阅读说明：本技术 一种三级火焰vad工艺沉积喷灯 (Deposition blowtorch adopting three-stage flame VAD (vapor deposition) process ) 是由 刘二明 朱晓弦 王友志 秦霏 张宏胜 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种三级火焰VAD工艺沉积喷灯,包括有喷灯体,喷灯体沿周向设置中心供料孔和围绕中心供料孔的多层环形气孔,其特征在于所述的多层环形气孔均为火焰环形气孔,且从内向外依次包括内层火焰环形气孔、中层火焰环形气孔和外层火焰环形气孔,所述喷灯体的喷口端面由内向外呈三级轴向递增内凹状,其中内层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的最内面,与中心供料孔喷口齐平,中层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的次内面,外层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的最外面,所述的火焰环形气孔包括有氧气环形气孔和氢气环形气孔。本发明不仅结构设置合理,易于加工,而且能有效改善和提高沉积过程的收集率和沉积速率。(The invention relates to a three-stage flame VAD process deposition blowtorch, which comprises a blowtorch body, wherein the blowtorch body is circumferentially provided with a central feeding hole and a plurality of layers of annular air holes surrounding the central feeding hole, and is characterized in that the plurality of layers of annular air holes are all flame annular air holes and sequentially comprise an inner layer flame annular air hole, a middle layer flame annular air hole and an outer layer flame annular air hole from inside to outside, the end surface of a nozzle of the blowtorch body is in a three-stage axial increasing inwards concave shape from inside to outside, wherein the nozzle of the inner layer flame annular air hole is positioned on the innermost surface of the end surface of the nozzle and is flush with the nozzle of the central feeding hole, the nozzle of the middle layer flame annular air hole is positioned on the secondary inner surface of the end surface of the nozzle, the nozzle of the outer layer flame annular air hole is positioned on the outermost surface of the nozzle, and the flame annular air holes comprise an oxygen annular air hole and a hydrogen annular air hole. The invention not only has reasonable structure and easy processing, but also can effectively improve and enhance the collection rate and the deposition rate in the deposition process.)

一种三级火焰VAD工艺沉积喷灯

技术领域

本发明涉及一种三级火焰VAD工艺沉积喷灯，属于光纤预制棒制造技术领域。

背景技术

光纤预制棒制造工艺是整个光纤产业最尖端和核心的技术，目前公知的光纤预制棒的制造工艺，有管内法气相沉积工艺和管外法气相沉积工艺，管外法气相沉积工艺如OVD(outside vapor deposition)外部气相沉积工艺和VAD(vapor axial deposition)外部轴向沉积工艺。VAD工艺采用原料气体和氢化火焰反应，产生SiO2、GeO2粉末，在预定的靶棒上进行沉积。通过控制火焰喷灯的位置，调整各反应气体用量，可沉积得到外径均匀的光纤预制棒粉棒。VAD工艺生产效率高，生产控制简单，成本低，利于大规模生产，是目前市场上主流的工艺路线。VAD工艺沉积喷灯的结构和性能对提高VAD工艺生产效率以及工艺控制非常重要。现有的VAD工艺沉积喷灯，其结构设计还不尽合理，致使燃烧反应不够充分，沉积效率有待进一步提高，喷灯通常采用金属材质和玻璃材质制作，往往结构精度要求高，不易加工，且重复性无法保证，这不仅给实际操作带来不便，而且工艺过程不稳定，影响沉积效率和质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种三级火焰VAD工艺沉积喷灯，它不仅结构设置合理，易于加工，而且能有效改善和提高沉积过程的收集率和沉积速率。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有喷灯体，喷灯体沿周向设置中心供料孔和围绕中心供料孔的多层环形气孔，其特征在于所述的多层环形气孔均为火焰环形气孔，且从内向外依次包括内层火焰环形气孔、中层火焰环形气孔和外层火焰环形气孔，所述喷灯体的喷口端面由内向外呈三级轴向递增内凹状，其中内层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的最内面，与中心供料孔喷口齐平，中层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的次内面，外层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的最外面，所述的火焰环形气孔包括有氧气环形气孔和氢气环形气孔。

按上述方案，所述的喷灯体由钛合金制成。

按上述方案，所述内层火焰环形气孔最外层的外圈高度与喷口端面的次内面齐平，且外圈内面镶嵌有内陶瓷内圈，构成喷灯的第一级火焰燃烧混合腔，所述中层火焰环形气孔最外层的外圈高度与喷口端面的最外面齐平，且外圈内面镶嵌有外陶瓷内圈，构成喷灯的第二级火焰燃烧混合腔，所述外层火焰环形气孔各层的端面高度与喷口端面的最外面齐平，构成喷灯的第三级火焰燃烧混合区。

按上述方案，所述的火焰环形气孔内设置有弧形挡块，构成栅格状火焰环形气孔，所述的火焰环形气孔部分或全部设置为栅格状火焰环形气孔。

按上述方案，所述的弧形挡块设置3～6块，在环形气孔中对应于进气孔沿周向间隔设置。

按上述方案，所述的内层火焰环形气孔包括设置在内的1～2层内层氧气环形气孔和设置在外的1～2层内层氢气环形气孔。

按上述方案，所述的中层火焰环形气孔包括设置在内的1～2层中层氢气环形气孔和设置在外的0～1层中层氧气环形气孔。

按上述方案，所述的外层火焰环形气孔包括设置在内的0～1层外层氢气环形气孔和设置在外的1～3层外层氧气环形气孔。

按上述方案，所述的火焰环形气孔为同心圆环形气孔，所述的圆环形气孔的径向单边宽度为1～3mm，每层火焰环形气孔的前端为喷口，后端封闭。

按上述方案，所述的氧气环形气孔氧气流量为10～20slm，氢气环形气孔氢气流量为30～50slm。

按上述方案，所述的喷灯体后端呈外凸台阶状，所述的火焰环形气孔外圈由外向内沿轴向逐层递增，每层火焰环形气孔外圈后端一侧设置有与环形气孔相联通的进气孔。

本发明的有益效果在于：1.设置三级火焰燃烧区，三级火焰加热温度高，料焰反应区相比普通喷灯加长了约30％左右，反应生成的SiO2沉积颗粒密度高，收集率和沉积速率高；2.喷灯体为钛合金，与玻璃材质相比易于加工，成本低，相比其它金属，具有耐高温和耐酸碱腐蚀特性，适用于苛刻的生产环境；两级陶瓷内圈隔热护套，用于隔离和导流内外分级火焰，避免对应内层管壁被高温烘烤变形；同时不同级数火焰之间采用陶瓷内套隔离形式，相比传统采取惰性隔离气方式，不仅可以达到火焰层流稳态与隔热效果，而且节约了气体消耗，节约了隔离气的成本支出；3.三层火焰和环形气孔的分流栅格结构，降低了进气口附近的冲击效应，导流效果更好，实际火焰气流状态更趋于层流结构，降低紊流的风险，提高沉积过程的稳定性，更有利大尺寸粉棒的生产；4.结构设置合理，易于加工，适合大规模批量定制；操作简便，加工效率高。

附图说明

图1为本发明一个实施例的正剖视结构图。

图2为本发明另一个实施例的正剖视结构图。

图3为本发明一个实施例的中一层环形气孔的俯视结构图。

图4为本发明一个实施例的立体结构图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

第一个实施例如图1、3、4所示，为一个三级五层火焰环形气孔的喷灯，包括有喷灯体，喷灯体沿周向设置中心供料孔8，中心供料孔与供料气源相连通，主要喷射四氯化硅以及四氯化锗混合蒸汽，围绕中心供料孔设置多层同心圆环形气孔，所述的多层环形气孔均为火焰环形气孔，且从内向外依次包括内层火焰环形气孔、中层火焰环形气孔和外层火焰环形气孔，所述的内层火焰环形气孔包括设置在内的1层内层氧气环形气孔1和设置在外的1层内层氢气环形气孔2；所述的中层火焰环形气孔包括1层中层氢气环形气孔3；所述的外层火焰环形气孔包括2层外层氧气环形气孔4、5。所述喷灯体的喷口端面由内向外呈三级轴向递增内凹状，其中内层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的最内面，与中心供料孔喷口齐平，中层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的次内面，外层火焰环形气孔喷口位于喷口端面的最外面，所述的喷灯体由钛合金制成，所述内层火焰环形气孔最外层的外圈高度即内层氢气环形气孔2的外圈高度与喷口端面的次内面齐平，且外圈内面镶嵌有内陶瓷内圈7，构成喷灯的第一级火焰燃烧混合腔，所述中层火焰环形气孔最外层的外圈高度即中层氢气环形气孔3的外圈高度与喷口端面的最外面齐平，且外圈内面镶嵌有外陶瓷内圈6，构成喷灯的第二级火焰燃烧混合腔，所述外层火焰环形气孔各层的端面高度与喷口端面的最外面齐平，构成喷灯的第三级火焰燃烧混合区。所述的火焰环形气孔内设置有弧形挡块，构成栅格状火焰环形气孔，所述的火焰环形气孔全部设置为栅格状火焰环形气孔，每层火焰环形气孔中设置4块弧形挡块，在环形气孔中对应于进气孔沿周向间隔设置，其中进气孔上方设置一块弧度较小的弧形挡块，进气孔的对面设置弧度较大的弧形挡块9，在进气孔的两侧间隔一个弧度分别设置弧度次之的弧形挡块。本实施例中所述的圆环形气孔的径向单边宽度为1～3mm，每层火焰环形气孔的前端为喷口，后端封闭。所述的氧气环形气孔氧气流量为10～20slm，氢气环形气孔氢气流量为30～50slm。所述的喷灯体后端呈外凸台阶状，所述的火焰环形气孔外圈由外向内沿轴向逐层递增，每层火焰环形气孔外圈后端一侧设置有与环形气孔相联通的进气孔。喷灯体外径约为65mm。

第二个实施例如图2，3所示，为一个三级七层火焰环形气孔的喷灯，它与第一个实施例的不同之处在于所述的中层火焰环形气孔为两层环形气孔，包括设置在内的1层中层氢气环形气孔3和设置在外的1层中层氧气环形气孔10；所述的外层火焰环形气孔为三层环形气孔，包括设置在内的1层外层氢气环形气孔11和设置在外的2层外层氧气环形气孔4、5。喷灯体外径约为70mm。其余结构与上一个实施例相同，可提高反应温度反应效率。

本发明也可设置成三级九层火焰环形气孔的喷灯，其中所述的中层火焰环形气孔为三层环形气孔，所述的外层火焰环形气孔为四层环形气孔。

表1为本发明沉积粉棒参数结果：

表1沉积粉棒参数结果

粉棒直径	收集率	粉棒密度	沉积速率
				mm	mm	G/cm^3	G/min
150	70％	>0.35	8
				200	72％	>0.35	10
230	75％	>0.35	12

实施例结果相比传统2级或单级金属/玻璃喷灯，收集率提高了5％，最高可以达到75％，沉积速率可以达到12g/min，粉棒尺寸外径可以达到230mm以上；粉棒密度相比传统喷灯，提升幅度达到15％，最高可以达到0.35g/cm³以上，整体生产效率相比传统喷灯提升幅度达到10％以上。