【正文】 由于此方法生產(chǎn)的芯層玻璃衰減仍較大，工藝尙不成熟，距商用化還有一定的距離。此方法是以適當(dāng)?shù)臒o機(jī)鹽或有機(jī)鹽為原料，經(jīng)過適當(dāng)?shù)乃饣蚩s聚反應(yīng)，在基材表面膠凝成薄膜，最后經(jīng)干燥、結(jié)燒得到具有一定結(jié)構(gòu)的表面或形狀的制品。制造步驟可以分為以下幾個階段：（1）配方階段：原料、稀釋劑、摻雜劑和催化劑等根據(jù)重量百分比稱重，混合均勻，如要作成一定形狀的產(chǎn)品，可以把溶膠注入所需要的模具內(nèi)，如管狀或棒狀模具。凝膠：分為濕膠和干膠，濕膠是由溶膠轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的，當(dāng)溶膠粘度由幾個泊增加到104泊時就認(rèn)為是濕膠，又稱凍膠和軟膠，外觀透明或乳白，具有一定形狀，內(nèi)部包含大量液體但無流動性，為半液半固相體系。膠體特性：其特點很多，影響制造玻璃光纖預(yù)制棒產(chǎn)品質(zhì)量的特性有這樣2項：1）溶膠特性：溶膠的配方和溶液的PH值。催化劑在溶液形成溶膠與凝膠過程中起著決定性的作用，催化劑的使用可分為二類：酸性和堿性。在沒有酸類物質(zhì)參與反應(yīng)時，金屬醇鹽往往會由于水的存在而起加水分解，生成白色沉淀物，加入酸類物質(zhì)后，立刻可以使其再溶解。在酸類物質(zhì)催化的條件下，硅酸單體的慢縮聚反應(yīng)形成的硅氧鍵最終可以得到不甚牢固的多分支網(wǎng)絡(luò)狀凝膠，但由于在此條件下反應(yīng)進(jìn)行的較慢，因此形成的凝膠結(jié)構(gòu)往往不完善，在老化和干燥過程中可繼續(xù)使凝膠網(wǎng)絡(luò)間的OH基團(tuán)脫水形成新的硅氧鍵≡SiOSi≡，邊緣化學(xué)鍵的形成使凝膠的核心結(jié)構(gòu)進(jìn)一步牢固，同時脫水收縮開始，凝膠的體積減小，一般在老化和干燥前期比較明顯，并逐步趨于平衡。這些顆粒再相互連接形成網(wǎng)絡(luò)狀的凝膠，這種凝膠縮聚反應(yīng)進(jìn)行的比較完全，結(jié)構(gòu)比較牢固，在老化和干燥過程中體積基本保持不變。（3）水解聚合反應(yīng)階段：即膠化過程，從溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z稱膠化。膠化過程中包含著水解和聚合兩類化學(xué)反應(yīng)。③水解和聚合反應(yīng)幾乎是同時進(jìn)行的，難以把他們分開研究④當(dāng)有酸堿催化劑存在時，水解反應(yīng)一般被認(rèn)為是以下面兩種形式進(jìn)行的：親電子反應(yīng)：(RO)3Si(OR)+H3+O (RO)3Si(OH)+H++HOR （5227）H++H2O H+3O （5228）親質(zhì)子反應(yīng)：(RO)3Si(OR)+OH (RO)3Si(OH)+OR （5229）OR+H2O HOR+OH （5230）水解反應(yīng)機(jī)理尤其是硅醇乙酯水解機(jī)理為同位素H18OH所致。在酸催化條件下，主要是H3O對OR基團(tuán)的親電取代反應(yīng)，水解速度快但隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行醇鹽水解活性因為其分子上OR基團(tuán)的減少而下降，很難生成Si（OH）4。在堿的催化條件下，水解反應(yīng)主要是OH對OR基團(tuán)的親核取代反應(yīng)，水解速度較酸催化的慢，但醇鹽水解活性隨分子上OR基團(tuán)減少而增大，所以4個OR基團(tuán)很容易轉(zhuǎn)變?yōu)镺H基團(tuán)，即容易生成Si（OH）4進(jìn)一步縮聚時便生成高交聯(lián)度的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如果溶劑的烷基不同于醇鹽的烷基，則會產(chǎn)生轉(zhuǎn)移酯化反應(yīng)：R（OH）+Si（OR）4 Si（OR）3（OR）+ROH （5232）（4）干燥階段： 一般放在敞開容器內(nèi)，加熱到80~110176。此時，升溫速度，保溫溫度，保溫時間和氣氛等參數(shù)都影響最終產(chǎn)品的性能。首先他們發(fā)現(xiàn)在300~500176。C~1000176。C時氣孔開始縮小。因為He在玻璃內(nèi)有最大擴(kuò)散率，利于把玻璃內(nèi)的氣泡帶走。在這種情況下,得不到低損耗的玻璃預(yù)制棒。C下，通入氯氣30分鐘，玻璃內(nèi)的OH含量可降低到ppm量極。C時，氯氣氣氛保溫兩小時，OH含量為200~300ppm，保溫時間延長至7小時，OH含量則小于1ppm?？上@種影響。在此過程中，玻璃棒的氣孔率逐漸減小，比重逐漸增大到該物質(zhì)的理論密度，一般在高于1100176。溶膠經(jīng)過以上幾個階段轉(zhuǎn)變成制造光纖的玻璃棒，物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生了明顯變化。由于預(yù)制棒表面存在的裂紋和雜質(zhì)粒子，在高于2000176。因此，為克服這一問題，以制備連續(xù)長度長且高強(qiáng)度光纖，必須在拉制工序之前，愈合和消除這些表面缺陷。采用一種有機(jī)溶劑清洗方法處理時，光纖強(qiáng)度改善并不是很明顯，它的強(qiáng)度分布從弱區(qū)到強(qiáng)區(qū)分布較寬。從對光纖斷裂機(jī)理分析可以推斷出，氣相沉積技術(shù)制得光纖預(yù)制棒表面上的雜質(zhì)粒子主要來自兩個方面：一是在1600176。C的高沉積溫度和高收縮溫度下，使稀少的金屬粒子自火焰中飛濺出來，熔融到棒的熱表面上，并在拉絲工藝之后，遺留于光纖表面上，這對微裂紋的形成起著主要作用。該塵粒是在持續(xù)大約6小時的沉積和收縮階段，被熔融到管棒表面上的。采用酸蝕可有效地除去這些表面雜質(zhì)粒子。采用49%濃度的HF酸溶液浸蝕二氧化硅時，其溶解速率約為2601010m/s，浸蝕時間為15分鐘，可除去厚度為2~3umm的表面層。表524光纖預(yù)制棒酸蝕最佳參數(shù)表HF酸濃度溶解速率浸蝕時間492601010m/s15（min）5－30~5(h )4930（min）為使表面酸蝕均勻，酸蝕之前最好用有機(jī)溶劑清洗預(yù)制棒表面，因為粘附在預(yù)制棒表面的有機(jī)物妨礙氫氟酸溶劑對預(yù)制棒表面的浸蝕作用。預(yù)制棒表面酸蝕處理不當(dāng)，也會起到負(fù)面作用：（1）氫氟酸酸蝕雖然能除去表面異物和較大的表面?zhèn)郏坏瑫r會導(dǎo)致新的小腐蝕坑的形成；（2）過量的腐蝕會引起局部折射率變化，造成“微型粗糙”；（3）在不會引起斷裂部分，含有Vikers凹痕的SiO2預(yù)制棒，即使短時浸蝕，也可使其強(qiáng)度明顯降低。火焰拋光法也是一種常規(guī)的強(qiáng)化玻璃表面的方法。其基本原理是：利用氫氧火焰（或電阻加熱爐、或等離子火焰、或激光）拋光預(yù)制棒表面，使表面軟化，促使預(yù)制棒表面平滑化，從而愈合或“填平”微裂紋。C ~2300176。表525給出一種我國某光纖預(yù)制棒生產(chǎn)公司實際利用氫氧火焰進(jìn)行火焰拋光法的預(yù)制棒研磨工藝參數(shù)。C時，開始研磨母棒，以40rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動玻璃車床，并以30 mm/min的速度移動噴燈，研磨2次可達(dá)到最低強(qiáng)度要求，若增加研磨次數(shù)，會使強(qiáng)度增加；尾軸臺向右移動，拉細(xì)連接部位，至到直徑小于5mm時，用火焰燒斷即完成輔助接尾棒的分離，之后，將噴燈臺勻速向母棒側(cè)移動約為150mm~200mm，以消除母棒上產(chǎn)生的白霧；在接縫面?zhèn)?65mm處找出拉絲安裝線，并標(biāo)刻“0”標(biāo)志。也可以在預(yù)制棒生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行。若不能立即拉絲，則應(yīng)將處理好的預(yù)制棒懸掛在空氣過濾器的正前面或?qū)⑵浯娣庞谔貏e的無塵密封容器中，以便在暫時存放期間和在運往拉制場所時，表面不致被損傷、污染。光纖預(yù)制棒質(zhì)量的好壞對光纖光纜的質(zhì)量起著決定性的作用，對預(yù)制棒質(zhì)量的檢測主要有三個方面：（1）預(yù)制棒內(nèi)存的各種缺陷檢驗；（2）預(yù)制棒幾何參數(shù)的檢測；（3）折射率分布測試?？衫肏e—Ne激光掃描裝置進(jìn)行檢驗。在拉絲操作過程中，最重要的技術(shù)是如何保證不使光纖表面受到損傷并正確控制芯/包層外徑尺寸及折射率分布形式。一次涂覆工藝是將拉制成的裸光纖表面涂覆上一層彈性模量比較高的涂覆材料，其作用是保護(hù)拉制出的光纖表面不受損傷，并提高其機(jī)械強(qiáng)度，降低衰減。1976年，Kapang把一根拋光的芯層玻璃棒插入到一根拋光的包層玻璃管中，一起送入拉絲爐中拉制出了光纖，從而發(fā)明了管棒法工藝。這種方法最大優(yōu)點是簡單易操作，而且芯/包直徑比和折射率分布型式可以保持不變，尺寸精確度良好。這將使光纖連續(xù)拉制長度受限于預(yù)制棒的尺寸，且不可避免地產(chǎn)生材料浪費，使成本增加。管棒法拉制光纖工藝有兩種：一是將熔煉成一體的芯/包預(yù)制棒直接在高溫爐中加溫軟化拉制成光纖，如利用MCVD法制取的光纖預(yù)制棒；二是在芯層玻璃棒體上套上外包層玻璃管送入加熱爐中熔煉成一體，再送入高溫爐中加溫軟化拉制成光纖，如二步法生產(chǎn)的光纖芯層棒和包層管制成的預(yù)制棒。但是，這種方法由于它的芯層棒與包層管是分開在不同的設(shè)備上同時加工，所以它可以提高單班生產(chǎn)效率，一旦它的技術(shù)難點被攻克，將是最具發(fā)展前途的拉絲工藝。光纖預(yù)制棒的拉絲機(jī)由五個基本部分構(gòu)成：（1）光纖預(yù)制棒饋送系統(tǒng)；（2）加熱系統(tǒng)；（3）拉絲機(jī)構(gòu)；（4）各參數(shù)控制系統(tǒng)；（5）水冷卻和氣氛保護(hù)及控制系統(tǒng)。具體的機(jī)械和電氣設(shè)備與系統(tǒng)包括：機(jī)械系統(tǒng)拉絲塔架、送棒及調(diào)心系統(tǒng)、加熱爐、激光測徑儀、牽引裝置、水氣管路系統(tǒng)，電氣部分送棒控制及調(diào)心控制系統(tǒng)、加熱爐控制系統(tǒng)、外徑測控系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)、冷卻水及保護(hù)氣氛控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、PLC信號處理系統(tǒng)等。饋送機(jī)構(gòu)緩慢地將預(yù)制棒送入高溫加熱爐內(nèi)。C，在此溫度下，足以使玻璃預(yù)制棒軟化，軟化的熔融態(tài)玻璃從高溫加熱爐底部的噴嘴處滴落出來并凝聚形成一帶小球細(xì)絲，靠自身重量下垂變細(xì)而成纖維，即我們所說的裸光纖。然后再啟動自動收線裝置收線。在拉絲工藝中不需要模具控制光纖的外徑，因為模具會在光纖表面留下?lián)p傷的痕跡，降低光纖的強(qiáng)度。在正常狀態(tài)，若預(yù)制棒的饋送速度為V，光纖的拉絲速度為Vf，預(yù)制棒的外徑為D，裸光纖的外徑為df，df=2b。卡盤的作用是固定光纖預(yù)制棒，饋送及控制系統(tǒng)主要是步進(jìn)電動機(jī)，它的用途是為預(yù)制棒進(jìn)入加熱爐提供一個緩慢的速度，調(diào)心及控制系統(tǒng)作用是光纖預(yù)制棒在卡盤上夾好后，首先要進(jìn)行預(yù)調(diào)心，使棒的中心與預(yù)定的檢測中心重合，并當(dāng)出現(xiàn)偏心時，為PLC提供變化參數(shù)，及時自動調(diào)節(jié)修正。熱源不僅要提供足以熔融石英玻璃的2000186。熔融SiO2的粘度與加熱溫度間的變化曲線如圖532所示。C的高溫已超過一般材料的熔點，因而加熱爐的設(shè)計是拉絲技術(shù)的又一關(guān)鍵技術(shù)。氣體噴燈：歷史上應(yīng)用火焰燃燒器把高溫玻璃拉制成纖維的例子甚多，一般都采用氫氧或氧—煤氣噴燈，這種加熱設(shè)備本身存在火焰騷動問題，因而拉制的光纖外徑尺寸控制精度一直不高。它的結(jié)構(gòu)以Pearson（皮爾遜） 和Tynes(泰納)1975年設(shè)計的16氧噴嘴、氫四個噴嘴的燃燒器為典型代表。對加熱爐的要求：爐溫易控制；爐內(nèi)壁材料不易產(chǎn)生塵埃、顆粒及其它污染的雜質(zhì)；可耐2200186。石墨加熱爐采用直流或SOHZ型工頻交流電源為石墨爐加熱，如圖534。同時，因為高溫下石墨爐W絲的通電連接也較困難，因而也可采用石墨感應(yīng)電阻爐來解決，采用水冷線圈進(jìn)行冷卻。因此必須對保護(hù)氣體Ar的流量進(jìn)行控制，以保持爐溫的穩(wěn)定。另一個控制方法是通過使用特殊的進(jìn)氣支管在灼熱區(qū)提供高純度的層狀氣流。ZrO2氧化鋯加熱爐是利用氧化鋯材料在常溫下為絕緣體，接近1500186。其本身既可作爐管又是加熱體，在高頻感應(yīng)場中加熱。C。ZrO2爐管的外徑為45mm，管的壁厚為3mm，水冷線圈RF繞在爐管的中部，并將密封在石英管中的石墨火花塞插入爐中。當(dāng) ZrO2管溫度高于1500186。C或更高溫度下成為導(dǎo)體，當(dāng)RF線圈將ZrO2管溫度加熱至2000～2200186。ZrO2氧化鋯加熱爐的結(jié)構(gòu)如圖535。與氣體氫氧噴燈燃燒器和高功率激光器相比，ZrO2氧化鋯感應(yīng)加熱爐具有較大的熱學(xué)質(zhì)量，會產(chǎn)生較長的頸縮區(qū)，是預(yù)制棒的數(shù)倍，對預(yù)制棒的加熱拉絲有一定的影響。用激光拉制光纖的清凈度是各種方法無法比擬的，因為在拉絲過程中，激光器自身不會帶來任何污染；而在光纖直徑的控制上，在不需控制環(huán)的幫助下，大長度光纖直徑的偏差小于標(biāo)準(zhǔn)值的1%，且加熱溫度穩(wěn)定不變。激勵方式多采用放電激勵的形式，可以是連續(xù)信號或脈沖信號激勵。CO2分子是由三個原子組成，不同的激發(fā)態(tài)取決于結(jié)合原子的振動形式。振動方式有三種：對稱伸縮振動、彎曲振動、非對稱伸縮振動。激發(fā)能級是離散性、量子化的。CO2分子的振動激發(fā)是由于電子碰撞激發(fā)N2分子的能量轉(zhuǎn)移實現(xiàn)的。這樣，如使用CO2激光器加熱，拉制光纖尺寸會受到影響，所以溫度的控制就顯得非常重要。光纖拉絲工藝中的直徑控制是第三個技術(shù)關(guān)鍵。為保證光纖直徑的精度要求，下列措施是必須的：首先，要求拉絲塔的底座應(yīng)與周圍建筑物的地基隔離，單獨設(shè)置地基，以防止廠房周圍車輛、機(jī)械振動產(chǎn)生影響，引起拉制的光纖直徑波動；第二要求預(yù)制棒的拉絲牽引輪的速度要非常均勻平穩(wěn)；牽引輪，收線盤，電機(jī)的傳動部分不能出現(xiàn)任何的偏心，否則都會導(dǎo)致光纖直徑的變化；第三光纖直徑要有一個十分精密的測量與反饋控制系統(tǒng)。基本測量方法有二種：（1）通過光纖的干涉圖形來測定直徑；（2）采用掃描激光束產(chǎn)生的光纖的影象來確定直徑。1um等。一般采用涂有橡膠的牽引輪和牽引裝置、張力控制輪、收排線盤等設(shè)備完成。牽引輪和牽引裝置及收排線機(jī)構(gòu)如圖538所示，牽引裝置一般采用輪式牽引機(jī)，牽引光纖在牽引輪上移動，牽引速度即為拉絲生產(chǎn)線的拉絲速度。基本的功能是對已涂覆光纖在沒有外部張力作用下收卷成盤，為下一道工序做準(zhǔn)備。排線質(zhì)量直接影響光纖的衰減，要求排線平整、無壓線、夾線現(xiàn)象。排線方式有三種：矩形排線、梯形排線和倒梯形排線，如圖539所示。當(dāng)拉制光纖的直徑、溫度、氣氛等參數(shù)發(fā)生微小變化時，控制系統(tǒng)自動反饋一個信息，并使變化自動得到補(bǔ)償，這一作用系統(tǒng)稱為控制系統(tǒng)。若實現(xiàn)一個實用的控制系統(tǒng)，必須考慮影響系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的許多因素，特別是拉絲機(jī)的動態(tài)響應(yīng)。任何微小的變化，甚至是隨機(jī)振動或預(yù)制棒的頸縮區(qū)內(nèi)的氣流與溫度變化所產(chǎn)生的細(xì)微的變化，都會影響拉絲直徑的大小，必須細(xì)致地設(shè)計拉絲機(jī)及其環(huán)境才能減少這種影響。該光纖拉絲機(jī)的整個控制系統(tǒng)以PLC為核心，通過PROFIBUSDP過程控制總線及MPI多點接口在PLC之間、PLC與計算機(jī)之間交換信息，指令系統(tǒng)正常運行。運行信號的發(fā)出以及系統(tǒng)需要的各種信號的采集，全部依賴計算機(jī)與PLC的相互協(xié)作來完成。SIEMENS S7300 PLC同S7200和測徑儀通過PROFIBUS總線構(gòu)成DP網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行高速運算和信息交換，對線徑和中心偏差進(jìn)行實時運算和調(diào)節(jié)，保證中心點恒定和線徑偏差在允許范圍內(nèi)。計算機(jī)通過S7300主站同DP網(wǎng)絡(luò)交換必要的信息，在系統(tǒng)中計算機(jī)的作用是實現(xiàn)人機(jī)對話、生產(chǎn)管理、機(jī)器運行狀態(tài)和