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Última actualización: 15 de marzo de 2022

larry donalds Si su empresa fabrica preformas ópticas, o está pensando en hacerlo, entonces sabe que el sistema de suministro de gas es de vital importancia, ya que controla el suministro preciso de gases y vapores químicos de alta pureza. Antes de unirme a Fiber Optic Center, gran parte de mi carrera en 3M se centró en la operación de sistemas MCVD. Como sabe, los sistemas MCVD son extremadamente complicados y todos los aspectos deben controlarse estrictamente. He pasado 24 años manteniendo estos sistemas, por lo que entiendo los muchos problemas que pueden surgir y cómo corregirlos.

Una forma de garantizar altos rendimientos y reproducibilidad es seleccionar inicialmente el sistema de suministro de gas que mejor se adapte a sus necesidades. Si actualmente tiene un sistema MCVD, existen formas de mejorar su sistema de suministro de gas o implementar modificaciones para mejorar sus altos rendimientos y reproducibilidad.

Comparación de los dos tipos de sistemas de suministro de gas: acero inoxidable y teflón / vidrio

Al igual que con cualquier tecnología, existen ventajas y desventajas al comparar diferentes tipos de sistemas. Cuando se trata de sistemas de suministro de gas, los pros (o contras) pueden sumarse, porque no puede arriesgarse a tener variabilidad en las preformas. La variabilidad representa una fibra inutilizable con una pérdida significativa. En los siguientes párrafos, describiré puntos específicos en el proceso de suministro de gas y cómo cada sistema (acero inoxidable y teflón / vidrio) impacta positiva o negativamente en ese punto del proceso.

La primera parte del sistema de suministro de gas (esencialmente la parte posterior del sistema) es donde entran los gases portadores (como el oxígeno) y otros gases reactivos. Con ambos tipos de sistemas, todas las válvulas y tuberías son de acero inoxidable para evitar fugas y minimizar la contaminación por OH. Por lo general, no ve problemas de corrosión en esta área para ninguno de los sistemas, porque aún no se introducirá un gas portador potencialmente húmedo en los químicos reactivos.

Pasando a la siguiente parte del sistema, hay otro conjunto de válvulas, que pueden ser válvulas de bloque de teflón o de acero inoxidable. Aquí, está introduciendo los gases portadores a los productos químicos reactivos. Las válvulas de acero inoxidable funcionan muy bien para evitar fugas y se pueden probar fácilmente con helio. Sin embargo, pueden surgir problemas significativos cuando los gases entrantes tienen problemas. Por ejemplo, si el gas que compró tiene un alto contenido de agua o falla un secador de gas, el H2O y los productos químicos forman HCl reactivo, lo que corroe el acero inoxidable. En muchos casos, es posible que no descubra la corrosión hasta que la fibra final se estira y se mide con grandes pérdidas. Lleva mucho tiempo rastrear la corrosión en el sistema. Es posible que deba reemplazar varias secciones de tubería de acero inoxidable en el área reactiva, así como también burbujeadores y productos químicos de acero inoxidable. Su proyecto de reparación puede llegar a ser bastante extenso. Tener acero inoxidable en este punto del sistema de entrega requiere una mayor disciplina. La compra de gases secos y materias primas es fundamental. Los operadores deben tener cuidado al instalar cilindros de gas reactivo. La purga cruzada adecuada de los reguladores y las válvulas para evitar la introducción de humedad es fundamental. Un error en esta área puede conducir a una corrosión adicional de la tubería de acero inoxidable. Se necesita disciplina adicional para garantizar que el sistema de acero inoxidable entregue vapores de alta pureza a su tubo de deposición.

Con un sistema de suministro de gas de teflón / vidrio, una corriente de gas húmedo también introducirá OH en el tubo de deposición, provocando picos altos de agua en la fibra terminada. El teflón / vidrio no se contaminará y solo requerirá un período de secado para su recuperación. Por lo general, reparar el problema (corregir una secadora de gas o reemplazar un químico problemático) hará que vuelva a estar en funcionamiento.

El proceso de burbujeo: pros y contras de los 2 sistemas de suministro de gas

Continuemos siguiendo el camino de los gases. Puede utilizar un gas reactivo directamente, como cloro o tricloruro de boro, o puede burbujear una corriente de oxígeno seco a través de reactivos químicos como SiCl4, GeCl4 o POCl3 (productos químicos de uso común).

El proceso de burbujeo es crítico y es importante que el flujo de gas y la temperatura del reactivo líquido permanezcan constantes. En la mayoría de los sistemas, el nivel químico cambia en el burbujeador con el tiempo, lo que mejora el efecto de enfriamiento y reduce la longitud de la trayectoria de las burbujas. Esto cambia la presión de vapor, reduciendo la concentración de vapor entregada al tubo de deposición. Es muy útil poder observar los químicos burbujeadores. En un sistema de suministro de gas de acero inoxidable, no puede observar el color o el nivel del químico burbujeador. Un cambio de color puede indicar corrosión del sistema de suministro. Si el control de nivel automático no funciona correctamente, es posible que no se detecte el nivel de líquido incorrecto. Por otro lado, en un burbujeador de vidrio, puede ver los productos químicos, confirmar el nivel adecuado y confirmar un chorro de burbujas uniforme. A lo largo de los años, he descubierto que la visibilidad química es una ventaja real.

Los burbujeadores de vidrio ofrecen estos beneficios adicionales:

  • Se puede observar la corriente de burbujas y se puede detectar la obstrucción de la frita, en lugar de asumir que todo está bien.
  • POCl3 no es compatible con acero inoxidable durante períodos prolongados. Si usa este líquido y tiene un sistema de suministro de gas de acero inoxidable, es posible que desee instalar un burbujeador de vidrio para crear un sistema híbrido.
  • En raras ocasiones, es posible que desee aumentar la temperatura química en los burbujeadores por encima de los 40 grados C. Esta práctica puede extraer iones metálicos del acero inoxidable hacia su corriente de burbujas. Claramente, esto puede degradar las propiedades ópticas de la fibra y debe tenerse en cuenta al elegir un sistema MCVD.

En una nota relacionada, cuando el nivel químico cambia, la longitud del camino de la burbuja se reduce y se observa un mayor enfriamiento del reactivo. Ambos mecanismos dan como resultado una reducción de la absorción de vapor. Empresas como SG Controls Ltd. han incorporado un calentador isotérmico en un tubo de inmersión de burbujas. Si la velocidad de flujo del portador aumenta rápidamente (por ejemplo, 100 CC a 2,000 CC), se observa una caída de temperatura del químico burbujeador. El calentador de inmersión reestabiliza rápidamente la temperatura en menos de 4 minutos (generalmente una pasada de limpieza) para evitar variaciones en la concentración de vapor. Este pequeño dispositivo puede tener un impacto significativo y positivo en su fibra final. Dependiendo solo del baño de aceite de recirculación de burbujas requerirá largos tiempos de reestabilización y, muy probablemente, dará como resultado una variabilidad en la tasa de deposición.

Como sabe, los burbujeadores deben rellenarse para mantener la misma velocidad de vaporización. Este es otro ejemplo de los pros y los contras de los dos tipos de sistemas de suministro de gas. ¿Cómo rellena el burbujeador sin introducir humedad? Si tiene un sistema de suministro de gas, sabe que el sistema de recarga a granel es un gabinete separado, una caja seca remota (con el sistema de Teflón / vidrio), que almacena grandes contenedores de productos químicos líquidos. Para rellenar el burbujeador, inicialmente purgue la línea de suministro de acero inoxidable o teflón con N2 seco para ventilar para garantizar la sequedad. Si un secador de gas nitrógeno fallara, puede introducir accidentalmente humedad en el sistema de recarga. Como se discutió anteriormente, las líneas de suministro de acero inoxidable y el burbujeador pueden estar contaminados debido a la corrosión. En este escenario, el sistema de teflón / vidrio sería nuevamente preferido sobre el acero inoxidable.

Pros, contras y consideraciones adicionales ...

  • Mezcla cruzada de gases - Dado que las válvulas de suministro de gas se abren y cierran dentro de los bloques de mezcla, es posible la mezcla cruzada de vapores si las válvulas no se mantienen adecuadamente. Si bien esta situación es poco común, ocurre. Es una posibilidad con el sistema de teflón / vidrio y es menos probable que ocurra con el sistema de acero inoxidable.
  • Prueba de fuga de helio - Si fabrica preformas ópticas, es probable que esté familiarizado con los sistemas de acero inoxidable para pruebas de fugas de helio. También es posible realizar pruebas de fugas de helio en sistemas de teflón. La suposición general es que, con el teflón siendo más poroso, puede detectar algo de helio sin una fuga presente. En realidad, las moléculas de helio tardan en difundirse a través del teflón. Necesita un procedimiento regular de prueba de fugas con sistemas de teflón / vidrio; aunque es poco común, existe una probabilidad ligeramente mayor de fuga. Los fabricantes de sistemas de teflón / vidrio, como SG Controls, colocan sus tuberías y válvulas de teflón en una caja seca. Un secador de gas entrega nitrógeno muy seco a la caja seca para mantener una atmósfera de presión positiva muy seca. Esto evita que la humedad se difunda a través del teflón hacia las líneas de suministro de vapor con el tiempo. Si tiene un sistema de suministro de gas de teflón / vidrio (o está buscando comprar uno), debe tener una caja seca.
  • Cambio de productos químicos - Si tiene un sistema de suministro de gas de acero inoxidable, es importante cambiar los productos químicos con más frecuencia. Establecer un programa de mantenimiento regular y frecuente le ayudará a descubrir rápidamente cualquier corrosión o decoloración. Con el sistema de teflón / vidrio, la corrosión es menos probable y rara vez se necesitan cambios químicos.

No importa qué sistema de suministro de gas utilice, siempre hay margen de mejora.

Me gustaría abordar brevemente dos puntos adicionales, ya que son de vital importancia para el proceso y la calidad del producto. Si no tiene estos en su lugar y desea asistencia, llame.

  • Modifique su sistema con un sello giratorio de alta calidad - Se necesita mucho trabajo para generar corrientes de gas uniformes y reproducibles, sin variaciones. Pero si su sello giratorio tiene fugas, puede perder parte del flujo de gas. Si las partes húmedas de su sello giratorio son de acero inoxidable y tienen fugas, puede introducir humedad, lo que puede causar corrosión y provocar problemas de alta pérdida. En los sistemas de teflón / vidrio, si el sello giratorio tiene fugas e introduce humedad, se evitará la corrosión, pero puede ver un pico de OH más alto en las fibras medidas. Los diseños comunes de sello rotativo, donde el eje se desliza dentro de una carcasa y se sella en el diámetro interno de la junta tórica de goma, generalmente se desgastan rápidamente. Esto, por supuesto, afecta la calidad del sello y puede forzar reconstrucciones frecuentes para evitar la contaminación. Hay una mejor solución disponible. Las juntas tóricas de sello giratorio de SG Controls sellan con el lado de la junta tórica contra una placa de presión de vidrio ajustable. En este diseño, el desgaste de la junta tórica es extremadamente bajo. Este es un fantástico sello rotativo que funciona con ambos tipos de sistemas de suministro de gas. A lo largo de los años, no he visto problemas de corrosión y problemas de fugas mínimos con este tipo de sello giratorio.

 

  • La calibración es fundamental; implementar procedimientos automatizados para mantener el pulso en cada paso - Digamos que cree que su caudal es de 200 CC por minuto, pero no ha calibrado el controlador de flujo másico. Fabrica una gran cantidad de preformas y su controlador de flujo másico falla. Usted compra e instala un nuevo controlador y establece el flujo para lo que pensaba que era. Sin embargo, resulta que su tasa de flujo real no era de 200 CC por minuto. La preforma no se puede reproducir. Debe comenzar de nuevo, experimentar y cambiar los flujos hasta lograr las propiedades ópticas deseadas. Mientras tanto, se pierden tiempo y materiales. Conocer su caudal absoluto, y todas las demás mediciones, en todo momento es fundamental. Haga todo lo posible para mantener el pulso en cada etapa del proceso. A lo largo de los años, he diseñado e implementado una amplia variedad de procedimientos de prueba / calibración manuales y automatizados para obtener el mayor nivel de seguridad posible en cada paso del proceso.

 

Conclusión

Me gustaría dejarte con este pensamiento: imagina que estás parado en la esquina de una concurrida calle de la ciudad. ¿Espera a que la señal del cruce de peatones se vuelva verde para poder cruzar la calle de manera segura y llegar a su destino? ¿O te sumerges en la intersección mientras la señal del cruce de peatones es roja, a pesar de las incertidumbres y los peligros? En mis 25 años de operación y mantenimiento de equipos MCVD para fabricar preformas ópticas, he aprendido que es mejor aprovechar todas las precauciones de seguridad y estrategias probadas por el tiempo.

Si está buscando seleccionar y comprar un sistema MCVD que satisfaga sus necesidades y ofrezca altos rendimientos y reproducibilidad, me complace ofrecerle orientación. Si ya fabrica preformas ópticas, llame si desea hablar sobre la modificación de su sistema de suministro de gas o la implementación de procedimientos de calibración para mejorar sus altos rendimientos y reproducibilidad.

 

Definición de frita de Larry:  

FRIT: en el sistema de suministro de gas de teflón / vidrio utilizado para fabricar preformas ópticas, la frita de vidrio restringe el flujo de oxígeno para crear una corriente de burbujas uniforme.

Autor

larry donalds comenzó su carrera en Fiber Optic Center (FOC) en 2017 como experto en fibra óptica especializada, desarrollo de procesos y consultor de fabricación. Larry aporta más de 35 años de experiencia de 3M Company en St. Paul, MN, después de jubilarse recientemente. Durante su tiempo con 3M Company, pasó 24 años en el desarrollo y la fabricación de fibra óptica especial utilizando la "voz del cliente", ayudando a 3M a diseñar y producir fibras ópticas para cumplir con las aplicaciones específicas del cliente y los criterios de rendimiento. Los proyectos incluyeron el desarrollo y la producción de fibra PM, PZ, EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio), fibra endurecida por radiación para giroscopios, solución de dopaje de preformas, desarrollo de patentes para fibra de oxifluoruro de erbio, deposición de tierras raras organometálicas y una fibra monomodo de tierras raras. sensor de flexión y posición. En su cargo de fibra en 3M, Larry mantuvo y operó equipos MCVD de SG Controls Ltd de Cambridge, Inglaterra, a quien FOC ha representado en América del Norte durante más de 25 años. Larry ha obtenido varios premios durante su carrera, incluidos el premio 3M Golden Step, el premio Photonics Circle of Excellence, el premio R&D 100, los premios 3M Circle of Technical Excellence Awards en 1983, 2001 y 2008 y el premio 3M Ideation Challenge en 2017. Larry y su esposa residen en arizona Fuera de FOC, los pasatiempos de Larry incluyen pesca, paseos en bote, motos de nieve, paisajismo al aire libre y diseño y construcción de terrazas.

larry donalds
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