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光纤预制棒芯棒制造工艺共四种,PVCD技术符合市场发展趋势

发布时间:2020-07-27  来源:立鼎产业研究网  点击量: 111 

光纤预制棒在产业链中附加值高,得技术者得市场。光纤预制棒是光纤光缆产业链上游产品,实为具有特定折射率剖面,用于制造光纤的石英玻璃棒,一般直径为几毫米至几十毫米,是光纤工艺中最重要的部分,占产业链利润约70%,且技术门槛高、需要较大资本投入。

光纤预制棒生产工艺分两步,棒芯生产为关键步骤。当前商业生产光纤预制棒已经发展成为“两步法”,第一步为生产芯棒,第二部为在芯棒上附加外包层,制成预制棒。芯棒制造为关键步骤,共分为改进的化学汽相沉积法(MCVDModified ChemicalVapour Deposition)、棒外化学汽相沉积法(OVDOutside Chemical Vapour Deposition)、轴向汽相沉积法(VADVapour phase AxialDeposition)、等离子体激活化学汽相沉积法(PCVDPlasma activated Chemical Vapour Deposition)

MCVD技术折射率控制较好,便于操作。MCVD工艺为朗讯等公司所采用的方法。MCVD工艺是一种以氢氧焰为热源,发生在高纯度石英玻璃管内进行的气相沉积。MCVD工艺的化学反应机理为高温氧化。MCVD工艺是由沉积和成棒两个工艺步骤组成。沉积是获得设计要求的光纤芯折射率分布,成棒是将已沉积好的空心高纯石英玻璃管熔缩成一根实心的光纤预制棒芯棒。现MCVD工艺采用大直径合成石英玻璃管和外包技术,例如用火焰水解外包和等离子外包技术来制作大预制棒。这些外包技术弥补了传统的MCVD工艺沉积速率低、几何尺寸精度差的缺点,提高了质量、降低了成本,增强了MCVD工艺的竞争力。

OVD沉积速度快,生产率高,对原料纯度要求低。OVD1970年美国康宁公司的Kapron研发的简捷工艺。OVD工艺的化学反应机理为火焰水解,即所需的芯玻璃组成是通过氢氧焰或甲烷焰中携带的气态卤化物产生"粉末"逐渐地一层一层沉积而获得的。OVD工艺有沉积和烧结两个具体工艺步骤:先按所设计的光纤折射分布要求进行多孔玻璃预制棒芯棒的沉积(预制棒生长方向是径向由里向外),再将沉积好的预制棒芯棒进行烧结处理,除去残留水份,以求制得一根透明无水份的光纤预制棒芯棒,OVD工艺最新的发展经历从单喷灯沉积到多喷灯同时沉积,由一台设备一次沉积一根棒到一台设备一次沉积多根棒,从而大大提高了生产率,降低了成本。

VAD技术集成OVD优势,生长方向由径向改变为垂直向。VAD技术是1977年由日本电报电话公司的伊泽立男等人,为避免与康宁公司的OVD专利的纠纷所发明的连续工艺。VAD工艺的化学反应机理与OVD工艺相同,也是火焰水解。与OVD工艺不同的是,VAD工艺沉积获得的预制棒的生长方向是由下向上垂直轴向生长的。烧结和沉积是在同一台设备中不同空间同时完成的,即预制棒连续制造。VAD工艺的最新发展由上世纪70年代的芯、包同时沉积烧结,到上世纪80年代先沉积芯棒再套管的两步法,再到上世纪90年代的粉尘外包层代替套管制成光纤预制棒。

VAD 工艺示意图


资料来源:公开资料

PCVD折射率控制良好,原料利用率高。是1975年由荷兰飞利浦公司的Koenings提出的微波工艺。PCVDMCVD的工艺相似之处是,它们都是在高纯石英玻璃管内进行气相沉积和高温氧化反应。所不同之处是热源和反应机理,PCVD工艺用的热源是微波,其反应机理为微波激活气体产生等离子使反应气体电离,电离的反应气体呈带电离子。带电离子重新结合时释放出的热能熔化气态反应物形成透明的石英玻璃沉积薄层。PCVD工艺制备芯棒的工艺有两个具体步骤,即沉积和成棒。沉积是借助低压等离子使流进高纯石英玻璃沉积管内气态卤化物和氧气在大约1000℃的高温下直接沉积成设计要求的光纤芯玻璃组成。成棒则是将沉积好的石英玻璃管移至成棒用的玻璃车床上,利用氢氧焰高温作用将该管熔缩成实心的光纤预制棒芯棒。PCVD工艺的最新发展是采用大直径合成石英玻璃管为沉积衬底管,沉积速率提高到了23g/min,沉积长度达到1.21.5m

PCVD工艺示意图


资料来源:公开资料

VAD/OVD 技术有助于成本控制,但5G 周期或青睐PCVD 技术。光纤预制棒是光纤光缆产业链中技术门槛最高,也是潜在利润最大的部分,由于从2018年下半年产业开始遇冷,光纤光缆价格走低,控制预制棒成本是行业中各公司实现利润的关键环节。VAD/OVD可提高光纤预制棒制造效率、对原材料纯度要求低的特点,可有效降低生产成本,并有助于生产厂商实现成本优势。而随着5G的推进,光纤光缆需求将放量增加,PCVD因其具备折射率分布控制更精确以及加工灵活性更大的优势,更符合市场发展需要,可抓住更多市场机遇,或成为5G周期主流光棒制造技术。


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