阅读说明：本技术 用于光纤预制棒疏松体的烧结装置及方法 (Sintering device and method for loose body of optical fiber preform rod ) 是由 沈国锋 肖斌 王玉财 李延祥 何斐逸 牟阳 彭溢 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于光纤预制棒疏松体的烧结装置及方法,该装置包括石英马弗管,石英马弗管中部装有高温加热炉,高温加热炉的上下部均装有一体式保温装置,组件包括金属保温套壳、保温层、气动开合装置。高温加热炉、一体式保温装置均固定于塔架上,并保持与石英马弗管的同心度和三者之间的相对位置；金属保温套壳用于固定保温层并保护保温层；保温层内嵌并固定于金属保温套壳内,起保温作用；气动开合装置用于开合金属保温套,同时便于炉芯管安装和工艺观察。本发明创造不仅有效的提高了烧结装置整体的保温效果,有效减少热量损失,更好的保证高温加热炉内外的温度稳定性,提高烧结区域温场的均匀性和稳定性,还极大的提高了烧结炉的安装更换过程的便利性和安全性。(The invention relates to a sintering device and a sintering method for an optical fiber preform loose body. The high-temperature heating furnace and the integrated heat preservation device are fixed on the tower frame, and the concentricity between the high-temperature heating furnace and the quartz muffle tube and the relative position between the high-temperature heating furnace and the integrated heat preservation device are kept; the metal heat-insulating casing is used for fixing the heat-insulating layer and protecting the heat-insulating layer; the heat-insulating layer is embedded and fixed in the metal heat-insulating casing to play a role in heat insulation; the pneumatic opening and closing device is used for opening and closing the metal heat insulation sleeve, and is convenient for furnace core pipe installation and process observation. The invention not only effectively improves the overall heat preservation effect of the sintering device, effectively reduces heat loss, better ensures the temperature stability inside and outside the high-temperature heating furnace, improves the uniformity and stability of the temperature field of the sintering area, but also greatly improves the convenience and safety of the installation and replacement process of the sintering furnace.)

用于光纤预制棒疏松体的烧结装置及方法

技术领域

本发明属于光纤预制棒制造领域，具体是涉及一种用于光纤预制棒疏松体的烧结装置及方法。

背景技术

目前光纤预制棒制造的方法常用的有VAD（气相轴向沉积）、OVD（管外沉积）、PCVD（等离子化学沉积）和MCVD（改进化学沉积），其中VAD和OVD的生产过程第一步会生产一各SiO2粉末体（后续称疏松体），该疏松体需要放入石英马弗管内进行高温脱水和烧结，而后得到透明的圆柱形玻璃体。这个过程称为光纤预制棒的烧结过程，用于烧结的设备被称为预制棒烧结装置。常用的预制棒烧结装置包括了石英马弗管、高温炉、石英马弗管底部进气系统和上部排气系统、石英马弗管的密封系统、疏松体的挂棒系统。

在预制棒疏松体的烧结过程中，脱水和烧结工艺性能直接给影响到预制棒的中羟基、掺杂浓度及内部应力等变量，从而影响产品光纤的水峰、衰减等重要光学性能。因此，在预制棒的制备过程中，烧结过程是非常重要的。而烧结工艺的好坏与高温加热炉对应的热区的稳定性息息相关。高温炉热区的稳定性除了与高温炉本身的性能有关外，与石英马弗管露出高温炉部分的保温效果关系密切。

现有的烧结装置通常在使用马弗管露出高温炉上下部分处采用半圆环的氧化铝耐高温砖分段式组合进行保温，或者采用耐高温保温棉分段式包裹。这两种方式一方面操作比较麻烦，每次更换炉芯管的时候都需要花大量时间去拆装，同时在拆装过程中对环境也是一种污染；另一方面，由于存在大量的缝隙，导致较多热量损失，轻者高温炉的工作功率和频率较高，使用寿命降低，重者影响整个高温的热区分布，对烧结结果产生不利的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种用于光纤预制棒疏松体的烧结装置及方法。该装置和方法不仅有效的提高了烧结装置整体的保温效果，有效减少热量损失，更好的保证石英马弗管内温度稳定性，提高烧结区域温场的均匀性和稳定性，还极大的提高了烧结炉的安装更换过程的便利性和安全性，有利于提高生产效率、产品质量和降低成本。

本发明的技术方案是：一种用于光纤预制棒疏松体的烧结装置，该装置包括石英马弗管，石英马弗管的中部安装有高温加热炉，其特征在于：所述石英马弗管在高温炉上下两部分各安装有一体式保温装置，所述的为一体式保温设计，所述的一体式保温装置包括金属保温套壳、保温层、气动开合装置，高温加热炉、一体式保温装置均固定于塔架上，并保持与石英马弗管的同心度和三者之间的相对位置；保温层内嵌并固定于金属保温套壳内，用于开合金属保温套壳的固定在金属保温套壳的外部。

本发明所述的金属保温套壳本身为具备耐腐蚀性和耐200度以上高温特性，金属保温套壳由两个内腔为半圆环的金属外壳组成，闭合后为契合石英马弗管的圆环内腔，内径略大于石英马弗管。

本发明所述的金属保温套壳，其两个半圆环内腔的环宽为80~120mm，闭合后的保温层紧贴于石英马弗管外壁。

本发明所述的保温层，采用双层设计，外保温层为耐高温砖材料，内保温层柔性耐高温的陶瓷纤维棉材料，保温材料填充于金属保温套壳内。

本发明所述的内保温层厚度超出金属外壳半圆环15~30mm。

本发明所述的内保温层长度分别超出金属外壳上下口25~50mm。

本发明所述上下一体式保温层装置距离高温加热炉的间距在15~40mm。

本发明所述一体式保温装置，可以整体上下微调。

一种使用权利要求1所述的一种用于光纤预制棒疏松体的烧结装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将高温加热炉和上下两个一体式保温装置固定于塔架上，确保同心度并调整相对位置，打开一体式保温装置，安装好炉芯管后关闭一体式保温装置；

第二步：将预制棒疏松体，悬挂在引杆后，缓慢送入石英马弗管，疏松体底部到达高温炉口，闭合密封装置；

第三步：将高温区加热到1000~1030℃，在所述石英马弗管中通入15 SLM的高纯氦气气体和1.1 SLM高纯氯气气体，保持炉芯管内微正压，预制棒疏松体缓慢进入高温区脱水；

第四步：将高温区加热到1460~1500℃℃，在所述石英马弗管中通入15 SLM的高纯氦气气体和0.1 SLM高纯氯气气体进行烧结。

本发明所述的气动开合装置用于开合金属保温套，同时便于炉芯管安装和工艺观察。

本发明的工作原理在于：安装时，先安装高温加热炉和上炉口密封、下炉口密封，再安装一体式保温装置，通过开合装置将一体式保温装置打开，接着再进行炉芯管安装，完成后闭合一体式保温装置。先利用平移气动伸缩模块将装好的一体式保温装置的两个保温半环分别向两边缓慢平移，然后启动开合气动伸缩模块收缩，通过开合支架、次轴杆、拉杆、主轴杆及铰链缓慢打开两个保温半环，关闭的时候先启动开合气动伸缩模块伸出，将保温半环缓慢归位，再利用平移气动伸缩模块将装好的一体式保温装置的两个保温半环缓慢平移到限位。采用先平移后打开的结构可以有效的避免保温半环在开合过程中与石英马弗管外壁发生挤压，导致内保温层变形。

本发明的有益效果在于：

其一、本发明使用上下两个一体式保温层装置，该装置固定于塔架，上下可调，且具备自动开合功能，在拆装高温炉或者炉芯管时，只需一键打开或闭合即可，大大提高了高温炉或炉芯管更换的便利性和安全性，缩短更换时间，提高生产效率。

其二、本发明采用的上下两个一体式保温层装置，保温层与石英马弗管和上下路口处贴合紧密，较于分段式组装保温式，提高了保温效果，有利于石英马弗管内的温度稳定性，进而提高了烧结区域温场的均匀性和稳定性，有利于产品质量的提高。

其三、本发明采用的上下两个一体式保温层装置，减少了热量流失，进而降低了高温炉加热频率和功率，有利于降低能耗和提高高温炉寿命。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1本发明装置的结构示意图。

图2本发明装置一体式保温层装置及气动开合装置的结构示意图。

其中，1-引杆，2-密封装置，3-石英马弗管，4-预制棒疏松体，5-一体式保温装置，6-上炉口密封，7-高温加热炉，8-下炉口密封，9-进气口；5-a-金属保护套壳，5-b-外保温层，5-c-内保温层，5-d-开合支架， 5-e-石墨固定螺栓，5-f-次轴杆，5-g-拉杆1，5-h-主轴杆，5-i-开合气动伸缩模块，5-j-铰链，5-k-可平移固定块，5-l-平移气动伸缩模块。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例非本发明的全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域相关人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实例提供一种用于光纤预制棒疏松体的烧结装置及方法，包括石英马弗管3，石英马弗管3中部装有高温加热炉7，高温加热炉的上下部均装有一体式保温装置5，其组件包括金属保温套壳5-a、保温层5-b和5-c、气动开合装置。外保温层5-b和内保温层5-c通过石墨螺栓5-e相互结合固定于金属保温套壳5-a；气动开合装置包括开合支架5-d，次轴杆5-f，拉杆5-g，主轴杆5-h，开合气动伸缩模块5-i，铰链5-j，可平移固定块5-k，平移气动伸缩模块5-l。

安装时，先安装高温加热炉7和上炉口密封6、下炉口密封8，再安装一体式保温装置5，通过开合装置将一体式保温装置5打开（如图2右半部分所示），接着再进行炉芯管安装，完成后闭合一体式保温装置5。

具体的先利用平移气动伸缩模块5-l将装好的一体式保温装置5的两个保温半环分别向两边缓慢平移，然后启动开合气动伸缩模块5-i收缩，通过开合支架5-d、次轴杆5-f、拉杆5-g、主轴杆5-h及铰链5-j缓慢打开两个保温半环。关闭的时候先启动开合气动伸缩模块5-i伸出，将保温半环缓慢归位，再利用平移气动伸缩模块5-l将装好的一体式保温装置5的两个保温半环缓慢平移到限位。采用先平移后打开的结构可以有效的避免保温半环在开合过程中与石英马弗管外壁发生挤压，导致内保温层变形。

具体的金属保温套壳5-a，其两个半圆环内腔的环宽为100mm，外保温层厚度度为70,mm内保温层厚度为50mm。内保温层长度超出金属保温套壳5-a 25mm。内保温层采用柔性耐高温的陶瓷纤维棉等材料，并设计成厚度和长度超出金属保温壳，可以有效的保证保温装置与石英马弗股贴实，同时通过上下微调保温装置，使内保温材料与高温炉口贴实，进一步提高高温炉上下口的保温效果。

本实例中，利用上述装置进行预制棒疏松体的烧结工作，包括以下步骤：

第一步：将高温加热炉和上下两个一体式保温装置固定于塔架上，确保同心度并调整相对位置，打开一体式保温装置，安装好炉芯管后关闭一体式保温装置。

第二步：将预制棒疏松体4，悬挂在引杆1后，缓慢送入石英马弗管，疏松体底部到达高温炉口，闭合密封装置5；

第三步：将高温区加热到1050℃，在所述石英马弗管中通入15 SLM的高纯氦气气体和1.1 SLM高纯氯气气体，保持炉芯管内微正压，预制棒疏松体缓慢进入高温区脱水。实测高温区温度为1000~1030℃

第四步：将高温区加热到1520℃，在所述石英马弗管中通入15 SLM的高纯氦气气体和0.1 SLM高纯氯气气体进行烧结。实测高温区温度为1460~1500℃。

本发明使用上下两个一体式保温层装置，该装置固定于塔架，上下可调，且具备自动开合功能。在拆装高温炉或者炉芯管时，只需一键打开或闭合即可，大高了提高了高温炉或炉芯管更换的便利性和安全性，缩短更换时间，提高生产效率。

本发明采用的上下两个一体式保温层装置，保温层与石英马弗管和上下路口处贴合紧密，较于分段式组装保温式，提高了保温效果，有利于石英马弗管内的温度稳定性，进而提高了烧结区域温场的均匀性和稳定性，有利于产品质量的提高。

本发明采用的上下两个一体式保温层装置，减少了热量流失，进而降低了高温炉加热频率和功率，有利于降低能耗和提高高温炉寿命。

本所公开的实例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，并对本实例进行多种修改修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明要求及其等同技术的范围内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未纤细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。