[发明专利]用于制备合成石英玻璃的中空圆柱体的方法和依照该方法获得的厚壁中空圆柱体

说明书

本发明涉及用于制备合成石英玻璃的中空圆柱体的方法，该方法包括以下步骤： 

a)提供合成石英玻璃的内管，其具有由内壁限定的内孔， 

b)用SiO₂烟灰层(SiO₂ soot layer)包覆该内管， 

c)烧结该SiO₂烟灰层，形成该中空圆柱体。 

此外，本发明涉及用作光纤和光纤预制体的制备中的半成品的合成石英玻璃厚壁中空圆柱体。 

此外，本发明还涉及用于制备光学元件的方法，其中制备合成石英玻璃的中空圆柱体，在其中提供了合成石英玻璃内管，所述内管具有由内壁限定的内孔，用SiO₂烟灰层包覆该内管，以及烧结该SiO₂烟灰层，形成所述中空圆柱体，将芯棒固定在该中空圆柱体的内孔中，形成同轴装置，并将该装置伸长成该光学元件。 

此外，本发明还涉及依照本发明获得的预制体，该预制体包括芯玻璃区域和环绕该芯玻璃区域的覆层玻璃区域。 

合成石英玻璃中空圆柱体用作大量用于光学和化学工业的元件的中间产品，且特别是用于制备光纤预制体的中间产品。 

现有技术

光纤覆层玻璃大部分都是以中空圆柱体的形式提供，借助于该中空圆柱体来包覆芯棒。该芯棒通常包括已经环绕有第一覆层玻璃层的芯玻璃区域，是光纤制备中的主要成本因素。该芯棒的外包覆可以通过芯棒和中空圆柱体的同轴装置的坍塌(collapsing)和伸长而进行，其中将芯棒插入该中空圆柱体的内孔中。由此制备预制体(preform)，然后由该预制体拉伸出光纤。在纤维拉伸过程中中空圆柱体直接坍塌在该芯棒之上也是已知的。 

石英玻璃中空圆柱体的制备通常包括合成SiO₂颗粒，用于由该SiO₂颗粒形成多孔层(此处也称作“烟灰层”、“烟灰体”或“烟灰管”)的沉积 过程，以及用于使该烟灰层玻璃化的脱水和烧结过程。 

DE19736949C1描述了用于依照“OVD方法”(外部气相沉积)制备管状烟灰体的典型方法。在该方法中，利用火焰水解燃烧器由SiCl₄的火焰水解形成细SiO₂颗粒并将其一层一层地沉积在绕其纵轴旋转的支撑棒的外表面上。该沉积过程的结果是烟灰管，所述烟灰管在除去该支撑棒之后脱水并烧结成石英玻璃体。 

例如在EP701975A1中描述了烟灰管的烧结(也称作“玻璃化”)。在此将该烟灰管引入玻璃化炉中，并利用玻璃化连接机构(vitrificationlinkage)将其沿垂直方向保持在其中。该连接机构包括碳纤维增强石墨的支持棒，其从上面延伸通过该烟灰管的内孔到达支持底部，且其环绕有石墨的透气覆层管。在玻璃化过程中，该烟灰管坍塌在该石墨的覆层管上，使得可以获得石英玻璃中空圆柱体，其具有对应于该覆层管外径的尺寸精确的内孔。 

然而，由于和该玻璃化连接机构接触，这样制备的中空圆柱体具有粗糙的内表面，所述内表面具有烧入的石墨颗粒，这需要复杂的机械再处理和随后的清洁步骤。因此该方法是耗时的且会材料损失。 

在依照DE10303290A1的该方法的改进中，使用石英玻璃管作为该沉积过程中的载体，通过OVD方法将SiO₂烟灰层施加在该管的套层表面上。然后将包括该烟灰层的石英玻璃管引入玻璃化炉中，并利用玻璃化连接机构将其沿垂直方向保持在其中，如上述EP701975A1中所述的那样。包括该烟灰层的石英玻璃管在此处坍塌到延伸通过该石英玻璃管的内孔的石墨支持棒上。这产生了具有相对精确内孔的石英玻璃圆柱体，也使引入到该多孔烟灰层中的源自该支持棒的石墨的杂质最少化。然而，对于必需的再处理操作，必须面对与上述程序中相同的缺点。 

还已知了其中SiO₂烟灰层同时烧结和坍塌到芯棒上的方法。例如，US6422042A公开了用于光纤预制体的制备方法，其中将SiO₂烟灰层施加到氟掺杂石英玻璃管的套层表面上。将芯棒引入该石英玻璃管的内孔中，然后在加热过程中该烟灰层玻璃化，该石英玻璃管同时坍塌到该芯棒上。 

该方法的缺陷是如果坍塌和玻璃化过程失败，那么也将损失昂贵的芯棒。