[发明专利]一种用于沉积OVD疏松体的装置及其应用

说明书

本发明提供了一种用于沉积OVD疏松体的装置，包括石英质喷灯以及喷灯出口处正对芯棒设置的石墨中心管；喷灯外部设有第一加热装置，在该第一加热装置外侧设有第一保温层；石墨中心管外部设有第二加热装置，在该第二加热装置外侧设有第二保温层；第二保温层外侧设有金属壳体，在该金属壳体上设有进气口；在芯棒两侧靠近石墨中心管的位置设有第三加热装置；喷灯中心设有内腔，环绕内腔由内而外依次设有第一屏蔽腔、中间腔、第二屏蔽腔和外腔。本发明用高纯度的去离子水作为SiCl₄水解的反应物，通过合理的温度场控制来调节目标疏松体的密度。工艺稳定性和沉积效率，降低了生产成本，提高了生产安全性。

技术领域

本发明属于光纤预制棒的研发和制造技术领域，尤其是涉及一种用于沉积OVD疏松体的装置及其应用。

背景技术

OVD工艺的设备本体及基材主要包括沉积腔体、火焰喷灯系统、芯棒及其旋转机构等组成。由于预制棒沉积过程中发生化学反应所产生的HCl或Cl₂具有很强的腐蚀性，所以预制棒的整个沉积过程均在密闭的沉积腔体中进行。一般情况下，用于沉积包层的芯棒的两端安装在一个旋转机构上并以一定的速度旋转，火焰喷灯处于与芯棒保持一定距离的正对方向并延芯棒的轴向方向来回运动。

从火焰喷灯中喷射出的反应气体(SiCl₄、H₂、CH₄、O₂等)在喷灯出口和预制棒之间的距离范围内发生水解或氧化反应，反应生成的SiO₂粉尘粒子在初始动量和热泳作用下向目标松体预制棒运动并沉积在目标疏松体预制棒上。具体的反应化学方程式包括：

SiCl₄+2H₂O→SiO₂+4HCl (3)

SiCl₄+O₂→2SiO₂+2Cl₂ (4)

原材料及工艺气体从喷灯出口到目标疏松体之间的过程是非常复杂的工艺工程，它包含了反应化学、表面化学、物理学、流程流体力学等诸多学科。原材料及工艺气体(如H₂、CH₄、O₂、Ar、SiCl₄等)从喷灯口喷射出后立即会发生相应的化学反应：H₂或CH₄和O₂燃烧(反应式1～2)后释放出大量的热量并生成一定量H₂O，该反应的释放的热为紧接其后的SiCl₄的水化或氧化反应(反应式3～4)提供活化能，同时也为SiO₂的团聚提供热能。燃烧反应生成的H₂O为SiCl₄水化反应的反应物。SiCl₄水化或氧化反应生成的SiO₂一边团聚长大一边在热泳作用及初始动量的作用下向温度较低的目标疏松体上运动，并最终沉积在疏松体上。

通常情况下，为了防止SiCl₄过早反应生成的SiO₂沉积在喷灯口，会在原材料气体和燃烧气体之间设计一路惰性的屏蔽气体(如Ar，N₂等)。根据以上的工艺描述可知：从喷灯口到目标疏松体的工艺控制主要包括反应过程、物质迁移及温度场的控制。但是这三方面的控制是相互影响的，如SiCl₄的水解反应发生的位置受屏蔽气体的流量影响，同时也会影响SiO₂的迁移的速度；燃烧气体的比例和分布不但会影响各种反应的发生程度，也会影响生成物的团聚程度及目标疏松体的密度。由于以上各种因素的关联性、复杂性和特殊性，使得当前OVD工艺存在以下几方面的缺陷：

a.工艺稳定性和重复性差，不同设备需要配套不同的且非常敏感的工艺参数，难以控制；