[发明专利]多层金属涂层耐高温耐腐蚀光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信、光纤传感及光纤传能技术领域，尤其涉及到一种多层金属涂层耐高温耐腐蚀光纤。

背景技术

在温度高于300℃时的高温环境下，常规的有机聚合物涂层光纤，如丙烯酸酯涂层光纤、聚酰亚胺涂层光纤等，已不能满足实际应用需求。具有丙烯酸酯、液晶或聚酰亚胺涂层的传统聚合物涂层光纤的最高工作温度分别为85℃、180℃和300℃。当环境温度超过这些光纤的最高工作温度时，这些涂层材料会严重老化，光纤的机械强度也会减弱，严重时引起光纤断裂。在此恶劣环境下的解决办法通常是在光纤的玻璃包层上直接涂覆一层金属涂层来达到耐高温、耐腐蚀及提高光纤机械强度的目的。与金属涂层光纤相关的详细信息在之前的许多专利中已经有所描述，这些专利对金属涂层光纤在耐高温、耐湿以及机械强度的提高方面都做了大量的研究和改进，例如，在Wysocki等的专利号为US4418984标题为“Multiply coated metallic clad fiber optical waveguide(多层金属涂层光纤)”的美国专利中描述了在高温环境中多层金属涂层光纤具有高的机械强度的实例，在Sanghera等的专利号为US5953487标题为“Metal-coated IR-transmitting chalcogenide glass fibers(用于红外传输的金属涂层硫系玻璃光纤)”的美国专利中描述了金属涂层光纤具有高的弯曲强度、耐UV/可见光/湿度等性能的实例。

传统的金属涂层一般采用熔融涂覆法将金属涂层直接涂覆在光纤玻璃包层外表面上，即将经预制棒拉丝出来的光纤通过一个上下两端均有小孔的高温熔融金属液池，光纤在通过金属液池下端小孔时，其表面被粘附了一层金属液体，冷却后就会形成一层金属涂层，但使用熔融涂覆法时涂覆在光纤上的金属熔点不能太高。目前，已在光纤上涂覆的金属涂层材料包括铝、铜、铜合金、银以及金等。使用铝、铜及铜合金作为金属涂层材料时，光纤的最高工作温度可达400～450℃。使用银、金作为金属涂层材料时，光纤的最高工作温度可达700℃。然而在很多实际应用中，当环境温度高于700℃时，如需要在柴油发动机、涡轮发动机、核动力站或炼钢炉等地方需要使用光纤作为传感器、传能光纤、或者光通讯网络时，上述金属涂层光纤由于其使用温度限制而不能应用，否则光纤将会断裂，使整个光纤传感、传能或通讯系统无法正常工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多层金属涂层耐高温耐腐蚀光纤，以克服现有普通金属涂层光纤在更高温度下不能满足使用要求和存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明提出一种多层金属涂层耐高温耐腐蚀光纤，包括：

芯层，由折射率较高的玻璃材料制成，用于使光在芯层内进行传输；

包层，由折射率较低的玻璃材料组成，用于使光在芯层内进行全反射传输；

内层金属涂层，沿着所述芯层的纵向轴线方向包覆在所述包层外表面，用于保护光纤不因弯曲、拉伸和扭转外力而断裂，并使光纤可在高温下工作；

外层金属涂层，沿着所述芯层的纵向轴线方向包覆在所述内层金属涂层外表面，以避免内层金属涂层与空气中的氧气或水分接触而发生氧化或其它化学反应，提高光纤的最高工作温度，同时也能够提高光纤的其它物理或化学性能，如修补微孔、防水渗透和防化学腐蚀等。

按照上述方案，所述的芯层和包层的制作材料包括但不限于石英玻璃、硫系玻璃、氟系玻璃。因为全反射原理，光在被包层包覆的芯层内传输。玻璃芯层的直径为1μm以上，玻璃包层的厚度为5μm及以上。

所述的内层金属涂层包括但不限于铝、铜、铜-镍、银、金等金属元素或合金。所述内层金属涂层可为一层且同一种组分的金属涂层，或者为多层、且每层组分各不相同的金属涂层。每层的厚度为0.5μm及以上。

所述的内层金属涂层可通过但不限于熔融涂覆法、化学气相沉积镀膜法、真空蒸发镀膜法、真空溅射镀膜法、真空离子镀膜法、原子层沉积法等方法包覆在所述的包层外表面上。

所述外层金属涂层材料选自具有超高熔点的金属或者其合金，所述具有超高熔点的金属包括但不限于金、铂、钯、钨或铼。所述的外层金属涂层为一层且同一种组分的金属涂层，或者为多层、且每层组分各不相同的金属涂层。每层的厚度为50nm及以上。