Brevet FR2760448A1 — publié le 19980911

DISPOSITIF ET PROCEDE POUR FABRIQUER UN MONOLITHE DE VERRE EN FORME DE TUBE EN UTILISANT UN TRAITEMENT DE GEL DE SOLUTION La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de tube de verre de formation de fibre optique utilisant un traitement de gel de solution, et en particulier à un procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution qui peut diriger un gel humide pour que celui-ci sèche et rétrécisse de façon unidirectionnelle. D'une manière générale, une préforme de fibre optique est fabriquée par un dépôt intérieur tel qu'un dépôt chimique en phase vapeur modifié (MCVD) ou par un dépôt extérieur tel qu'un dépôt axial en phase vapeur (VAD) ou un dépôt chimique en phase vapeur extérieur (OVD). Parmi ceux- lO ci, le MCVD est le plus couramment utilisé dans la fabrication de fibres optiques de haute qualité. Dans le MCVD, une préforme est fabriquée en utilisant un tube de verre de grande pureté par un dépôt intérieur et un sur placage. Le tube de verre principalement utilisé dans le MCVD est plus pur et plus compétitif en termes de coût dans un traitement de gel de solution que celui fabriqué dans une technique classique. Un tube de verre est fabriqué dans un traitement de gel de solution global de la manière suivante. Une première solution est formée en dispersant de fines particules de silice fumée dans de l'eau pour empêcher une fissure. Le premier gel est gélifié et séché. Le premier gel séché devient de la poudre par un broyage et une classification, est traité thermiquement puis est redispersé dans de l'eau. Ainsi, une seconde solution est formée. La seconde solution est gélifiée, séchée et frittée. Pour sécher un gel humide en forme de tube dans ce procédé de fabrication de tube de verre, le gel est tout d'abord retiré d'un moule et séché durant un long moment à une température et une humidité constantes. Le moule servant à former le gel en forme de tube est divisé en une partie supérieure, une partie inférieure, une partie extérieure et un support. Les surfaces intérieures des parties supérieure et inférieure sont planars, et chacune des surfaces intérieures a un trou pour fixer le support. Cela signifie que la surface supérieure de la partie inférieure est planar. Cependant, le procédé de séchage de gel classique est limité dans le moulage d'un gel séché à une épaisseur de 15 mm voire plus en raison de la différence entre les taux de rétrécissement des surfaces intérieures et extérieures du gel en forme de tube lorsque celui-ci est séché. Il est très difficile de mouler le gel dans une forme de tube car les surfaces extérieures et intérieures du gel humide sont séchées de façon concurrente et produisent ainsi des pressions de rétrécissement. De plus, le gel humide doit être séché durant un long moment à une température et une humidité constantes, augmentant ainsi le coût de fabrication et rendant impossible l'extension du gel dans la direction de la longueur. Le gel séché est susceptible de se fissurer même à un faible impact, et doit mesurer au moins environ 1 m de long pour mouler un tube de verre de formation de fibre optique. Cependant, le moule de formation de verre en forme de tube classique, dont la partie inférieure a une surface supérieure planar, ne peut pas décharger le gel des pressions qui sont provoquées par un rétrécissement non uniforme dans la partie inférieure du gel en raison de la charge longitudinale du gel humide. Ainsi, le gel séché est très susceptible de se fissurer, ne peut pas être étendu davantage dans la direction de la longueur et n'est pas adapté à un tube de verre de formation de fibre optique. Un objectif de la présente invention est de proposer un dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution, qui peut fabriquer un grand tube de verre sans fissure à utiliser lors de la fabrication d'une fibre optique en réduisant les pressions sur un gel provoquées par le rétrécissement du gel durant le séchage d'un gel humide. Un autre objectif de la présente invention est de proposer un dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution, qui peut étendre un gel dans la direction de la longueur en distribuant et en réduisant la force de rétrécissement imposée à une partie inférieure d'un gel humide et la charge du gel. Un autre objectif encore de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution, qui peut fabriquer un grand tube de verre en séchant de façon unidirectionnelle un gel humide en forme de tube. Un autre objectif encore de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution, qui peut empêcher un gel de se fissurer durant le séchage du gel en dirigeant le gel pour qu'il rétrécisse de l'extérieur vers l'intérieur. Un autre objectif encore de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution, qui peut fabriquer un tube de surplacage de formation de fibre optique. Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, un dispositif de o fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution est prévu. Le dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution comprenant les étapes de formation de solution, de gélification et de séchage a un moule supérieur comportant des parties cylindriques de différentes tailles et un premier trou de fixation en son centre. Un moule inférieur a un second trou de fixation en son centre, une première partie cylindrique inférieure inclinée vers son centre pour réduire les pressions produites durant l'étape de gélification ou de séchage et une seconde partie cylindrique inférieure ayant un trou de relâchement de vide pour empêcher des pressions induites par le vide durant l'étape de séchage. Un moule extérieur est disposé entre le moule supérieur et le moule inférieur pour y réaliser les étapes de formation de solution, de gélification et de séchage. Un support central en forme de tige est installé le long de l'axe longitudinal central du moule extérieur pour mouler un gel dans un tube après l'étape de séchage. Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution est prévu. Dans le procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube qui a un moule supérieur comprenant des parties cylindriques de différentes tailles, un moule inférieur comprenant une première partie cylindrique inférieure inclinée vers son centre d'un degré prédéterminé et une seconde partie cylindrique inférieure ayant un trou de relâchement de vide, un moule cylindrique extérieur pour former un verre en forme de tube et un support central en forme de tige, le moule inférieur, le 3s moule extérieur et le support central sont assemblés et une solution est versée dans le moule extérieur. Ensuite, un liquide non mélangeable est versé sur la solution et le moule supérieur est assemblé avec le moule extérieur. La solution est gélifiée dans le moule extérieur, le moule supérieur est retiré, un capuchon est ouvert pour relâcher le vide et le support central est retiré. Une petite quantité du liquide non mélangeable demeure dans un trou de gel formé au centre du gel et le trou de relâchement de vide est bouché avec le capuchon. Une partie supérieure du trou de gel est rendue étanche avec un papier d'étanchement. Ensuite, le gel est séché durant un temps prédéterminé, le moule extérieur est retiré du gel, et le gel est séché jusqu'à ce qu'il rétrécisse complètement. Enfin, le papier d'étanchement et le liquide non mélangeable sont retirés du gel. Ainsi, un gel séché en forme de tube est formé. Les objectifs et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation préférés de celle-ci en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un moule pour former un monolithe de verre en forme de tube dans un traitement de gel de solution selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe latérale du moule assemblé pour fabriquer un monolithe de verre en forme de tube dans un traitement de gel de solution, auquel il est fait référence pour décrire une étape de gélification d'un procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution, selon le mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe latérale du moule, pour décrire une étape de séchage du procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon le mode de réalisation préféré; et la figure 4 est une vue en plan du moule montré à la figure 3. Des modes de réalisation préférés de la présente invention vont être décrits en détail en se référant aux dessins annexés. Il doit être noté que des références numériques similaires désignent les mêmes composants dans les dessins et qu'une description détaillée de fonctions et de structures connues se rapportant à la présente invention sera évitée si celle-ci est considérée comme obscurcissant le sujet principal de la présente invention. La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un moule pour former un monolithe de verre en forme de tube dans un traitement de gel de solution selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, et la figure 2 est une vue en coupe latérale du moule assemblé pour la fabrication d'un monolithe de verre en forme de tube dans un traitement de gel de solution selon le mode de réalisation préféré de la présente invention. En se référant à la figure 1, un moule qui est un dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution est divisé en un moule supérieur 10, un moule inférieur 26, o0 un moule extérieur 18 et un support central 24. Les moules respectifs 10, 18, 24 et 26 ont des surfaces intérieures lisses en contact avec une silice fumée à l'état de solution et sont constitués de polystyrène, de polypropylène, de Téflon ou d'acier afin de mouler un tube de paroi épaisse. Le moule supérieur 10 comprend une première partie cylindrique supérieure 12 devant être montée sur le moule extérieur 18 et une seconde partie cylindrique supérieure 16 devant s'emboîter avec le moule extérieur 18. Cela signifie que les première et seconde parties cylindriques supérieures 12 et 16 sont formées d'un seul tenant et ont un premier trou de fixation 14 en leur centre, pour insérer le support central 24. Le moule extérieur 18 est cylindrique et a un trou 22 pour retenir la silice fumée à l'état de solution durant les étapes de formation de solution, de gélification et de séchage. La surface supérieure du moule extérieur 18 est une première surface de montage 20 pour y monter la première partie cylindrique supérieure 12 du moule supérieur 10. Le support central 24 est en forme de tige pour permettre à un gel d'être formé dans un tube et d'être installé au centre du moule extérieur 18. Le moule inférieur 26 comprend une première partie cylindrique inférieure 28 devant être insérée dans le trou 22 du moule extérieur 18, et une seconde partie cylindrique inférieure 32 pour y monter le moule extérieur 18. Cela signifie que les première et seconde parties cylindriques inférieures 28 et 32 sont formées d'un seul tenant et ont un second trou de fixation 30 en leur centre, pour insérer le support central 24. La surface supérieure de la première partie cylindrique inférieure 28 est une surface inclinée 28a inclinée vers le centre du moule inférieur 26 d'environ 5 à 45 pour réduire la force de rétrécissement vers le bas d'un gel 100 et une pression est produite depuis l'intérieur du gel 100 vers l'extérieur de celui-ci durant une étape de gélification ou de séchage. Ici, la surface inclinée 28a peut être conique et peut être comprise entre environ 5 et 45 . Un trou de relâchement de vide 34 est formé dans une surface latérale de la seconde partie cylindrique inférieure 32, communiquant avec le second trou de fixation 30, de sorte que des pressions induites par le vide ne sont pas produites à l'intérieur d'un gel en forme de tube lorsque le support central 24 est retiré pour sécher un gel humide moulé à partir d'une solution. Le trou de relâchement de vide 34 est généralement fermé par un capuchon 36. Pour fabriquer un grand tube de verre à utiliser dans la fabrication d'une fibre optique dans le moule tel qu'il est constitué ci-dessus, une solution est formée en mélangeant une silice fumée avec de l'eau désionisée. Ensuite, comme on le voit à la figure 2, le trou de relâchement de vide 34 de la seconde partie cylindrique inférieure 32 est bouché avec le capuchon 36, et le support central 24 est inséré de manière fixe dans le second trou de fixation 30 au centre du moule inférieur 26. Ensuite, le moule extérieur 18 est monté sur la seconde surface de montage 32a de la seconde partie cylindrique inférieure 32, et la solution est versée dans le trou 22 du moule extérieur 18 jusqu'à une hauteur prédéterminée. Un liquide non mélangeable 102 qui ne peut pas être mélangé avec de l'eau et qui a un poids volumique inférieur à celui de l'eau, est versé sur la solution pour empêcher celle-ci d'être en contact avec l'air extérieur. Ici, le liquide non mélangeable 102 est du kérosène. La seconde partie cylindrique supérieure 16 du moule supérieur 10 est insérée de manière fixe dans le trou 22. Ici, la première partie cylindrique supérieure 12 est montée sur la première surface de montage 20 du moule extérieur 18 et, simultanément, le support central 24 est inséré de manière fixe dans le premier trou de fixation 14 au centre du moule supérieur 10. Ensuite, la solution est gélifiée dans le moule extérieur 18 durant environ 24 à 72 heures. A ce moment, pour accélérer la gélification, environ 1 % voire moins d'un polymère organique est ajouté à la solution, ou le pH de la solution peut être contrôlé. Après la gélification, le moule supérieur 10 est retiré, le trou de relâchement de vide 34 dans la seconde partie cylindrique inférieure 32 est ouvert en retirant le capuchon 36, et le support central 24 est lentement retiré vers le haut. A ce moment, de l'air est introduit dans le trou de relâchement de vide 34 et dans le second trou de fixation 30, à savoir que le vide est relâché. Le liquide non mélangeable 102 s'écoule dans le trou de gel 106 et sort par l'intermédiaire du trou de relâchement de vide 34, comme on le voit à la figure 3. Ensuite, le liquide non mélangeable 102 est évacué s de façon continue dans une quantité prédéterminée, et le trou de relâchement de vide 34 est bouché avec le capuchon 36 lorsque le liquide non mélangeable 102 demeure dans le trou de gel 106 jusqu'à une hauteur de 10 mm afin d'empêcher une partie inférieure du gel 100 d'être en contact avec l'air extérieur. Comme on le voit aux figures 3 et 4, une partie supérieure du trou de gel 106 est rendue étanche avec un papier d'étanchement 104 pour empêcher un rétrécissement à l'intérieur du trou de gel 106, pour diriger uniquement le rétrécissement vers l'extérieur du trou de gel 106 et pour empêcher le gel 100 de se fissurer. De plus, le papier d'étanchement 104 est constitué de papier paraffiné, de film d'emballage ou de vinyle pour être suffisamment large pour recouvrir le trou de gel 106. Lorsque la surface du gel humide 100 est détachable du moule extérieur 18 après que le gel 100 a été séché durant un temps prédéterminé, le moule extérieur 18 est retiré du moule inférieur 26 et séché durant environ 3 à 7 jours jusqu'à ce que le gel humide 100 soit suffisamment fort pour résister à la fissure. Ensuite, le papier d'étanchement 104 est retiré de la partie supérieure du gel 100, et le liquide non mélangeable qui reste 102 est retiré du trou de gel 106 en ouvrant le trou de relâchement de vide 102. Ensuite, le moule inférieur 26 est retiré du gel 100, obtenant ainsi le gel 100 en forme de tube séché sans fissure. Ensuite, le gel séché 100 est traité thermiquement à environ 600 à 900 C pour être utilisé dans la fabrication d'une fibre optique, et fritté à environ 1 300 à 1 450 C. Ainsi, un tube de surplacage de formation de fibre optique est achevé. Comme cela a été décrit ci-dessus, le procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution dirige le gel pour que celui-ci rétrécisse de l'extérieur vers l'intérieur durant l'étape de séchage et sèche le gel de façon unidirectionnelle, réduisant par ce moyen des pressions du gel provoquées par le rétrécissement du gel, et permettant à un grand tube de verre sans fissure servant à former une fibre optique d'être fabriqué. De plus, un tube de verre de formation de fibre optique de grande pureté peut être moulé et son coût de fabrication est réduit. Ce procédé peut être appliqué à la fabrication d'un grand monolithe de grande pureté. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution qui comprend les étapes de formation de solution, de gélification et de séchage comprenant: un moule supérieur (10) comportant des parties cylindriques (12, 16) de différentes tailles et un premier trou de fixation (14) en son centre; un moule inférieur (26) comportant un second trou de fixation (30) en son centre, une première partie cylindrique inférieure (28) inclinée vers son centre pour réduire des pressions produites durant l'étape de gélification ou de séchage, et une seconde partie cylindrique inférieure (32) ayant un trou o0 de relâchement de vide (34) pour empêcher des pressions induites par le vide durant l'étape de séchage; un moule extérieur (18) disposé entre le moule supérieur et le moule inférieur, pour y réaliser les étapes de formation de solution, de gélification et de séchage; et un support central (24) en forme de tige installé le long de l'axe longitudinal central du moule extérieur pour mouler un gel dans un tube après l'étape de séchage. 2. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 1, dans lequel ladite première partie cylindrique inférieure (28) est inclinée vers son centre d'environ 5 à 45 3. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 1, dans lequel la surface supérieure (28a) de ladite première partie cylindrique inférieure (28) est conique. 4. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 3, dans lequel la forme conique est inclinée vers son centre d'environ 5 à 45 . 5. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 1, dans lequel la surface intérieure des moules respectifs en contact avec une solution est formée de façon lisse pour rendre lisse la surface d'un verre en forme de tube. 6. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 1, dans lequel le moule supérieur (10), le moule extérieur (18), le moule inférieur (26) et le support central (24) sont constitués de polystyrène. 7. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 1, dans lequel le moule supérieur (10), le moule extérieur (18), le moule inférieur (26) et le support central (24) sont constitués de polypropylène. 8. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 1, dans lequel le moule supérieur (10), le moule extérieur (18), le moule inférieur (26) et le support central (24) sont constitués de Téflon. 9. Dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 1, dans lequel le moule supérieur (10), le moule extérieur (18), le moule inférieur (26) et le support central (24) sont constitués d'acier. 10. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution dans un dispositif de fabrication de monolithe de verre en forme de tube qui a un moule supérieur (10) comprenant des parties cylindriques (12, 16) de différentes tailles, un moule inférieur (26) comprenant une première partie cylindrique inférieure (28) inclinée vers son centre d'un degré prédéterminé et une seconde partie cylindrique inférieure (32) ayant un trou de relâchement de vide (34), un moule cylindrique extérieur (18) pour former un verre en forme de tube et un support central (24) en forme de tige, comprenant les étapes consistant à: (1) assembler le moule inférieur (26), le moule extérieur (18) et le support central (24) et verser une solution dans le moule extérieur (18); (2) verser un liquide non mélangeable (102) sur la solution et assembler le moule supérieur (10) avec le moule extérieur (18); (3) gélifier la solution dans le moule extérieur (18); (4) retirer le moule supérieur (10), ouvrir un capuchon (36) pour relâcher le vide et retirer le support central (24); (5) laisser une petite quantité de liquide non mélangeable (102) dans un trou de gel (106) formé au centre du gel (100) et boucher le trou de relâchement (34) de vide avec le capuchon (36); II (6) rendre étanche une partie supérieure du trou de gel (106) avec un papier d'étanchement (104); (7) sécher le gel (100) durant un temps prédéterminé, retirer le moule extérieur (18) du gel et sécher le gel (100) jusqu'à ce qu'il rétrécisse complètement; et (8) retirer le papier d'étanchement (104) et le liquide non mélangeable (102) du gel (100), formant ainsi un gel séché (100) en forme de tube. 11. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube l0 utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 10, dans lequel ledit liquide non mélangeable (102) a un poids volumique inférieur à celui de l'eau. 12. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 11, dans is lequel ledit liquide non mélangeable (102) est du kérosène. 13. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 10, dans lequel ladite étape (3) est exécutée durant environ 24 à 72 heures. 14. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 10, dans lequel 1 % voire moins de polymère organique est ajouté à la solution pendant ladite étape (3) pour accélérer la gélification. 15. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 10, dans lequel ledit papier d'étanchement (104) est constitué de papier paraffiné dans ladite étape (6). 16. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 10, dans lequel ledit papier d'étanchement (104) est constitué de film d'emballage dans ladite étape (6). 17. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 10, dans lequel ledit papier d'étanchement (104) est constitué de vinyle dans ladite étape (6). 18. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 10, dans lequel ladite étape (7) est exécutée durant environ 3 à 7 jours. 19. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 10, dans lequel le gel séché (100) obtenu à partir de ladite étape (8) est traité thermiquement et fritté à une température prédéterminée, et devient ensuite un tube de surplacage de formation de fibre optique. 20. Procédé de fabrication de monolithe de verre en forme de tube utilisant un traitement de gel de solution selon la revendication 19, dans lequel le gel séché (100) obtenu à partir de ladite étape (8) est traité thermiquement à environ 600 à 900 C, puis est fritté à 1 300 à 1 450 C pour obtenir ainsi un tube de surplacage de formation de fibre optique.