[发明专利]一种使用有机硅制备高质量光纤预制棒的方法

说明书

本发明提供了一种使用有机硅制备高质量光纤预制棒的方法，其解决使用有机硅原料生产光纤预制棒时界面质量差与难控制问题，缩短界面优化的时间，减少界面优化过程中产生的损失，并使得界面优化过程受控。其预先通过试制光纤预制棒，获得光棒界面质量好的芯棒的第一层SiO₂沉积物的粒径范围，根据所获得的第一层SiO₂沉积物的粒径范围和均匀度所对应的参数，然后进行大量制作光纤预制棒，其通过控制喷灯和芯棒的相对移动速度、喷灯与芯棒的相对旋转速度、燃气与氧气的比例、有机硅载气比例和箱体内风速，最终优化OVD沉积第一层的反应温度，从而使得芯棒上第一层SiO₂沉积物的粒径大小介于20nm～200nm、且粒径分布均匀，获得烧结后光棒界面质量好的光纤预制棒。

技术领域

本发明涉及光纤预制棒制造的技术领域，具体为一种使用有机硅制备高质量光纤预制棒的方法。

背景技术

光纤预制棒制备过程中，常常使用VAD法、MCVD法、PCVD法等制备芯棒，此部分芯棒相当于光纤的芯层和紧贴芯层的一部分包层。其余的外包层则使用OVD法、PCVD法、RIT法等制备，在众多制备外包层的技术方法中，OVD法具有效率高、灵活性强、经济效益好等优点，得到了商业上的广泛应用。

传统的OVD法使用四氯化硅(SiCl₄)在高温下与氢气(H2)、氧气(O₂)发生水解反应，生成二氧化硅(SiO₂)颗粒，SiO₂颗粒在热泳运动作用下堆积在一起，最终形成具有一定体积密度的疏松堆积体，称为疏松体。疏松体经过高温烧结，通入He气辅助去除气泡，即可以得到完全透明的光纤预制棒。

但SiCl₄在发生水解反应时，会伴随产生氯化氢(HCl)腐蚀性气体，对环境污染较大，必须增加一系列防腐蚀措施和废气、废水处理设施。这种方法不能满足未来“绿色制造”理念，在环境问题日益严峻的今天，终将被淘汰。

有机硅是化工行业中一种非常常见的原材料，相对于SiCl₄，其分子中硅的比重更高，成本更低，并且反应产物无毒无腐蚀，不用增加防腐蚀措施或者废气、废水处理设施，是一种理想的“绿色制造”原材料。我们常说的有机硅包括六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、十甲基环五硅氧烷(D5)等硅氧烷类物质，其中D4在光纤预制棒制备方面应用较多。使用有机硅合成光纤预制棒外包层时，其反应原理与使用SiCl₄时类似，但也有差别。在高温下，有机硅原料与氧气反应，生成SiO₂、H₂O和CO₂，SiO₂颗粒在热泳运动作用下堆积在准备好的芯棒上，形成具有一定体积密度的疏松体。由于反应过程中放热并且伴随有气体产生，导致使用有机硅制备光纤预制棒过程中，芯棒与外包层的界面质量较差，常常伴随有气泡、片状白色物质、线状亮点等缺陷存在，这些缺陷在光纤拉丝过程中会造成诸如纤芯直径波动、纤芯气泡夹杂、涂敷缺陷等一系列问题。中国专利02138036.8提到了一种OVD法改善光棒界面质量的方法，OVD沉积的第1到5层具有比后续层更高的密度，即第1到5层密度为0.9-1.1，其余层密度为0.4-0.7。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种使用有机硅制备高质量光纤预制棒的方法，其可以解决使用有机硅原料生产光纤预制棒时界面质量差与难控制问题，其可以缩短界面优化的时间，减少界面优化过程中产生的损失，并使得界面优化过程受控。