[发明专利]用于制作合成二氧化硅的等离子喷灯

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年12月29日提交的美国临时申请号60/754,281 的权益。

技术领域

本发明涉及用于制作纯合成二氧化硅管、掺杂合成二氧化硅管、 光纤应用的棒和用于紫外线发射光学元件的坯件。更具体来说，它涉 及通过等离子工艺沉积内含低羟基物的二氧化硅来制作这种管和光 学元件的过程。

背景技术

现有技术讲述用于制造二氧化硅玻璃启动器管和用于制作光纤 预制品的多种方法。启动器管可以通过加热二氧化硅并通过孔径压制 它而成。启动器管和光纤预制品可以通过使用多种技术的其中之一在 对象上沉积掺杂或未掺杂的二氧化硅来制成，这些技术诸如修改的化 学气相沉积(MCVD)、气相轴向沉积(VAD)、外部气相沉积(OVD)。 这些方法的每一种均从提供旋转对象开始，通常以管或实心棒的形式 构形，并由玻璃、陶瓷或多种其他材料之一制成。在某些情况中，棒 或管构成预制品的完整部分，而在另一些情况中，棒将被移除。例如 气体燃烧器或等离子源的热源设在旋转对象下方。热源将提供玻璃形 成反应以形成玻璃颗粒所需的能量。取决于工艺的特性，这些沉积的 玻璃颗粒为下一个处理(干燥和烧结)作好了准备，例如VAD或OVD 工艺中的情况。如果是MCVD工艺，则将利用相同的热源将这些颗 粒熔成玻璃石英。一般，在0.05至0.2毫米之间的颗粒大小对于OVD 和VAD工艺中常见的火焰水解化学反应来说是理想的。这些工艺包 括两个步骤，即通过火焰水解形成灰颗粒，然后在单独的熔炉中将这 些灰颗粒固结。稍大直径的灰颗粒更适合于这些工艺，因为这提高了 沉积速率。

当水平装设对象时，热源沿着对象的长度传递以确保均匀沉积。 如果对象是管，则可以将玻璃形成颗粒和材料沉积在管的内表面上， 在此情况中外径保持不变，或沉积在管的外部，在此情况中外径增加。 当对象垂直装设时，它沿着垂直轴旋转，并同时沿径向和轴向增加。 这产生基本圆柱形产品，其直径和长度随着沉积继续而增加。

Drouart等人的美国专利号5,522,007描述利用等离子沉积来构建 具有高羟基离子浓度的光纤预制品。在此参考文献中，通过使气体通 过水箱，有意地在等离子发生气体中混入羟基离子，然后将其引入具 有电感线圈的等离子喷灯的一端中。这样将一定量的水引入工艺气体 流中。等离子喷灯将混合以羟基离子的熔融的二氧化硅颗粒注射到旋 转衬底预制品上。这样产生具有沉积在对象预制品上的范围在 50-100ppm的均等的羟基离子浓度的预制品。此外，Drouart方法中首 选的原材料是二氧化硅颗粒。

Heitmann的美国专利号5,609,666描述使用由多孔氧化物陶瓷制 成的管状衬底来形成石英玻璃管。将利用甲烷、四氯化硅(SiCl4)和 氧气的混合物来工作的燃烧器沿着管状衬底前后移动以将玻璃灰沉 积于其上。同时，使包含氯气或氯化亚硫酰以及其他气体的干燥气体 混合物沿着后者的轴通过管状衬底内部。净化气体从沉积的玻璃灰中 移除羟基离子。从管状衬底移除沉积且净化的玻璃灰体，然后经过进 一步干燥和烧结，以形成具有低羟基浓度的管或棒。

Audsley和Bayliss在《Journal of Applied Chemistry VoL 19pp 33-38(1969)》中报告使用四种不同的等离子喷灯设计来引发四氯化硅 的氧化反应。他们发现他们可以达到67g/min的流速的完全氧化。尽 管如此，Audsley和Bayliss既未检查玻璃的含水量，也未包括外部管 以提供屏蔽气体(screen gas)来隔离环境影响。而且，化学物质是从 喷灯底部喷出而没有喷嘴。

在JP4,231,336中，Seto等人对一种等离子喷灯要求权利，该等 离子喷灯可以在制作二氧化硅时引发火焰水解。公知等离子火焰是干 火焰。Seto等人未描述将氢或含氢化合物引入等离子火焰。而且，并 不确信火焰水解能够在他们提出的过程发生。