專利名稱：用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光纖領域，涉及一種在多組分玻璃光纖制造過程中用于加熱光纖預制棒的100-600°C中低溫高精密加熱爐，特別適用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊。
背景技術：
光纖是21世紀通訊和科技發(fā)展不可缺少的材料。其中主要用于光纖通訊領域，同時用于醫(yī)療，軍事，科研，大氣監(jiān)測等等許多領域。光纖在國民生產(chǎn)和國防建設中有著重要和關鍵的應用，實現(xiàn)科技高速發(fā)展，改變通訊手段，以及提高人民物質(zhì)和精神文明建設具有十分重大意義。如何拉制出符合設計要求并可實用的光纖，控制預制棒的加熱溫度區(qū)間是至關重 要的?，F(xiàn)階段光纖預制棒的加熱模塊設計有許多方式可以嘗試使用，但是如果溫場無法控制，會使得不同區(qū)域加熱會出現(xiàn)偏差，溫度可控范圍變小，光纖在拉制過程出現(xiàn)析晶，光纖絲徑不穩(wěn)定且誤差很大，光纖易斷裂。目前，雖然普通石英光纖在光通訊領域有廣泛的應用，其制作技術也相對成熟，這主要得益于高溫的石墨電阻爐的設計成功，其溫度區(qū)間涵蓋了 1100-2300°C，溫度區(qū)間尖銳，溫度精確可控±1°C。而大部分多組分玻璃光纖的制造技術并不成熟，除了光纖預制棒玻璃塊體材料的制作難度，中低溫多組分玻璃光纖的拉制也是業(yè)界難題，尚無成熟的加熱技術確保多組分玻璃光纖能夠在尖銳溫度區(qū)間內(nèi)誤差可控的拉制成功。為解決這一業(yè)界難題，必須研制一種溫度區(qū)間尖銳、熱量充足、惰性氣氛環(huán)境保護、氣流平衡可控的高精密光纖預制棒加熱爐。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊，該用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊能使電阻式加熱爐在預制棒加熱爐的工作區(qū)間能使用自然溫度分布形成尖銳溫度加熱區(qū)間，溫控范圍區(qū)間準確，精度高，百度降溫區(qū)間的半徑合理。本實用新型的技術方案是這樣解決的本實用新型提供了一種用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊，所述均勻加熱模塊包括石英管和六個小電棒，六個小電棒緊密堆積在石英管外面，六個小電棒與石英管之間緊密貼合，六個小電棒串聯(lián)，小電棒外面填充保溫材料。所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面緊密堆積的輕質(zhì)耐火材料，耐火材料上刻有三個小槽，電阻絲穿過小槽并纏繞三圈；耐火材料外面填充有保溫材料。所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面澆注成倒喇叭形的加熱環(huán)；加熱環(huán)外面填充有保溫材料。所述保溫材料是石棉。由均勻加熱模塊、惰性保護氣體循環(huán)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)來形成一個尖銳溫度加熱區(qū)間；通過均勻加熱模塊使加熱區(qū)間形成一個尖銳溫度分布，并且使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區(qū)間的半徑；而且真空系統(tǒng)通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，從而促使尖銳加熱區(qū)間的形成；另外，通過溫度控制系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)溫度變化，調(diào)節(jié)小電棒的加熱預制棒，保護氣直接改變加熱區(qū)間和預熱區(qū)溫度，水冷循環(huán)系統(tǒng)間接改變加熱區(qū)間的溫度。所述的尖銳溫度加熱區(qū)間形成方法，按下述步驟進行(I)用六個小電棒緊密堆積在石英管外面，彼此之間緊密貼合；(2)采用串聯(lián)方式將小電棒鏈接，保證所有發(fā)熱體電流相同，故而發(fā)熱量相同；(3)小電棒外面填充保溫材料，保持加熱爐溫度并避免熱量散失；(4)連接好真空系統(tǒng)，通過真空控制系統(tǒng)間接控制和影響加熱區(qū)間的溫度； (5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)加熱區(qū)間溫度；(6)連接水冷系統(tǒng)和保護氣循環(huán)系統(tǒng)；(7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。所述的尖銳溫度加熱區(qū)間形成方法，按下述步驟進行(I)在石英管外面緊密堆積輕質(zhì)耐火材料；(2)在耐火材料上刻上三個小槽，將電阻絲穿過小槽纏繞三圈；(3)耐火材料外面填充保溫材料保溫，保持加熱爐溫度；(4)連接好真空系統(tǒng)，通過真空控制系統(tǒng)間接控制和影響加熱區(qū)間的穩(wěn)定；(5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)加熱區(qū)間溫度；(6)連接水冷系統(tǒng)和保護氣循環(huán)系統(tǒng)；(7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。所述的尖銳溫度加熱區(qū)間形成方法，按下述步驟進行(I)控制和計算各部分加熱環(huán)的金屬厚度以及喇叭區(qū)的傾斜角度，以此制造模具進行燒筑；(2)在石英管外面澆注成倒喇叭形的加熱環(huán)；(3)在加熱環(huán)外面填充保溫材料保溫，保持加熱爐溫度；(4)連接好真空系統(tǒng)，通過真空控制系統(tǒng)間接控制和影響加熱區(qū)間的穩(wěn)定；(5)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)加熱區(qū)間溫度；(6)連接水冷系統(tǒng)和保護氣循環(huán)系統(tǒng)；(7)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化。本實用新型采用在石英管外面推上小電棒，并且保持部分區(qū)域嚴格密封，所有電阻相同，精確控制預熱區(qū)，通過加熱六個小電棒，使加熱區(qū)間形成一個尖銳溫度加熱區(qū)間，并且使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區(qū)間的半徑(最高溫度至陡降100°c的縱向距離)；而且真空系統(tǒng)通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，從而促使尖銳加熱區(qū)間的形成；另外，通過溫度控制系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)溫度變化，調(diào)節(jié)小電棒的加熱預制棒，保護氣直接改變加熱區(qū)間和預熱區(qū)溫度，水冷循環(huán)系統(tǒng)間接改變加熱區(qū)間的溫度，這些都有助于形成尖銳加熱區(qū)。本實用新型采用在推著石英管外面的耐火材料上刻上三個凹槽，用電阻絲纏繞并埋入凹槽內(nèi)，通過三圈電阻絲加熱，使加熱區(qū)間形成一個尖銳溫度分布，并且在預熱區(qū)和加熱區(qū)間使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區(qū)間的半徑(最高溫度至陡降100°c的縱向距離)；而且真空系統(tǒng)通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，在一定程度促使尖銳加熱區(qū)間的形成，溫度控制系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)溫度變化，調(diào)節(jié)電阻絲的加熱爐內(nèi)預制棒，通入保護氣直接改變加熱區(qū)間和預熱區(qū)溫度，水冷循環(huán)系統(tǒng)間接影響加熱區(qū)間的溫度，這些都有助于形成尖銳加熱區(qū)。本實用新型采用在實施加熱環(huán)澆筑成型，為倒喇叭形結構，自動形成尖銳加熱區(qū)間和預熱區(qū)，通過倒喇叭形結構加熱環(huán)加熱，使加熱區(qū)間形成一個尖銳溫度分布，并且使溫度梯度緩慢升溫預熱，精確控制百度加熱區(qū)間的半徑(最高溫度至陡降100°c的縱向距離)；而且真空系統(tǒng)通過控制抽取爐子和預制棒的真空度間接改變爐子溫度分布，在一定程度促使尖銳加熱區(qū)間的形成，溫度控制系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)溫度變化，調(diào)節(jié)加熱環(huán)的加熱，通入保護氣直接改變加熱區(qū)間和預熱區(qū)溫度，水冷循環(huán)系統(tǒng)間接影響加熱區(qū)間的溫度，這些都有助于形成尖銳加熱區(qū)。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，通過小電棒，電阻絲，加熱環(huán)形成一個尖銳溫度加熱 區(qū)，嚴格控制百度加熱區(qū)間距離。通過溫度控制系統(tǒng)，真空控制系統(tǒng)，氣體循環(huán)系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)來間接“影響”加熱區(qū)的溫度分布，促使加熱爐形成尖銳加熱區(qū)。這樣做方法簡單，精度高，溫度可調(diào)范圍大，升溫呈現(xiàn)梯度，溫度控制精度高，光纖絲徑穩(wěn)定，光纖析晶程度相比別的加熱爐少，使用壽命長。

圖I是本實用新型所提供電阻絲加熱模式示意圖；圖2是本實用新型所提供小電棒加熱模式示意圖；圖3是本實用新型所提供加熱環(huán)加熱模式示意圖；圖4是本實用新型所提供溫度控制接線示意圖；圖5是本實用新型所提供溫度控制系統(tǒng)示意圖；圖6是本實用新型所提供發(fā)熱體示意圖；圖7是本實用新型所提供發(fā)熱電極設計示意圖；圖8是本實用新型所提供連接頭示意圖；圖9是本實用新型所提供加熱爐整體示意圖。。其中1為石英管；2為小電棒；3為電阻絲；4為加熱環(huán)；5為耐火材料；6為小槽；7為熱電偶。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述參見圖1-9，一種用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊，所述均勻加熱模塊包括石英管和六個小電棒，六個小電棒緊密堆積在石英管外面，六個小電棒與石英管之間緊密貼合，六個小電棒串聯(lián)，小電棒外面填充保溫材料。所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面緊密堆積的輕質(zhì)耐火材料，耐火材料上刻有三個小槽，電阻絲穿過小槽并纏繞三圈；耐火材料外面填充有保溫材料。所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面澆注成倒喇叭形的加熱環(huán)；加熱環(huán)外面填充有保溫材料。本實用新型采用小電棒的加熱，小電棒加熱均勻，各電棒中間沒有間隙，保持溫場。電阻絲纏繞在耐火材料，保持加熱均勻，小槽之間的間距嚴格控制，加熱環(huán)澆注形狀呈梯形。整個加熱模式使加熱區(qū)間形成尖銳溫度加熱區(qū)間。實施例I :小電棒的加熱模式小電棒的尺寸在25mm直徑,長度在30mm,石英管的直徑25mm,長度80mm,目的防止灰塵吸附到石英管上。為了形成尖銳溫度加熱區(qū)，本實用新型采用六根加熱棒，彼此保持密封，加熱均勻，電熱棒的電阻一樣，采用串聯(lián)的方式，使電流和產(chǎn)生熱量一樣，嚴格控制百度加熱區(qū)間半徑，使溫度從預熱區(qū)間到加熱區(qū)間呈現(xiàn)緩慢梯度上升趨勢。通過溫度控制系統(tǒng)，真空控制系統(tǒng)，氣體循環(huán)系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)來間接“影響”加熱區(qū)間的溫度分布，形成一個在600°C為中心，溫度精度為±0. 5°C，預熱區(qū)65mm，梯度緩慢升溫預熱(室溫至最高溫度)，最高溫度為600°C，以最高溫度為零點，最高溫度至陡降100°C的縱向距離(溫差半徑)小于或者等于30毫米的尖銳溫度加熱區(qū)間。形成的尖銳溫度加熱區(qū)，按以下步驟進行·[0056]a)采用一個直徑25mm,長度80mm的石英管；b)在石英管的周圍圍上六個小電棒，緊密堆積，彼此之間沒有空隙；c)用串聯(lián)的方式將電極連在一起，保持電流相等，從而電流相等；d)在小電棒周圍填充石棉作為保溫材料；e)連接好真空系統(tǒng)，通過真空控制系統(tǒng)間接控制加熱區(qū)間的穩(wěn)定；f)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)加熱區(qū)間溫度；g)連接水冷系統(tǒng)和保護氣循環(huán)系統(tǒng)；h)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化；實施例2 電阻絲加熱模式電阻絲纏繞電爐加熱，根據(jù)需要加熱溫度選擇3圈數(shù)電阻絲。選擇石英管的直徑25mm,長度80mm,從而防止在拉制光纖過程中，灰塵吸附到預制棒上。在石英管周圍推上厚度為55_的耐火材料，因為耐火材料可以將熱量傳遞到石英管形成預熱區(qū)和加熱區(qū)，在耐火材料上刻上三個槽，將加熱電阻絲纏繞在上面，電阻絲的直徑根據(jù)加熱區(qū)間的溫度范圍和中心溫度控制其尺寸，在耐火材料外面填充石棉，目的是保持溫度穩(wěn)定。通過溫度控制系統(tǒng)，真空控制系統(tǒng)，氣體循環(huán)系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)來間接“影響”加熱區(qū)間的溫度分布，形成一個在500°C為中心，溫度精度為±0. 5°C，預熱區(qū)50mm，梯度緩慢升溫預熱(室溫至最高溫度)，最高溫度為500°C，最高溫度至陡降100°C的縱向距離(溫差半徑)小于或者等于25毫米的尖銳溫度加熱區(qū)間。形成的尖銳溫度加熱區(qū)間，按如下步驟進行a)采用一個直徑為25mm,長度為80mm的石英管；b)在石英管周圍圍上厚度為55mm的耐火材料，并且在耐火材料上刻上三個小槽；c)用電阻絲穿過三個小槽，形成三圈的電阻絲，是串聯(lián)的方式；d)在耐火材料外面填充棉花作為保溫材料；e)連接好真空系統(tǒng)，通過真空控制系統(tǒng)間接控制和影響加熱區(qū)間的穩(wěn)定；f)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)加熱區(qū)間溫度；g)連接水冷系統(tǒng)和保護氣循環(huán)系統(tǒng)；[0074]h)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化；實施例3 :加熱環(huán)模式均勻加熱環(huán)，加熱環(huán)澆注形狀呈梯形。選擇石英管的直徑為25mm，長度為80mm，目的是為了防止在拉制光纖過程中，灰塵吸附到預制棒上。通過計算控制加熱環(huán)的最大金屬厚度在IOmm之間，以及喇叭區(qū)的傾斜角度為30度。在耐火材料外面填上棉花，目的是保持溫度穩(wěn)定。通過溫度控制系統(tǒng)，真空控制系統(tǒng)，氣體循環(huán)系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)來間接“影響”加熱區(qū)間的溫度分布，形成一個在450°C為中心，溫度精度為±0. 5°C，預熱區(qū)55mm，梯度緩慢升溫預熱(室溫至最高溫度)，最高溫度為450°C，以最高溫度為零點，最高溫度至陡降100°C的縱向距離(溫差半徑)小于或者等于30毫米的尖銳溫度加熱區(qū)間。形成的尖銳溫度加熱區(qū)，按如下步驟進行a)采用一個直徑為25mm,長度為80mm的石英管；b)控制厚度在IOmm之間，傾斜角度在30度之間，進行澆注；c)加熱環(huán)被澆筑成型，為倒喇叭形結構，自動形成尖銳加熱區(qū)間和預熱區(qū)；d)連接好加熱環(huán)的電流，保持電流均勻，加熱均勻；e)在耐火材料外面填充石棉作為保溫材料；f)連接好真空系統(tǒng)，通過真空控制系統(tǒng)間接控制和影響加熱區(qū)間的穩(wěn)定；g)連接好溫度控制接線，通過溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)加熱區(qū)間溫度；h)連接水冷系統(tǒng)和保護氣循環(huán)系統(tǒng)；i)在最外面套上透明的石英罩以觀察里面預制棒長度變化；參見圖1-3，在本實用新型提供的電阻絲，小電棒和加熱環(huán)三種加熱模塊，三種模塊的構造方式按照以下步驟構造電阻絲加熱模塊方法a)米用一個直徑為10-40mm,長度為50_80mm的石英管；b)在石英管周圍圍上厚度為20_60mm的耐火材料，并且在耐火材料上刻上三個小槽；c)用電阻絲穿過三個小槽，形成三圈的電阻絲，是串聯(lián)的方式。構造小電棒加熱模塊方法a)米用一個直徑25mm,長度50_80mm的石英管；b)在石英管的周圍圍上六個直徑為10-30mm長度為20_40mm的小電棒，彼此之間
沒有空隙；c)用串聯(lián)的方式將電極連在一起，保持電流相等，從而電流相等。構造加熱環(huán)模塊方法a)采用一個直徑為25mm,長度為50_80_的石英管；b)控制厚度在5_20mm之間，傾斜角度在10_45度之間，進行澆注；c)加熱環(huán)被澆筑成型，為倒喇叭形結構，自動形成尖銳加熱區(qū)間和預熱區(qū)間；d)連接好加熱環(huán)的電流，保持電流均勻，加熱均勻。參見圖4，在本實用新型提供的溫度控制接線圖，F(xiàn)P23通過熱電偶探測爐內(nèi)溫度Tl，顯示其溫度值，然后根據(jù)需要調(diào)節(jié)可控硅膠調(diào)壓器來改變溫度Tl值，來調(diào)節(jié)尖銳加熱區(qū)間的溫度。[0102]參見圖5，在本實用新型提供的真空控制系統(tǒng)圖，規(guī)管I將包層和芯的空隙的真空度通過U4DZA1顯示真空度的值大小，然后根據(jù)需要調(diào)節(jié)U6真空調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)包層和芯之間空隙的真空度，以便抽真空時不讓包層破裂。通過規(guī)管2，U5DZA1將爐內(nèi)氧的含量顯示出來，來調(diào)節(jié)加熱爐保護氣體流量，來控制尖銳溫度加熱區(qū)間。參見圖6，在本實用新型提供的發(fā)熱體設計圖，通過在石英管的周圍緊密圍著六個小電棒，澆注加熱環(huán)，或者包著耐火材料，然后在耐火材料刻上三個 小槽，然后連三圈電阻絲來加熱加熱爐，形成預熱區(qū)間和尖銳溫度加熱區(qū)間。參見圖7，在本實用新型提供的發(fā)熱電極設計圖，通過控制爐子的加熱區(qū)間和預熱區(qū)間總為60mm，根據(jù)百度加熱區(qū)間的半徑的距離來決定加熱區(qū)間和預熱區(qū)間的長度，這對比較合適的尖銳溫度加熱區(qū)間很重要。參見圖8，在本實用新型提供的連接頭連接方式示意圖，通過圖8所示，水冷系統(tǒng)和保護氣體循環(huán)系統(tǒng)能清晰注意到，水冷系統(tǒng)和保護氣體循環(huán)系統(tǒng)在一定程度上影響加熱區(qū)間的溫度分布，而且保護氣體防止預制棒被氧化。參見圖9，在本實用新型提供的加熱爐的整體示意圖，從圖中展示石英管被小電棒，耐火材料上的電阻絲，或者加熱環(huán)進行加熱，然后通過真空系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)和保護氣體循環(huán)系統(tǒng)來形成尖銳的溫度加熱區(qū)間。在加熱模式外面是棉花，作為保溫材料，在保溫材料外面是透明的石英罩，可以觀察爐內(nèi)的預制棒長度變化。整個加熱爐的尺寸設計及密封系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)是根據(jù)形成尖銳溫度加熱區(qū)間設計的?，F(xiàn)有的很多加熱爐加熱區(qū)間溫場分布都很不均勻，無法精確控制溫度，拉制的預制棒形狀容易歪曲，拉制出光纖的絲徑不穩(wěn)定，很難形成尖銳溫度加熱區(qū)。采用本實用新型形成的尖銳溫度加熱區(qū)，方法簡單，可調(diào)節(jié)溫度范圍大，精度高，保溫效果好，加熱均勻，密封性好，耗材少，消耗經(jīng)費少，效率高，控制操作簡單，有效。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的方法及技術內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本實用新型技術方案的范圍內(nèi)。
權利要求1.用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊，其特征在于所述均勻加熱模塊包括石英管和六個小電棒，六個小電棒緊密堆積在石英管外面，六個小電棒與石英管之間緊密貼合，六個小電棒串聯(lián)，小電棒外面填充保溫材料。
2.用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊，其特征在于所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面緊密堆積的輕質(zhì)耐火材料，耐火材料上刻有三個小槽，電阻絲穿過小槽并纏繞三圈；耐火材料外面填充有保溫材料。
3.用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊，其特征在于所述均勻加熱模塊包括石英管和在石英管外面澆注成倒喇叭形的加熱環(huán)；加熱環(huán)外面填充有保溫材料。
4.如權利要求1、2或3所述的均勻加熱模塊，其特征在于所述保溫材料是石棉。
專利摘要本實用新型公開了一種用于高精密電阻式加熱爐的均勻加熱模塊，所述均勻加熱模塊包括石英管和六個小電棒，六個小電棒緊密堆積在石英管外面，六個小電棒與石英管之間緊密貼合，六個小電棒串聯(lián)，小電棒外面填充保溫材料。均勻加熱模塊通過溫度控制系統(tǒng)，真空控制系統(tǒng)，氣體循環(huán)系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)來間接“影響”加熱區(qū)的溫度分布，促使加熱爐形成尖銳加熱區(qū)。這樣做方法簡單，精度高，溫度可調(diào)范圍大，升溫呈現(xiàn)梯度，溫度控制精度高，光纖絲徑穩(wěn)定，光纖析晶程度相比別的加熱爐少，使用壽命長。
文檔編號C03B37/092GK202688193SQ20122032826
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權日2012年7月9日
發(fā)明者林傲祥 申請人:西安思翰光電科技有限公司