1、OVD法 OutsideVapourDeposition 外部汽相氧化法 或 粉尘法 OVD简介 OVD工艺是1970年美国康宁公司的Kapron研发的简捷工艺 OVD工艺的化学反应机理为火焰水解 即所需的芯玻璃组成是通过氢氧焰或甲烷焰中携带的气态卤化物 SiCl4等 产生 粉末 逐渐地一层一层沉积而获得的 OVD工艺有沉积和烧结两个具体工艺步骤 OVD工艺最新的发展经历从单喷灯沉积到多喷灯同时沉积 由一台设备一次沉积一根棒到一台设备一次沉积多根棒 从而大大提高了生产率 降低了成本 OVD法原理 其主要原料掺杂剂以气态形式送入氢氧火焰喷灯 使之在氢氧焰中水解 生成石英玻璃微粒粉尘 然后经喷灯喷
2、出 沉积于石英 石墨或氧化铝材料制作的 母棒 外表面 经多次沉积形成一定尺寸的多孔粉尘预制棒 然后停止工作 去掉母棒 再将中空的预制棒在高温下脱水 烧结成透明的实心的玻璃棒 即获得所需要的光纤预制棒 沉积和烧结两步骤 先按所设计的光纤折射分布要求进行多孔玻璃预制棒芯棒的沉积 预制棒生长方向是径向由里向外 再将沉积好的预制棒芯棒进行烧结处理 除去残留水份 以求制得一根透明无水份的光纤预制棒芯棒 OVD法原理图 1 粉尘沉积 OVD法原理图 2 粉尘状预制棒的剖面 OVD法原理图 3 预制棒烧结 化学反应方程式 1 SiCl4 H2OSiO2 2HCl Cl22 GeCl4 H2OGeO2 2HC
3、l Cl2 OVD设备及原材料 1 设备 外部气相法工艺生产光纤预制棒的主要设备有高纯气相玻璃沉积车床 纯化烧结炉 玻璃车床和拉棒塔 2 原材料 主要原材料有四氯化硅 四氯化锗 氯气 氦气 氮气 氢气 氧气 OVD工艺流程 1 光纤预制棒生产 包括外部气相法 工艺流程分两大步 芯棒制造和包层制造 在沉积芯棒时 在芯子沉积完成后 再沉积一部分包层 使得后续的工艺 包括进一步的包层沉积 烧结 玻璃表面火焰抛光等 对光棒芯子没有任何影响 芯棒的沉积是从一根三氧化铝的衬棒和一个特别设计的玻璃夹具开始 玻璃原材料 包括四氯化硅 四氯化锗等 由喷灯喷出 金属氯化物在经过火焰时 产生火焰水解反应 形成玻璃微
4、颗粒而沉积在衬棒上 芯子的折射率由二氧化锗的掺杂量控制 在沉积芯子 二氧化硅加少量的二氧化锗 结束后 必须再沉积部分二氧化硅包层 在芯棒沉积结束后 二氧化铝衬棒必须从芯棒中抽出 包层沉积工艺由于在芯棒沉积时只沉积了部分包层 剩下部分包层玻璃由包层沉积工艺完成 沉积包层的设备与沉积芯棒的设备基本上是一样的 避免芯棒和外包层产生界面气泡 是包层工艺的主要要求 在准备芯棒沉积包层时 芯棒必须经火焰准直 表面必须经过火焰抛光 OVD工艺流程 2 纯化和烧结工艺纯化和烧结是外部气相沉积法 包括轴向气相沉积法 在控制产品质量的最关键工艺之一 由于外部气相沉积法沉积的玻璃微粉末体 芯棒 包层 的密度一般在0
5、 3到0 8g cc 玻璃微颗粒一般具有亚微米的尺寸 在烧结之前具有大量的表面 纯化过程是通过在高温下 1000到1200摄氏度 通氯气 在玻璃烧结炉中进行氯化处理 过渡金属和水与氯气反应 产生过渡金属氯化物和盐酸 由于其在高温时呈气态而被氦气气流排出玻璃烧结炉 在纯化结束后 多孔的芯棒被提出高温区 炉子温度进一步升高到1500摄氏度左右 然后 芯棒被慢慢地通过高温区而被烧结成透明的玻璃 zonesintering 芯棒在烧结后留有一个中心孔 OVD工艺流程 3 拉棒工艺外部气相沉积法生产制造光纤预制棒需要大量的玻璃火工 包括玻璃衬棒焊接 准直 火焰抛光和玻璃棒的拉 缩棒 拉棒工艺尤其重要 在
6、芯棒烧结之后 一般而言 其尺寸多很大 60到90毫米直径 必须在沉积包层之前将其拉细 譬如 20毫米直径后再沉积包层 否则的话 最后的光纤预制棒尺寸会太大 玻璃拉棒设备与光纤拉丝塔一样 一般是由一个石墨炉为加热源 通过控制送料 棒 和拉棒的速度来达到把棒拉细的目的 OVD优点 业内专家指出OVD芯棒加SOOT外包的预制棒工艺的成本最低 VAD芯棒加SOOT外包的生产成本比OVD芯棒加SOOT外包的高出25 MCVD加套管法的生产成本比OVD芯棒加SOOT外包高40 当前商业生产光纤预制棒的汽相沉积工艺都已经发展为包括芯棒制造和外包技术的 两步法 生产常规单模光纤 用OVD芯棒加SOOT外包的预
7、制棒工艺成本最低 该法的优点是沉积速度快 适合批量生产 该法要求环境清洁 严格脱水 可以制得0 16dB k 1 55 m 的单模光纤 几乎接近石英光纤在1 55 m窗口的理论极限损耗0 15dB km PS 外包层制造 外包层制造技术主要有套管法 等离子喷涂法 火焰水解法等 外包层制造技术是光纤通信全球性高速发展应运而生的大光纤预制棒制造新技术 外包层技术发展和完善的目的是将光纤预制棒做的更粗 更长 即提高光纤生产率 降低生产成本 使光纤通信比其他介质的通信形式具有更大 更强的竞争力 外包层技术中的套管法是将气相沉积工艺制成的芯棒置入一根作光纤外包层的高纯石英玻璃管内制造大预制棒技术 等离子
8、喷涂法是用高频等离子焰将石英粉末熔制于气相沉积工艺得到的芯棒上制成大预制棒的技术 火焰水解法 粉末外包 实质上就是OVD VAD等火焰水解外沉积工艺在芯棒上的应用 通常 将气相沉积法工艺和外包层技术结合制成的大预制棒直径缩小 且保持芯包比和折射率分布恒定的操作称为光纤拉丝 拉丝过程中要对裸光纤施加预涂覆层保护 涂覆层既可以保护光纤的机械强度 隔离外界潮湿 又可以避免外应力引起光纤的微弯损耗 此外 高速拉丝还应注意光纤的充分冷却 消除光纤中的残余内应力 以求确保光纤的翘曲度指标最优 外包层技术的发展 将使光纤生产成本最低化 据测算 目前光纤生产成本最低的使采用OVD方法生产的G 652单模光纤 其成本大约为8 10 km
