Brevet FR2583409A1 — publié le 19861219

L'invention concerne un procédé pour la formation axiale d'un corps cylindrique creux-en suie, ne présentant pas de support à l'intérieur et composé essentiellement de dioxyde de silicium, dans une disposition verticale, au moyen d'au moins un brûleur de formation par hydrolyse à la flamme, servant à la production de suie, procédé dans lequel, au début de la formation, la suie est déposée sur un corps auxiliaire et dans lequet, pendant la formation, le brûleur de formation et le corps de suie formé sont tournés l'un par rapport à l'autre, avec maintien du brûleur à la même distance de l'extrémité en formation du cylindre creux. Un tel procédé est connu par le document EP-A1-O 041 397. Au début de ce procédé, la suie est déposée au moyen d'un brûleur sur une mandrin tournant suspendu. Le corps en suie, se formant ainsi, est retiré de façon continue vers le bas, dans le sens axial, au cours du processus, avec création d'une cavité axiale dans le corps en suie, en raison du mandrin. Si nécessaire, des couches de suie supplémentaires peuvent être déposées sur le corps en suie par des brûleurs supplémentaires répartis en direction axiale. Un dispositif de chauffage, consolidant la préforme ainsi produi:e, est installé à faible distance sous le mandrin. La pré- forme ccnsolidée est supportée dans un autre dispositif de rotation et retirée en continu vers le bas. Par le document DE-OS 26 47 121, on connaît un procédé de production d'une préforme, pour fibres optiques, dans lequel la substance pulvérulente est déposée au moyen d'un brûleur d'hydro- lyse sur un mandrin cylindrique tournant sur un axe horizontal. Dans ce cas, le brûleur est déplacé le long du mandrin en plusieurs passes, jusqu'à ce qu'une couche de suie suffisante soit formée sur le mandrin. Selon une autre disposition, la flamme du brûleur d'hydrolyse est dirigée horizontalement et dépose de la suie sur un mandrin de départ tournant. Ce mandrin est éloigné de façon continue de la flamme du brûleur à mesure que le corps en suie croit. Ce procédé est limité à des barreaux en suie ayant une longueur d'environ 6 cm. La présente invention vise à indiquer un procédé permettant de produire des corps en suie en forme de cylindres creux de grande Longueur et qui évite l'emploi de corps auxiliaires ou d'appui qui pourraientavoiruneinfluencenuisible sur le côté intérieur du cylindre en suie. A cet effet, selon l'invention, on maintient l'orifice du brûleur de formation approximativement au milieu au-dessus de la section droite prédéterminée de l'extrémité Libre de la paroi cylindrique, extrémité qui croit vers le haut, et on empêche la pénétration de suie dans la cavité axiale du cylindre au moyen d'un courant gazeux dirigé. Du fait que le cylindre en suie est disposé debout pendant sa formation, ce procédé permet de produire des cylindres en suie d'une longueur de 2 m et davantage, sans que cela demande un corps d'appui dans la cavité du cylindre. Il n'est donc plus nécessaire de retirer un support de l'axe du cylindre, ni de déplacer un corps d'appui lors de la formation, ce qui occa- sionne habituellement des endommagements de la surface interne du cylindre en suie. Comme les couches ainsi endommagées forment précisément le centre du coeur des fibres ultérieures, de telles influences nuisibles sont particulièrement graves. Au lieu de cela, dans le procédé selon l'invention, la cavité du cylindre est fixée par le courant gazeux dirigé qui empêche la pénétration de suie dans cette cavité axiale. Suivant le diamètre du cylindre creux à former, ou suivant son épaisseur de paroi, on peut répartir plusieurs brûleurs de formation sur la section de la paroi du cylindre. Le cylindre en suie, produit à l'état auto-porteur selon le procédé de l'inven- tion, possède intérieurement une surface cylindrique formée par une couche superficielle homogène et sans endommagements. De plus, grâce à la formation axiale des couches, ainsi qu'au refroidisse- ment continu qui en découle, le cylindre présente très peu de tensions. Comme matériaux de départ pour la fabrication d'un tel cylindre en suie, on utilise des composés de silicium de grande pureté, du SiCl4 par exemple. Dans une flamme, de préférence une flamme de H2-02, les matériaux de départ sont oxydés par l'oxygène en oxydes correspondants et sont déposés sur un corps auxiliaire tournant, disposé verticalement, à des températures de 1100 à 1400 C, de préférence de 1200 à 1300 C. Le corps auxiliaire ne sert qu'au début pour recevoir la suie. Lorsque le corps en suie a atteint une hauteur d'environ 500 à 1000 mm, le corps auxiliaire peut être enlevé et le corps en suie lui-même peut être maintenu et entraîné en rotation par un outil qui l'entoure. Cette disposition permet une formation ininterrompue du corps en suie. On peut en détacher des tronçons ayant la longueur désirée. La position debout permet de produire des corps en suie de grande longueur, de 2 m et davantage, sans support. Le corps auxiliaire est de préférence en verre de quartz, A1203 ou graphite. Pour engendrer le courant gazeux, il s'est révélé parti- culièrement avantageux de placer un brûleur auxiliaire dans la cavité axiale du cylindre. Un tel brûleur permet de produire un courant gazeux d'orientation -bien définie et empêchant la pénétration de la suie dans la cavité axiale du cylindre. Suivant la vitesse de rotation et le diamètre de la cavité, on peut répartir plusieurs de ces brûleurs auxiliaires (brûleurs d'appui) sur la paroi interne du cylindre. Pour obtenir un corps creux à répartition de gradient, on dépose de la suie dopée par au moins l'un des brûleurs de forma- tion dans un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré du procédé. Pour le dopage, on peut utiliser, par exemple, TiCl4, GeCl4, PoCl3, AlIl3, fréon (F), lesquels ont un effet d'augmenta- tion ou d'abaissement de l'indice de réfraction dans le corps creux vitrifié. La formation du corps en suie est influencée par toute une série de facteurs et en particulier par la position de l'aire de dépôt par rapport à la flamme du brûleur de formation. Il s'est avéré avantageux de faire fonctionner le ou les brûlèurs de forma- tion avec une orientation telle que l'axe du cane formé par leur flamme renferme un angle de 10 à 50 , de préférence de 25 à 30 , avec un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre. Pour produire la formation d'une surface aussi lisse que possible sur le côté extérieur du cylindre en suie, on peut au besoin prévoir un brûleur auxiliaire supplémentaire, placé sur Le côté extérieur du corps en suie et dirigé avec Le cône formé par sa flamme sur l'extrémité en cours de formation. L'action auxiliaire du ou des brûleurs auxiliaires est renforcée lorsque le c6ne formé par leur flamme est dirigé obliquement dans Le sens de la formation - contre la paroi du cyLindre, sa paroi interne ou sa paroi externe. Les brûleurs auxiliaires peuvent être utilisés de manière avantageuse en les faisant agir en même temps comme des brûleurs de formation ou de dopage. IL est préférable de faire tourner, dans la phase ini- tiale, Le corps auxiliaire sur lequel est formé le corps en suie, auquel cas les brûleurs de formation sont disposés fixes. En tant que mesure pour faciliter la formation dans La phase initiale, il convient d'utiliser un corps auxiliaire qui présente un bourrelet annuLaire qui est adapté à la section droite du corps cyLindrique creux à former et sur lequel est déposée la suie. De bons résultats ont été obtenus, par exemple, avec un corps auxiliaire ayant un diamètre extérieur de 400 mm, un diamètre intérieur de 100 mm et une hauteur de 150 mm, sur lequel on a formé un cylindre en suie d'un diamètre extérieur de 400 mm et avec un diamètre de la cavité cyLindrique de 100 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de La description qui va suivre de plusieurs exempLes de réalisation non Limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesqueLs: - la figure 1 illustre la formation d'un.:oorps cylindrique creux en suie pendant la phase initiale, par une vue en coupe prise suivant la ligne I-I de la figure 2; - la figure 2 est une vue en plan du dispositif de la figure 1; - la figure 3 montre un dispositif semblable à celui de la figure 1, dans lequel les brûLeurs déposent des suies dopées différemment; - la figure 4 montre la répartition de l'indice de réfraction sur un cylindre en suie comme celui obtenu avec le dispositif de la figure 3; Z583409 - La figure 5 illustre la formation d'un corps en suie servant plus particulièrement à la fabrication d'une fibre à gradient d'indice; et - les figures 6 et 7 montrent la distribution de tempé- rature et la répartition de l'indice de réfraction sur la section du corps en suie de la figure 5. Dans la phase initiale, la suie est déposée au moyen d'un brûleur de formation 1 sur un corps auxiliaire 2, comme on peut le voir en particulier sur Les figures 1 et 2. Alors que le brûleur de formation 1 est fixe, le corps auxiliaire 2 est monté sur un axe 3 pour tourner dans te sens de la flèche 4. Le corps auxiliaire 2, en verre de quartz, A1203 ou graphite, présente un bourrelet annulaire 5 qui est adapté au corps cylindrique creux en suie à former. Dans cet exemple, le diamètre extérieur du corps auxiliaire est de 400 mm, son diamètre intérieur, indiqué par la référence 6, est d'environ 100 mm et la hauteur 7 du bourrelet au-dessus du fond de la cavité intérieure est d'environ 150 mm. Le dessus du bourrelet 5 est légèrement arrondi; cette mesure a un effet avantageux sur la formation du cylindre dans la phase initiale précisément. Pendant toute la formation du corps cylindrique en suie 8, qui est formé debout sur le dessus du bourrelet annulaire 5, on fait fonctionner,au moins, sur le côté intérieur du corps en suie 8 à ériger, c'est-à-dire du côté délimitant la cavité intérieure cylindrique 9, un brûleur auxiliaire (brûleur d'appui) 10 dont la buse est dirigée sur la paroi interne du cylindre et dont le courant de gaz empêche la pénétration de suie dans la cavité cylindrique axiale. Le terme "brûleur auxiliaire" ne doit pas être compris dans le sens que ce brûleur 10 est chargé en même temps de déposer de la suie; la fonction essentielle de ce brûleur est plutôt d'engendrer un courant gazeux dirigé qui soutient la formation du cylindre sur le côté intérieur de celui-ci. La buse du brûleur auxiliaire 10 est orientée de manière que le courant gazeux commence légèrement au- dessous de l'arête supérieure, à former à chaque instant, du corps en suie 8. Le cas échéant, ce courant gazeux pourrait être obtenu également, en plus de celui produit par le brûleur auxiliaire 10, par une amenée de gaz dans la partie infé- rieure du corps auxiliaire 2 et se prolongeant le long de la cavité cylindrique. Comparativement à un tel courant gazeux, celui dirigé sur Le bord supérieur du corps en suie, c'est-à-dire celui engendré par le brOleur auxiliaire 10, a un effet nettement plus important. Un brûleur auxiliaire 11 est prévu en plus, dans l'exé- cution représentée, à la périphérie du corps cylindrique en suie 8 à former pour maintenir à L'extérieur de celui-ci un écoulement gazeux supplémentaire qui correspond, quant à sa fonction, au courant gazeux sur le côté intérieur du corps 8; le brûleur 11 à l'extérieur empêche le dépôt de suie au-delà du pourtour prédé- terminé du corps 8. La référence 12 désigne schématiquement une alimentation du brûleur de formation 1 et des brûleurs auxiliaires 10, 11. Ainsi qu'on peut le voir sur La figure 1, le cône formé par la flamme des brûleurs auxilaires 10, 11 est dirigé obliquement contre la paroi du cylindre, dans le sens de la formation du corps en suie. Alors que les brûleurs 1, 10 et 11 fonctionnent en position fixe, le corps auxiliaire 2, pendant sa rotation, est abaissé, comme indiqué par la flèche 13, suivant la vitesse de formation du corps en suie. Le brûleur de formation 1, disposé à peu près au milieu au-dessus de la section droite de la paroi du corps en suie cylindrique 8, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2, est orienté en plus de manière que l'axe du cône formé par sa flamme, indiqué par la ligne 14 en traits mixtes sur la figure 1, renferme un angle 21 de 10 à 50 , de préférence de 25 à 30 , avec le plan 15 qui est perpendiculaire à l'axe 16 du cylindre. L'exploitation du dispositif représenté sur la figure 3 diffère de celle du dispositif de la figure I en ce sens que les deux brûleurs auxiliaires 10, 11, engendrant le courant gazeux de guidage, servent en même temps à appliquer un dopant, de manière que le cylindre 8 présente, au droit de sa paroi interne et de saparoi externe, des couches 17, 18 qui sont dopées différemment, tandis que la région du coeur 19 n'est pas dopée. On obtient ainsi, dans le corps en suie ultérieur vitrifié, un indice de réfraction qui varie dans Le sens radial, comme représenté à titre d'exemple sur La figure 4. La couche intérieure 17 présente dans ce cas un indice plus élevé que La couche externe 18. La ligne médiane 20 de ce diagramme correspond à l'axe 16 du cylindre. La figure 5 représente un dispositif comportant plusieurs brûleurs de formation, au moyen desquels des quantités de dopants variant d'un brûLeur à l'autre peuvent être déposées en plus de la suie. La distribution de température des différents brûleurs 1 est réglée de manière que la quantité désirée de dopant soit incorporée à l'endroit désiré. La distribution de température dans le sens radial de la paroi cylindrique visible sur la figure 5, ainsi que l'indice de réfraction n obtenu, sont représentés sur les figures 6 et 7. On voit que les brûleurs intérieurs travaillent à une température T plus élevée que les brOleurs extérieurs. L'indice de réfraction diminue de l'intérieur vers l'extérieur dans cet exemple. Comme on peut le voir sur la figure 5, Les deux brûLeurs de formation 1 instalLés à l'extérieur sont inclinés par rapport à l'axe 16 du cylindre, le brûleur 1 situé le plus à l'extérieur ayant une plus forte inclinaison par rapport à cet axe que le brûleur se trouvant à côté de lui. Dans cet exemple de réalisation également, bien que cela ne soit pas représenté, on utilise un brûleur auxiliaire 10 sur la paroi interneau moinsde La cavité cylindrique, dans une disposition qui correspond à celle des figures 2 et 3, afin d'empêcher la pénétration de suie dans la cavité axiale du cylindre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la formation axiale d'un corps cylin- drique creux en suie, ne présentant pas de support à l'intérieur et composé essentiellement de dioxyde de silicium, dans une dispo- sition verticale, au moyen d'au moins un brûLeur de formation par hydrolyse à la flamme, servant à La production de suie, procédé dans lequel, au début de la formation, La suie est déposée sur un corps auxiliaire et dans lequel, pendant la formation, Le brûleur de formation et le corps de suie formé sont tournés l'un par rapport à l'autre, avec maintien du brûleur à La même distance de L'extré- mité en formation du cylindre creux, caractérisé en ce que l'on maintient l'orifice du brûleur de formation (1) approximativement au milieu au-dessus de la section droite prédéterminée de l'extré- mité libre de la paroi cylindrique (8), extrémité qui croit vers Le haut, et que l'on empêche la pénétration de suie dans la cavité axiale (9) du cylindre au moyen d'un courant gazeux dirigé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on empêche la pénétration de suie dans la cavité axiale (9) du cylindre au moyen d'un courant gazeux produit par un brûleur auxiliaire (10) placé dans cette cavité. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on forme le corps cylindrique creux par plusieurs brûleurs de formation (1) uniformément répartis sur la section de la paroi du cylindre (8). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on dépose de la suie dopée par au moins l'un des brûLeurs de formation (1). - 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on maintient Le brûLeur de formation (1), ou l'un au moins des brûleurs de formation, de manière que l'axe du cône formé par sa flamme renferme un angle de 10 à 50 avec un plan perpendiculaire à l'axe (16) du cylindre. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on maintient Le brûleur de formation sous un angle de 25 à 30 avec ledit plan. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on maintient un écoulement gazeux à la périphérie extérieure du corps en suie. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on produit cet écoulement gazeux par un brOleur auxiliaire supplémentaire (11). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on dirige le cône formé par la flamme de chaque brOleur auxiliaire (10, 11) obliquement, dans le sens de la formation, contre la paroi du cylindre (8). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on utilise les brûlèurs auxilaires (10, 11) comme brûleur de formation ou de dopage. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on fait tourner le corps auxiliaire (2). 12. Procédé selon l'Une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le corps auxiliaire (2) présente un bourrelet annulaire (5) qui est adapté à la section droite du cylindre creux (8) à former et sur lequel est déposée la suie.