Печь для формования оптических волокон

ПЕЧЬ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОП
Полезная модель относится к печи для формования оптических волокон.
Известна печь для формования оптических волокон, имеющая входное и выходное отверстие, содержащая нагреватель заготовки оптических волокон, подаваемой через входное отверстие, средство для подачи инертного газа, зажимной патрон заготовки оптических волокон (патент DE, N 4228955, кл. С 03 В 37/02,1994).
Недостатком технического решения является низкая механическая прочность получаемого оптического волокна, обусловленная зарождением и развитием микротрещин в печи в процессе вытяжки световодов.
Известна также печь для формования оптических волокон, имеющая входное и выходное отверстие, выходное отверстие ограничено регулируемой диафрагмой, выполненной в выступающем блоке, содержащая нагреватель заготовки оптических волокон, подаваемой через входное отверстие, тешюизолятор, окружающий нагревательный элемент, средство для подачи инертного газа, зажимной патрон заготовки оптических волокон, входную втулку с отверстием, нижнюю втулку, окруженную нагревательным элементом и расположенную у его нижнего торца (патент России №2116269 кл. С 03 В 37/025). Это устройство является наиболее близким к заявляемому.
Недостатком печи по патенту России является низкая механическая прочность получаемого оптического волокна, обусловленная зарождением на его поверхности микротрещин в процессе вытяжки. Разрушение оптических волокон при воздействии растягивающих нагрузок происходит в основном на поверхностных микротрещинах, распределенных по длине световода случайным образом. Зарождение микротрещин связано как с флуктуациями температуры стекла, так и с бомбардировкой поверхности вязко-упругого стекла в зоне перехода от заготовки к оптическому волокну микрочастицами или мо2003118263
lilllllllinillllllllllllllllllllllllllll
2005118263
МКИ С 03 В 37/025
лекулами газа с кинетической энергией, равной или большей энергии свзи SiО. В результате этих воздействий с поверхности стекла при температуре порядка 2100 JR могут удаляться крупные фрагменты сетки стекла, например, один атом кремния и два атома кислорода. Образовавшиеся субмикротрещины могут развиваться вглубь под воздействием растягивающих напряжений и высоких температур и превращаться в глубокие микротрещины. При температурах, превышающих 2100 К, силы поверхностного натяжения «залечивают субмикротрещины благодаря малой вязкости стекла. При температурах ниже 1900 К скорость развития субмикротрещин незначительна из-за сравнительно низкой температуры.
Задачей полезной модели является повышение механической прочности формуемого оптического волокна.
Задача решается тем, что печь для формования оптических волокон, имеющая входное и выходное отверстие, выходное отверстие ограничено регулируемой диафрагмой, прикрепленной к выступающему блоку, содержащая нагреватель заготовки оптических волокон, подаваемой через входное отверстие, теплоизолятор, окружающий нагревательный элемент, средство для подачи инертного газа, входную втулку с отверстием, среднюю втулку, окруженную нагревательным элементом и расположенную у его нижнего торца, дополнительно содержит нижнюю втулку, расположенную внутри средней втулки и закрепленнзшэ своей нижней частью в выступающем блоке, в верхней части нижней втулки расположены одна или несколько диафрагм, в средней втулке содержится приспособление для подачи инертного газа в полость нижней втулки и в пространство между средней и нижней втулкой.
Па фиг. 1 приведен разрез печи для формования оптических волокон. Па фиг. 2 приведен разрез нижней втулки.
Па фиг. 1 изображено: 1 - печь, 2 - нагревательный элемент, установленный в печи 1,3- заготовка оптического волокна, 4 - вытягиваемое оптическое волокно, 5 - теплоизолятор, расположенный вокруг нагревательного элемента, 6 - средняя втулка, окруженная нагревательным элементом, 7 отверстия для подачи инертного газа, 8 - входная втулка, установленная в верхней части печи, 9 - выступающий блок, расположенный в нижней части печи, 10 - диафрагма, установленная в нижней части выступающего блока 9, 11 - нижняя втулка, закрепленная основанием за выступаюпщй блок 9, 12 диафрагмы, расположенные в нижней втулке, 13 - шайбы, расположенные между диафрагмами 12.
Устройство работает следуюпщм образом. Заготовку 3 в процессе вытяжки оптического волокна вдвигают в печь через входную втулку 8. Под воздействием высокой температуры, создаваемой нагревательным элементом 2, материал заготовки размягчается и начинается вытяжка оптического волокна. Участок волокна перемещается по градиентному тепловому полю, создаваемому нагревательным элементом и средней втулкой 6, и размягченное стекло за счет охлаждения переходит в вязко-) состояние. В процессе дальнейщего перемещения участок оптического волокна попадает в область высокого градиента температур, создаваемого нижней втулкой 11 и за счет охлаждения переходит в упругое состояние, после чего выходит из печи через диафрагму 10. Через отверстия 7 в печь подается инертный газ. Тешюизолятор 5 препятствует рассеянию энергии печи в окружающее пространство.
Диафрагмы нижней втулки уменьшают температуру в нижней части печи за счет экранирования из.г1учения нагревательного элемента. В области средней втулки температура превышает 2100 К и дефекты на поверхности стекла не приводят к развитию микротрещин. В области нижней втулки происходит интенсивное охлаждение заполняющего печь инертного газа и волокна. В итоге количество атомов газа с высокими кинетичес1сими энергиями резко сокращается, стекло, находящееся в вязко-упругом состоянии, не подвергается интенсивной бомбардировке атомами инертного газа и вследствие этого на поверхности стекла образуется меньще субмикротрещин. Охлаждение от 2100 Г до 1900 К осуществляется значительно быстрее, чем в прототипе и количество микротрещин уменьщается. Под нижней втулкой, где температура волокна опускается ниже 1900 К охлаждение волокна
пература волокна опускается ниже 9QOK, охлаждение волокна происходит так же, как и в прототипе. Прочность оптического волокна возрастает.
Нижняя диафрагма может быть выполнена в форме усеченного конуса с вершиной, ориентированной вверх. Такая форма обеспечивает наиболее низкую температуру диафрагмы и эффективное охлаждение оптического волокна за счет уменьшения поглощения излучения нагревательного элемента. Нижняя диафрагма препятствует тепловому потоку от верхних диафрагм.
Шайбы 13 препятствуют завихрениям потока инертного газа, переносу твердых частиц на поверхность оптического волокна и зарождению в оптическом волокне зародышевых субмикротрепщн.
Оптическое волокно может вытягиваться с различными скоростями, что изменяет распределение температуры формируемого оптического волокна. Поэтому положение нижней втулки относительно нагревательного элемента регулируется, например, за счет винтовой резьбы в области крепления нижней втулки к выступающему блоку. Вращая нижнюю втулку, поднимают ее выше или опускают ниже первоначального положения.
Печь для формования оптического волокна обеспечивает повышение прочности оптического волокна за счет устранения условий для формирования микротрещин. Кроме того, экранирование излучения нагревателя печи позволяет снизить потери тепловой энергии и повысить ее к.п.д.