成和性能不一樣，假如各個(gè)層粘度不匹配，輕易產(chǎn)生玻璃缺點(diǎn)。

光纖光纜制作技術(shù)第87頁(yè)88

芯棒工藝4、微波等離子體化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）（3）PCVD工藝優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)封閉系統(tǒng)內(nèi)沉積，可預(yù)防雜質(zhì)進(jìn)入；準(zhǔn)確控制折射率分布結(jié)構(gòu)；沉積效率高達(dá)100%；尤其適合制造折射率分布復(fù)雜光纖；不用氫氧焰沉積，生產(chǎn)愈加安全。必須用反應(yīng)管；需要對(duì)反應(yīng)管預(yù)熱；設(shè)備復(fù)雜、昂貴；沉積速度較低，0.5～3g/min;系統(tǒng)維護(hù)困難。光纖光纜制作技術(shù)第88頁(yè)89

芯棒工藝5、四種光纖芯棒工藝比較

工藝MCVDPCVDOVDVAD化學(xué)機(jī)理高溫氧化低溫氧化火焰水解火焰水解熱源氫氧焰低壓微波等離子體甲烷或氫氧焰氫氧焰沉積方向管內(nèi)表面管內(nèi)表面靶棒外表面靶棒外表面沉積工藝間歇間歇間歇連續(xù)沉積速率0.5～３g/μm0.5～３g/μm20～３0g/μm20～３0g/μm沉積效率50～60%85～100%50～70%50～70%單棒拉絲長(zhǎng)度200～300km300～400km＞500km300～400km折射率分布控制很輕易很輕易輕易復(fù)雜原料純度要求嚴(yán)格嚴(yán)格不嚴(yán)格不嚴(yán)格采取市場(chǎng)份額30%4%34%32%使用廠家美國(guó)OFC等荷蘭飛利浦、中國(guó)長(zhǎng)飛等美國(guó)康寧等日本住友、古河等光纖光纜制作技術(shù)第89頁(yè)90

芯棒工藝5、四種光纖芯棒工藝比較

VAD32%PCVD4%OVD34%MCVD30%光纖光纜制作技術(shù)第90頁(yè)912.2.2

外包層技術(shù)

套管法對(duì)任何一個(gè)光纖而言，其芯直徑與外包層直徑之比都是有特定要求。這個(gè)比值與預(yù)制棒中芯/包層比值是相同。在套管法中，第一步是制造芯棒，使芯棒芯直徑與包層直徑之比大于最終光纖新層直徑與外包層直徑之比。第二步是對(duì)制造芯棒進(jìn)行套管，即依據(jù)測(cè)量芯棒芯/包層比值和要求最終光纖芯與外包層直徑比值，經(jīng)過(guò)計(jì)算，選擇出含有適當(dāng)幾何尺寸（內(nèi)直徑、橫截面積、長(zhǎng)度等）、光學(xué)質(zhì)量套管，再把芯棒同心地插入套管中，在高溫下把芯棒和套管熔縮成一體，形成預(yù)制棒，必要時(shí)能夠在一根芯棒上依次套上多根套管。也能夠先不熔縮，而在拉絲過(guò)程中邊拉絲邊熔縮，稱為在線套管法。光纖光纜制作技術(shù)第91頁(yè)922.2.2

外包層技術(shù)

粉末外包層法生產(chǎn)芯棒四種氣相沉積工藝各有優(yōu)劣，技術(shù)均已成熟，但還有二個(gè)方面問(wèn)題需要處理：

1.必須全力提升單位時(shí)間內(nèi)沉積速度；

2.應(yīng)設(shè)法增大光纖預(yù)制棒尺寸，到達(dá)一棒拉出數(shù)百乃至數(shù)千公里以上連續(xù)光纖?；诖朔N想法，能夠?qū)⑺姆N不一樣氣相沉積工藝進(jìn)行不一樣方式組合，能夠派生出不一樣新預(yù)制棒實(shí)用制備技術(shù)。

MCVD/OVD、VAD/OVD

粉末外包層法經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)沉積重量來(lái)控制工藝過(guò)程。光纖光纜制作技術(shù)第92頁(yè)932.2.2

外包層技術(shù)

粉末外包層法

標(biāo)準(zhǔn)上任何一個(gè)芯棒都能夠采取粉末法，它也是當(dāng)前使用最多一個(gè)外包層沉積方法，含有沉積速率快，生產(chǎn)效率高優(yōu)點(diǎn)。沉積外包層OVD工藝專利已經(jīng)過(guò)期，所以它使用能夠不受任何約束，世界上有多家企業(yè)能夠提供這種設(shè)備。光纖光纜制作技術(shù)第93頁(yè)942.2.2

外包層技術(shù)

等離子體外包層法現(xiàn)在等離子體外包層工藝有：等離子體噴涂和等離子體沉積兩種方法。前者是以高純天然石英粉為原料，用高頻等離子體在芯棒上熔制外包層技術(shù)。后者是用四氯化硅做原料，用高頻等離子體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積合成石英玻璃外包層技術(shù)。利用等離子體工藝制備外包層是為了克服套管法和粉末法一些缺點(diǎn)，如熔縮困難等。與粉末外包層法不一樣，等離子體工藝不是采取監(jiān)測(cè)沉積重量來(lái)控制工藝過(guò)程，而是采取激光測(cè)徑技術(shù)直接監(jiān)測(cè)外包層直徑。光纖光纜制作技術(shù)第94頁(yè)952.2.2

外包層技術(shù)

溶膠凝膠外包層法

光纖光纜制作技術(shù)第95頁(yè)962.2.2

外包層技術(shù)

幾個(gè)外包層法比較

套管法24%粉末法外沉積64%等離子噴涂12%光纖光纜制作技術(shù)第96頁(yè)972.2.3光纖預(yù)制棒表面研磨處理技術(shù)

眾所周知，預(yù)拉制光纖強(qiáng)度和強(qiáng)度分布，強(qiáng)烈地取決于初始光纖預(yù)制棒質(zhì)量，尤其是它表面質(zhì)量。因?yàn)轭A(yù)制棒表面存在裂紋和雜質(zhì)粒子，在高于℃溫度下拉成光纖后，會(huì)遺留在光纖表面，形成裂紋和微晶缺點(diǎn)。所以，為克服這一問(wèn)題，以制備連續(xù)長(zhǎng)度長(zhǎng)且高強(qiáng)度光纖，必須在拉制工序之前，愈合和消除這些表面缺點(diǎn)。光纖光纜制作技術(shù)第97頁(yè)982.2.3光纖預(yù)制棒表面研磨處理技術(shù)

當(dāng)前采取光纖制棒表面處理方法主要有五種，它們是：（1）采取乙醇，甲醇，丙酮和丁酮等有機(jī)溶劑清洗預(yù)制棒表面；（2）采取酸溶液浸蝕預(yù)制棒；（3）采取火焰拋光預(yù)制棒；（4）采取有機(jī)溶劑清洗后預(yù)制棒，再深入用火焰拋光處理；（5）采取有機(jī)溶劑清洗后，再經(jīng)酸蝕后預(yù)制棒，深入采取火焰拋光處理。光纖光纜制作技術(shù)第98頁(yè)992.2.4光纖預(yù)制棒質(zhì)量檢測(cè)

光纖預(yù)制棒質(zhì)量好壞對(duì)光纖光纜質(zhì)量起著決定性作用，對(duì)預(yù)制棒質(zhì)量檢測(cè)主要有三個(gè)方面：（1）預(yù)制棒內(nèi)存各種缺點(diǎn)檢驗(yàn)；（2）預(yù)制棒幾何參數(shù)檢測(cè)；（3）折射率分布測(cè)試。預(yù)制棒缺點(diǎn)是指沉積層中氣泡、裂紋以及沉積層結(jié)構(gòu)偏差與沿軸向不均勻分布等原因問(wèn)題，它反應(yīng)出預(yù)制棒沉積質(zhì)量?？衫肏e—Ne激光掃描裝置進(jìn)行檢驗(yàn)。光纖光纜制作技術(shù)第99頁(yè)1002.3非氣相技術(shù)2.3.1直接熔融法2.3.2溶膠凝膠法2.3.３

機(jī)械成形法（ＭＳＰ）光纖光纜制作技術(shù)第100頁(yè)1012.3.1直接熔融法管棒組正當(dāng)光纖光纜制作技術(shù)第101頁(yè)先將包層玻璃料控制成內(nèi)徑13~14mm，外徑16~17mm玻璃管，芯料玻璃澆注成長(zhǎng)度200mm，12mm圓棒。拉制纖維單絲時(shí)，將管子洗凈、烘干，將芯料玻璃棒套入皮料玻璃管中，管一端用火焰封好，另一端磨光，接上抽真空系統(tǒng)，用真空膠泥封好后，升溫加熱，抽真空拉絲。依據(jù)用途不一樣，控制單絲直徑。應(yīng)控制主要工藝參數(shù)為：下棒速度、拉制速度、控制溫度和真空度（普通在1×10-4mm-Hg）。采取真空法是考慮棒表面不是理想光滑表面，且有彎曲，采取真空，可排除棒、管之間氣體，使芯與包層之間結(jié)合為理想光滑界面。102光纖光纜制作技術(shù)第102頁(yè)1032.3.1直接熔融法雙坩堝法光纖光纜制作技術(shù)第103頁(yè)這種方法可不用預(yù)制棒（用塊狀玻璃即可）。如右圖，用兩個(gè)特制形態(tài)坩堝裝成同心圓狀，內(nèi)坩堝熔化內(nèi)芯玻璃，外坩堝熔化包層玻璃。其優(yōu)點(diǎn)是：能長(zhǎng)久連續(xù)拉制，產(chǎn)量大、質(zhì)量高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。而且它只要求把玻璃破碎成塊狀就能使用，不存在加工中大量原材料損耗，所以成本較低。其缺點(diǎn)是：因熔制溫度比棒管組正當(dāng)溫度高，玻璃選擇性揮發(fā)，使玻璃中會(huì)出現(xiàn)光學(xué)不均勻現(xiàn)象；該法對(duì)玻璃析晶性能及內(nèi)外層玻璃在拉絲溫度范圍內(nèi)粘度匹配要求均高。控制芯、包層之間擴(kuò)散，可制取梯度光纖。但必須使內(nèi)、外坩堝部孔之間有充分距離，以使擴(kuò)散能順利進(jìn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)Na2O—B2O3—SiO2體系玻璃大量研究表明：采取堿土金屬離子作為擴(kuò)散離子，既可提升光纖數(shù)值孔徑，又可使膨脹系數(shù)降低（相對(duì)于堿金屬離子）104光纖光纜制作技術(shù)第104頁(yè)1052.3.2溶膠凝膠法

廣義地講，溶膠凝膠法是指用膠體化學(xué)原理實(shí)現(xiàn)基材表面改性或取得基材表面薄膜一個(gè)方法。此方法是以無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽為原料，經(jīng)過(guò)適當(dāng)水解或縮聚反應(yīng)，在基材表面膠凝成薄膜，最終經(jīng)干燥、結(jié)燒得到含有一定結(jié)構(gòu)表面或形狀制品。溶膠－凝膠法制備光纖預(yù)制棒主要生產(chǎn)工藝步驟是首先將酯類化合物或金屬醇鹽溶于有機(jī)溶劑中，形成均勻溶液，然后加入其它組分材料，在一定溫度下發(fā)生水解、縮聚反應(yīng)形成凝膠，最終經(jīng)干燥、熱處理、燒結(jié)制成光纖預(yù)制棒。光纖光纜制作技術(shù)第105頁(yè)1062.3.2溶膠凝膠法

制造步驟能夠分為以下幾個(gè)階段：（1）配方階段：原料、稀釋劑、摻雜劑和催化劑等依據(jù)重量百分比稱重，混合均勻，如要作成一定形狀產(chǎn)品，能夠把溶膠注入所需要模具內(nèi)，如管狀或棒狀模具。將金屬醇鹽原料溶于適當(dāng)溶劑配制成均勻透明溶液。因?yàn)榻饘俅见}在水中溶解度不大，普通選取醇做溶劑，醇和水加入量應(yīng)適量。為確保前期溶液均相性，在配制過(guò)程中需施以強(qiáng)烈攪拌。光纖光纜制作技術(shù)第106頁(yè)2.3.2溶膠凝膠法107（2）溶膠制備制備溶膠有兩種方法：聚正當(dāng)和顆粒法，二者間差異是加水量多少。所謂聚合溶膠，是在控制水解條件下使水解產(chǎn)物及部分未水解醇鹽分子之間繼續(xù)聚合而形成，所以加水量極少。此時(shí)溶膠含有鏈狀結(jié)構(gòu)，其聚合物是線形，含有可拉絲性，可制備纖維或薄膜；而粒子溶膠則是在加入大量水，使醇鹽充分水解條件下形成。此時(shí)溶膠逐步向二維和三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展，形成粒狀聚合物，不含有可拉絲性，可制得塊狀玻璃。金屬醇鹽水解反應(yīng)和縮聚反應(yīng)是均相溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z根本原因，控制醇鹽水解縮聚條件如：加水量、催化劑和溶液pH值以及水解溫度等，是制備高質(zhì)量溶膠前提。主要化學(xué)反應(yīng)以下：光纖光纜制作技術(shù)第107頁(yè)2.3.2溶膠凝膠法108

水解反應(yīng):非電離式分子前驅(qū)物,如金屬醇鹽M(OR)n(n為金屬M(fèi)原子價(jià))與水反應(yīng):M(OR)n+xH2O→M(OH)x(OR)n－x+xROH反應(yīng)可延續(xù)進(jìn)行,直至生成M(OH)n

縮聚反應(yīng):縮聚反應(yīng)可分為失水縮聚:-M-OH+HO-M→-M-O-M+H2O和失醇縮聚:-M-OR+HO-M→-M-O-M-+ROH,反應(yīng)生成物是各種尺寸和結(jié)構(gòu)溶膠體粒子。金屬醇鹽水解普通都需加入一定催化劑。催化劑可分為酸性和堿性兩類。最慣用酸性催化劑是鹽酸。光纖光纜制作技術(shù)第108頁(yè)1092.3.2溶膠凝膠法（3）凝膠形成階段是將溶膠經(jīng)過(guò)陳化得到濕凝膠。溶膠在敞口或密閉容器中放置時(shí),因?yàn)槿軇┱舭l(fā)或縮聚反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行而造成溶膠向凝膠逐步轉(zhuǎn)變。在陳化過(guò)程中,膠體粒子逐步聚集形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),整個(gè)體系失去流動(dòng)特征,溶膠從牛頓體向賓漢體轉(zhuǎn)變,并帶有顯著觸變性,制品成型如成纖、涂膜、澆注等可在此期間完成。光纖光纜制作技術(shù)第109頁(yè)1102.3.2溶膠凝膠法（4）干燥階段：普通放在敞開容器內(nèi)，加熱到80～110℃溫度下進(jìn)行，在此階段除去大部分溶膠和物理吸附水，所取得干凝膠含有600～900m2/g比表面積，宏觀密度為1.2～1.6g/cm3。（5）熱處理階段：在此階段除去化學(xué)結(jié)合OR.OH根等部分重金屬雜質(zhì)。此時(shí)，升溫速度，保溫溫度，保溫時(shí)間和氣氛等參數(shù)都影響最終產(chǎn)品性能。熱處理溫度普通在500～1000℃。光纖光纜制作技術(shù)第110頁(yè)1112.3.2溶膠凝膠法

因?yàn)楦赡z內(nèi)包含有大量孔隙，含有大比表面積，并含有大量OH和OR，所以在干膠深入熱處理過(guò)程中所采取程序?qū)τ诮档凸饫w內(nèi)OH含量和防止玻璃產(chǎn)品產(chǎn)生氣泡是非常關(guān)鍵。（6）燒結(jié)階段：在此階段，經(jīng)過(guò)粘性流動(dòng)，膠體內(nèi)微孔收縮最終成為無(wú)氣泡透明玻璃棒。在此過(guò)程中，玻璃棒氣孔率逐步減小，比重逐步增大到該物質(zhì)理論密度，普通在高于1100℃溫度下燒結(jié)。光纖光纜制作技術(shù)第111頁(yè)1122.3.3機(jī)械成形法（MSP）

機(jī)械成形預(yù)制棒工藝被人們確認(rèn)為低成本光纖生產(chǎn)工藝。其生產(chǎn)過(guò)程是：采取預(yù)先制好、摻雜不一樣純石英粉，分別用在芯層和包層區(qū)，并用填充機(jī)將這些純粉料填充到石英管中，利用高溫工藝是粉料坯體穩(wěn)定為一疏松預(yù)制棒。再把這一疏松棒取出來(lái)放入高溫中，用氯氣脫水處理，最終燒結(jié)成玻璃預(yù)制棒。為了生產(chǎn)單模光纖，能夠?qū)⒋祟A(yù)制棒再拉伸為細(xì)棒。然后再用原先石英粉料外包該細(xì)棒，再把這疏松包層燒結(jié)處理后就可形成含有單模幾何機(jī)構(gòu)預(yù)制棒。光纖光纜制作技術(shù)第112頁(yè)1132.4光纖拉絲及一次涂覆工藝2.4.1概述

光纖拉絲是指將制備好光纖預(yù)制料（棒），利用某種加熱設(shè)備加熱熔融后拉制成直徑符合要求細(xì)小光纖纖維，并確保光纖芯/包直徑比和折射率分布形式不變工藝操作過(guò)程。在拉絲操作過(guò)程中，最主要技術(shù)是怎樣確保不使光纖表面受到損傷并正確控制芯/包層外徑尺寸及折射率分布形式。一次涂覆工藝是將拉制成裸光纖表面涂覆上一層彈性模量比較高涂覆材料，其作用是保護(hù)拉制出光纖表面不受損傷，并提升其機(jī)械強(qiáng)度，降低衰減。在工藝上，一次涂覆與拉絲是相互獨(dú)立兩個(gè)工藝步驟，而在實(shí)際生產(chǎn)中，一次涂覆與拉絲是在一條生產(chǎn)線上一次完成。光纖光纜制作技術(shù)第113頁(yè)1142.4.2拉絲工藝/royle/products/pref.html光纖光纜制作技術(shù)第114頁(yè)1152.4.2拉絲工藝操作步驟：將已制備好預(yù)制棒安放在拉絲塔（機(jī)）上部預(yù)制棒饋送機(jī)構(gòu)卡盤上。饋送機(jī)構(gòu)遲緩地將預(yù)制棒送入高溫加熱爐內(nèi)。在Ar氣氛保護(hù)下，高溫加熱爐將預(yù)制棒尖端加熱至oC，在此溫度下，足以使玻璃預(yù)制棒軟化，軟化熔融態(tài)玻璃從高溫加熱爐底部噴嘴處滴落出來(lái)并凝聚形成一帶小球細(xì)絲，靠本身重量下垂變細(xì)而成纖維，即我們所說(shuō)裸光纖。將有小球段纖維稱為“滴流頭”，操作者應(yīng)及時(shí)將滴流頭去除，并預(yù)先采取手工方式將已涂覆一次涂層光纖頭端繞過(guò)拉絲塔上張力輪、導(dǎo)輪、牽引輪后，最終繞在收線盤上。然后再開啟自動(dòng)收線裝置收線。光纖光纜制作技術(shù)第115頁(yè)1162.4.2拉絲工藝關(guān)鍵技術(shù)：（1）饋送速度預(yù)制棒送入高溫加熱爐內(nèi)饋送速度主要取決于高溫爐結(jié)構(gòu)、預(yù)制棒直徑、光纖外徑尺寸和拉絲機(jī)拉絲速度，普通約為0.002～0.003cm/s。在拉絲工藝中不需要模具控制光纖外徑，因?yàn)槟＞邥?huì)在光纖表面留下?lián)p傷痕跡，降低光纖強(qiáng)度。絕大多數(shù)光纖制造者是將高溫加熱爐溫度和送棒速度保持不變，經(jīng)過(guò)改變光纖拉絲速度方法來(lái)到達(dá)控制光纖外徑尺寸目標(biāo)。光纖光纜制作技術(shù)第116頁(yè)1172.4.2拉絲工藝關(guān)鍵技術(shù)：（1）饋送速度在正常狀態(tài)，若預(yù)制棒饋送速度為V，光纖拉絲速度為Vf，預(yù)制棒外徑為D，裸光纖外徑為df。依據(jù)熔化前棒體容積等于熔化拉絲后光纖容積特點(diǎn)，可知，前三者與光纖外徑有以下關(guān)系：VD2=Vfdf2

所以，光纖外徑可由下式給出：df2=VD2/Vf

光纖光纜制作技術(shù)第117頁(yè)1182.4.2拉絲工藝關(guān)鍵技術(shù)：（2）加熱源選擇拉絲操作對(duì)加熱源要求是十分苛刻。熱源不但要提供足以熔融石英玻璃oC以上高溫，還必須在拉制區(qū)域能夠非常準(zhǔn)確控制溫度，因?yàn)樵谲浕秶鷥?nèi)，玻璃光纖精度隨溫度而改變，在此區(qū)域內(nèi)，任何溫度梯度波動(dòng)都可能引發(fā)不穩(wěn)定性而影響光纖直徑控制。同時(shí)，因?yàn)閛C高溫已超出普通材料熔點(diǎn)，因而加熱爐設(shè)計(jì)是拉絲技術(shù)又一關(guān)鍵技術(shù)。慣用拉絲熱源有：（1）氣體噴燈；（2）各種電阻及感應(yīng)加熱爐；（3）大功率CO2激光器。光纖光纜制作技術(shù)第118頁(yè)1192.4.2拉絲工藝關(guān)鍵技術(shù)：（3）直徑控制光纖拉絲工藝中直徑控制是第三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。為此在加熱爐及預(yù)制棒下端拉錐部位要求有相當(dāng)平靜氣氛，任何氣流攪動(dòng)都會(huì)造成光纖直徑高頻波