"Essai et erreur." Ces deux mots résument mes 24 années de développement et de fabrication de préformes et de fibres spécialisées où j'ai opéré un système de distribution de gaz MCVD. Notre équipe testait constamment de nouvelles idées pour améliorer la résistance et le rendement des fibres ainsi que la reproductibilité de notre processus de fabrication. En fait, je considérais mon rôle là-bas comme un « dépanneur technique », grâce au temps considérable passé à résoudre les problèmes pour optimiser la conception et obtenir des propriétés optiques dans le processus de fabrication.
Si vous utilisez un système MCVD, vous avez probablement vécu votre juste part d'essais et d'erreurs. Comme vous le savez, parfois un problème est un problème vraiment difficile à résoudre. C'est peut-être un problème de processus difficile à résoudre ou une technique difficile à maîtriser. J'ai compilé quelques conseils qui, je l'espère, vous aideront à optimiser la conception et à améliorer votre processus de fabrication. N'hésitez pas à me contacter si vous souhaitez approfondir l'un de ces conseils rapides.
Conseil n ° 1: Vous cherchez à acheter un MCVD? Commencez par comparer les 2 types de systèmes de distribution de gaz
Si vous entrez sur ce marché, vous étudiez peut-être les deux types de systèmes disponibles: l'acier inoxydable et le téflon / verre. Comparer les 2 systèmes est un sujet assez lourd, voici donc mon petit conseil: un bon moyen d'assurer des rendements et une reproductibilité élevés est de sélectionner dans un premier temps le système qui répond le mieux à vos besoins. Une bonne ressource est mon article détaillé, qui examine les avantages et les inconvénients des deux types de systèmes de distribution de gaz MCVD. Si vous souhaitez plus d'informations, je vous encourage à m'appeler. Nous pouvons approfondir les détails et identifier le système qui prend en charge vos objectifs de conception. Lire la suite: "Comparaison des 2 types de systèmes de distribution de gaz MCVD. »
Astuce n ° 2: Essayez cette approche pour votre processus de nettoyage de tube
Le processus de nettoyage des tubes est un élément essentiel de la préparation. Je trouve que la première étape de nettoyage pour éliminer les impuretés métalliques fonctionne bien. Si vous devez d'abord graver HF, vous pouvez graver le verre autour de l'impureté métallique, mais pas nécessairement l'enlever. Si vous ne gravez que HF, certaines impuretés métalliques peuvent rester. Voici mon approche du processus de nettoyage des tubes:
- Pour la première étape, l'aqua regia peut être utilisé (un mélange acide d'acide chlorhydrique, d'acide nitrique et d'eau). Un cycle de nettoyage acide typique est de 30 à 60 minutes avec de l'eau régale pour éliminer les impuretés métalliques, suivi d'un rinçage à l'eau DI. Vous voudrez peut-être ajuster l'heure en fonction de votre processus.
- L'étape suivante consiste à graver les surfaces en verre, en nettoyant l'intérieur et l'extérieur. La plupart des opérateurs de MCVD utilisent de l'acide fluorhydrique. Une concentration de 15% pendant 30 à 60 minutes est un bon point de départ. Vous voudrez peut-être ajuster le temps et la concentration de votre processus.
- Suivez ce cycle de gravure avec un rinçage final DI et séchez avec de l'azote pour éviter les taches d'eau.
Conseil n ° 3: testez les fuites du joint rotatif pour vous assurer qu'il est étanche
Avant de configurer la préforme, je recommande de tester l'étanchéité du joint rotatif. Je fais cela en faisant circuler de l'oxygène à travers le joint rotatif. Commencez par boucher l'extrémité du joint rotatif avec un tube de quartz solide. Ensuite, abaissez la pression d'O2 régulée à ~ 5 psi, légèrement au-dessus de ce que le système verra pendant le dépôt. En observant le contrôleur de débit massique du transporteur d'O2, vous le verrez passer à zéro si le système est étanche. Cette procédure testera l'étanchéité de la conduite de transport d'oxygène dans tout le système de gaz, de l'entrée au joint rotatif. Il vaut la peine de prendre le temps d'effectuer ce test de fuite. Si une fuite est présente dans le joint rotatif, vous pouvez potentiellement ajouter de l'humidité et / ou perdre une partie du flux de gaz, ce qui réduirait l'épaisseur de la couche et potentiellement l'indice de réfraction. Si le taux de fuite change pendant le cycle, cela peut entraîner une variabilité axiale de la préforme.
Conseil n ° 4: modifiez votre système avec un joint rotatif de haute qualité
Il faut beaucoup de travail pour générer des flux de gaz uniformes et reproductibles, sans variation. Mais si votre joint rotatif fuit, cela peut introduire de l'humidité et une corrosion potentielle, et vous pouvez voir un pic d'OH plus élevé dans les fibres mesurées. Les modèles de joints rotatifs courants, dans lesquels l'arbre se glisse dans un boîtier et les joints sur le diamètre intérieur du joint torique en caoutchouc, s'usent généralement rapidement. Ceci, bien sûr, a un impact sur la qualité du joint et peut forcer des reconstructions fréquentes pour éviter la contamination. Une meilleure solution est disponible. Le joint rotatif de SG Controls assure l'étanchéité avec le côté du joint torique contre une plaque de pression en verre réglable. Dans cette conception, l'usure du joint torique est extrêmement faible. Il s'agit d'un joint rotatif fiable qui fonctionne avec les deux types de systèmes de distribution de gaz. Au fil des ans, je n'ai constaté aucun problème de corrosion et aucun problème de fuite avec ce type de joint rotatif.
Astuce n ° 5: Installez un barboteur en verre pour observer la couleur et le niveau des produits chimiques
Au fil des années, j'ai trouvé que la visibilité chimique était un réel avantage. Dans un barboteur en verre, vous pouvez confirmer le niveau de produit chimique approprié, confirmer un flux de bulles uniforme et afficher la couleur chimique. (Un changement de couleur peut indiquer une corrosion du système de distribution.) Les barboteurs en verre offrent ces avantages supplémentaires:
- Le flux de bulles peut être observé et le colmatage de la fritte peut être détecté, plutôt que de supposer que tout va bien.
- POCl3 n'est pas compatible avec l'acier inoxydable pendant de longues durées. Si vous utilisez ce liquide et avez un système de distribution de gaz en acier inoxydable, vous voudrez peut-être installer un barboteur en verre pour créer un système hybride.
- En de rares occasions, vous voudrez peut-être augmenter la température chimique dans les barboteurs au-dessus de 40 degrés C. Cette pratique peut tirer des ions métalliques de l'acier inoxydable et dans votre flux de bulles. De toute évidence, cela peut dégrader les propriétés optiques de la fibre et doit être pris en compte lors du choix d'un système MCVD.
Conseil n ° 6: Mettez en œuvre des procédures d'étalonnage automatisées pour vos contrôleurs de débit massique
L'étalonnage est essentiel. Disons que vous pensez que votre débit est de 200 CC par minute, mais que vous n'avez pas calibré les contrôleurs de débit massique. Vous fabriquez une grande quantité de préformes et l'un de vos régulateurs de débit massique tombe en panne. Vous achetez et installez un nouveau contrôleur et définissez le flux pour ce que vous pensiez qu'il était. Cependant, il s'avère que votre débit réel n'était pas de 200 CC par minute. La préforme ne peut pas être reproduite. Vous devez recommencer, expérimenter et modifier les flux jusqu'à ce que vous obteniez les propriétés optiques souhaitées. Pendant ce temps, le temps et les matériaux sont perdus. Connaître votre débit absolu à tout moment est essentiel. Je recommande l'interface du logiciel d'étalonnage automatisé de SG Controls pour garantir un haut niveau d'assurance pour cette étape critique du processus.
Conseil n ° 7: gardez la température basse pour éviter le rétrécissement du tube
Garder la température de dépôt aussi basse que possible empêche le rétrécissement du tube ET empêche l'eau de se déplacer vers le noyau, ce qui entraînera des absorptions dans les mesures finales de la fibre. L'ajout de dopants tels que le phosphore et le fluor réduit la température de dépôt requise.
Conseil n ° 8: Utilisez un pyromètre à main calibré avec un étalon de corps noir pour vérifier la précision de la température du tube de dépôt
La température du tube de dépôt est critique, ce qui signifie que votre pyromètre de process doit être étalonné. Pour garantir la précision, j'utilise un étalon d'étalonnage portable indépendant du pyromètre de procédé. Regardez à travers le viseur du pyromètre, en vous déplaçant à travers la zone chaude jusqu'à ce que la température maximale soit détectée. Cette température maximale est la température réelle. Comparez cette lecture au pyromètre de procédé et vérifiez les décalages d'étalonnage. Vous n'avez pas besoin d'acheter un corps noir coûteux. Achetez plutôt un étalon portatif étalonné avec un étalon de corps noir. De plus, vous pouvez monter temporairement le pyromètre portatif sur le chariot d'incendie pour vérifier sur place l'étalonnage du pyromètre de processus. Lire la suite: "Objectifs de conception critiques pour la fabrication de préformes en fibre optique. »
Conseil n ° 9: Évitez les «sous-dépassement / dépassement» pendant le processus de dépôt du tour
Il est essentiel de programmer le PID pour maintenir la température du tube au point de consigne souhaité tout en évitant le sous-dépassement / le dépassement. Voici un exemple d'oscillation de sous-dépassement / dépassement. Disons que vous réglez la température à 1700 degrés C, mais le PID n'est pas optimisé. Lorsque la température descend à 1699 degrés C, le PID augmente le débit d'hydrogène. La température grimpe à 1710 degrés. Le PID réagit en réduisant l'hydrogène. Maintenant, la température chute à 1690 degrés. L'écart différentiel s'est élargi, avec de fortes variations de température. Un PID de qualité correctement programmé contrôlera étroitement la température de dépôt sur toute la longueur de la préforme. Pour obtenir une cohérence et une reproductibilité sur toute la longueur de la préforme, je recommande un contrôle serré de +/- 1 à 2 degrés C.
Conseil n ° 10: Identifiez le niveau optimal de H2 / O2 pour aider à obtenir des préformes droites
Avez-vous des difficultés à réaliser des préformes droites? C'est définitivement un art et nécessite une certaine pratique. J'ai trouvé des procédures qui fournissent une technique reproductible. Par exemple, le réglage du rapport H2 / O2 optimal peut empêcher l'affaissement de la préforme et la combustion du verre pendant l'effondrement, ce qui entraîne une variabilité plus tard dans le processus.
Astuce #11 : Maîtriser les techniques de redressement des tubes
L'utilisation d'un MCVD est une activité pratique. Ceci est particulièrement vrai pour les processus de dépôt initial et de redressement final des tubes. Au fil des ans, j'ai développé des techniques très spécifiques pour contrôler le processus - et le résultat. Voici quelques conseils rapides:
- Au cours de l'étape initiale de redressement du tube de dépôt, il est important de prendre le temps de former correctement les joints afin d'éviter les pertes de fabrication. Si vous avez une zone de joint épaissie, les oxydes non fondus peuvent se condenser, obstruant potentiellement le tube d'échappement et / ou formant des fissures.
- Dans le processus de redressement final du tube, il y a une dernière étape, que j'appelle soulagement du stress. Certaines contraintes peuvent s'être développées pendant le processus de redressement. Lorsque votre brûleur chauffe initialement au point de départ du processus, le tube peut s'affaisser. Pour éviter cette possibilité, je chauffe l'extrémité de la poupée très chaude et je recherche un affaissement du tube. En cas d'affaissement, l'extrémité d'échappement est légèrement chauffée tout en supportant l'extrémité de la poupée pour éliminer le faux-rond.
- En savoir plus sur le redressement des tubes: "Préparation à la fabrication d'une préforme de fibre optique. »
Astuce n ° 12: utilisez cette pointe de vernis à flamme
Du fluor gazeux peut être introduit pour aider à la vaporisation du verre (élimination de la couche de surface interne) afin de fournir une surface très propre pour le dépôt. En plus du débit d'oxygène pour le contrôle de la pression, le gaz fluor accélère la vaporisation du verre à des températures de polissage élevées. Cette étape de préparation finale fournira une surface vierge pour éviter les problèmes de dépôt, tels que les bulles, et la fibre finale potentiellement faible.
Conseil n° 13 : implémentez cette technique d'étirement/sur-affaissement de la préforme pour augmenter le rendement de la fibre dopée à l'erbium
Le dopage en solution ajoute de l'erbium et d'autres terres rares dans un noyau de verre. Si le rapport du noyau dopé au diamètre extérieur de la préforme est trop grand, des propriétés optiques indésirables seront obtenues. La correction du rapport incorrect produira également plus de fibres étirées. L'affaissement d'un autre tube de verre sur la préforme peut corriger le rapport noyau / gaine. Si plus de changement de rapport est nécessaire et qu'un diamètre plus grand ne peut pas être étiré, un étirage de préforme peut être utilisé pour réduire le diamètre du noyau, suivi d'un sur-affaissement supplémentaire. J'ai écrit des programmes Excel actifs pour les techniciens, qui calculaient les diamètres de sur-affaissement et d'étirement pour atteindre le rapport noyau / gaine requis pour répondre aux spécifications optiques des fibres étirées. Ce processus peut augmenter le rendement en fibre d'erbium par préforme d'un facteur 5 ou mieux.
Conseil n ° 14: Ajoutez des options MCVD pour optimiser la conception de la préforme, assurer la reproductibilité et obtenir des rendements élevés
Au cours de mes années MCVD, j'ai activement recherché divers dispositifs de contrôle complémentaires pour améliorer notre processus et la qualité de nos fibres. En fait, certaines fonctionnalités ont été spécifiquement conçues pour mes besoins. Voici un bref aperçu des options recommandées. Lire la suite: "Options MCVD: ces fonctionnalités supplémentaires peuvent améliorer la résistance, le rendement et la reproductibilité de votre préforme de fibre optique. »
- Sécheur de gaz multicanal et moniteur de point de rosée - Élimine l'humidité des flux de gaz d'entrée et comprend un moniteur de point de rosée pour suivre les niveaux d'humidité.
- Test d'étanchéité automatique des vannes - Fait passer chaque vanne du système en position ouverte et fermée. Cela a réduit notre temps de test de fuite de 2 jours de test manuel à 2 heures de test automatique.
- Interface du logiciel d'auto-étalonnage - Vous apporte une clarté absolue sur le fonctionnement de vos régulateurs de débit massique.
- Compensation de la pression atmosphérique - Modifie la recette de la préforme pour compenser les changements de pression atmosphérique.
- Boîtier de tour - Offre une combinaison de pression positive et d'air filtré pour réduire les particules, ce qui peut causer des points faibles dans la fibre étirée.
- Réchauffeur de barboteur isotherme supplémentaire - Ajoute de la chaleur au produit chimique du barboteur pour compenser le refroidissement dû à l'effet de bullage, re-stabilisant la température en moins de 5 minutes.
- Pyromètre à balayage - S'assure que le pyromètre lit la température maximale du tube pour éviter la surchauffe du tube de dépôt, ce qui peut réduire l'efficacité de vos dépôts et potentiellement provoquer un rétrécissement prématuré du tube.
- Contrôle du diamètre - Vous offre une plus grande capacité à contrôler le diamètre du tube de dépôt d'une analyse à l'autre et au cours d'une analyse.
- Tour à banc allongé avec crosse de queue motorisée - Permet d'étirer les préformes à un diamètre plus petit, ce qui peut avoir un impact direct sur les rendements en fibres.
- Tour de veste extensible vertical - Élimine le problème de gravité qui provoque l'affaissement des tubes lorsque vous les chauffez et vous permet de traiter des préformes plus longues.
- Boîtier de commande de tour manuel - Vous permet de contrôler manuellement la température du brûleur pendant la configuration.
- Système de remplissage automatique de produits chimiques - Élimine principalement l'opérateur du processus, ce qui réduit considérablement le risque d'erreurs et d'introduction d'humidité dans le système.
En résumé …
Que vous ayez actuellement un système de distribution de gaz MCVD ou que vous cherchiez à en acheter un, je suis là pour vous aider à identifier et à installer l'équipement dont vous avez besoin. En plus d'être un «dépanneur technique», je me considère comme un défenseur des clients FOC. Je suis là pour vous aider à obtenir le système précis ou la fonction complémentaire qui prend en charge vos objectifs de fabrication de préformes.
L'expertise de Larry en matière de dépannage est un service unique et particulièrement précieux pour surmonter les nombreux problèmes de fabrication de préformes et de tirage des fibres auxquels les fabricants sont confrontés lorsqu'ils produisent des fibres optiques spéciales.
