專利名稱：用于化學(xué)汽相淀積工藝的原材料供給裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種光纖預(yù)制件，尤其是涉及用于在化學(xué)汽相淀積工藝工程中供給原材料的裝置。
背景技術(shù)：
利用光纖作為傳輸介質(zhì)的光通信能夠以比電通信系統(tǒng)更快的速度傳送大量的信息。同樣，通信質(zhì)量可能更好，因?yàn)楣馔ㄐ挪皇軣o線電或磁場(chǎng)的干擾。
光纖由光纖預(yù)制件(optical preform)拉出，制造光纖有溶膠凝膠法和汽相淀積法。溶膠凝膠法包括將液體原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｋ苤破?mold)，以便凝膠化該液體原材料，然后，燒結(jié)該凝膠材料以便制造石英玻璃。由于整個(gè)過程在低溫進(jìn)行，生產(chǎn)成本低并且并且容易調(diào)節(jié)光纖的成分。
具有不同類型的汽相淀積法，包括改進(jìn)的化學(xué)汽相淀積(MCVD)，汽相軸向淀積(VAD)，或外部汽相淀積(OVD)。這些汽相淀積法包括加熱指定的標(biāo)桿或玻璃管并且同時(shí)供給氣體狀態(tài)的原材料，以便在標(biāo)桿或玻璃管上產(chǎn)生套層(suit)，由此生產(chǎn)光纖預(yù)制件。作為汽相淀積過程的一部分，液體原材料在指定的用于容納原材料的裝置中蒸發(fā)并且后來供給光纖預(yù)制件淀積通道。
圖1是在化學(xué)汽相淀積過程中用于容納原材料的傳統(tǒng)的裝置100的簡(jiǎn)化圖。特別是圖1引入了這種裝置，它包括用于探測(cè)起泡器(bubbler)中原材料的液體水平面的水平面?zhèn)鞲衅鳎纱颂綔y(cè)是否已經(jīng)供給或切斷原材料。如圖中所示，用于化學(xué)汽相淀積過程的傳統(tǒng)原材料供給裝置100將載氣(carrier gas)B供給起泡器110中的原材料，以便將液體原材料蒸發(fā)到氣體狀態(tài)C，然后蒸汽供給到淀積單元。當(dāng)起泡器110中的液體原材料經(jīng)過相變后供給淀積單元時(shí)，起泡器110再添入原材料。起泡器110包括用于接受原材料A的原材料供給管120，用于供給載氣B的氣體管130，和用于將相變?cè)牧螩供給淀積單元的蒸汽管140。為了保持起泡器110中的原材料的溫度均勻，溫度傳感器113和加熱器115設(shè)置在起泡器110中。
安裝在起泡器110中的水平面?zhèn)鞲衅?11用于保持起泡器110內(nèi)的原材料量在一定的水平面內(nèi)。當(dāng)起泡器110內(nèi)的原材料逐漸增加，水平面?zhèn)鞲衅?11產(chǎn)生信號(hào)，以便控制是否應(yīng)當(dāng)繼續(xù)或切斷原材料流。
然而，當(dāng)水平面?zhèn)鞲衅饔糜谠诠┙o原材料之前探測(cè)起泡器內(nèi)的原材料量時(shí)傳統(tǒng)的方法中具有缺點(diǎn)。特別是當(dāng)原材料正在供給時(shí)或當(dāng)原材料經(jīng)歷相變時(shí)，起泡器內(nèi)的原材料引起的干擾往往引起水平面?zhèn)鞲衅鞯恼`動(dòng)作。此外，傳統(tǒng)的裝置降低了整體工作效率，因?yàn)楫?dāng)正在接受原材料時(shí)不能進(jìn)行淀積過程。
利用水平面?zhèn)鞲衅鞯膫鹘y(tǒng)裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)是難于保持起泡器中原材料的恒定量，因?yàn)闊o論何時(shí)起泡器內(nèi)的原材料量低于一定的水平面就會(huì)添加原材料。當(dāng)相變(即液體到氣體)原材料量不一致時(shí)，難于保持恒定的蒸汽壓力，并且需要供給淀積單元的蒸汽量不均勻。結(jié)果，這些因素往往使淀積的光纖預(yù)制件的質(zhì)量惡化。
圖2是用于化學(xué)汽相淀積過程中的傳統(tǒng)裝置200的簡(jiǎn)化圖，該裝置中安裝了一個(gè)機(jī)械閥，該閥根據(jù)起泡器內(nèi)的原材料的重量打開/關(guān)閉。如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)的裝置200包括外部起泡器210a和內(nèi)部起泡器210b。內(nèi)部起泡器210b設(shè)有載氣B′并且將液體原材料蒸發(fā)到氣體狀態(tài)C′，然后供給淀積單元。同時(shí)，當(dāng)外部起泡器210a和內(nèi)部起泡器210b內(nèi)被蒸發(fā)的原材料供給淀積單元時(shí)，外部起泡器210a和內(nèi)部起泡器210b補(bǔ)充原材料。為此，起泡器210a，210b包括用于接受原材料A′的原材料供給管220，用于供給載氣B′的氣體管230，和用于將相變?cè)牧螩′供給淀積單元的蒸汽管240。此外，為了保持起泡器210a，210b中原材料溫度均勻，溫度傳感器213和加熱器215還設(shè)置在起泡器210a，210b中。因而當(dāng)原材料消耗并且最終打開壓力操作閥225以便將原材料供給起泡器210a，210b時(shí)由于供給管220的內(nèi)部壓力內(nèi)部起泡器210b逐漸升高到表面。美國(guó)專利No.5,938,985披露了這種原材料供給裝置的更多的細(xì)節(jié)。
然而，當(dāng)用于利用壓力操作閥供給原材料的管子之中必須保持恒定的壓力時(shí)，管子會(huì)容易損壞。此外，在壓力操作閥和管子流入口之間由于機(jī)械摩擦?xí)a(chǎn)生不期望的污染物。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于化學(xué)汽相淀積工藝的原材料供給裝置，該裝置能夠以恒定的蒸汽壓力供給淀積單元蒸汽。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于在化學(xué)汽相淀積工藝過程中供給原材料的裝置，特別是提供一種能夠以更穩(wěn)定的狀態(tài)供給起泡器原材料的裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種裝置，該裝置用于化學(xué)汽相淀積工藝并且能夠容易地調(diào)節(jié)供給淀積單元的蒸汽的壓力。
因此，本發(fā)明提供一種用于化學(xué)汽相淀積工藝的原材料供給裝置，包括用于蒸發(fā)液體原材料并且供給淀積單元蒸發(fā)的原材料的起泡器；及，用于供給起泡器液體原材料的原材料箱，其中原材料箱預(yù)先保存將被供給起泡器的液體原材料并且預(yù)熱液體原材料。原材料箱內(nèi)的原材料通過多個(gè)空心的微管供給起泡器，并且當(dāng)起泡器內(nèi)的原材料逐漸減少時(shí)，原材料箱的內(nèi)部壓力增加，用于連續(xù)地將原材料供給起泡器，由此保持起泡器內(nèi)的原材料量和起泡器內(nèi)的蒸汽壓力均勻一致或始終如一。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式的用于化學(xué)汽相淀積過程中的裝置的示圖；圖2是根據(jù)另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式的用于化學(xué)汽相淀積過程中的裝置的示圖；及圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于化學(xué)汽相淀積過程中的裝置的示圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。為了清除和簡(jiǎn)單，眾所周知的功能或結(jié)構(gòu)不詳細(xì)描述，因?yàn)檫@些功能和結(jié)構(gòu)的不必要細(xì)節(jié)會(huì)使本發(fā)明不清楚。
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于化學(xué)汽相淀積過程中的裝置300的示圖。如圖所示，實(shí)施本發(fā)明啟示的化學(xué)汽相淀積工藝的裝置300包括起泡器310，原材料箱320，及多個(gè)管子和傳感器。起泡器310用于蒸發(fā)原材料箱320中通過指定管子添加的液體原材料(C·I)。起泡器310內(nèi)的蒸汽(V·O)供給用于后面生產(chǎn)階段的光纖預(yù)制件淀積單元。起泡器310包括內(nèi)部起泡器311和外部起泡器313。內(nèi)部起泡器311接收來自外部的載氣(C·G)并且蒸發(fā)液體原材料。即使假設(shè)向外部供給到裝置300的起泡器的原材料與起泡器310內(nèi)的原材料處于相同的狀態(tài)(即，原材料的溫度)，也難于控制許多外部條件或原材料的相變來實(shí)現(xiàn)相同的條件。為此，設(shè)有外部起泡器313，以便降低從外部添加的原材料和起泡器內(nèi)部的原材料之間的溫度差異。
原材料箱320預(yù)熱從外部供給的原材料(C·I)并且將預(yù)熱的原材料供給起泡器310。原材料箱320基本上分成流入單元321和流出單元323。流入單元321是保存從外部供給的原材料(C·I)的地方，而流出單元323是保存供給起泡器310的原材料的地方。這基于應(yīng)用于安裝有內(nèi)部起泡器311和外部起泡器313的起泡器310的同一原理，其中從外部供給的原材料(C·I)中的一些與原材料箱320內(nèi)預(yù)熱后供給起泡器的原材料分開，由此使供給起泡器310的原材料的狀況/條件類似于起泡器310內(nèi)的原材料的狀況/條件。
起泡器310和原材料箱320通過空心微管(hallow microtube)340彼此連接。空心微管340具有從供給起泡器310的原材料中過濾任何相異物質(zhì)(alien substance)的功能。為了減小從原材料箱320到起泡器310的原材料的供給通道，起泡器310和原材料箱320優(yōu)選以一體制造并且空心微管340優(yōu)選安裝在起泡器310的下部中。實(shí)際上，起泡器310，原材料箱320，以及空心微管340安裝在熱絕緣體330中，以便保持原材料的狀況/條件均勻一致或始終如一。
因此，原材料從外面供給原材料箱320，然后在原材料箱320內(nèi)在大體類似起泡器310內(nèi)的溫度預(yù)熱后通過空心微管340供給起泡器310。因此，原材料箱320中供給的原材料和起泡器310內(nèi)的原材料之間的溫度差值在原材料箱320中被補(bǔ)償。同樣，供給原材料箱320的原材料和起泡器320內(nèi)的原材料之間的壓力差值也在原材料箱320中被補(bǔ)償，因?yàn)樵牧瞎┙o起泡器310之后原材料箱320內(nèi)保持恒定的蒸汽壓力。同樣地，當(dāng)新的原材料從外部供給，起泡器310內(nèi)能夠均勻地保持原材料的相變，而不會(huì)受到可能由溫度或壓力差異所引起的任何影響。但是，如果需要，熱絕緣體330能夠具有用于加熱原材料的加熱裝置(圖中未示出)，因?yàn)樵谄鹋萜?10處發(fā)生的原材料的相變非常依賴于原材料的溫度。因此，在作為選擇的實(shí)施方式中，優(yōu)選預(yù)熱原材料箱320中的原材料。
光纖預(yù)制件的淀積狀態(tài)依供給淀積單元的蒸汽的蒸汽壓力(V·O)而變化。因此，保持起泡器310中恒定的蒸汽壓力以獲得優(yōu)質(zhì)的光纖預(yù)制件是非常重要的。保持起泡器310內(nèi)恒定蒸汽壓力的優(yōu)選方式是通過使原材料的相變以恒定的速度進(jìn)行。然而，這取決于原材料的溫度和原材料與載氣(C·G)的接觸時(shí)間。接觸時(shí)間還受原材料的液體水平面或液位的影響。為了保持起泡器310中的蒸汽壓力均勻一致，起泡器310包括用于探測(cè)蒸汽壓力的第一壓力傳感器351。同時(shí)，作為一種調(diào)節(jié)蒸汽壓力的方式，將惰性氣體(inert gas)(G·I)供給原材料箱320或從原材料箱320中排出。即，當(dāng)起泡器310內(nèi)的蒸汽壓力降低時(shí)，惰性氣體(G·I)供給原材料箱320。結(jié)果，起泡器310的原材料供給加速并且起泡器310內(nèi)的原材料量增加。而且，原材料的相變也加速。類似地，當(dāng)起泡器310內(nèi)的蒸汽壓力增加時(shí)，原材料箱320內(nèi)的惰性氣體通過排氣管線325排出，并且起泡器310中的蒸汽壓力不再增加。優(yōu)選方式是，氮?dú)庥米鞴┙o原材料箱320的惰性氣體(G·I)。
總之，通過調(diào)節(jié)原材料箱320的壓力，可以保持起泡器310中的原材料量在恒定的水平面，致使原材料以恒定的速度相變，并且保持起泡器內(nèi)蒸汽壓力均勻一致。此外，通過供給或排出惰性氣體，能夠調(diào)節(jié)原材料箱320的內(nèi)部壓力，并且由此能夠調(diào)節(jié)起泡器310內(nèi)的蒸汽壓力。這使得能夠容易地調(diào)節(jié)光纖預(yù)制件的淀積速度，從而，根據(jù)要制備的光纖形成對(duì)于光纖預(yù)制件的合適淀積條件。
繼續(xù)參照?qǐng)D3，當(dāng)正進(jìn)行淀積過程時(shí)，原材料箱320內(nèi)的原材料連續(xù)地消耗，因此，無論何時(shí)這種情況發(fā)生，都確定是否添加原材料。
作為探測(cè)原材料箱320內(nèi)原材料量的裝置，設(shè)置第二壓力傳感器353，水平面?zhèn)鞲衅?55，和載荷傳感器357并且上述傳感器的任何組合能夠選擇性地用于發(fā)送應(yīng)用。例如，如果使用第二壓力傳感器353，通過計(jì)算第一壓力傳感器351和第二壓力傳感器353之間的壓力差值能夠探測(cè)原材料箱320內(nèi)的原材料量。這能夠通過下面的等式更好地解釋，該式由柏努利原理導(dǎo)出。
PP-Pb＝ρghb-ρghp這里，PP表示原材料箱320的內(nèi)部壓力；Pb表示起泡器310內(nèi)的蒸汽壓力；hb表示起泡器310內(nèi)的原材料的液體水平面高度；ρ表示原材料的密度；并且g表示重力(gravity)即重力加速度。因?yàn)樵牧系拿芏圈押椭亓相同，起泡器310和原材料箱310之間的壓力差值通過起泡器310和原材料箱320內(nèi)的液體原材料的液位差值表明。當(dāng)起泡器310內(nèi)的原材料量和蒸汽壓力假定保持在恒定的水平，原材料箱320的液位依原材料箱320的壓力而變化。從而，測(cè)得的原材料箱320和第二壓力傳感器353的壓力確定是否應(yīng)當(dāng)添加原材料。
如果原材料箱320的液位下落到低于一定的高度，應(yīng)當(dāng)從外面添加原材料(C·I)，并且當(dāng)添加原材料(C·I)時(shí)，將原材料箱320內(nèi)的惰性氣體排出(G·O)，逐漸減小原材料箱320的內(nèi)部壓力。即使當(dāng)原材料正在添加到原材料箱320中的時(shí)候，起泡器310內(nèi)也能夠繼續(xù)進(jìn)行原材料的相變。同樣，為了有足夠的時(shí)間預(yù)熱添加到原材料箱320中的原材料同時(shí)使得淀積過程繼續(xù)進(jìn)行，不應(yīng)當(dāng)立刻或同時(shí)添加到原材料箱320中大量原材料，盡管其中的液位極其低。
關(guān)于水平面?zhèn)鞲衅?55，能夠使用光學(xué)傳感器，超聲波傳感器，或放射線液位計(jì)(radiation level meter)。水平面?zhèn)鞲衅?55預(yù)先指定原材料箱320內(nèi)的原材料的最小允許水平面高度，并且如果液體水平面到達(dá)了最小允許水平面高度，就應(yīng)當(dāng)添加原材料。在這種情況中添加原材料時(shí)，原材料箱320內(nèi)的內(nèi)部壓力應(yīng)當(dāng)通過排出其中的惰性氣體(G·O)逐漸降低。注意在使用水平面?zhèn)鞲衅髦?，水平面?zhèn)鞲衅骺赡茉谔綔y(cè)液位上出現(xiàn)錯(cuò)誤，因?yàn)樵牧鲜橇黧w。
載荷傳感器357探測(cè)原材料箱320內(nèi)的原材料的重量并且確定是否需要添加原材料。載荷傳感器357將根據(jù)重量產(chǎn)生的物理(量)變化轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。常用的載荷傳感器357表現(xiàn)為貼在金屬桿或金屬板上的應(yīng)變片。應(yīng)變片探測(cè)根據(jù)不同的重量金屬桿和金屬板的變化所引起的電阻的變化。由此，載荷傳感器357通過探測(cè)電阻的變化計(jì)算原材料重量的任何變化。類似于水平面?zhèn)鞲衅?55，載荷傳感器357也預(yù)先指定原材料箱320內(nèi)的原材料的最小允許重量，從而當(dāng)原材料重量達(dá)到最小允許重量時(shí)，能夠添加原材料。再一次地在這中情況中，添加原材料時(shí)，原材料箱320內(nèi)的內(nèi)部壓力應(yīng)當(dāng)通過排出其中的惰性氣體(G·O)逐漸降低。
作為選擇，還有另外的周期性或定時(shí)性地添加原材料的方法，而不利用任何探測(cè)原材料量的裝置。這是可能的，因?yàn)槠鹋萜?10內(nèi)的原材料以恒定的速度消耗而沒有任何變化。因此，當(dāng)相變進(jìn)行的同時(shí)原材料能夠定時(shí)添加。
如上所述，本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的方法，其中在向起泡器添加原材料之前探測(cè)起泡器的液體水平面高度并且調(diào)節(jié)原材料箱320內(nèi)的原材料量和原材料箱320內(nèi)的內(nèi)部壓力，同時(shí)保持起泡器310內(nèi)的原材料量和起泡器310的內(nèi)部壓力恒定。同樣地，即使當(dāng)從外部供給原材料時(shí)，起泡器310根本不受影響，從而能夠繼續(xù)用于淀積光纖預(yù)制件的原材料所進(jìn)行的相變，而不會(huì)停止。
總之，本發(fā)明引入了更方便向起泡器連續(xù)不斷地添加原材料的方法，即調(diào)節(jié)原材料箱的內(nèi)部壓力。以這種方式，起泡器內(nèi)的原材料量能夠保持均勻一致并且相變速度也恒定。由此，能夠使供給起泡器的新原材料的任何差異最小。此外，本發(fā)明通過利用具有過濾功能的空心微管使裝置中的機(jī)械摩擦最小，能夠防止原材料被污染。此外，本發(fā)明通過使用諸如氮的惰性氣體調(diào)節(jié)原材料箱的內(nèi)部壓力，其中所述惰性氣體適合于光纖預(yù)制件的淀積并且使得起泡器的蒸汽壓力容易調(diào)節(jié)。最后，與現(xiàn)有技術(shù)不同，因?yàn)榧词巩?dāng)原材料補(bǔ)充時(shí)也能繼續(xù)進(jìn)行淀積過程，因此本發(fā)明能夠提高生產(chǎn)率。
盡管參照一定的優(yōu)選實(shí)施例圖示和描述了本發(fā)明的，但在不偏離本發(fā)明的精神和原理，以權(quán)利要求和其等同原則所限定的范圍的情況下，可以對(duì)實(shí)施例做出細(xì)節(jié)和形式上的各種修改，這對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于供給化學(xué)汽相淀積工藝中使用的原材料的裝置，所述裝置包括起泡器，用于蒸發(fā)用于后繼淀積的液體原材料并供給到淀積單元；及箱，用于預(yù)熱液體原材料，所述預(yù)熱的液體原材料用于通過多個(gè)空心的微管后繼供給到起泡器，其中當(dāng)起泡器內(nèi)的液體原材料蒸發(fā)時(shí)所述箱的內(nèi)部壓力增加，由此保持起泡器內(nèi)的液體原材料量和蒸汽壓力實(shí)質(zhì)上均勻一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括第一壓力測(cè)量裝置，安裝在起泡器中用于測(cè)量起泡器內(nèi)的蒸汽壓力；及第二壓力測(cè)量裝置，安裝在所述箱中用于測(cè)量所述箱的內(nèi)部壓力，其中選擇性地調(diào)節(jié)所述箱的內(nèi)部壓力以便保持起泡器的蒸汽壓力在恒定的水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中如果所述箱的內(nèi)部壓力和起泡器內(nèi)的蒸汽壓力之間的差值超過預(yù)定的差值，則向所述箱中添加液體原材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述箱的內(nèi)部壓力通過供給惰性氣體到所述箱中逐漸增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述惰性氣體是氮?dú)狻?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述箱包括安裝在其中用于測(cè)量液體原材料的水平面高度的多個(gè)水平面?zhèn)鞲衅?，從而如果所述箱?nèi)的液體原材料的水平面高度下落到低于預(yù)定的水平面高度，則能夠添加傳送到所述箱中的原材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述箱包括安裝在其中用于測(cè)量液體原材料的重量的多個(gè)載荷傳感器，從而如果所述箱內(nèi)的液體原材料的重量減小到低于預(yù)定的重量，則能夠添加傳送到所述箱中的液體原材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中當(dāng)起泡器中液體原材料正在蒸發(fā)的同時(shí)定時(shí)性地添加液體原材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括位于所述箱和起泡器之間的空心的微管過濾器，用于防止液體原材料內(nèi)的任何外來雜質(zhì)傳送到起泡器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述箱，空心微管和起泡器安裝在一個(gè)熱絕緣體中以便保持液體原材料的溫度均勻一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括排氣管線，如果所述箱變得過壓，排氣管線降低所述箱的內(nèi)部壓力。
全文摘要
一種用于化學(xué)汽相淀積工藝的原材料供給裝置，所述裝置包括用于蒸發(fā)液體原材料并且供給淀積單元蒸發(fā)的原材料的起泡器；及用于供給起泡器液體原材料的原材料箱，其中原材料箱預(yù)先保存將供給起泡器的液體原材料并且預(yù)熱液體原材料，并且原材料箱內(nèi)的原材料通過多個(gè)空心的微管供給起泡器，并且其中當(dāng)起泡器內(nèi)的原材料逐漸消耗時(shí)，調(diào)節(jié)原材料箱的內(nèi)部壓力，改變供給起泡器的原材料量，由此調(diào)節(jié)起泡器內(nèi)的原材料量和起泡器內(nèi)的蒸汽壓力。
文檔編號(hào)C23C16/448GK1482083SQ0314780
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者姜求永 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社