РАДИАЛЬНОЕ НАПРЕССОВЫВАНИЕ САЖИ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА ОБОЛОЧКОЙ Российский патент 2016 года по МПК C03C17/36 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка, согласно Разделу 35 Кодекса законов США, §119, испрашивает приоритет на основании Предварительной Патентной Заявки США № 61/377501, поданной 27 августа 2010 года, содержание которой положено в основу и включено сюда посредством ссылки во всей своей полноте.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Настоящее изобретение в общем относится к способам и устройствам для радиального напрессовывания сажи для покрытия оптического волокна оболочкой, и, в частности, к способам и устройству для изготовления заготовок оптического волокна.

Уровень техники

[0003] В известных процессах химического осаждения из паровой фазы (CVD), таких как внешнее осаждение из паровой фазы (OVD) и аксиальное осаждение из паровой фазы (VAD), для получения заготовок оптического волокна, часто используется только часть исходного сырьевого материала вследствие ограничений в плане расходуемого количества сажи и эффективности осаждения в CVD-процессе. Поэтому привлекательным является применение альтернативных способов для получения заготовок оптического волокна с использованием сажи.

[0004] Соответственно, для использования кремнеземной сажи в производстве заготовок оптического волокна были разработаны разнообразные способы. Эти способы, которые содержат, например, аксиальное прессование, золь-гель (или прочие «мокрые» способы) процессы, могут страдать многообразными недостатками, содержащими дорогостоящие, усложненные и/или занимающие много времени условия обработки и оборудование, и могут приводить к заготовкам с меньшими, чем желательные, характеристиками, такими как неприемлемая изменчивость в отношении плотности и геометрии заготовок.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Одним аспектом изобретения является способ изготовления заготовки оптического волокна. Способ содержит этап, на котором частично изготовленную заготовку оптического волокна помещают во внутреннюю полость устройства, причем частично изготовленная заготовка содержит материал внутренней сердцевины, который окружен пористым сажевым участком, причем пористый сажевый участок включает в себя толщину сажи оболочки, которая будет обеспечивать по меньшей мере 10 процентов толщины стеклянной оболочки в готовом оптическом волокне. В некоторых вариантах осуществления пористый сажевый участок составляет от 15% до 75% толщины частично изготовленной заготовки, более предпочтительно 15-50%. В некоторых других вариантах осуществления пористый сажевый участок составляет от 30% до 100% толщины частично изготовленной заготовки. Дисперсный стеклянный материал, например, такой как кремнеземная сажа, легированная кремнеземная сажа или сажевый материал пирогенного кремнезема, может быть осажден во внутреннюю полость между частично изготовленной заготовкой и внутренней стенкой, и к дисперсному стеклянному материалу прилагают направленное радиально внутрь давление для напрессовывания дисперсного стеклянного материала на пористый сажевый участок на упомянутой частично изготовленной заготовке. Описываемый здесь кремнеземный сажевый материал имеет отношение к аморфному сажевому дисперсному материалу, сделанному из кремнезема, или кремнезема, легированного такими легирующими добавками, как оксид германия, фосфор, фтор, оксид титана, хлор и так далее.

[0006] В некоторых вариантах осуществления частично изготовленная заготовка, которая содержит пористый участок из сажи, предпочтительно составляет менее 70 процентов, более предпочтительно менее 50 процентов, еще более предпочтительно менее 30 процентов, и наиболее предпочтительно менее 25 процентов толщины завершенной заготовки оптического волокна, которая будет готова к немедленному вытягиванию в оптическое волокно.

[0007] Пористый сажевый участок, который формирует наружную часть частично изготовленной заготовки, способствует достижению хорошей адгезии дисперсного стеклянного материала, напрессованного на частично изготовленную заготовку. Наличие этого пористого сажевого участка, как части наружного области частично изготовленной заготовки, смягчает влияющие на адгезию проблемы, возникающие в условиях напрессовывания дисперсного стеклянного материала непосредственно на сплошную плотную стеклянную заготовку. В некоторых вариантах осуществления авторы настоящего изобретения нашли, что адгезия между пористым сажевым участком частично изготовленной заготовки и напрессованным дисперсным стеклянным материалом значительно улучшается путем регулирования плотности по меньшей мере наружной части пористого сажевого участка до величины ниже 0,6 г/см³.

[0008] Устройство для приложения давления содержит наружную стенку и внутреннюю стенку, причем наружная стенка окружает внутреннюю стенку, и внутренняя стенка окружает внутреннюю полость. Дисперсный кремнеземный сажевый материал может быть осажден во внутреннюю полость между частично изготовленной заготовкой и внутренней стенкой. Давление может прикладываться радиально внутрь с величиной давления от 25 манометрических фунтов на кв. дюйм (psig) до 500 манометрических фунтов на кв. дюйм, более предпочтительно от 100 манометрических фунтов на кв. дюйм до 250 манометрических фунтов на кв. дюйм, в сторону дисперсного стеклянного материала для напрессовывания стеклянного материала на частично изготовленную заготовку.

[0009] С использованием представленных здесь способов были изготовлены заготовки оптического волокна, в которых дисперсный материал, напрессованный на частично изготовленную заготовку, имеет плотность от 0,6 до 1,2 грамма на кубический сантиметр, а заготовка имеет наибольший и наименьший диаметры вдоль своей осевой длины, причем наименьший диаметр составляет по меньшей мере 90% наибольшего диаметра.

[0010] Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут изложены в последующем подробном описании и отчасти будут полностью ясными специалистам в данной области техники из этого описания или будут понятны при практическом исполнении изобретения, раскрытого в настоящем описании, содержащем нижеследующее подробное описание осуществления изобретения, формулу изобретения, а также сопроводительные чертежи.

[0011] Должно быть понятно, что как вышеприведенное обобщенное описание, так и последующее подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения предназначены для представления общего обзора или базовой концепции, чтобы объяснить природу и характер изобретения, как оно заявлено. Сопроводительные чертежи призваны обеспечить дополнительное понимание изобретения, включены в описание и составляют его часть. Чертежи иллюстрируют разнообразные варианты осуществления изобретения и совместно с описанием служат для разъяснения принципов и операций изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] ФИГ. 1 иллюстрирует вид сбоку, частично в разрезе, устройства, которое может быть использовано в соответствии с предпочтительным способом согласно настоящему изобретению, в котором давление на каждую сторону гибкой внутренней стенки устройства является приблизительно равным;

[0013] ФИГ. 2 иллюстрирует вид сбоку, частично в разрезе, устройства, которое может быть использовано в соответствии с предпочтительным способом согласно настоящему изобретению, в котором был по большей части удален воздух между гибкой внутренней стенкой и жесткой наружной стенкой устройства;

[0014] ФИГ. 3 иллюстрирует вид сбоку, частично в разрезе, устройства, которое может быть использовано в соответствии с предпочтительным способом согласно настоящему изобретению, в котором частично изготовленная заготовка размещена по центру внутри внутренней полости устройства;

[0015] ФИГ. 4 иллюстрирует вид сбоку, частично в разрезе, устройства, которое может быть использовано в соответствии с предпочтительным способом согласно настоящему изобретению, в котором стеклянная сажа осаждена во внутреннюю полость между частично изготовленной заготовкой и гибкой внутренней стенкой;

[0016] ФИГ. 5 иллюстрирует вид сбоку, частично в разрезе, устройства, которое может быть использовано в соответствии с предпочтительным способом согласно настоящему изобретению, в котором стеклянная сажа подвергается давлению посредством подачи текучей среды под давлением между жесткой наружной стенкой и гибкой внутренней стенкой;

[0017] ФИГ. 6 иллюстрирует вид сбоку, частично в разрезе, устройства, которое может быть использовано в соответствии с предпочтительным способом согласно настоящему изобретению, в котором текучая среда под давлением по большей части удалена из промежутка между жесткой наружной стенкой и гибкой внутренней стенкой; и

[0018] ФИГ. 7 иллюстрирует вид сбоку, частично в разрезе, сборки из напрессованной сажи/частично изготовленной заготовки, которая извлечена из устройства и готова к очистке и уплотнению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] Теперь будет приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы сопроводительными чертежами. Всякий раз, когда это возможно, одинаковые ссылочные позиции будут использованы на всех чертежах для обозначения одинаковых или сходных деталей.

[0020] Настоящее изобретение относится к способам и устройству для изготовления заготовки оптического волокна, которые содержат осаждение и напрессовывание дисперсного стеклянного материала, такого как дисперсная кремнеземная сажа, вокруг частично изготовленной заготовки. Под частично изготовленной заготовкой следует понимать заготовку, состоящую из внутренней области сердцевины и частичной области оболочки, в которой по меньшей мере наружная часть частичной области оболочки состоит из пористой, неуплотненной стеклянной сажи. Пористый сажевый участок частично изготовленной заготовки может представлять собой, например, дисперсную кремнеземную сажу, которая была осаждена методом OVD и не была уплотнена для удаления газа, который неизменно захватывается во время OVD-процесса. Частично изготовленная заготовка тем самым может содержать пористый, неуплотненный слой сажи, который станет по меньшей мере частью стекла оптического волокна, которое в конечном итоге будет вытянуто из заготовки с использованием частично изготовленной заготовки. В некоторых вариантах осуществления пористый сажевый участок составляет от 15% до 75%, и в некоторых случаях 15-50% толщины частично изготовленной заготовки. В некоторых других вариантах осуществления пористый сажевый участок составляет от 30% до 100% толщины, и в некоторых случаях 50-100 процентов или даже 100 процентов толщины частично изготовленной заготовки.

[0021] Способ содержит этап, на котором частично изготовленную заготовку, имеющую пористый сажевый участок, помещают во внутреннюю полость устройства. Затем во внутренней полости, между частично изготовленной заготовкой и внутренней стенкой, может быть осажден дисперсный стеклянный материал, и к дисперсному стеклянному материалу может быть приложено направленное радиально внутрь давление для напрессовывания дисперсного стеклянного материала на пористый сажевый участок на упомянутой частично изготовленной заготовке. Дисперсный стеклянный материал может представлять собой нелегированный кремнезем, или же дисперсный стеклянный материал может быть легирован. Потенциальные легирующие элементы содержат по меньшей мере F, B, Ge, Er, Ti, Al, Li, K, Rb, Cs, Cl, Br, Na, Nd, Bi, Sb, Yb и их комбинации. Дисперсный стеклянный материал может быть получен пирогенным способом, например приготовлен из избыточной сажи из CVD-процесса (например, сажи, которая не была осаждена на оправку, как желательно, во время процесса осаждения), или иным путем получен из отходов сажи CVD-процесса («отбросная CVD-сажа»), или процесса внешнего осаждения из паровой фазы (OVD) («отбросная OVD-сажа»), или процесса аксиального осаждения из паровой фазы (VAD) («отбросная VAD-сажа»), или может происходить из любого другого источника кремнезема, такого как песок, или смеси стеклянной сажи различных типов, или смеси песка и кремнеземной сажи.

[0022] Дисперсный стеклянный материал может быть необработанным (например, кремнеземная сажа или отбросная CVD-сажа, не содержащая дополнительных коагулянтов или растворителей), или может быть обработанным одним или более коагулянтами или растворителями, такими как вода или органический растворитель. В предпочтительных вариантах осуществления дисперсный кремнеземный сажевый материал является необработанным. Дисперсный кремнеземный сажевый материал предпочтительно имеет среднюю плотность после утряски от 0,1 до 1,0 грамма на кубический сантиметр, еще более предпочтительно от 0,1 до 0,5 грамма на кубический сантиметр, такую как от 0,2 до 0,4 грамма на кубический сантиметр, в том числе около 0,3 грамма на кубический сантиметр.

[0023] Теперь обратимся к ФИГ. 1-6, которые иллюстрируют предпочтительные способ и устройство в соответствии с изобретением. ФИГ. 1 показывает вид сбоку, частично в разрезе, устройства, которое может быть использовано в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Устройство 100 содержит цилиндрическую жесткую наружную стенку 102 и гибкую внутреннюю стенку 104, причем гибкая внутренняя стенка 104 окружает внутреннюю полость 108 устройства, и область между жесткой наружной стенкой 102 и гибкой внутренней стенкой 104 определяет кольцеобразную полость 106. Под «жесткой» авторы настоящего изобретения подразумевают жесткую по сравнению с гибкой внутренней стенкой 104, и под «гибкой» авторы настоящего изобретения подразумевают гибкую по сравнению с жесткой наружной стенкой 102. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1, давление на обе стороны гибкой внутренней стенки 104 является приблизительно одинаковым, то есть давление в кольцеобразной полости 106 приблизительно равно давлению во внутренней полости 108. Устройство 100 дополнительно содержит верхнюю торцевую крышку 110 (показанную на ФИГ. 5 и 6) и нижнюю торцевую крышку 112. Каждая из верхней торцевой крышки 110 и нижней торцевой крышки 112 предпочтительно содержит центрально-осевое отверстие (не показано) для введения и центрирования частично изготовленной заготовки. Каждая из верхней торцевой крышки 110 и нижней торцевой крышки 112 предпочтительно обеспечивает герметичное уплотнение в верхней и нижней части кольцеобразной полости 106, и также каждая из них предпочтительно позволяет избыточному воздуху во внутренней полости 108 уходить через центрально-осевое отверстие. Предпочтительные материалы для торцевых крышек содержат металлы, такие как алюминий или сталь, или пластики.

[0024] Цилиндрическая жесткая наружная стенка 102 может быть выполнена из любого материала, который имеет механическую прочность, чтобы противостоять, без существенной деформации, максимальным нормальным рабочим давлениям в кольцеобразной полости 106. В одном предпочтительном варианте осуществления цилиндрическая жесткая наружная стенка 102 сделана из алюминия. Другие предпочтительные материалы для цилиндрической жесткой наружной стенки 102 содержат, например, другие металлы, такие как нержавеющая сталь, или пластики. В одном предпочтительном варианте осуществления цилиндрическая жесткая наружная стенка 102 имеет по существу равномерный диаметр вдоль ее осевой длины. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления цилиндрическая жесткая наружная стенка 102 имеет диаметр, который слегка варьирует вдоль ее осевой длины, чтобы противостоять перепадам давления, которые могут иметь место на верхней и нижней части устройства 100. Цилиндрическая жесткая наружная стенка 102 может состоять из цельной цилиндрической детали или она может содержать два или более цилиндрических сегмента, соединенных торцом к торцу.

[0025] Гибкая внутренняя стенка 104 может быть выполнена из любого материала, который имеет достаточную эластичность и предел текучести, чтобы испытывать упругую деформацию радиально внутрь без возникновения пластической деформации, когда подвергается воздействию максимальных нормальных рабочих давлений в кольцеобразной полости 106. В одном предпочтительном варианте осуществления гибкая внутренняя стенка 104 представляет собой трубу, сделанную из латексного материала, такую как стандартная труба из эластомерного латекса производства фирмы Piercan USA, Inc. Другие предпочтительные материалы для гибкой внутренней стенки 104 содержат, например, неопрен, Buna-N, полиуретан или силиконовый каучук. Гибкая внутренняя стенка 104 предпочтительно имеет предел прочности на растяжение от 95 до 7000 фунтов на кв. дюйм (psi) и относительное удлинение от 200% до 800%. В одном предпочтительном варианте осуществления гибкая внутренняя стенка 104 герметично соединена с цилиндрической жесткой наружной стенкой 102. В одном альтернативном варианте осуществления гибкая внутренняя стенка 104 может содержать тороидальный эластичный баллон, вставленный внутрь цилиндрической жесткой наружной стенки 102. В таком варианте осуществления уплотнение между тороидальным эластичным баллоном и цилиндрической жесткой наружной стенкой 102 не требуется.

[0026] Как показано на ФИГ. 2, в кольцеобразной полости 106 давление может быть снижено таким образом, что воздух или другую текучую среду по большей части или почти полностью удаляют из кольцеобразной полости 106. В результате такого снижения давления гибкая внутренняя стенка 104 упруго деформируется радиально наружу так, что, как показано на ФИГ. 2, максимальный наружный диаметр гибкой внутренней стенки 104 является почти равным внутреннему диаметру жесткой наружной стенки 102. Вместе с тем объем кольцеобразной полости 106 сокращается, тогда как объем внутренней полости 108 увеличивается.

[0027] Как показано на ФИГ. 3, частично изготовленная заготовка 114 может быть помещена и центрирована во внутренней полости 108 устройства 100. Как показано на ФИГ. 3, в кольцеобразной полости 106 уменьшается давление, как на ФИГ. 2. Частично изготовленная заготовка 114 может проходить через внутреннюю полость 108, а также через центрально-осевое отверстие (не показано) в нижней торцевой крышке 112 так, что верхний и нижний участки частично изготовленной заготовки 114 выступают наружу из устройства 100. Заглушка 116, изготовленная, например, из губчатой резины, может быть размещена у дна внутренней полости 108. Заглушка 116 имеет центрально-осевое отверстие (не показано) для принятия частично изготовленной заготовки 114. Заглушка 116 предпочтительно имеет диаметр, который является примерно таким же, как внутренний диаметр жесткой наружной стенки 102, и центрально-осевое отверстие заглушки 116 предпочтительно имеет диаметр, который является примерно таким же или слегка меньшим, чем диаметр частично изготовленной заготовки 114, таким образом, что заглушка 116 плотно вставляется в нижнюю часть внутренней полости 108 и плотно охватывает частично изготовленную заготовку 114. Заглушку предпочтительно вставляют внутрь эластичного баллона. Заглушка 116 может служить для предотвращения потери сажи в результате утечки через дно устройства и дополнительно может служить для создания скругленных и сужающихся концов напрессованной сажевой массы.

[0028] Как показано на ФИГ. 4, дисперсный сажевый материал, такой как кремнеземная сажа 118, может быть осажден или насыпан через верх устройства 100 во внутреннюю полость 108 между частично изготовленной заготовкой 114 и гибкой внутренней стенкой 104. В некоторых вариантах осуществления дисперсный стеклянный материал, который вводят во внутреннюю полость между частично изготовленной заготовкой и внутренней стенкой, дополняет остальной материал, который будет формировать наружный участок заготовки оптического волокна и оптического волокна, которое из нее вытянуто. Как показано на ФИГ. 4, в кольцеобразной полости 106 давление снижается, как на ФИГ. 2. В то время как ФИГ. 4 показывает внутреннюю полость 108, приблизительно наполовину заполненную кремнеземной сажей 118, в предпочтительных вариантах осуществления кремнеземную сажу осаждают или насыпают во внутреннюю полость 108, пока внутренняя полость 108 не заполнится почти целиком. После осаждения или засыпки кремнеземной сажи 118 во внутреннюю полость 108, над кремнеземной сажей 118 и вокруг частично изготовленной заготовки 114 вблизи верха внутренней полости 108 может быть размещена дополнительная заглушка (не показана). Давление во внутренней полости 108 предпочтительно снижают после осаждения кремнеземной сажи 118 во внутреннюю полость. Частично изготовленная заготовка 114 предпочтительно содержит сердцевинный участок, который окружен пористым слоем сажи, причем пористый слой сажи имеет толщину, которая будет составлять по меньшей мере 25 процентов толщины стекла в частично изготовленной заготовке оптического волокна. В некоторых вариантах осуществления пористый сажевый участок составляет от 15% до 75%, и в некоторых случаях от 15 до 50% толщины частично изготовленной заготовки. В других определенных вариантах осуществления пористый сажевый участок составляет от 30% до 100%, от 50 до 100%, от 80 до 100% или даже 100% толщины частично изготовленной заготовки. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления частично изготовленная заготовка, которая содержит пористый участок из сажи, предпочтительно составляет менее 70 процентов, более предпочтительно менее 50 процентов, еще более предпочтительно менее 30 процентов и наиболее предпочтительно менее 25 процентов стекла в конечной заготовке оптического волокна. Радиальным напрессовыванием стеклянной сажи 118 на осажденный методом OVD пористый сажевый участок частично изготовленной заготовки, в отличие от непосредственного нанесения на заготовку, имеющую наружный стеклянный участок, состоящий из сплошного плотного стекла, устраняются проблемы адгезии сажи на поверхности раздела, и сохраняется целостность заготовки во время уплотнения заготовки и вытягивания уплотненной заготовки в оптическое волокно.

[0029] Как показано на ФИГ. 5, дисперсную кремнеземную сажу 118, осажденную во внутреннюю полость 108, сдавливают посредством подачи текучей среды под давлением в кольцеобразную полость 106 между жесткой наружной стенкой 102 и гибкой внутренней стенкой 104.

[0030] В предпочтительных вариантах осуществления верхнюю торцевую крышку 110 устанавливают в ее положение и соединяют с нижней торцевой крышкой 112 с использованием резьбовых шпилек 120. Затем текучая среда может постепенно вводиться в кольцеобразную полость 106 так, чтобы давление в кольцеобразной полости постепенно возрастало от отрицательного до положительного давления, по сравнению с атмосферным давлением. Давление в кольцеобразной полости 106 предпочтительно повышается со скоростью менее 50 фунтов на кв. дюйм/мин и еще более предпочтительно со скоростью менее 20 фунтов на кв. дюйм/мин, например, с такой скоростью, как от 2 до 20 фунтов на кв. дюйм/мин, и дополнительно такой, как от 5 до 15 фунтов на кв. дюйм/мин. Когда давление текучей среды под давлением в кольцеобразной полости 106 постепенно возрастает до все более и более высокого положительного манометрического давления, гибкая внутренняя стенка 104 упруго деформируется радиально внутрь в сторону кремнеземной сажи 118 (обусловливая постепенное увеличение объема кольцеобразной полости 106 и постепенное сокращение объема внутренней полости 108), и стеклянная сажа 118 вдавливается радиально внутрь в сторону частично изготовленной заготовки 114. Давление текучей среды под давлением в кольцеобразной полости 106 предпочтительно нарастает до тех пор, пока не достигнет максимального предварительно заданного значения. Давление может поддерживаться или может не поддерживаться равным этому значению в течение предварительно заданного количества времени. Будучи поддерживаемым в течение предварительно заданного количества времени, давление может, например, поддерживаться в течение по меньшей мере 1 минуты, например от 1 минуты до 200 минут, предпочтительно от 30 до 120 минут.

[0031] В предпочтительных вариантах осуществления, во время этапа, на котором проводят напрессовывание кремнеземной сажи, текучая среда под давлением имеет максимальное давление от 25 манометрических фунтов на кв. дюйм до 500 манометрических фунтов на кв. дюйм, например от 100 до 250 манометрических фунтов на кв. дюйм. Примеры текучей среды под давлением содержат воздух, инертные газы (например, азот), воду и масло. В особенности предпочтительной текучей средой под давлением является воздух. В предпочтительных вариантах осуществления, во время этапа, на котором проводят напрессовывание стеклянной сажи, температура внутренней полости 108 составляет менее 50°С, например от 20°С до 40°С, и еще более предпочтительно равна комнатной температуре (то есть между 20°С и 25°С).

[0032] После того как сажа была в достаточной мере спрессована, как показано на ФИГ. 6, текучая среда под давлением может быть выведена из кольцеобразной полости 106 так, что давление в кольцеобразной полости 106 снижается, как на ФИГ. 2 (то есть так, что давление в кольцеобразной полости 106 является меньшим, чем давление во внутренней полости 108). Давление в кольцеобразной полости 106 предпочтительно снижается со скоростью менее 50 фунтов на кв. дюйм/мин (psi/мин), и еще более предпочтительно со скоростью менее 20 фунтов на кв. дюйм/мин, например от 2 до 20 фунтов на кв. дюйм/мин, и дополнительно, например, от 5 до 15 фунтов на кв. дюйм/мин. Когда давление в кольцеобразной полости 106 постепенно снижается, гибкая внутренняя стенка 104 деформируется радиально наружу в сторону от напрессованной стеклянной сажи 118 (обусловливая постепенное уменьшение объема кольцеобразной полости 106 и постепенное увеличение объема внутренней полости 108) так, что во внутренней полости 108 присутствует кольцеобразный зазор 122 между наружным диаметром напрессованной дисперсной кремнеземной сажи 118 и гибкой внутренней стенкой 104.

[0033] После снижения давления в кольцеобразной полости 106 сборка из частично изготовленной заготовки/напрессованной сажи или пористой заготовки (один пример которой показан на ФИГ. 7) может быть легко удалена из устройства для очистки и уплотнения (отверждения).

[0034] В предпочтительных вариантах осуществления могут быть созданы пористые заготовки, в которых дисперсный кремнеземный сажевый материал, напрессованный на частично изготовленную заготовку, имеет конечную плотность в спрессованном состоянии по меньшей мере 0,5 грамма на кубический сантиметр, такую как от 0,6 до 1,2 грамма на кубический сантиметр, и дополнительно такую, как от 0,8 до 1,0 грамма на кубический сантиметр, в том числе около 0,9 грамма на кубический сантиметр. Плотность дисперсного стеклянного материала, напрессованного на частично изготовленную заготовку, в большой степени зависит от максимального давления, приложенного во время этапа напрессовывания дисперсного кремнеземного сажевого материала. Как правило, чем выше максимальное давление, приложенное во время этапа напрессовывания дисперсного кремнеземного сажевого материала, тем больше плотность этого материала, и поэтому, тем выше общая плотность пористой заготовки. С использованием раскрытых здесь способов, пористые заготовки, имеющие плотность по меньшей мере 0,6 грамма на кубический сантиметр, могут быть получены при приложении максимального давления в по меньшей мере 50 манометрических фунтов на кв. дюйм, пористые заготовки, имеющие плотность по меньшей мере 0,7 грамма на кубический сантиметр, могут быть получены при приложении максимального давления в по меньшей мере 100 манометрических фунтов на кв. дюйм, пористые заготовки, имеющие плотность перед уплотнением по меньшей мере 0,8 грамма на кубический сантиметр, могут быть получены при приложении максимального давления в по меньшей мере 150 манометрических фунтов на кв. дюйм, и пористые заготовки, имеющие плотность по меньшей мере 0,9 грамма на кубический сантиметр, могут быть получены с использованием максимального давления в по меньшей мере 200 манометрических фунтов на кв. дюйм.

[0035] Когда участок оболочки формируют напрессовыванием сажи на частично изготовленную заготовку, пористая поверхность сажи на частично изготовленной заготовке содействует развитию хорошей адгезии напрессованного сажевого слоя с частично изготовленной заготовкой. Наличие пористого сажевого слоя, как части частично изготовленной заготовки, смягчает связанные с адгезией проблемы, которые возникают, когда сажу напрессовывают непосредственно на частично изготовленную заготовку, имеющую наружный стеклянный участок, который представляет собой сплошное плотное стекло. В других определенных вариантах осуществления авторы настоящего изобретения нашли, что адгезия между осажденной сажей и напрессованной сажей значительно улучшается регулированием плотности в области пористого сажевого слоя на частично изготовленной заготовке на уровень менее 0,6 грамма на кубический сантиметр.

[0036] В предпочтительных вариантах осуществления пористая заготовка имеет по существу равномерный диаметр по ее осевому направлению. Наименьший диаметр заготовки вдоль ее осевой длины предпочтительно составляет по меньшей мере 90% от ее наибольшего диаметра вдоль ее осевой длины. Еще более предпочтительно, чтобы наименьший диаметр заготовки вдоль ее осевой длины составлял по меньшей мере 95% ее наибольшего диаметра вдоль ее осевой длины.

[0037] Пористые заготовки, изготовленные согласно раскрытым здесь вариантам осуществления, способны к уплотнению в заготовку оптического стекла с использованием стандартного уплотняющего оборудования и способов и затем к вытягиванию в оптическое волокно с использованием стандартного оборудования и способов вытягивания. Напрессованная сажа, окружающая пористую заготовку, предпочтительно, в конечном счете будет преобразовываться в стекло, как только пористая заготовка будет уплотнена и вытянута в оптическое волокно, так что по меньшей мере 35%, и дополнительно так, что по меньшей мере 40%, и еще к тому же так, что по меньшей мере 50% общей массы стекла будут иметь происхождение от напрессованной сажи. Будучи уплотненными в заготовку оптического стекла, пористые заготовки, изготовленные в соответствии с раскрытыми здесь вариантами осуществления, могут предпочтительно давать уплотненную заготовку, в которой наименьшее отношение частично изготовленной заготовки к наружном диаметру оболочки составляет по меньшей мере 98% наибольшего отношения наружного диаметра частично изготовленной заготовки к наружному диаметру оболочки вдоль осевой длины заготовки.

[0038] Изобретение будет дополнительно разъяснено нижеприведенным примером.

Пример 1

[0039] Заготовку оптического волокна изготовили с использованием устройства, имеющего жесткую цилиндрическую наружную стенку и гибкую внутреннюю стенку. Жесткая цилиндрическая наружная стенка была выполнена из стали и имела внутренний диаметр 6 дюймов, длину 46 дюймов и толщину стенки ½ дюйма. Гибкая внутренняя стенка представляла собой трубу из уретанового каучука, имеющую диаметр около 4,25 дюйма в ненапряженном состоянии. Верхний и нижний концы трубы из уретанового каучука были зажаты на верхнем и нижнем концах стального цилиндра. Устройство дополнительно включало верхнюю и нижнюю алюминиевые торцевые крышки, причем каждая торцевая крышка имела толщину около 1 дюйма, центральное отверстие для размещения частично изготовленной заготовки и четыре периферических отверстия для вставления резьбовых шпилек. Воздух между гибкой внутренней стенкой и жесткой наружной стенкой был по большей части удален так, что наружный диаметр гибкой внутренней стенки был по существу равным внутреннему диаметру жесткой наружной стенки. Восьмидюймовую заглушку из вспененного материала приблизительно с таким же диаметром, как внутренний диаметр жесткого цилиндра, вставили в полость так, что она была заподлицо с дном цилиндра. Затем дно цилиндра загерметизировали алюминиевой торцевой крышкой и уплотнительным кольцом из Viton'а.

[0040] В качестве материала сердцевины использовали полностью отвержденный стеклянный стержень с диаметром 15 мм и длиной 1 м, на отвержденный стеклянный стержень сердцевины осадили 3000 граммов кремнеземной сажи с использованием процесса OVD осаждения. Плотность сажи осажденного сажевого материала была 0,65 г/см³. Тем самым получили сажевую частично изготовленную заготовку длиной 1 м, которая имела диаметр около 80 мм. Затем эту частично изготовленную заготовку загрузили в форму для этапа напрессовывания сажи. Частично изготовленную заготовку разместили по центру, и форму заполнили примерно 3000 г рыхлой дисперсной кремнеземной сажи. Рыхлая сажа состояла из частиц кремнезема, который имел плотность после утряски ~0,30 г/см³. Шестидюймовую заглушку из вспененного материала приблизительно с таким же диаметром, как внутренний диаметр жесткого цилиндра, вставили в полость и внутрь уретанового эластичного баллона так, что она была заподлицо с верхом цилиндра. Затем верх цилиндра закупорили алюминиевой торцевой крышкой и уплотнительным кольцом из Viton'а, и начали процесс напрессовывания. Уретановый эластичный баллон напрессовывал сажу в режиме изостатического давления. Давление постепенно повысили от 0 до 150 фунтов на кв. дюйм и затем выдерживали равным 150 фунтов на кв. дюйм в течение 60 минут. Затем давление постепенно снизили, пока давление не стало равным 0 фунтов на кв. дюйм. Плотность напрессованного слоя составляла около 0,8 г/см³, была равномерной в радиальном направлении, и была получена конечная напрессованная сажевая заготовка, которая имела длину 88 см и диаметр около 105 мм, приблизительно с 50 процентами массы от напрессованной сажи. Затем эту сборку обработали следующим образом для изготовления заготовки оптического стекла для вытягивания в оптическое волокно. Ее загрузили в многозонную обжиговую печь и нагрели до температуры 1100°С. После этого следовало протягивание со скоростью 6 мм/мин (соответственно скорости разогрева 3°С/мин) через горячую зону, настроенную на температуру 1500°С, в атмосфере гелия, чтобы провести спекание осажденной сажи и напрессованной сажи с образованием не содержащего пустот стекла. Затем сформированную таким образом заготовку вытянули в оптическое волокно с диаметром 125 микрон для его применения в системах передачи.

[0041] Специалистам в данной области техники будет очевидно, что разнообразные модификации и вариации настоящего изобретения могут быть сделаны без выхода за пределы смысла и объема изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и вариации изобретения при условии, что они попадают в пределы объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Изобретение относится к способам и устройствам для радиального напрессовывания сажи для покрытия оптического волокна оболочкой и, в частности, к способам и устройству для изготовления заготовок оптического волокна. Технический результат заключается в улучшении плотности и геометрии заготовок. Устройство имеет наружную стенку и внутреннюю стенку. Наружная стенка окружает внутреннюю стенку, и внутренняя стенка окружает внутреннюю полость устройства. Стержень сердцевины размещают во внутренней полости, после чего дисперсный стеклянный материал, такой как стеклянная сажа, осаждают во внутренней полости вокруг стержня сердцевины. Стержень сердцевины имеет по меньшей мере 10 процентов конечной сажевой оболочки, уже нанесенной на него. Направленное радиально внутрь давление прилагают к дисперсному стеклянному материалу для напрессовывания дисперсного стеклянного материала на стержень сердцевины. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ изготовления заготовки оптического волокна для изготовления оптического волокна, содержащий этапы, на которых:
помещают частично изготовленную заготовку во внутреннюю полость устройства, при этом частично изготовленная заготовка содержит материал внутренней сердцевины, который окружен пористым сажевым участком, причем пористый сажевый участок содержит сажу оболочки, которая будет составлять по меньшей мере 10 процентов толщины стеклянной оболочки в готовом оптическом волокне, и пористый сажевый участок содержит сажу, осажденную путем химического осаждения из паровой фазы (CVD), причем плотность по меньшей мере наружной части пористого сажевого участка представляет собой плотность ниже 0,6 г/см³;
осаждают дисперсный стеклянный материал во внутренней полости между частично изготовленной заготовкой и внутренней стенкой; и
прилагают направленное радиально внутрь давление к дисперсному стеклянному материалу для напрессовывания дисперсного стеклянного материала на пористый слой сажи на частично изготовленной заготовке.

2. Способ по п. 1, в котором пористый сажевый участок имеет толщину, которая будет составлять менее 70 процентов толщины стекла в конечной заготовке оптического волокна.

3. Способ по п. 1, в котором пористый сажевый участок имеет толщину, которая будет составлять менее 30 процентов толщины стекла в конечной заготовке оптического волокна.

4. Способ по п. 1, в котором устройство содержит наружную стенку и внутреннюю стенку, причем наружная стенка окружает внутреннюю стенку, и внутренняя стенка окружает внутреннюю полость.

5. Способ по п. 1, в котором пористый сажевый участок на частично изготовленной заготовке содержит сажу, осажденную посредством химического осаждения из паровой фазы.

6. Способ по п. 1, в котором дисперсный стеклянный материал во внутренней полости между частично изготовленной заготовкой и внутренней стенкой дополняет остальной материал, который будет формировать наружную часть оптического волокна.

7. Способ по п. 1, в котором упомянутое приложение направленного радиально внутрь давления содержит приложение давления от 25 манометрических фунтов на кв. дюйм до около 500 манометрических фунтов на кв. дюйм.

8. Способ по п. 1, в котором этап, на котором прилагают направленное радиально внутрь давление, содержит подачу текучей среды под давлением между наружной стенкой и внутренней стенкой.

9. Способ по п. 1, в котором пористый сажевый участок составляет от 15 до 75% общей толщины частично изготовленной заготовки.

10. Способ по п. 1, в котором пористый сажевый участок составляет от 30 до 100% общей толщины частично изготовленной заготовки.

11. Способ по п. 1, в котором пористый сажевый участок составляет от 80 до 100% общей толщины частично изготовленной заготовки.

12. Способ по п. 1, в котором перед этапом, на котором
направленное радиально внутрь давление прилагают к дисперсному стеклянному материалу, дисперсный стеклянный материал имеет среднюю объемную плотность от 0,1 до 0,5 грамма на кубический сантиметр.

13. Способ по п. 1, в котором дисперсный стеклянный материал представляет собой дисперсную сажу из CVD-процесса.