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Última actualización: 11 de marzo de 2022

larry donalds La compra de materias primas de alta pureza es fundamental para fabricar preformas de calidad. La forma en que manejamos nuestros materiales, herramientas y equipos es igualmente importante. Por ejemplo, purgar adecuadamente las conexiones de los cilindros de gas, llenar adecuadamente los burbujeadores de reactivos y limpiar adecuadamente los tubos de deposición mejorará el rendimiento de su fibra.

Si usted es un operador de MCVD, estoy seguro de que reconoce que dedicar tiempo y atención a cada paso de preparación evitará problemas más adelante en el proceso de fabricación. Se pueden prevenir problemas como burbujas de deposición, burbujas o grietas en las juntas del colector de hollín y problemas de resistencia de la fibra. Los siguientes párrafos presentan los pasos clave de preparación y ofrecen consejos que espero le ayuden a mejorar la reproducibilidad y el rendimiento de fibra.

El proceso de limpieza del tubo de cuarzo

La limpieza adecuada de los conjuntos de tubos de deposición (el tubo y el tubo de extensión fusionados) para eliminar los contaminantes de la superficie interna y externa aumentará la resistencia de la fibra y evitará la formación de burbujas durante la deposición.

El proceso de limpieza de tubos es una parte fundamental de su preparación. Empresas como SG Controls ofrecen máquinas de limpieza de tubos con ciclos programables. El primer ingrediente necesario es una fuente de agua desionizada de alta pureza para los ciclos de enjuague. Normalmente, un nivel de pureza de 18 megaohmios de agua desionizada (DI) asegurará que no haya impurezas impactantes.

Los operadores de MCVD aplican varios enfoques al proceso de limpieza de tubos. Encuentro que usar el primer paso de limpieza para eliminar las impurezas metálicas funciona bien. Si tuviera que grabar primero con HF, puede grabar el vidrio alrededor de la impureza metálica, pero no necesariamente eliminarlo. Si solo graba con HF, pueden quedar algunas impurezas metálicas. Para el primer paso, se puede usar agua regia, una mezcla ácida de ácido clorhídrico, ácido nítrico y agua. Un ciclo típico de limpieza con ácido es de 30 a 60 minutos con agua regia para eliminar las impurezas metálicas típicas, seguido de un enjuague con agua desionizada. Es posible que desee ajustar el tiempo según su proceso.

El siguiente paso es grabar las superficies de vidrio, limpiando el interior y el exterior. La mayoría de los operadores de MCVD utilizan ácido fluorhídrico. Una concentración del 15% durante 30-60 minutos es un buen punto de partida. Es posible que desee ajustar el tiempo y la concentración para su proceso. Siga este ciclo de grabado con un enjuague DI final y seque con nitrógeno para evitar manchas de agua.

Normalmente, se limpia un suministro semanal de tubos y se debe almacenar en un gabinete limpio para evitar la contaminación. El gabinete generalmente se encuentra en una sala de aire limpio, o el gabinete se purga con nitrógeno filtrado para mantener una presión positiva en el gabinete.

Para su referencia rápida, aquí hay una lista de verificación de los pasos discutidos anteriormente:

  • Limpieza de tubos de cuarzo
    • Enjuague DI de 18 megaohmios
    • Limpieza con ácido de agua regia de 30 a 60 minutos (HCL, HNO3 y H2O)
    • Enjuague DI
    • Grabado con HF al 30% de 60 a 15 minutos (buen punto de partida)
    • Enjuague DI
  • Secado de nitrógeno
  • Almacenamiento de tubos limpios

Cargar el tubo en el torno

La preparación final del tubo para las primeras pasadas de deposición se realiza una vez que el tubo se carga en el torno. Inicialmente, el tubo de deposición está asegurado por el mandril del torno del cabezal. El sello rotatorio está unido al tubo de extensión de entrada (previamente fusionado al tubo de deposición). Mientras gira el torno a aproximadamente 40-50 RPM, el tubo de extensión del sello giratorio debe tener solo una pequeña desviación para evitar el movimiento del sello, posibles fugas en la conexión y posibles grietas en el tubo. Si hay una desviación significativa, la manija debe enderezarse antes de continuar con la instalación. Si no se corrige esto, se pueden producir problemas durante el proceso de deposición, lo que podría provocar la pérdida de un intento de fabricación.

Enderezamiento inicial del tubo de deposición

El enderezado inicial del tubo de deposición se realiza para minimizar la desviación. El uso cuidadoso de un quemador de mano a baja temperatura evitará que el vidrio se vaporice en los puntos de enderezamiento. La fusión del tubo de deposición al tubo recolector de hollín más grande se realiza generalmente con una presión interna positiva del tubo. La junta de vidrio se expande durante el proceso de fusión para formar un espesor de transición de vidrio uniforme.

Me gustaría profundizar en el enderezamiento inicial del tubo. Ahora tiene el tubo en el torno. Está unido al sello giratorio y el extremo del contrapunto cuelga libremente. Por lo general, comienzo calentando el extremo del cabezal muy suavemente con el quemador de mano mientras sostengo el extremo del tubo de deposición con una paleta de grafito en forma de V. Es posible que deba enderezar varias ubicaciones a lo largo del tubo.

El tubo de escape está sujeto a los mandriles del contrapunto y también debe enderezarse para eliminar el descentramiento. A continuación, fusiono el tubo de deposición con el tubo de escape, que tiene un diámetro mucho mayor y debe removerse con una herramienta de grafito. El sistema de control de presión del torno se utiliza para controlar la presión interna del tubo a medida que calienta y fusiona la junta. Amplío la junta y dejo que se encoja lentamente para lograr una transición muy gradual entre los dos diámetros. Todos los vapores / óxidos que no reaccionan / fusionan se expulsan a su depurador. Si tiene un área de la junta engrosada, los óxidos no fusionados pueden condensarse, obstruyendo potencialmente el tubo de escape y / o formando grietas. Tomarse el tiempo adecuado para formar las juntas correctamente puede evitar la pérdida de corridas de fabricación.

 

El proceso final de enderezamiento / alivio de tensión del tubo

Los operadores de MCVD utilizan una variedad de técnicas para el proceso de enderezamiento final del tubo. Descubrí que enderezar desde el centro del tubo hacia ambos extremos funciona bien. Me gusta comenzar quitando la desviación del punto central del tubo. Inicialmente caliento los extremos del cabezal y del contrapunto simultáneamente, con un extremo mucho más frío y sosteniendo una paleta de grafito en el punto central hasta que se elimina el desviación del tubo. Luego se calienta un extremo (con el centro muy ligeramente calentado) mientras sostengo la paleta al final de la primera sección recta para eliminar la desviación. Luego, el quemador de mano se mueve a la última ubicación de la paleta de grafito y la paleta se mueve al siguiente punto de enderezamiento hasta que la mitad esté recta. Estos pasos se repiten para la otra mitad del tubo.

Hay un paso final, al que llamo el alivio del estrés. Es posible que se hayan desarrollado algunas tensiones durante el proceso de alisado. Cuando su quemador se calienta inicialmente en el punto de inicio del proceso, el tubo podría combarse.

Para evitar esta posibilidad, caliento el extremo del cabezal muy caliente y busco que el tubo se combe. Si se comba, el extremo del escape se calienta ligeramente mientras se sostiene el extremo del cabezal para eliminar el descentramiento.

Pulimento de llama

El último paso antes de la primera pasada de deposición es un pulido a la llama a alta temperatura (~ 2000 grados C). El pulido se realiza típicamente con una presión positiva en el tubo interno para evitar la contracción. El paso de pulido vaporiza una cantidad mínima de vidrio de todas las superficies para garantizar que haya una superficie prístina para depositar las capas de deposición iniciales.

Un consejo útil: se puede introducir gas flúor para ayudar con la vaporización del vidrio (eliminación de la capa de la superficie interna) para proporcionar una superficie muy limpia para la deposición. Además del flujo de oxígeno para el control de la presión, el gas flúor acelerará la vaporización del vidrio a altas temperaturas de pulido. Este paso de preparación final proporcionará una superficie impecable para evitar problemas de deposición, como burbujas y una posible fibra final débil.

Burbujeadores químicos

Una vez que los burbujeadores químicos se encuentran en los niveles adecuados y la temperatura estable, puede comenzar la deposición de vapor. Es importante asegurarse de que el control de temperatura de su burbujeador pueda responder a los cambios de flujo y los niveles de líquido rápidamente, para garantizar una corriente de vapor constante para cada pasada de deposición. Si la tasa de flujo programada cambia de baja a alta, o los niveles químicos caen significativamente, la temperatura del burbujeador puede bajar y reducir la tasa de captación de vapor.

Para evitar esto, empresas como SG Controls ofrecen calentadores de inmersión isotérmicos para una respuesta rápida a una caída de temperatura química. Estos sistemas controlarán la caída de temperatura a menos de 0.3 grados C con una reestabilización completa de la temperatura en solo unos minutos. Este calentador de inmersión isotérmico y la sonda de temperatura están ubicados en tubos de inmersión, midiendo la temperatura química real, no la temperatura del baño de aceite. Este calentador reacciona a cualquier cambio que lee y compensa el termómetro de tubo de inmersión. Este sistema de control adicional puede restablecer la temperatura del producto químico en menos de 5 minutos (normalmente una pasada de limpieza). Esta función de burbujeador adicional supera la caída de temperatura del burbujeador debido al calor latente de evaporación. Además, se eliminan las variaciones en la captación de vapor asociadas con el reequilibrio a lo largo de un paso de deposición.

Si tiene alguna pregunta, le recomendamos que nos llame, estamos aquí para ayudarlo.

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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