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Letzte Aktualisierung: März 15, 2022

Larry Donalds Wenn Ihr Unternehmen optische Vorformlinge herstellt oder dies in Erwägung zieht, wissen Sie, dass das Gasversorgungssystem von entscheidender Bedeutung ist, da es die genaue Abgabe von hochreinen Gasen und chemischen Dämpfen steuert. Bevor ich zu Fiber Optic Center kam, konzentrierte sich ein Großteil meiner Karriere bei 3M auf den Betrieb von MCVD-Systemen. Wie Sie wissen, sind MCVD-Systeme äußerst kompliziert und jeder Aspekt muss streng kontrolliert werden. Ich habe 24 Jahre damit verbracht, diese Systeme zu warten, daher verstehe ich die vielen Probleme, die auftreten können, und wie man sie behebt.

Eine Möglichkeit, hohe Erträge und Reproduzierbarkeit sicherzustellen, besteht darin, zunächst das Gasversorgungssystem auszuwählen, das Ihren Anforderungen am besten entspricht. Wenn Sie derzeit über ein MCVD-System verfügen, gibt es Möglichkeiten, Ihr Gasversorgungssystem zu verbessern oder Änderungen vorzunehmen, um Ihre hohen Erträge und Ihre Reproduzierbarkeit zu verbessern.

Vergleich der beiden Arten von Gasversorgungssystemen: Edelstahl und Teflon / Glas

Wie bei jeder Technologie gibt es Vor- und Nachteile beim Vergleich verschiedener Systemtypen. Wenn es um Gasversorgungssysteme geht, können sich die Vor- (oder Nachteile) wirklich summieren, da Sie nicht riskieren können, dass die Preforms variabel sind. Die Variabilität stellt eine unbrauchbare Faser mit einem signifikanten Verlust dar. In den folgenden Abschnitten werde ich bestimmte Punkte im Gasversorgungsprozess beschreiben und wie sich jedes System - Edelstahl und Teflon / Glas - positiv oder negativ auf diesen Punkt im Prozess auswirkt.

Der erste Teil des Gaszufuhrsystems (im Wesentlichen die Rückseite des Systems) ist der Ort, an dem die Trägergase (wie Sauerstoff) und andere reaktive Gase eintreten. Bei beiden Systemtypen sind alle Ventile und Schläuche aus Edelstahl, um Undichtigkeiten zu vermeiden und die OH-Kontamination zu minimieren. In der Regel treten in diesem Bereich für beide Systeme keine Korrosionsprobleme auf, da den reaktiven Chemikalien noch kein potenziell feuchtes Trägergas zugeführt wird.

Beim nächsten Teil des Systems gibt es einen weiteren Satz Ventile, bei denen es sich um Edelstahl- oder Teflonblockventile handeln kann. Hier führen Sie die Trägergase in reaktive Chemikalien ein. Edelstahlventile verhindern Leckagen sehr gut und können leicht mit Helium auf Lecks getestet werden. Es können jedoch erhebliche Probleme auftreten, wenn die eintretenden Gase Probleme haben. Wenn Ihr gekauftes Gas beispielsweise einen hohen Wassergehalt hat oder ein Gastrockner ausfällt, bilden das H2O und die Chemikalien reaktives HCl, das den Edelstahl korrodiert. In vielen Fällen entdecken Sie die Korrosion möglicherweise erst, wenn die endgültige Faser gezogen und mit hohen Verlusten gemessen wird. Es ist sehr zeitaufwändig, Korrosion im System aufzuspüren. Möglicherweise müssen Sie mehrere Abschnitte der Edelstahlrohre im Reaktionsbereich sowie Edelstahlsprudler und Chemikalien ersetzen. Ihr Reparaturprojekt kann sehr umfangreich werden. Edelstahl an dieser Stelle im Liefersystem zu haben, erfordert eine höhere Disziplin. Der Einkauf von Trockengasen und Rohstoffen ist von entscheidender Bedeutung. Betreiber müssen bei der Installation von Reaktivgasflaschen vorsichtig sein. Eine ordnungsgemäße Querspülung von Reglern und Ventilen, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, ist von entscheidender Bedeutung. Ein Fehler in diesem Bereich kann zu zusätzlicher Korrosion der Edelstahlrohre führen. Es erfordert zusätzliche Disziplin, um sicherzustellen, dass das Edelstahlsystem hochreine Dämpfe an Ihr Abscheiderohr liefert.

Bei einem Teflon / Glas-Gasabgabesystem führt ein feuchter Gasstrom auch OH in das Abscheidungsrohr ein, was zu hohen Wasserspitzen in der fertigen Faser führt. Das Teflon / Glas wird nicht kontaminiert und benötigt nur eine Trockenzeit zur Wiederherstellung. In der Regel können Sie das Problem beheben, indem Sie einen Gastrockner reparieren oder eine problematische Chemikalie ersetzen.

Der Sprudelprozess: Vor- und Nachteile der beiden Gasversorgungssysteme

Folgen wir weiter dem Weg der Gase. Sie können ein reaktives Gas wie Chlor oder Bortrichlorid direkt verwenden oder einen trockenen Sauerstoffstrom durch chemische Reagenzien wie SiCl4, GeCl4 oder POCl3 (häufig verwendete Chemikalien) sprudeln lassen.

Der Blasenbildungsprozess ist kritisch und es ist wichtig, dass der Gasfluss und die Temperatur des flüssigen Reagens konstant bleiben. In den meisten Systemen ändert sich der chemische Gehalt im Bubbler im Laufe der Zeit, was den Kühleffekt verstärkt und die Blasenweglänge verringert. Dies ändert den Dampfdruck und verringert die dem Abscheidungsrohr zugeführte Dampfkonzentration. Es ist sehr hilfreich, die Bubbler-Chemikalien beobachten zu können. In einem Gaszufuhrsystem aus rostfreiem Stahl können Sie die chemische Farbe oder den Füllstand des Bubblers nicht beobachten. Eine Farbänderung kann auf Korrosion des Abgabesystems hinweisen. Wenn die automatische Niveauregulierung nicht funktioniert, wird möglicherweise kein falscher Flüssigkeitsstand erkannt. Auf der anderen Seite können Sie in einem Glas-Bubbler Chemikalien anzeigen, den richtigen Füllstand bestätigen und einen gleichmäßigen Blasenstrom bestätigen. Im Laufe der Jahre habe ich festgestellt, dass die chemische Sichtbarkeit ein echter Vorteil ist.

Glasblasen bieten diese zusätzlichen Vorteile:

  • Der Blasenstrom kann beobachtet werden und das Verstopfen der Fritten kann erkannt werden, anstatt davon auszugehen, dass alles in Ordnung ist.
  • POCl3 ist für lange Zeit nicht mit Edelstahl kompatibel. Wenn Sie diese Flüssigkeit verwenden und über ein Gaszufuhrsystem aus Edelstahl verfügen, möchten Sie möglicherweise einen Glas-Bubbler installieren, um ein Hybridsystem zu erstellen.
  • In seltenen Fällen möchten Sie möglicherweise die chemische Temperatur in den Sprudlern über 40 ° C erhöhen. Diese Vorgehensweise kann Metallionen aus Edelstahl in Ihren Blasenstrom ziehen. Dies kann natürlich die optischen Eigenschaften der Faser beeinträchtigen und sollte bei der Auswahl eines MCVD-Systems berücksichtigt werden.

In einem ähnlichen Zusammenhang wird, wenn sich der chemische Gehalt ändert, die Blasenweglänge verringert und eine erhöhte Reagenzienkühlung beobachtet. Beide Mechanismen führen zu einer verringerten Dampfaufnahme. Unternehmen wie SG Controls Ltd. haben eine isotherme Heizung in ein Bubbler-Tauchrohr eingebaut. Wenn die Trägerströmungsrate schnell erhöht wird (zum Beispiel 100 CC auf 2,000 CC), ist ein Temperaturabfall der Bubbler-Chemikalie zu sehen. Der Tauchsieder stabilisiert die Temperatur schnell in weniger als 4 Minuten (normalerweise ein Reinigungsdurchgang), um Schwankungen der Dampfkonzentration zu vermeiden. Dieses kleine Gerät kann erhebliche und positive Auswirkungen auf Ihre endgültige Faser haben. Abhängig davon, dass nur das umlaufende Bubblerölbad lange Restabilisierungszeiten erfordert und höchstwahrscheinlich zu einer Variabilität der Abscheidungsrate führt.

Wie Sie wissen, müssen Bubbler nachgefüllt werden, um die gleiche Verdampfungsrate aufrechtzuerhalten. Dies ist ein weiteres Beispiel für die Vor- und Nachteile der beiden Arten von Gasversorgungssystemen. Wie füllt man den Bubbler nach, ohne Feuchtigkeit einzubringen? Wenn Sie über ein Gasversorgungssystem verfügen, wissen Sie, dass das Nachfüllsystem ein separater Schrank ist - eine entfernte Trockenbox (mit dem Teflon / Glas-System) -, in der große Behälter mit flüssigen Chemikalien aufbewahrt werden. Um den Bubbler wieder aufzufüllen, spülen Sie zunächst die Edelstahl- oder Teflon-Zuleitung mit trockenem N2, um die Trockenheit zu gewährleisten. Wenn ein Stickstoffgastrockner ausfällt, können Sie versehentlich Feuchtigkeit in das Nachfüllsystem einbringen. Wie bereits erwähnt, können Edelstahl-Zuleitungen und der Bubbler aufgrund von Korrosion verunreinigt sein. In diesem Szenario wäre das Teflon / Glas-System wiederum Edelstahl vorzuziehen.

Zusätzliche Vor-, Nachteile und Überlegungen…

  • Kreuzmischgase - Da Gaszufuhrventile innerhalb von Mischblöcken geöffnet und geschlossen werden, ist ein Quermischen von Dämpfen möglich, wenn die Ventile nicht ordnungsgemäß gewartet werden. Diese Situation ist zwar ungewöhnlich, tritt jedoch auf. Dies ist beim Teflon / Glas-System möglich und beim Edelstahlsystem weniger wahrscheinlich.
  • Helium-Dichtheitsprüfung - Wenn Sie optische Vorformlinge herstellen, sind Sie wahrscheinlich mit Helium-Dichtheitsprüfsystemen aus rostfreiem Stahl vertraut. Es ist auch möglich, Teflonsysteme auf Heliumlecks zu testen. Die allgemeine Annahme ist, dass Sie bei poröserem Teflon möglicherweise etwas Helium nachweisen, ohne dass ein Leck vorhanden ist. In Wirklichkeit dauert es einige Zeit, bis Heliummoleküle durch Teflon diffundieren. Bei Teflon / Glas-Systemen ist eine regelmäßige Dichtheitsprüfung erforderlich. Obwohl dies ungewöhnlich ist, besteht eine etwas höhere Wahrscheinlichkeit für ein Leck. Hersteller von Teflon / Glas-Systemen wie SG Controls legen ihre Teflon-Rohrleitungen und -Ventile in eine Trockenbox. Ein Gastrockner liefert sehr trockenen Stickstoff in die Trockenbox, um eine sehr trockene Überdruckatmosphäre aufrechtzuerhalten. Dies verhindert, dass im Laufe der Zeit Feuchtigkeit durch das Teflon in die Dampfzuleitungen diffundiert. Wenn Sie ein Teflon / Glas-Gasversorgungssystem haben (oder eines kaufen möchten), sollten Sie eine Trockenbox haben.
  • Chemikalien wechseln - Wenn Sie ein Gasversorgungssystem aus Edelstahl haben, ist es wichtig, die Chemikalien häufiger zu wechseln. Durch die Einrichtung eines regelmäßigen und häufigen Wartungsplans können Sie Korrosion oder Verfärbungen schnell erkennen. Mit dem Teflon / Glas-System ist Korrosion weniger wahrscheinlich und chemische Änderungen sind selten erforderlich.

Unabhängig davon, welches Gasversorgungssystem Sie verwenden, gibt es immer Raum für Verbesserungen

Ich möchte kurz auf zwei zusätzliche Punkte eingehen, da diese für den Prozess und die Produktqualität von entscheidender Bedeutung sind. Wenn Sie diese nicht haben und Hilfe benötigen, rufen Sie bitte an.

  • Ändern Sie Ihr System mit einer hochwertigen Rotationsdichtung - Es ist sehr aufwendig, gleichmäßige und reproduzierbare Gasströme ohne Variation zu erzeugen. Wenn Ihre Rotationsdichtung undicht ist, können Sie einen Teil des Gasstroms verlieren. Wenn die benetzten Teile Ihrer Rotationsdichtung aus rostfreiem Stahl bestehen und undicht sind, können Sie Feuchtigkeit einbringen, die Korrosion verursachen und zu Problemen mit hohem Verlust führen kann. In Teflon / Glas-Systemen wird Korrosion verhindert, wenn die Rotationsdichtung leckt und Feuchtigkeit einbringt. In den gemessenen Fasern kann jedoch ein höherer OH-Peak auftreten. Gängige Rotationsdichtungskonstruktionen, bei denen die Welle in ein Gehäuse rutscht und den Innendurchmesser des Gummi-O-Rings abdichtet, verschleißen normalerweise schnell. Dies wirkt sich natürlich auf die Qualität der Dichtung aus und kann häufige Umbauten erzwingen, um eine Kontamination zu verhindern. Eine bessere Lösung ist verfügbar. Die O-Ringe der Rotationsdichtung von SG Controls dichten mit der O-Ringseite gegen eine einstellbare Glasdruckplatte ab. Bei dieser Konstruktion ist der O-Ring extrem verschleißarm. Dies ist eine fantastische Rotationsdichtung, die mit beiden Arten von Gasversorgungssystemen funktioniert. Im Laufe der Jahre habe ich bei dieser Art von Rotationsdichtung keine Korrosionsprobleme und minimale Leckageprobleme festgestellt.

 

  • Die Kalibrierung ist kritisch; Implementieren Sie automatisierte Verfahren, um bei jedem Schritt am Puls der Zeit zu bleiben - Angenommen, Sie glauben, Ihre Durchflussrate beträgt 200 CC pro Minute, aber Sie haben den Massendurchflussregler nicht kalibriert. Sie stellen eine große Menge von Preforms her und Ihr Massendurchflussregler fällt aus. Sie kaufen und installieren einen neuen Controller und stellen den Ablauf so ein, wie Sie es sich vorgestellt haben. Es stellt sich jedoch heraus, dass Ihre tatsächliche Durchflussrate nicht 200 CC pro Minute betrug. Der Preform kann nicht reproduziert werden. Sie müssen neu beginnen, experimentieren und die Flüsse ändern, bis Sie die gewünschten optischen Eigenschaften erreicht haben. Inzwischen gehen Zeit und Material verloren. Es ist wichtig, dass Sie jederzeit Ihre absolute Durchflussrate und alle anderen Messungen kennen. Tun Sie alles, um in jeder Phase des Prozesses am Puls der Zeit zu bleiben. Im Laufe der Jahre habe ich eine Vielzahl von manuellen und automatisierten Test- / Kalibrierungsverfahren entworfen und implementiert, um bei jedem Schritt des Prozesses das höchstmögliche Maß an Sicherheit zu erreichen.

 

Fazit

Ich möchte Sie mit diesem Gedanken zurücklassen: Stellen Sie sich vor, Sie stehen an der Ecke einer belebten Stadtstraße. Warten Sie, bis das Zebrastreifensignal grün wird, damit Sie die Straße sicher überqueren und Ihr Ziel erreichen können? Oder stürzen Sie sich in die Kreuzung, während das Zebrastreifensignal trotz der Unsicherheiten und Gefahren rot ist? In meinen 25 Jahren Betrieb und Wartung von MCVD-Geräten zur Herstellung optischer Vorformlinge habe ich gelernt, dass es am besten ist, alle Sicherheitsvorkehrungen und bewährten Strategien zu nutzen.

Wenn Sie ein MCVD-System auswählen und kaufen möchten, das Ihren Anforderungen entspricht und gleichzeitig hohe Erträge und Reproduzierbarkeit bietet, berate ich Sie gerne. Wenn Sie bereits optische Vorformlinge herstellen, rufen Sie an, wenn Sie die Änderung Ihres Gasversorgungssystems oder die Implementierung von Kalibrierungsverfahren zur Verbesserung Ihrer hohen Ausbeuten und Reproduzierbarkeit besprechen möchten.

 

Larrys Definition von Fritte:  

FRIT - In dem Teflon / Glas-Gasabgabesystem, das zur Herstellung optischer Vorformlinge verwendet wird, beschränkt die Glasfritte den Sauerstofffluss, um einen gleichmäßigen Blasenstrom zu erzeugen.

Autor

Larry Donalds begann seine Karriere 2017 beim Fiber Optic Center (FOC) als Experte für optische Spezialfasern, Prozessentwicklungs- und Fertigungsberater. Larry bringt mehr als 35 Jahre Erfahrung von der 3M Company in St. Paul, MN mit, nachdem er kürzlich in den Ruhestand getreten ist. Während seiner Zeit bei der 3M Company verbrachte er 24 Jahre in der Entwicklung und Herstellung von optischen Spezialfasern unter Nutzung der „Stimme des Kunden“ und half 3M bei der Entwicklung und Herstellung von optischen Fasern, um spezifische Kundenanwendungen und Leistungskriterien zu erfüllen. Zu den Projekten gehörten die Entwicklung und Produktion von PM-, PZ-, EDFA-Fasern (Erbium Doped Fiber Amplifier), strahlungsgehärteten Fasern für Gyroskope, Lösungsdotierung von Vorformen, Patententwicklung für Oxyfluorid-Erbium-Fasern, metallorganische Seltenerdabscheidung und eine Seltenerd-Singlemode-Faser Biege- und Positionssensor. In seiner Glasfaserposition bei 3M wartete und betrieb Larry MCVD-Geräte von SG Controls Ltd aus Cambridge, England, die FOC seit über 25 Jahren in Nordamerika vertritt. Larry hat im Laufe seiner Karriere mehrere Auszeichnungen erhalten, darunter den 3M Golden Step Award, den Photonics Circle of Excellence Award, den R&D 100 Award, die 3M Circle of Technical Excellence Awards 1983, 2001 und 2008 und den 3M Ideation Challenge Award 2017. Larry und seine Frau wohnen hier in Arizona. Außerhalb von FOC gehören zu Larrys Hobbys Angeln, Bootfahren, Schneemobilfahren, Landschaftsgestaltung im Freien sowie Design und Bau von Decks.

Larry Donalds
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