Si votre entreprise fabrique des préformes optiques - ou envisage de le faire - alors vous savez que le système de distribution de gaz est d'une importance cruciale, car il contrôle la distribution précise des gaz de haute pureté et des vapeurs chimiques. Avant de rejoindre le Fiber Optic Center, une grande partie de ma carrière chez 3M était axée sur l'exploitation de systèmes MCVD. Comme vous le savez, les systèmes MCVD sont extrêmement compliqués et chaque aspect doit être étroitement contrôlé. J'ai passé 24 ans à entretenir ces systèmes, donc je comprends les nombreux problèmes qui peuvent survenir et comment les corriger.
Une façon de garantir des rendements et une reproductibilité élevés consiste à sélectionner dans un premier temps le système de distribution de gaz qui répond le mieux à vos besoins. Si vous disposez actuellement d'un système MCVD, il existe des moyens d'améliorer votre système de distribution de gaz ou de mettre en œuvre des modifications pour améliorer vos rendements élevés et votre reproductibilité.
Comparaison des deux types de systèmes de distribution de gaz: acier inoxydable et téflon / verre
Comme pour toute technologie, il y a des avantages et des inconvénients à comparer différents types de systèmes. En ce qui concerne les systèmes de distribution de gaz, les avantages (ou les inconvénients) peuvent vraiment s'additionner, car vous ne pouvez pas risquer d'avoir une variabilité dans les préformes. La variabilité représente une fibre inutilisable avec une perte importante. Dans les paragraphes suivants, je décrirai des points spécifiques du processus de distribution de gaz et comment chaque système - acier inoxydable et téflon / verre - a un impact positif ou négatif sur ce point du processus.
La première partie du système de distribution de gaz (essentiellement l'arrière du système) est l'endroit où les gaz vecteurs (comme l'oxygène) et d'autres gaz réactifs entrent. Avec les deux types de systèmes, toutes les vannes et tous les tubes sont en acier inoxydable pour éviter les fuites et minimiser la contamination OH. En règle générale, vous ne voyez pas de problèmes de corrosion dans ce domaine pour aucun des deux systèmes, car un gaz vecteur potentiellement humide ne sera pas encore introduit dans les produits chimiques réactifs.
Passant à la partie suivante du système, il y a un autre ensemble de vannes, qui peuvent être des vannes de bloc en acier inoxydable ou en téflon. Ici, vous introduisez les gaz porteurs dans les produits chimiques réactifs. Les vannes en acier inoxydable fonctionnent très bien pour éviter les fuites et peuvent facilement être testées contre les fuites à l'hélium. Cependant, des problèmes importants peuvent survenir lorsque les gaz entrants ont des problèmes. Par exemple, si le gaz que vous avez acheté a une forte teneur en eau ou si un séchoir à gaz tombe en panne, le H2O et les produits chimiques forment du HCl réactif, corrodant l'acier inoxydable. Dans de nombreux cas, vous ne découvrirez peut-être pas la corrosion tant que la fibre finale n'aura pas été étirée et mesurée avec des pertes élevées. La détection de la corrosion dans le système prend beaucoup de temps. Vous devrez peut-être remplacer plusieurs sections de tubes en acier inoxydable dans la zone réactive ainsi que des barboteurs en acier inoxydable et des produits chimiques. Votre projet de réparation peut devenir assez important. Avoir de l'acier inoxydable à ce stade du système de livraison nécessite une plus grande discipline. L'achat de gaz secs et de matières premières est essentiel. Les opérateurs doivent faire attention lors de l'installation des bouteilles de gaz réactifs. Il est essentiel de bien purger les régulateurs et les vannes pour empêcher l'introduction d'humidité. Une erreur dans ce domaine peut entraîner une corrosion supplémentaire des tubes SS. Il faut une discipline supplémentaire pour s'assurer que le système en acier inoxydable délivre des vapeurs de haute pureté à votre tube de dépôt.
Avec un système de distribution de gaz en téflon / verre, un courant de gaz humide introduira également du OH dans le tube de dépôt, provoquant des pics d'eau élevés dans la fibre finie. Le téflon / verre ne sera pas contaminé et ne nécessitera qu'une période de séchage pour la récupération. En règle générale, la réparation du problème - la correction d'un séchoir à gaz ou le remplacement d'un produit chimique problématique - vous remettra en marche.
Le processus de bullage: avantages et inconvénients des 2 systèmes de distribution de gaz
Continuons à suivre le chemin des gaz. Vous pouvez utiliser directement un gaz réactif, tel que le chlore ou le trichlorure de bore, ou faire bouillonner un flux d'oxygène sec à travers des réactifs chimiques tels que SiCl4, GeCl4 ou POCl3 (produits chimiques couramment utilisés).
Le processus de bullage est critique et il est important que le débit de gaz et la température du réactif liquide restent constants. Dans la plupart des systèmes, le niveau de produit chimique change dans le barboteur au fil du temps, ce qui améliore l'effet de refroidissement et réduit la longueur du trajet des bulles. Cela modifie la pression de vapeur, réduisant la concentration de vapeur délivrée au tube de dépôt. Il est très utile de pouvoir observer les produits chimiques du bulleur. Dans un système de distribution de gaz en acier inoxydable, vous ne pouvez pas observer la couleur ou le niveau du produit du barboteur. Un changement de couleur peut indiquer une corrosion du système de distribution. Si le contrôle de niveau automatique fonctionne mal, le niveau de liquide incorrect peut ne pas être détecté. D'autre part, dans un barboteur en verre, vous pouvez voir les produits chimiques, confirmer le niveau approprié et confirmer un flux de bulles uniforme. Au fil des années, j'ai trouvé que la visibilité chimique était un réel avantage.
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.
Dans le même ordre d'idées, lorsque le niveau chimique change, la longueur du trajet de la bulle est réduite et un refroidissement accru du réactif est observé. Les deux mécanismes entraînent une absorption de vapeur réduite. Des sociétés comme SG Controls Ltd. ont incorporé un réchauffeur isotherme dans un tube plongeur à barboteur. Si le débit de support augmente rapidement (par exemple, 100 CC à 2,000 4 CC), une chute de température du produit chimique du barboteur est observée. Le thermoplongeur stabilise rapidement la température en moins de XNUMX minutes (généralement une passe de nettoyage) pour éviter toute variation de concentration de vapeur. Ce petit appareil peut avoir un impact significatif et positif sur votre fibre finale. Dépendant uniquement du barboteur à recirculation, le bain d'huile nécessitera de longs temps de stabilisation et, très probablement, entraînera une variabilité de la vitesse de dépôt.
Comme vous le savez, les barboteurs doivent être remplis pour maintenir le même taux de vaporisation. Ceci est un autre exemple des avantages et des inconvénients des deux types de systèmes de distribution de gaz. Comment remplir le barboteur sans introduire d'humidité? Si vous avez un système de distribution de gaz, vous savez que le système de remplissage en vrac est une armoire séparée - une boîte sèche à distance (avec le système en téflon / verre) - qui stocke de grands conteneurs de produits chimiques liquides. Pour remplir le barboteur, vous purgez d'abord la conduite d'alimentation en acier inoxydable ou en téflon avec du N2 sec pour évacuer pour assurer la sécheresse. Si un sécheur à l'azote gazeux venait à tomber en panne, vous pourriez accidentellement introduire de l'humidité dans le système de remplissage. Comme indiqué précédemment, les conduites d'alimentation en acier inoxydable et le barboteur peuvent être contaminés en raison de la corrosion. Dans ce scénario, le système Téflon / verre serait à nouveau préféré à l'acier inoxydable.
Autres avantages, inconvénients et considérations…
- Mélange croisé de gaz - Comme les vannes de distribution de gaz sont ouvertes et fermées dans les blocs de mélange, le mélange croisé des vapeurs est possible si les vannes ne sont pas correctement entretenues. Bien que cette situation soit rare, elle se produit. C'est une possibilité avec le système Téflon / verre et moins probable avec le système en acier inoxydable.
- Test d'étanchéité à l'hélium - Si vous fabriquez des préformes optiques, vous êtes probablement familiarisé avec les systèmes de test d'étanchéité à l'hélium en acier inoxydable. Il est également possible de tester les fuites d'hélium sur les systèmes en Téflon. L'hypothèse générale est que, le Téflon étant plus poreux, vous pouvez détecter de l'hélium sans présence de fuite. En réalité, les molécules d'hélium mettent du temps à se diffuser à travers le Téflon. Vous avez besoin d'une procédure régulière de test d'étanchéité avec les systèmes en téflon / verre; bien que rare, la probabilité de fuite est légèrement plus élevée. Les fabricants de systèmes en téflon / verre, comme SG Controls, placent leurs tuyauteries et vannes en téflon dans une boîte sèche. Un sécheur à gaz fournit de l'azote très sec à la boîte sèche pour maintenir une atmosphère à pression positive très sèche. Cela empêche l'humidité de se diffuser à travers le Téflon dans les conduites de distribution de vapeur au fil du temps. Si vous avez un système de distribution de gaz en téflon / verre (ou si vous cherchez à en acheter un), vous devriez avoir une boîte sèche.
- Changer les produits chimiques - Si vous disposez d'un système de distribution de gaz en acier inoxydable, il est important de changer les produits chimiques plus fréquemment. Instaurer un programme d'entretien régulier et fréquent vous aidera à découvrir rapidement toute corrosion ou décoloration. Avec le système Téflon / verre, la corrosion est moins probable et les changements chimiques sont rarement nécessaires.
Quel que soit le système de distribution de gaz que vous utilisez, il y a toujours place à l'amélioration
Je voudrais aborder brièvement deux points supplémentaires, car ils sont d'une importance vitale pour le processus et la qualité du produit. Si vous ne les avez pas en place et que vous souhaitez obtenir de l'aide, veuillez appeler.
- 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, vous risquez de perdre une partie du flux de gaz. Si les parties en contact avec le fluide de votre joint rotatif sont en acier inoxydable et fuient, vous pouvez introduire de l'humidité, ce qui peut provoquer de la corrosion et entraîner des problèmes de pertes élevées. Dans les systèmes en téflon / verre, si le joint rotatif fuit et introduit de l'humidité, la corrosion sera évitée, mais vous pouvez voir un pic 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. Les joints toriques du joint rotatif de SG Controls se scellent 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 fantastique joint rotatif 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.
- L'étalonnage est essentiel; mettre en œuvre des procédures automatisées pour garder le doigt sur le pouls à chaque étape - Disons que vous pensez que votre débit est de 200 CC par minute, mais que vous n'avez pas calibré le contrôleur de débit massique. Vous fabriquez une grande quantité de préformes et votre régulateur 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. Il est essentiel de connaître votre débit absolu - et toutes les autres mesures - à tout moment. Faites tout ce que vous pouvez pour garder le doigt sur le pouls à chaque étape du processus. Au fil des ans, j'ai conçu et mis en œuvre une grande variété de procédures de test / étalonnage manuelles et automatisées pour obtenir le plus haut niveau d'assurance possible à chaque étape du processus.
Conclusion
J'aimerais vous laisser avec cette pensée: imaginez que vous vous tenez au coin d'une rue animée de la ville. Attendez-vous que le signal du passage pour piétons passe au vert pour pouvoir traverser la rue en toute sécurité et atteindre votre destination? Ou plongez-vous dans l'intersection alors que le signal du passage pour piétons est rouge, malgré les incertitudes et les dangers? Au cours de mes 25 années d'exploitation et de maintenance d'équipements MCVD pour la fabrication de préformes optiques, j'ai appris qu'il était préférable de tirer parti de toutes les précautions de sécurité et des stratégies éprouvées par le temps.
Si vous cherchez à sélectionner et acheter un système MCVD qui répondra à vos besoins tout en offrant des rendements et une reproductibilité élevés, je suis heureux de vous conseiller. Si vous fabriquez déjà des préformes optiques, appelez si vous souhaitez discuter de la modification de votre système de distribution de gaz ou de la mise en œuvre de procédures d'étalonnage pour améliorer vos rendements élevés et votre reproductibilité.
Définition de la fritte par Larry:
FRIT - Dans le système de distribution de gaz Téflon / verre utilisé pour fabriquer des préformes optiques, la fritte de verre restreint le flux d'oxygène pour créer un flux de bulles uniforme.
