專利名稱：玻璃預(yù)制棒及用于制造玻璃預(yù)制棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃預(yù)制棒及一種用于制造玻璃預(yù)制棒的方法，而更具體地說(shuō)，涉及一種用OVD法通過(guò)合成玻璃微粒沉積物制造光纖預(yù)制棒的方法，及一種具有減少金屬雜質(zhì)量的光纖用玻璃預(yù)制棒。
背景技術(shù)：
作為用于制造玻璃微粒沉積物的傳統(tǒng)方法，VAD法和OVD法是眾所周知的。這些方法基本上都包括通過(guò)將一種玻璃源氣體和一種燃燒氣體供給到一個(gè)合成玻璃微粒的燃燒器和在氫氧焰中水解或氧化玻璃原料生產(chǎn)玻璃微粒。
在所述方法中，JP-A-61-270232公開(kāi)了用于玻璃微粒沉積物的一種脫水過(guò)程和一種玻璃化過(guò)程。其中，玻璃微粒沉積物是在第一熱處理過(guò)程中應(yīng)用一種脫水劑進(jìn)行脫水，而玻璃化過(guò)程是在第二熱處理過(guò)程中于惰性氣體(包括O2)氣氛中進(jìn)行。然而，在除去玻璃微粒沉積物中金屬雜質(zhì)方面有較少的效果。另外，在JP-A-61-97141中，玻璃微粒沉積物在進(jìn)行玻璃化之前，于1100-1300℃的溫度下加熱，以便使徑向方向上堆積密度的分布均勻，和然后進(jìn)行玻璃化。
在這種情況下，減少He種類的空隙有某種效果，但在除去混合到玻璃微粒沉積物中的金屬雜質(zhì)方面有很低的效果，所述情況不可避免地導(dǎo)致光纖斷開(kāi)。
另外，在JP-A-9-169535中，公開(kāi)了用于除去玻璃微粒沉積物(芯/包層)中金屬雜質(zhì)的方法。其中，盡管原料中的金屬雜質(zhì)是通過(guò)過(guò)濾玻璃微粒源氣體除去，但不能防止包含在用于生產(chǎn)玻璃微粒沉積物的氣氛中的金屬雜質(zhì)混合到玻璃微粒沉積物中。
在JP-A-2000-63147中，揭示出生產(chǎn)一種石英基光纖預(yù)制棒，以便隨著氯濃度的變化，在徑向方向上的氯濃度分布中具有一個(gè)階躍差是在0.1wt(重量)％范圍內(nèi)，因此可以得到具有所希望特性的光纖預(yù)制棒。在這種情況下，一種具有第二包層的玻璃棒是在1470℃下于一種燒結(jié)反應(yīng)爐內(nèi)混合氣體(氯氣濃度為16mol％)氣氛中進(jìn)行脫水和燒結(jié)，所述混合氣體包含一種惰性氣體和氯氣。玻璃棒用氯氣摻雜并玻璃化。然而，有減少玻璃微粒沉積物中金屬雜質(zhì)不夠的效果。
所述方法有個(gè)問(wèn)題，即玻璃微粒沉積物中的金屬雜質(zhì)不能有效地減少。亦就是說(shuō)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果玻璃微粒沉積物在低于玻璃化溫度的1000-1300℃下脫水并在He氣氛中玻璃化，及將玻璃預(yù)制棒纖維化，則在光纖的篩選試驗(yàn)中可能會(huì)由于金屬雜質(zhì)而引起斷開(kāi)。作為它的防范措施，進(jìn)行了各種研究以便抑制混入玻璃微粒沉積物中的雜質(zhì)，但沒(méi)有得到理想的效果。
發(fā)明概述本發(fā)明根據(jù)所述問(wèn)題完成。本發(fā)明的目的是通過(guò)在玻璃化過(guò)程中將一種氯基氣體加入爐管內(nèi)氣氛中來(lái)有效地減少玻璃微粒沉積物中雜質(zhì)，提供一種高純度和高質(zhì)量的玻璃預(yù)制件。
因此，作為通過(guò)加熱過(guò)程減少進(jìn)入玻璃微粒沉積物的金屬雜質(zhì)的檢驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明人在篩選試驗(yàn)中已證實(shí)。對(duì)用在玻璃化過(guò)程中加氯基氣體到爐管氣氛中的那種氣氛(包括氯氣)內(nèi)生產(chǎn)的玻璃預(yù)制棒所制造的光纖，斷開(kāi)的頻度急劇減少。
如此處所用的氯基氣體意思是指一種氯氣和一種氯化合物氣體。除去金屬雜質(zhì)的機(jī)制包括在高溫下將玻璃微粒沉積物暴露于氯氣氛下以便很容易使玻璃微粒沉積物中的金屬雜質(zhì)氯化，并玻璃化和除去金屬雜質(zhì)。
另外，在金屬雜質(zhì)沒(méi)有玻璃化和除去的情況下，玻璃微粒沉積物中具有帶角形狀的金屬雜質(zhì)由于氯的存在而被腐蝕，并形成幾乎是球形，因而在篩選實(shí)驗(yàn)中可以抑制在金屬雜質(zhì)混合部分上的應(yīng)力集中。
利用下面一些發(fā)明或?qū)嵤├忻恳粋€(gè)都能達(dá)到本發(fā)明的所述目的。在本說(shuō)明書(shū)中，如其中所用的“加熱器溫度”意思是指“在加熱器中心位置處加熱器外表面的溫度”。另外，玻璃微粒沉積物意思是指為在芯棒表面上形成包覆層而形成的玻璃微粒沉積物，或是為在具有一部分在芯棒表面上形成的包覆層的芯/包層棒表面上形成一個(gè)包覆層(外套層)而形成的玻璃微粒沉積物。
從這里第一發(fā)明是用于制造一種玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于包括一個(gè)用于在一種包括氯的氣體氣氛或一種包括氯基氣體的氣氛中使玻璃微粒沉積物玻璃化的加熱過(guò)程。
優(yōu)選的是，加熱過(guò)程包括一個(gè)第一熱處理過(guò)程，所述第一熱處理過(guò)程用于通過(guò)將玻璃微粒沉積物暴露于包含氯基氣體的氣氛中，使吸收或夾在玻璃微粒沉積物中的水含量脫水。一個(gè)第二熱處理過(guò)程用于在第一熱處理過(guò)程之后在包含氯基氣體的氣體氣氛中使玻璃微粒沉積物玻璃化。
優(yōu)選的是，加熱過(guò)程還包括一個(gè)第三熱處理過(guò)程，所述第三熱處理過(guò)程用于在第一熱處理過(guò)程和第二熱處理過(guò)程之間，于包含氯基氣體的氣體氣氛中加熱玻璃微粒沉積物。
優(yōu)選的是，加熱過(guò)程包括一第三熱處理過(guò)程用于在玻璃化之前于包含氯基氣體的氣體氣氛中加熱玻璃微粒沉積物。
優(yōu)選的是，加熱過(guò)程包括在縱向方向上連續(xù)移動(dòng)時(shí)加熱玻璃微粒沉積物。
優(yōu)選的是，加熱過(guò)程包括加熱暴露于爐管氣氛中的玻璃微粒沉積物，所述爐管氣氛包含在所述熱處理過(guò)程至少其中之一中的氯基氣體。
優(yōu)選的是，使加熱過(guò)程包含這樣多的氯量，以便在通過(guò)加熱過(guò)程玻璃化的玻璃預(yù)制棒包層部分中殘留的氯濃度可以是0.20wt(重量)％或更多。殘留的氯濃度取決于在爐管內(nèi)的氯濃度、加熱溫度和加熱時(shí)間，并且這些條件可按希望調(diào)整。
優(yōu)選的是，第一熱處理過(guò)程是在1000-1350℃的加熱器溫度下進(jìn)行。
優(yōu)選的是，第二熱處理過(guò)程是在1450-1600℃的加熱器溫度下進(jìn)行。
優(yōu)選的是，第三熱處理過(guò)程是在1350-1450℃的加熱器溫度下進(jìn)行。
優(yōu)選的是，第一熱處理過(guò)程包括在包含作為脫水劑的氯基氣體和He氣的氣氛中加熱玻璃微粒沉積物，所述氯基氣體與He氣投料量(SLM)的配比可以是1∶0-10。
優(yōu)選的是，第二熱處理過(guò)程包括在包含氯基氣體和He氣的氣氛中加熱，所述氯基氣體與He氣投料量(SLM)之配比可以是1∶0-10。
優(yōu)選的是，第三熱處理過(guò)程包括在包含作為脫水劑的氯基氣體和He氣的氣氛中加熱玻璃微粒沉積物，所述氯基氣體與He氣投料量(SLM)配比可以是1∶0-10。
優(yōu)選的是，玻璃微粒沉積物的平均堆積密度為從0.4g/cm3到1.0g/cm3。如果玻璃微粒沉積物的平均堆積密度是從0.4g/cm3到1.0g/cm3，雜質(zhì)用傳統(tǒng)技術(shù)未必能減少，但用本發(fā)明的方法很容易減少。在玻璃微粒沉積物的平均堆積密度是從0.4g/cm3到1.0g/cm3的情況下，本發(fā)明的方法尤其有效。
優(yōu)選的是，玻璃微粒沉積物的平均堆積密度是從0.4g/cm3到0.8g/cm3。尤其是，如果平均堆積密度超過(guò)0.9g/cm3，則使玻璃微粒沉積物玻璃化稍有困難。因此，平均堆積密度有效的是在從0.4g/cm3到0.8g/cm3的范圍內(nèi)。
優(yōu)選的是，玻璃微粒沉積物具有圍繞原料玻璃棒周邊沉積的玻璃微粒，所述原料玻璃棒通過(guò)在一只有芯或有芯/包層的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)靶玻璃棒制造。
優(yōu)選的是，在包含氯基氣體的氣體氣氛中的加熱過(guò)程具有總加熱時(shí)間為140分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。
優(yōu)選的是，玻璃微粒沉積物是用OVD法形成。
本發(fā)明的玻璃預(yù)制棒包括一個(gè)芯和一個(gè)為覆蓋所述芯的周邊而形成的包層，其特征在于在至少一部分包層中殘留氯的濃度為0.2wt％或更多。
優(yōu)選的是，在整個(gè)包層中殘留氯的濃度為0.2wt％或更多。
也就是說(shuō)，本發(fā)明提供一種用于通過(guò)一個(gè)加熱過(guò)程制造玻璃預(yù)制棒的方法，所述加熱過(guò)程包括將包括一部分包層的玻璃微粒沉積物加熱，而同時(shí)在縱向方向連續(xù)地移動(dòng)它，并使玻璃微粒沉積物玻璃化以便形成預(yù)制棒，所述方法其特征在于氯基氣體優(yōu)選的是在加熱玻璃預(yù)制棒過(guò)程中包括在爐管氣氛內(nèi)，而同時(shí)在整個(gè)過(guò)程中用一個(gè)升降裝置上下來(lái)回移動(dòng)玻璃微粒沉積物(玻璃預(yù)制棒)，至少使玻璃預(yù)制棒上下移動(dòng)，并使玻璃預(yù)制棒玻璃化。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是一種用于實(shí)施本發(fā)明的裝置的原理圖。
標(biāo)號(hào)1代表爐外殼，標(biāo)號(hào)2代表爐管，標(biāo)號(hào)3代表加熱器，標(biāo)號(hào)4代表上蓋，標(biāo)號(hào)5代表下蓋，標(biāo)號(hào)6代表輻射溫度計(jì)，標(biāo)號(hào)7代表升降裝置，標(biāo)號(hào)8代表吊桿，標(biāo)號(hào)9代表預(yù)制棒，S代表起始位置，及F代表最終位置。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式下面將說(shuō)明本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例。
在本發(fā)明方法情況下，為了除去玻璃微粒沉積物中所包含的OH根，在玻璃微粒沉積物在低于玻璃化溫度的溫度下暴露于含氯基氣體的氣體氣氛中(第一熱處理)之后，和在玻璃微粒沉積物在含氯基氣體的氣體氣氛中玻璃化(第二熱處理)之前，將玻璃微粒沉積物在含氯基氣體的氣體氣氛中加熱(第三熱處理)。
因而，有效地減少了在玻璃微粒沉積物內(nèi)的金屬雜質(zhì)，因此可以提高用這種玻璃預(yù)制棒制造的光纖強(qiáng)度。這樣，在含氯基氣體的氣體氣氛中第二熱處理之前，進(jìn)行第三熱處理過(guò)程，以便在低于第二熱處理過(guò)程的溫度下加熱玻璃微粒沉積物，因而有效地將金屬雜質(zhì)轉(zhuǎn)變成氯化物。這樣，將金屬雜質(zhì)除去，或是在即使金屬雜質(zhì)未除去時(shí)也形成幾乎是球形，以便由于球形金屬雜質(zhì)而可以增加玻璃的強(qiáng)度。
其中，在沉積物表面完全透明的狀態(tài)下，可以不將氯基氣體加到玻璃中。在玻璃化過(guò)程之前，提供加氯過(guò)程(第三熱處理)以便有效地除去金屬雜質(zhì)或使金屬雜質(zhì)形成球形。
加氯過(guò)程也在玻璃化過(guò)程(第二熱處理過(guò)程)中實(shí)施?？梢哉J(rèn)為，氯可以在玻璃化溫度下加到玻璃微粒中，因?yàn)槁葦U(kuò)散到玻璃微粒中的速率高于玻璃微粒沉積物的玻璃化速率。
除了第一熱處理(脫水)過(guò)程和第二熱處理(玻璃化作用)過(guò)程之外，用于玻璃化作用的加熱過(guò)程可以應(yīng)用于加氯過(guò)程，以便在沒(méi)有加氯過(guò)程或第三熱處理過(guò)程(除金屬雜質(zhì)過(guò)程)情況下除去金屬雜質(zhì)。因此，處理時(shí)間可以縮短。
另外，在第二熱處理過(guò)程中的吊桿速度可以根據(jù)加熱器的長(zhǎng)度改變，但考慮到減少金屬雜質(zhì)的效果、生產(chǎn)率、和伸長(zhǎng)的玻璃預(yù)制棒吊桿速度通常是1-10mm/min，而優(yōu)選的是2-5mm/min。
圖1示出一種適合于實(shí)施用于制造按照本發(fā)明所述玻璃預(yù)制棒的方法的裝置。這個(gè)裝置包括爐外殼1、加熱器3、爐管2、上蓋4、輻射溫度計(jì)6、和升降裝置7，所述爐上殼1具有一個(gè)進(jìn)口/出口孔，所述進(jìn)口/出口孔用于在上側(cè)和下側(cè)的每一側(cè)上插入爐管2，所述加熱器3安裝在爐外殼1內(nèi)部，所述爐管2用于將預(yù)制棒9與加熱器3隔離開(kāi)，所述上蓋4用于在插入預(yù)制棒9之后密封在爐管2上方的預(yù)制棒進(jìn)口/出口孔，所述輻射溫度計(jì)6用于監(jiān)測(cè)加熱器溫度，而升降裝置7用于提升預(yù)制棒9上或下。
若用這種裝置，則玻璃微粒沉積物進(jìn)行脫水和燒結(jié)如下。首先，通過(guò)將一個(gè)玻璃工藝棒焊接到一個(gè)芯玻璃棒的兩端上生產(chǎn)一種原料玻璃棒10d，所述芯玻璃棒具有芯/包層部分。利用OVD法圍繞這個(gè)原料棒10d的周邊沉積玻璃微粒，并利用所產(chǎn)生的沉積物，將預(yù)制棒用圖1的裝置進(jìn)行脫水和燒結(jié)。在這種情況下，玻璃微粒沉積物的堆積密度事先進(jìn)行測(cè)量。堆積密度優(yōu)選的預(yù)制棒每個(gè)分段的平均值是在0.4-1.0g/cm3范圍內(nèi)。這種玻璃預(yù)制棒安放在圖1的起始位置S處。然后，升高加熱器溫度，而同時(shí)使具有一規(guī)定比例的Cl2和He的混合氣體流入爐管。加熱器溫度保持在一個(gè)特定的溫度范圍內(nèi)，并使預(yù)制棒以一合適的速度下降(第一熱處理)。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)圖1中吊桿的最終位置(最下端)F時(shí)，將預(yù)制棒提升到起始位置S。再次將溫度升高，使具有一規(guī)定比例的Cl2和He的混合氣體流入爐管。當(dāng)加熱器溫度在一特定的溫度下(第三熱處理)時(shí)，使玻璃預(yù)制棒以合適的速度下降，并且當(dāng)?shù)竭_(dá)最終位置F或最下端時(shí)，將預(yù)制棒提升。
然后，溫度開(kāi)始再次升起，使具有一規(guī)定比例的Cl2和He混合氣體流入爐管，當(dāng)加熱器溫度降到一特定溫度范圍(第二熱處理)時(shí)，使預(yù)制棒以合適的速度下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)最終位置F或最下端時(shí)，將預(yù)制棒提升，并切斷爐加熱器的電源。這樣，將產(chǎn)生的玻璃預(yù)制棒制成纖維，進(jìn)行篩選試驗(yàn)，并檢驗(yàn)斷開(kāi)的頻度以便確認(rèn)效果。
在脫水過(guò)程(第一熱處理)中加熱器溫度是從1000到1350℃，優(yōu)選的是從1000到1300℃，而更優(yōu)選的是從1200到1300℃。在加氯過(guò)程(第三熱處理)中的加熱器溫度優(yōu)選的是從1350到1450℃。另外，在燒結(jié)過(guò)程(第二熱處理)中的加熱器溫度優(yōu)選的是從1350到1450℃，而更優(yōu)選的是從1520到1570℃。
在一個(gè)加熱過(guò)程中，脫水，玻璃化，及金屬雜質(zhì)的除去或球化同時(shí)進(jìn)行。這樣，有縮短處理時(shí)間或減少費(fèi)用的效果。
另一種熱處理過(guò)程是在第一熱處理過(guò)程和第二熱處理過(guò)程之間提供，所述熱處理過(guò)程是在爐管內(nèi)含氯基氣體的氣體氣氛中進(jìn)行，因而有增強(qiáng)除去玻璃微粒沉積物中金屬雜質(zhì)或球化金屬雜質(zhì)的效果。因此，延長(zhǎng)了處理時(shí)間，但與如上所述(1)和(2)相比，使纖維的強(qiáng)度增加。
盡管在用于使玻璃預(yù)制棒玻璃化的熱處理過(guò)程中，氯包含在爐管氣氛內(nèi)，但在玻璃化加熱過(guò)程之前提供另一個(gè)熱處理過(guò)程。在這另一個(gè)熱處理過(guò)程中，氯也包含在爐管氣氛中，以便進(jìn)一步提高在玻璃微粒沉積物中除去金屬雜質(zhì)或球化金屬雜質(zhì)的效果。
在所述方法(1)-(4)中，在第二熱處理過(guò)程之后玻璃預(yù)制棒中殘留氯的濃度設(shè)定到0.20wt(重量)％或更多，而更優(yōu)選的是0.2-0.33wt％，因而在對(duì)所生產(chǎn)的纖維的篩選試驗(yàn)中有顯著少的斷開(kāi)頻度。
在所述方法(1)或(3)中，把第一熱處理過(guò)程中加熱器溫度限制到1000-1350℃，因而可以有效地除去OH根。
在所述方法(1)-(4)中，把玻璃化過(guò)程中的加熱器溫度限制到1450-1600℃，金屬雜質(zhì)被除去或基本上球化，并且玻璃微粒沉積物可以玻璃化。超過(guò)1600℃，產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題是玻璃預(yù)制棒變軟，并伸長(zhǎng)。
在所述方法(1)或(4)中，在第一熱處理過(guò)程和第二熱處理過(guò)程之間所提供的另一個(gè)熱處理過(guò)程中，或玻璃化過(guò)程之前，把加熱器溫度限制到1350-1450℃，因而金屬雜質(zhì)被除去或基本上有效地球化。
在所述方法(1)或(3)中，在第一熱處理過(guò)程中把氯基氣體與惰性氣體的投料量配比限制到1∶0-10，因而OH根被更有效地除去。在投料量配比為1∶＞10的情況下，爐管氣氛中氯的濃度是如此之低，以致除去OH根很少有效果。
在所述方法(1)-(4)中，在玻璃化過(guò)程中把氯基氣體與惰性氣體的投料量配比限制到1∶0-10，因而金屬雜質(zhì)被有效地除去或基本上球化。在投料量配比為1∶＞10的情況下，爐管氣氛中氯的濃度是如此之低，以致很少有除去金屬雜質(zhì)的效果。
在所述方法(1)或(4)中，在新提供的熱處理過(guò)程中把氯基氣體與惰性氣體的投料量配比限制到1∶0-10，因而金屬雜質(zhì)被更有效地除去。在投料量配比為1∶＞10的情況下，爐管氣氛中氯的濃度是如此之低，以致很少有除去金屬雜質(zhì)的效果。
在所述方法(1)-(11)中，把在玻璃微粒沉積物中包層部分的平均堆積密度限制到0.4g/cm3-1.0g/cm3。低于0.4g/cm3，如果在玻璃化過(guò)程中將氯基氣體加到爐管氣氛內(nèi)，則由于更多的氯進(jìn)入玻璃而可能會(huì)產(chǎn)生空隙。在高于1.0g/cm3的堆積密度下，熱較少傳導(dǎo)，因而玻璃化作用困難。
在所述方法(1)-(12)中，玻璃微粒沉積物優(yōu)選的是通過(guò)圍繞具有芯/包層的芯玻璃棒沉積玻璃微粒生產(chǎn)。由于它的原因，在光纖中芯棒的沉積百分率小，同時(shí)在芯棒中包含金屬雜質(zhì)的可能性很低。相反，圍繞芯玻璃棒周邊沉積的玻璃微粒玻璃化部分占光纖體積的90％或90％以上，同時(shí)包含金屬雜質(zhì)的可能性很高。
在所述方法(1)-(13)中，加熱區(qū)是從加熱器的上端到下端，時(shí)間(脫水(加熱時(shí)間)+玻璃化(加熱時(shí)間)或單獨(dú)玻璃化(加熱時(shí)間)或脫水(加熱時(shí)間)+α+玻璃化(加熱時(shí)間)或α+玻璃化(加熱時(shí)間))，亦即在氯氣氛中的總加熱時(shí)間為140分鐘或更多，以便減少金屬雜質(zhì)，對(duì)所述總時(shí)間，玻璃沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置都通過(guò)氯爐管氣氛中的加熱區(qū)。少于140分鐘，金屬雜質(zhì)可能保留在玻璃預(yù)制棒中。(此處α代表是在方法(1)中脫水和玻璃化之間所加的加氯加熱過(guò)程的第三熱處理過(guò)程或是在方法(4)中玻璃化之前所加的加氯加熱過(guò)程的第三熱處理過(guò)程的時(shí)間)。
尤其是，通過(guò)所述方法(1)-(14)所生產(chǎn)的玻璃預(yù)制棒具有殘留氯濃度為0.2wt％或更多，并因此減少了光纖中的金屬雜質(zhì)。
下面將用一些實(shí)例和對(duì)照例更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于那些實(shí)例和對(duì)照例。
在每個(gè)實(shí)例中的篩選試驗(yàn)都是光纖強(qiáng)度測(cè)試。通常，在水下光纖中，將一個(gè)載荷(1.8-2.2kgf，ls)在光纖的縱向方向上以2％的拉伸率加到光纖上，以便在裝運(yùn)產(chǎn)品之前事先刪去低強(qiáng)度的這部分。如果有許多光纖斷開(kāi)，則檢查的頻度或連接部分的數(shù)量增加，因而使最終光纖成本上跳許多倍。
(例1)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料玻璃棒的周邊沉積。玻璃預(yù)制棒用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，通過(guò)脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在玻璃預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為0.7g/cm3。將這種玻璃預(yù)制棒放在起始位置(圖1)處，并升高爐溫，同時(shí)讓一種Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管中。加熱器溫度保持在1300℃，并使玻璃預(yù)制棒以10mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)吊桿的最下端(圖1)時(shí)，將預(yù)制棒升起，并恢復(fù)到起始位置S。同時(shí)，開(kāi)始升高溫度并讓Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1550℃時(shí)，使預(yù)制棒以3mm/min的速度下降。在預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端時(shí)，將預(yù)制棒升起，而同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管氣氛中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是173分鐘。將生產(chǎn)的預(yù)制棒制成纖維，并經(jīng)受篩選試驗(yàn)，所述篩選試驗(yàn)顯示出10/Mm的斷開(kāi)頻度。
這樣得到的玻璃預(yù)制棒中殘留氯的濃度是0.25wt％。用離子色譜法測(cè)量氯濃度(下面各例相同)。
脫水時(shí)的加熱器溫度優(yōu)選的是保持在1000-1350℃，而更優(yōu)選的是保持在1250-1350℃。另外，燒結(jié)時(shí)的加熱器溫度優(yōu)選的是保持在1450-1600℃，而更優(yōu)選的是保持在1520-1570℃。
(例2)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料棒的周邊沉積。玻璃預(yù)制棒通過(guò)用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為0.7g/cm3。將這種玻璃預(yù)制棒放在起始位置(圖1)處，并升高爐溫，同時(shí)讓一種Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管中。加熱器溫度保持在1550℃下，并使預(yù)制棒以2mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端時(shí)，將預(yù)制棒升起，同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管氣氛中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是200分鐘。將所生產(chǎn)的預(yù)制棒制成纖維，并經(jīng)受篩選試驗(yàn)，所述篩選試驗(yàn)顯示出10/Mm的斷開(kāi)頻度。預(yù)制棒中殘留氯的濃度為0.22wt％。
燒結(jié)時(shí)加熱器的溫度優(yōu)選的是保持在1450-1600℃，而更優(yōu)選的是保持在1520-1570℃。
(例3)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料棒的周邊沉積。預(yù)制棒通過(guò)用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為0.7g/cm3。把這個(gè)玻璃預(yù)制棒安放在起始位置S(圖1)處，并升高爐溫，同時(shí)讓一種Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管中。加熱器溫度保持在1300℃，并使預(yù)制棒以10mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端(圖1)時(shí)，將預(yù)制棒升起，并恢復(fù)到起始位置。同時(shí)，開(kāi)始升高爐溫，并讓Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1400℃時(shí)，使預(yù)制棒以5mm/min的速度下降。在預(yù)制棒到達(dá)吊桿的最下端處時(shí)，將預(yù)制棒升起，并恢復(fù)到起始位置。同時(shí)，開(kāi)始升高溫度，并讓Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1550℃時(shí)，使預(yù)制棒以4mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)吊桿的最下端時(shí)，將預(yù)制棒升起，而同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管氣氛中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是220分鐘。將所生產(chǎn)的玻璃預(yù)制棒制成纖維，并經(jīng)受篩選試驗(yàn)，所述篩選試驗(yàn)顯示出7/Mm的斷開(kāi)頻度。
這樣得到的玻璃預(yù)制棒中殘留氯的濃度為0.3wt％。
(例4)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料棒的周邊沉積。預(yù)制棒通過(guò)用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為0.2g/cm3。把這個(gè)玻璃預(yù)制棒安放在起始位置S(圖1)處，并升高爐溫，同時(shí)讓一種Cl22 SLM和He20 SLM的混合氣體流入爐管中。加熱器溫度保持在1300℃，并使預(yù)制棒以10mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端(圖1)處時(shí)，將預(yù)制棒升起，并恢復(fù)到起始位置S。同時(shí)，開(kāi)始升高溫度，并讓Cl22SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1550℃時(shí)，使預(yù)制棒以3mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端時(shí)，將預(yù)制棒升起，而同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管氣氛中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是173分鐘。所生產(chǎn)的玻璃預(yù)制棒包含過(guò)量的氯，以便稍微產(chǎn)生一些空隙，但制成纖維并經(jīng)篩選試驗(yàn)，所述篩選試驗(yàn)顯示出11/Mm的斷開(kāi)頻度。玻璃預(yù)制棒中殘留氯的濃度為0.32wt％。
(例5)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料棒的周邊沉積。預(yù)制棒通過(guò)用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為1.2g/cm3。把這個(gè)預(yù)制棒安放在起始位置S(圖1)處，并升高爐溫，同時(shí)讓一種Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。加熱器溫度保持在1300℃，并使預(yù)制棒以2mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)吊桿的最下端(圖1)處時(shí)，將預(yù)制棒升起，并恢復(fù)到起始位置。同時(shí)，開(kāi)始升高溫度并讓Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管中。當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1550℃時(shí)，使預(yù)制棒以0.5mm/cm3的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)吊桿的最下端處時(shí)，將預(yù)制棒升起，而同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管氣氛中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是1000分鐘。預(yù)制棒不容易加熱，因?yàn)椴Ａ⒘３练e物太硬。并且要花更長(zhǎng)的處理時(shí)間。將所生產(chǎn)的玻璃預(yù)制棒制成纖維，并經(jīng)受篩選試驗(yàn)，所述篩選試驗(yàn)顯示出13/Mm的斷開(kāi)頻度。殘留氯的濃度為0.2wt％。
(對(duì)照例1)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料棒的周邊沉積。預(yù)制棒通過(guò)用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為0.7g/cm3。把這個(gè)玻璃預(yù)制棒安放在起始位置S(圖1)處，并升高爐溫，同時(shí)讓一種Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。加熱器溫度保持在1300℃，并使預(yù)制棒以10mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端(圖1)時(shí)，將預(yù)制棒升起，并恢復(fù)到起始位置S。同時(shí)開(kāi)始升高溫度，并且只讓25SLM的He氣流入爐管。當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1550℃時(shí)，使預(yù)制棒以3mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端時(shí)，將預(yù)制棒升起，而同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管氣氛中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是40分鐘。將所生產(chǎn)的預(yù)制棒制成纖維，并經(jīng)受篩選試驗(yàn)，所述篩選試驗(yàn)顯示出100/Mm的斷開(kāi)頻度。這樣得到的玻璃預(yù)制棒中殘留氯的濃度為0.17wt％。
(對(duì)照例2)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料棒的周邊沉積。預(yù)制棒通過(guò)用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為0.7g/cm3。把這個(gè)玻璃預(yù)制棒安放在起始位置S(圖1)處，并升高爐溫，同時(shí)只讓25SLM的He氣流入爐管。加熱器溫度保持在1550℃，并使預(yù)制棒以2mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端時(shí)，將預(yù)制棒升起，而同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是零分鐘。將所生產(chǎn)的預(yù)制棒制成纖維，并經(jīng)受篩選試驗(yàn)，所述篩選試驗(yàn)顯示出200/Mm的斷開(kāi)頻度。在這樣得到的預(yù)制棒中的殘留氯濃度為0wt％。
(對(duì)照例3)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料棒的周邊沉積。預(yù)制棒通過(guò)用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為0.2g/cm3。把這個(gè)玻璃預(yù)制棒安放在起始位置S(圖1)處，并升高爐溫，同時(shí)讓Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。加熱器溫度保持在1300℃，并使預(yù)制棒以10mm/min的速度下降。當(dāng)預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端(圖1)時(shí)，將玻璃預(yù)制棒升起，并恢復(fù)到起始位置S。同時(shí)，開(kāi)始升溫并讓Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1550℃時(shí)，使玻璃預(yù)制棒以4mm/min的速度下降。當(dāng)玻璃預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端處時(shí)，將玻璃預(yù)制棒升起，而同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管氣氛中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是140分鐘。所生產(chǎn)的玻璃預(yù)制棒包含過(guò)量的氯，以便產(chǎn)生空隙，并且不能制成纖維。殘留氯的濃度為0.35wt％。
(對(duì)照例4)原料玻璃棒通過(guò)在直徑為20mm具有芯/包層部分的芯玻璃棒兩端處焊接一個(gè)玻璃的工藝棒制造。玻璃微粒用OVD法圍繞這個(gè)原料棒的周邊沉積。玻璃預(yù)制棒通過(guò)用一種具有如圖1所示構(gòu)造的裝置(加熱器長(zhǎng)度400mm)，脫水和燒結(jié)這種玻璃微粒沉積物生產(chǎn)。玻璃微粒沉積物的堆積密度事先測(cè)量，并且證實(shí)在預(yù)制棒內(nèi)每個(gè)分段中的平均值為1.2g/cm3。把這個(gè)玻璃預(yù)制棒安放在起始位置S(圖1)處，升高爐溫，而同時(shí)讓Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管中。加熱器溫度保持在1300℃，并使玻璃預(yù)制棒以10mm/min的速度下降。當(dāng)玻璃預(yù)制棒到達(dá)最終位置F或吊桿的最下端(圖1)時(shí)，將玻璃預(yù)制棒升起，并恢復(fù)到起始位置。同時(shí)，開(kāi)始升溫，并讓Cl25SLM和He20SLM的混合氣體流入爐管。當(dāng)加熱器溫度達(dá)到1550℃時(shí)，使玻璃預(yù)制棒以4mm/min的速度下降。當(dāng)玻璃預(yù)制棒到達(dá)吊桿的最下端處時(shí)，將玻璃預(yù)制棒升起，而同時(shí)切斷爐加熱器的電源。玻璃微粒沉積物在縱向方向上的每個(gè)位置在氯氣爐管氣氛中通過(guò)加熱器的總時(shí)間是140分鐘。所生產(chǎn)的玻璃預(yù)制棒不容易加熱并且不被燒結(jié)，因?yàn)椴Ａ⒘３练e物太硬，并且不能制成纖維。殘留氯的濃度不能進(jìn)行測(cè)量。
工業(yè)應(yīng)用。
在通過(guò)用OVD法合成玻璃微粒沉積物來(lái)制造玻璃預(yù)制棒的方法中，提供了只包括玻璃化作用的一階段加熱過(guò)程、或包括脫水和玻璃化作用的兩階段加熱過(guò)程、或是在脫水和玻璃化作用之間的一種新加熱過(guò)程，并且在任何加熱過(guò)程中都流入一種包括氯基氣體的氣體，因而產(chǎn)生提高用氯減少金屬雜質(zhì)的效果。
權(quán)利要求
1.一種制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于，包括一個(gè)加熱過(guò)程，所述加熱過(guò)程用于在包含氯基氣體的氣體氣氛中使玻璃微粒沉積物玻璃化。
2.按照權(quán)利要求1所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述加熱過(guò)程包括第一熱處理過(guò)程，所述第一熱處理過(guò)程用于通過(guò)將所述玻璃微粒沉積物暴露于所述包含氯基氣體的氣體氣氛中，將吸收或夾在所述玻璃微粒沉積物中的水含量脫水；及第二熱處理過(guò)程，所述第二熱處理過(guò)程用于在所述第一熱處理過(guò)程之后使所述包含氯基氣體的氣體氣氛中的所述玻璃微粒沉積物玻璃化。
3.按照權(quán)利要求2所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述加熱過(guò)程還包括第三熱處理過(guò)程，所述第三熱處理過(guò)程用于在所述第一熱處理過(guò)程和第二熱處理過(guò)程之間在所述包含氯基氣體的氣體氣氛中加熱所述玻璃微粒沉積物。
4.按照權(quán)利要求1所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述加熱過(guò)程包括第三熱處理過(guò)程，所述第三熱處理過(guò)程用于在玻璃化之前在所述包含氯基氣體的氣體氣氛中加熱所述玻璃微粒沉積物。
5.按照所述權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述加熱過(guò)程包括加熱所述玻璃微粒沉積物而同時(shí)在縱向方向上連續(xù)地移動(dòng)。
6.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述加熱過(guò)程包括在所述熱處理過(guò)程至少其中之一中加熱所述暴露于爐管氣氛中的玻璃微粒沉積物，所述爐管氣氛包括氯基氣體。
7.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于使得所述加熱過(guò)程包括這樣多的氯量，在通過(guò)所述加熱過(guò)程玻璃化的玻璃預(yù)制棒的包層部分中殘留氯的濃度可以是0.20wt％或更多。
8.按照權(quán)利要求2或3所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述第一熱處理過(guò)程在1000-1350℃的加熱器溫度下進(jìn)行。
9.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述第二熱處理過(guò)程在1450-1600℃的加熱器溫度下進(jìn)行。
10.按照權(quán)利要求3或4所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述第二熱處理過(guò)程在1350-1450℃的加熱器溫度下進(jìn)行。
11.按照權(quán)利要求2或3所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述第一熱處理過(guò)程包括在包含作為脫水劑的氯基氣體及He氣的氣氛中加熱玻璃微粒沉積物，所述氯基氣體與He氣的投料量(SLM)配比可以是1∶0-10。
12.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述第二熱處理過(guò)程包括在包含氯基氣體和He氣的氣氛中加熱，所述氯基氣體與He氣的投料量(SLM)配比可以是1∶0-10。
13.按照權(quán)利要求3或4所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述第三熱處理過(guò)程包括在包含氯基氣體和He氣的氣氛中加熱玻璃微粒沉積物，所述氯基氣體與He氣的投料量(SLM)配比可以是1∶0-10。
14.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于玻璃微粒沉積物的平均堆積密度是從0.4g/cm3到1.0g/cm3。
15.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于玻璃微粒沉積物的平均堆積密度是從0.4g/cm3到0.8g/cm3。
16.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述玻璃微粒沉積物具有圍繞原料玻璃棒周邊沉積的玻璃微粒，所述原料玻璃棒通過(guò)將一個(gè)工藝玻璃棒焊接在一個(gè)芯玻璃棒兩端處制造，所述芯玻璃棒具有單獨(dú)的芯或具有一個(gè)芯/包層。
17.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述在包含氯基氣體的氣體氣氛中的加熱過(guò)程具有總加熱時(shí)間為140分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。
18.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的制造玻璃預(yù)制棒的方法，其特征在于所述玻璃微粒沉積物由OVD法形成。
19.一種玻璃預(yù)制棒，其包括一個(gè)芯和一個(gè)為覆蓋住所述芯周邊所形成的一個(gè)包層，其特征在于在至少一部分所述包層中殘留氯的濃度為0.2wt％或更多。
20.按照權(quán)利要求19所述的玻璃預(yù)制棒，其特征在于在所述整個(gè)包層中殘留氯的濃度為0.2wt％或更多。
全文摘要
一種通過(guò)加熱過(guò)程用于制造玻璃預(yù)制棒的方法，所述加熱過(guò)程包括加熱包含一部分包層的玻璃微粒沉積物，同時(shí)在縱向方向上連續(xù)地移動(dòng)它以便形成玻璃微粒沉積物，及使玻璃微粒沉積物玻璃化以便形成玻璃預(yù)制棒，其中一種氯基氣體優(yōu)選的是至少包括在一個(gè)爐管2的氣氛中，以便在加熱玻璃微粒沉積物的過(guò)程中使玻璃預(yù)制棒9玻璃化，而同時(shí)至少上下移動(dòng)玻璃微粒沉積物，一個(gè)升降裝置7用于在整個(gè)過(guò)程中上或下移動(dòng)玻璃微粒沉積物(玻璃預(yù)制棒9)。
文檔編號(hào)C03B37/014GK1516681SQ0281182
公開(kāi)日2004年7月28日 申請(qǐng)日期2002年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月13日
發(fā)明者石原朋浩 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社