[发明专利]一种光纤预制棒的烧结方法及其设备

权利要求书

1.一种光纤预制棒的烧结设备，其特征在于：包括塔体、电机一、卡盘、石英吊杆、导轨、吸气口、粉末预制棒、石英腔体、洗涤塔、炉体、隔热材料、加热体、温控柜、石英炉芯管、激光发射器、激光接收器、Cl₂气柜、He气柜、N₂气柜、Cl₂ 质量流量控制器、He质量流量控制器、N₂ 质量流量控制器、MFC流量控制柜、激光控制柜、送排风控制器、电机控制柜、电机二、热电偶、丝杆和控制电脑；

导轨安装在塔体上部，卡盘安装在导轨上，石英吊杆安装在卡盘上，在石英吊杆末端装入粉末预制棒，粉末预制棒安装在石英腔体内，石英腔体安装在塔体中，卡盘与丝杆相连，卡盘与电机一相连，电机二带动丝杆旋转，电机一控制卡盘旋转，电机二控制丝杆旋转，以使卡盘沿导轨上升和下降，其中，电机、电机受电机控制柜控制；

吸气口与洗涤塔通过管道连接，用于吸取、处理石英腔体中逸出的废气；

石英腔体外部安装有烧结炉，烧结炉由炉体、隔热材料、加热体、热电偶构成，其中，隔热材料位于炉体和加热体之间，热电偶穿过隔热材料测量加热体的温度，加热体、热电偶分别通过电线、信号线与温控柜相连，温控柜通过控制信号线与控制电脑相连；

激光发射器、激光接收器分别安装在烧结炉下部石英炉芯管两侧，激光发射器、激光接收器通过信号线与激光控制柜相连接，激光控制柜通过信号线与温控柜相连接；

Cl₂气柜、He气柜、N₂气柜分别存储有Cl₂、He和N₂，气体分别经过气体管道、Cl₂ 质量流量控制器、He质量流量控制器、N₂ 质量流量控制器与石英炉芯管相连接，气体Cl₂、He和N₂进入石英炉芯管内，其中，Cl₂ 质量流量控制器、He质量流量控制器、N₂ 质量流量控制器通过控制线与MFC流量控制柜相连, MFC流量控制柜中安装有可编程逻辑控制器PLC,Cl₂ 质量流量控制器、He质量流量控制器、N₂ 质量流量控制器的流量受MFC流量控制柜控制；

塔体设置有送排风控制器，送排风控制器控制塔体内的送风和排风。

2.权利要求1所述的一种光纤预制棒烧结设备的烧结方法，其特征在于：

1）气体供应

烧结时，将Cl₂气柜、He气柜中的气体分别通过Cl₂质量流量控制器、He质量流量控制器及管道进入石英炉芯管内，由MFC流量控制柜控制气体流量；其中，每个气路上配置的质量流量控制器，用于控制不同阶段的气流量；

烧结粉末预制棒

预制棒烧结共分6个阶段，其中：

阶段1属于升温阶段，时间30min，通入10L/min的He；

阶段2属于恒温阶段，时间9h，通入500cc/min的Cl₂和10L/min的He，在此阶段预制棒进行脱羟和玻璃化过程；

阶段3属于二次升温阶段，时间30min，温度在阶段2的基础上上升10℃，此时通入的是500cc/min的Cl₂和10L/min的He，在此阶段预制棒继续进行脱羟和玻璃化过程；

阶段4属于恒温阶段，时间3h，此时通入的是500cc/min的Cl₂和10L/min的He，在此阶段预制棒继续进行脱羟和玻璃化过程；

阶段5属于降温阶段，时间30min，此时通入的是20L/min的N₂，在此阶段预制棒已停止脱羟和玻璃化过程；

阶段6属于待机阶段，设定时间12h，此时通入的是20L/min的N₂；

在粉末预制棒装入前，吊杆和石英腔体处于初期位置；在阶段6状态下，先在温控柜上设定烧结各阶段的温度，其中，阶段1温度设定为1150℃，阶段2温度设定为1150℃，阶段3温度设定为1160℃，阶段4温度设定为1160℃，阶段5温度设定为1050℃，阶段6温度设定为1050℃；

在阶段6状态下，在石英吊杆末端装入粉末预制棒，在控制电脑上下达“运行”指令，之后使用吊杆和石英腔体交替下降，其中，电机一在电机控制柜控制下，使卡盘和吊杆随之以1.5r/min的速度旋转，电机二在电机控制柜控制下，使得吊杆能够沿着丝杆和导轨以3.0mm/min的速度下降，吊杆下降1150mm之后停止下降，石英腔体继续下降，直至落到石英炉芯管的法兰面上，吊杆和石英腔体全部下降到位后，控制电脑发出“暂停”指令，目的是让操作人员对吊杆、石英腔体和石英炉芯管法兰面的贴合程度进行检查；

操作人员检查结束后，控制电脑发出“运行”指令，此后程序进入自动状态，详细过程如下：

程序从阶段6自动跳转到阶段1进入升温阶段，时间30min，30min内炉温从1050℃上升到1150℃，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转，且不下降；

升温结束进入阶段2恒温阶段，炉温保持在1150℃，时间9h，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降，粉末棒进行脱羟和玻璃化；

阶段2结束后，程序自动进入阶段3，时间30min，温度在阶段2的基础上在30min内上升10℃，升至1160℃，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降，粉末棒继续进行脱羟和玻璃化；

阶段3结束后，程序自动进入阶段4恒温阶段，炉温保持在1160℃，时间3h，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降，粉末棒继续进行脱羟和玻璃化；

阶段4结束后，程序自动进入阶段5降温阶段，时间30min，在此阶段，吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度上提1700mm，停止脱羟和玻璃化，炉温在30min内从1160℃下降到1050℃；

阶段5结束后，程序自动进入阶段6待机阶段，在刚进入阶段6时，吊杆和石英腔体交替上升，回到初期位置，预制棒暴露在空气中进行自然冷却，棒体表面冷却至50℃所需的时间约1h，之后便可进行卸载作业；

3）激光反馈控制

粉末预制棒在烧结过程中，激光发射器发出一束波长850nm、功率P为5mw的激光，激光穿过粉末预制棒，到达激光接收器，接收端功率为P’；

激光控制柜分析P和P’的差值ΔP，预先在激光控制柜24内设定ΔP的范围，其中，ΔP的最小值为ΔPmin，ΔP的最大值为ΔPmax，ΔPmin和ΔPmax根据实际情况设定；当烧结过程中，ΔP﹤ΔPmin或ΔP﹥ΔPmax时，由激光控制柜触发一个信号，传递到温控柜，温控柜对当前温度进行调整，调整原则为：

ΔP﹤ΔPmin时，表明预制棒透明度差，需增加烧结温度；

ΔPmin≦ΔP≦ΔPmax时，表明预制棒透明度符合预期，不需要调整温度；

ΔP﹥ΔPmax时，表明预制棒透明度超过预期，棒体可能产生拉长、拉细，需降低烧结温度；

具体的控制过程是：

当ΔP﹤ΔPmin时，激光控制柜触发一个升温信号传递到温控柜，温控柜进行自动升温操作，热电偶将实时温度反馈给温控柜，当达到目标温度时，温控柜自动停止升温操作；

当ΔPmin≦ΔP≦ΔPmax时，激光控制柜将实时信号传递到温控柜，温控柜判断此时不需要进行温度调整；

当ΔP﹥ΔPmax时，激光控制柜触发一个升温信号传递到温控柜，温控柜进行自动降温操作，热电偶将实时温度反馈给温控柜，当达到目标温度时，温控柜自动停止降温操作；

以上过程，即是激光反馈控制工作过程；

4）尾气收集、处理

烧结过程中产生的尾气，主要成分是HCl、HF，由吸气口进行收集，并通过管道传输到洗涤塔；在洗涤塔中，储有NaOH碱液，和尾气进行中和反应，最终使尾气达到排放标准。