用於生產粘附到插入件上的幹凝膠的溶膠－凝膠法和由此製得的產品的製作方法
2023-12-01 18:22:36 1
專利名稱：用於生產粘附到插入件上的幹凝膠的溶膠－凝膠法和由此製得的產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於生產包含有剛性指數材料製品的溶膠—凝膠法有關，和涉及由此生產的製品。
本發明特別涉及一種生產光學纖維預製體的方法，和涉及由此生產的該預製體。
如所知道的，光學纖維至少由一中心件和一具有不同折射率的玻璃材料的塗覆層件組成的。纖維的這兩組件間折射率的差異和光線入射到該纖維兩組件之間界面的準掠射角決定了整個反射條件。因此，把光線限制在中心件內。折射率的這種差異一般是通過該纖維兩組件中不同的化學組成來實現的，並且，一般地中心件的材料具有較高折射率。更通常用於生產光學纖維的材料，對纖維的中心件而言是二氧化矽/氧化鍺混合組成的玻璃，對該塗覆層件是高純度的二氧化矽。
通過紡絲所謂的「預製體」材料來生產光學纖維。該「預製體」由兩個共軸圓柱體組成，一個是中芯，一個是外塗覆層，分別相當於最終光學纖維的中心件和塗覆層件。該預製體典型長度尺寸約在0.5到1米之間，直徑在5到20釐米之間。一般地芯直徑大約是該預製體總直徑的1/3。在紡絲過程中，將該預製體加熱到低於組成它的玻璃態氧化物熔點的溫度，但要足以使其軟化。按此所製得材料的粘度既要足以保持組成該預製體組件間的幾何關係，但又要使粘度低到足以通過拉伸來使纖維成形。
背景技術：
傳統上，生產玻璃纖維預製體是開始於已具有最終尺寸和密度的玻璃態芯，可通過一般的氧化物熔融和其後固化技術來製得的。其後，在該芯上沉積塗層材料。這通常採用從氣相中化學沉積技術，在本領域稱作「化學氣相沉積」或CVD，它是使二個或多個氣化試劑或氣相態試劑在適當溫度下反應；反應產物即是所要求的材料。在光學纖維情況下，一般採用四氯化矽(SiCl4)和氧，發生如下反應(1)如此生成的二氧化矽(SiO2)被沉積在該反應室中的芯上。該SiO2塗覆層開始呈多孔狀，通過其後熱處理被密實化。
長期來用於製備預製體的該技術的缺點CVD沉積SiO2階段用時太長；通常地，是為了得到在密實化後2cm厚塗覆層大約需要7小時。
為了克服該缺點，一直在確定CVD的替換技術。特別是一直更致力研究使用溶膠—凝膠技術。該技術通過以通常水醇(hydroalcoholic)溶液為起始材料生產玻璃狀材料。
該溶膠—凝膠術語包括了在步驟細節或試劑選擇上相異的許多方法。所有溶膠—凝膠方法均有如下階段—在含有M陽離子的MXn化合物(一般被稱作前體)的水醇溶液中水解(稱為溶膠)，其中，M陽離子至少三價並且最好為四價，必須要由它生成玻璃態氧化物。水解導致M-OH組化合物生成；—按照如下反應，M-OH組化合物縮聚；(11)隨著氧化物聚合物的生成(它被稱為凝膠)佔據了起先被溶液佔據的所有的容積。這一階段一般被稱為凝膠化；—乾燥該凝膠，產生整塊乾燥的和多孔的物體，表觀密度(重量被除以整塊的幾何體積)約為對應非孔氧化物理論密度的1/12-1/5之間。乾燥可以通過溶劑的受控蒸發或通過溶劑的超臨界萃取來實現。前者產生的製品在本領域稱作「幹凝膠」，後者稱作「氣凝膠」；—可以通過熱處理使幹膠密實化，產生具有理論密度的玻璃體。
該溶膠—凝膠技術顯示出有希望生產光學纖維用預製體，原因是它成本較低，生產時間幾乎與製備的玻璃體的尺寸無關，並且它容易控制化學組成和最終玻璃體的尺寸。
該技術已被用於製作二氧化矽和氧化鍺混合組成的圓柱狀均質玻璃固體芯，用這一方法以極簡單方式製得該產品。
用該溶膠—凝膠方法，通過把少於容器容積的溶膠加入到一圓柱狀容器中，並在凝膠化所要求的整個時間中使容器快速繞其軸轉動，以便藉助於離心力使溶膠粘附到該容器的圓柱狀壁上，可以容易製得中空圓柱狀塗覆層。如此獲得的凝膠呈現出—圓柱狀外表面(它與該容器的內表面相對應)以及—圓柱狀內表面，它相當於在離心力作用下溶膠自身的自由均衡表面。例如，在美國專利US4,680,045中，描述了以這種方法生產玻璃態圓筒狀體。
美國專利US4,775,401描述了一種生產光學纖維預製體的方法，它的塗覆層是用溶膠—凝膠法生產的，並且，其後使它在分離製作的—芯體周圍緻密化。
儘管用溶膠—凝膠法可以分別製作芯體和塗覆層，但仍期待一種製作完整預製體的溶膠—凝膠方法。實際上，由兩個分離體為起始材料製作—預製體產生某些問題，例如，在產生預製體的密實化階段，在兩組件之間可能會捕集汙染顆粒或氣泡。這些缺陷保留在最終光學纖維中，形成光的漫散源，造成傳輸效率的損失。此外，在乾燥和密實化階段兩個獨立組件的移動，是比預製體是牢固結合件構成情況下(如在用CVD在該芯體上沉積塗覆層情況下)更困難。
然而，至今，通過用溶膠—凝膠法，在已是最終密度芯體上沉積塗覆層來製作類似的預製體，仍是不可能的；這是因為在凝膠化階段出現了稱為脫水收縮(凝固)的現象，由此，生成的凝膠與該溶膠體積相比約要減少其體積1-3％，其向其中心的各向同性收縮。如果在凝膠的內部包含有一剛體，例如—預製體的密實芯體，徑向收縮就避免了，但出現切向收縮，產生強烈橫向拉力導致該凝膠的破壞。
美國專利US4,786,302描述了一種製作該避免對阻止脫水收縮的剛性體凝膠化出現的問題的預製體所有組件的方法。根據這一方法，通過按上述引用的美國專利US4,680,045的方法的離心作用製備第一組分的中空圓柱狀凝膠。將與第一組分不同的第二種組分的溶膠注入如此製得的中空物，並讓其凝膠化。按此，製得兩種同軸溼凝膠體，其後一同被乾燥和可一同被密實化，以製得所述預製體。然而，用這種方法，該預製體的各部分相繼發生了兩階段凝膠化(和分別的脫水收縮)。具體說來，首先出現了塗覆層(其內徑達到溼凝膠穩定化的尺寸)的脫水收縮，其後，把第二種溶膠加入中空體中。它的容積起初由外部凝膠的內徑所限定的，但是隨後的脫水收縮卻造成了凝膠直徑的稍稍縮小。結果是形成兩個實體上分離的同軸體，所以無法解決先前討論的因雜質和氣泡存在引起的問題。
因此，按目前的技術水平，不可能用溶膠—凝膠法直接在芯體上製作和其結合為一體的塗覆層的方法，來製作光學纖維預製體。
本發明的目的將是提供一種用來製備包含剛性插入物製品的溶膠—凝膠法，以及提供用該方法製得的製品，特別是光學纖維預製體。
a)提供一非壓縮性插入件；b)提供一個能把上述剛性插入件夾持在剛性固定位置的容器，在上述容器的內表面和上述插入件外表面之間形成一空間，且該容器能繞插入件的軸轉動；c)以能和所述容器形成一體轉動的方式，把上述插入件固定到上述容器的內部；d)用溶膠注滿所述空間；e)使含有所述溶膠和裝有上述插入件的上述容器，在所述溶膠完全凝膠化所需要全部時間中，繞插入件軸轉動；f)開啟所述容器並取出包含有粘附到所述非壓縮性插入件的溼凝膠複合體；g)乾燥所述溼凝膠。
發明人已驚奇地發現，與先前已知情況相反，是可能在非壓縮性插入件周圍製得沒有發生引起凝膠破壞的脫水收縮的溶膠一凝膠體。
特別地已經發現，優選使用規則多邊形截面的插入件時，可以獲得最佳結果。更優選使用的插入件呈圓截面，也即，它基本上是圓柱體。
此外，已經發現，如果在凝膠化所要求的整個時間中，使溶膠以一預定的速度繞該插入件的對稱軸轉動時，可獲得最佳結果。在插入件具有圓截面時，該預定速度依賴於該插入件的半徑，或者，在該插入件呈規則多邊形截面時，該預定速度依賴於該多邊形截面內切和外切圓周的半徑。原因不清楚，但認為在這些條件下，作用在溶膠上離心力可以補償脫水收縮。
該容器最好處於這樣的轉速狀態，即以每秒弧度(rad/s)測定的角速度ω和以釐米(cm)測定的插入件半徑r的乘積p在約20-250rad×cm/s的範圍。
特別是在製取光學纖維預製體的情況下，膠體的乾燥最好用超臨界方式進行。在此情況下，該方法的最後操作包括如下步驟—以決不使溼凝膠表面置露於空氣的方式，在一含有液體的浴器內開啟容器和取出由溼凝膠和非壓縮性插入件組成的複合體；—把包含液體和溼凝膠/非壓縮性插入件複合溼膠的浴器插入在—高壓釜中；—在超臨界條件下抽出溶劑，產生由含有非壓縮性插入件幹膠構成的製件。
在該容器中覆蓋凝膠的以及被包含在該凝膠某些細孔中的原始液體是含醇殘留物，該殘留物會按在溶膠—凝膠合成中所使用的前體而變化。例如由四乙基正矽酸鹽(TEOS)水解留下的乙醇是最通常的醇殘留物。TEOS是在溶膠—凝膠合成中一種最廣泛使用的醇鹽。
在凝膠浸入的浴中以及在該凝膠的多孔內的液體，均被用作超臨界萃取的液體所取代。
以最後操作，即通過適當的熱處理使非壓縮性插入件周圍幹凝膠密實化，來完成上述說明的過程。
本發明的實施方式可以用化學上與所述溶膠相容並且有足夠機械強度的任何材料來製作本發明方法所使用的容器，以便能耐受在快速轉動期間所遇到的振動而不變形。
溶膠具有高密度，一般約為0.8-1.6g/cm3之間。為此，在轉動期間，該溶膠施加在容器壁件上壓力是很高的。因此，金屬是製作該容器優先選用材料。此外，溶膠一般地是一種含少量酸、通常為鹽酸的水醇溶液，以促進前體化合物MXn的水解。因此，為了防止該溶膠對容器壁的化學腐蝕，容器優先採用的金屬材料(例如鋼)是被一薄層塑料材料所完全塗覆。擇優選擇塑料材料為特氟隆(TeflonR)(註冊商標名稱為DUPONT)。使用塑料材料製作的內面塗覆層也有助於溼凝膠與該容器壁的分離。
圖1和圖2表示用於本發明方法容器的兩種可能的實施方案。
圖1表示該容器第一種可用的一般形狀的剖面圖。
容器10包括主容器11和蓋12，通過法蘭盤系統(如在該圖中所示)，或通過把蓋12擰到容器11(在這兩個組件上已刻有合適的相扣螺紋)，或通過其它已知的密封方法可以密封容器11。根據已有的方法，可以在容器11和蓋12之間接觸區域中使用墊圈(在圖中未示出)，例如O形環類，以便更可靠地密封該容器。
容器11和蓋12提供有固定非壓縮性插入件的裝置，使得在凝膠化階段容器和插入件作為一體轉動的條件。這些固定裝置可以是十分多樣的。圖1示出了在容器11端面上兩個齒形物13，13′，在和蓋12中央位置兩個齒形物14，14′；這些齒形物嚙合在非壓縮性插入件兩基面的相應凹槽中。但是，顯見的是可以有更多數目的齒形物和凹槽，或者可以在不同位置(只要它們在容器和插入物上的位置相當)。此外，如將要參照圖2以詳細說明的，側面的固定可以確保容器和插入件一體地轉動。
蓋12提供有兩上相同的開孔15，15′，其中一個用來向已經裝有該插入物的密封容器中注入溶膠，而另一個用來在注入期間排氣。在注滿時，該兩個開孔可用任何適當元件(如有螺紋金屬塞)封閉(在圖中未示出)，用墊圈(例如O形環型)可以確保它在該蓋的氣密密封。
最後，按與非壓縮性插入件的軸對稱方式定位排列兩元件16，16′，以便能用它們來把該容器裝配到所採用的轉動裝置(例如旋床)上。在圖1中，分別把這些元件表示為一個突起的六角形凸起件16，(在平面圖中，不在剖面圖中)和一個中空件16′(在剖面中所見)。前者可被旋床的夾具夾住，後者安放上述旋床的尾座。圖1也用虛線表示出該非壓縮性插入件的輪廊，它確定了該插入件外表面和容器內表面之間的空間17。
圖2示出了適合於製作光學纖維預製體的容器之剖面圖。其中，容器20是圓柱體，並包括有一容器主體21和一蓋子22。在此圖中也示出了通過法蘭盤連接的容器21和蓋子22，但它們也可用任何熟知的方式進行密封連接。在相當於容器21對稱軸處對該容器的圓柱底面和蓋子22打孔。
把直徑適當的SwagelokR連接件23和23′插在這些孔中，由此構成把剛性插入物固定在容器中的系統。而且，圖2用虛線示出了該插入件的輪廊，它與該容器的內壁確定了空間26。由美國俄亥俄州的索龍的Swagelok公司生產和銷售的SwagelokR連接件是人們廣為熟知和使用的，特別是用作氣體管路的連接件和接頭，可以購得從約1mm到約45mm內徑的連接件。對這種應用，特別優先採用「通孔」型連接件，通常該連接件用於熱電偶。以下將說明用這些連接件固定該插入件的方法。如同在容器10的情況，蓋22有開孔24，24′，以便向空間26注入溶膠和在此操作期間排出空氣。
蓋22和容器21的圓柱底面可具有用來與轉動該容器的裝置相連的元件(例如六角平面件，在圖2中只示出一個此種元件25)，可以以該元件可以不同方式(例如用螺絲)將其固定到容器21和蓋22上，對連接件23和23′也會具有保護作用。
以在蓋22上的連接件為例子，圖3示出了如何使通過該SwagelokR連接件的插入物固定和對準放在中心。該連接件23包括一主體部件31，以螺紋的形式被擰入蓋22(為簡單起見，圖中未標出連接件和蓋間的螺紋)，或在必要位置，用焊接方法。部件31的區域32是帶螺紋的。
把非壓縮性插入件33插入到部件31的通孔中，並且使套圈34(其可以是金屬的，諸如鋼或者銅，或者是聚合材料，如聚四氟乙烯或尼龍的)在上述插入件上滑到與部件31相接觸為止。尼龍和銅是該套圈的優選材料。
最後，插入具有內螺紋的部件35，並通過在區域32上的螺紋把它擰緊到部件31。把部件35擰緊到部件31，會使在插入件33上套圈變形和壓緊，按照該容器軸，將套圈固定和對準放在中心。
在本發明方法中所採用的容器在形狀或結構細節可以與這裡描述的容器不同。但重要的是，這樣容器的所有構成件(齒形物，凹槽，閥或其它件)要在轉動軸周圍對稱排列，使得重量均勻分布，消除在高速轉動期間容器的可能的振動源。
根據最終製品用途，非壓縮性插入件可由任何材料製作。該插入件最好不一定是塑料質的，它對凝膠具有小的粘結力。如果需要氣凝膠，需要在高壓釜中進行臨界乾燥操作，該插入件材料必須能經受住該溼凝膠/插入件複合體浸漬液體的超臨界條件。這些條件是可變的，從當該液體為二氧化碳液體時溫度約40℃，到在低級醇情況下溫度約300℃。
最後，在計劃要進行最後幹凝膠密實化處理的場合，一般需要的溫度在800℃-1400℃範圍，製取插入件的材料必須耐受這樣高溫，因此，例如，必須是金屬，高熔點的玻璃或陶瓷。
在製作光學纖維的情況下，非壓縮性插入件是一種緻密的、混有其它元素氧化物的添加物的二氧化矽基玻璃圓柱體。例如，該插入件玻璃的典型化學組成是SiO2-GeO2，SiO2-P2O5-GeO2，SiO2-Al2O3，SiO2-TiO2，SiO2-GeO2-Ln2C3，SiO2-P2O5-GeO2-Ln2O3，SiO2-Al2O3-Ln2O3，以及SiO2-TiO2-Ln2O3，其中，Ln表示任何鑭系元素。
把非壓縮性插入件插入到圖1的容器11(或圖2的容器21)中。其後，將蓋12(或22)固定其上密封，並通過相匹配的齒狀物和凹槽13，13′，14和14′，或者如先前參照圖2所描述的容器通過SwagelokR連接體，把該插入件固定到容器，以便兩者作為一體轉動。
其後，對該容器11(或21)內壁和插入件之間的空間17(或26)注滿溶液。有關該溶膠的製備，參見豐富的相關文獻，例如其中也包括已經引用的專利。溶膠可以有任何化學組成，但就製作光學纖維預製體而言，其將是這類導致生成儘可能高純度SiO2的化合物。通過圖1的蓋12上的開孔15或15′中一個或通過圖2的蓋22上的小孔24或24′中的一個，使容器注滿溶膠。排氣孔的存在(例如，如果通過開孔15注入溶膠，開孔15′即是排出孔)保證可用容積的完全注滿。
在該蓋上的開孔15和15′(或24和24′)氣密密封后，把該容器安裝在使它繞該插入件軸轉動的裝置(例如旋床)上。優先採用水平方向轉動軸。
最好在約30秒到1分鐘的時間中使該容器達到預定的轉速。角速度ω與該插入件半徑r的關係用方程p＝ω×r表示，並且分別以每秒弧度(rad/s)和以釐米(cm)測定ω和r，P值在約20-250rad×cm/s範圍。超出上述規定範圍的P值，會使凝膠破壞。雖然其原因尚不清楚，但認為發生這種情況是因為，在P值低於約20rad×cm/s時，作用在生成凝膠上離心力不足於抵消其脫水收縮，而在P值超過約250rad×crr/s值時，在該系統中很可能會產生危及生產凝膠機械穩定性的振動。使含有凝膠容器保持轉動狀態的所需的總時間，至少相當於同一膠料的溶膠達到完全凝膠化和完成其脫水收縮所需時間。這段時間依賴於該溶膠的化學組成，特別是依賴其pH。因為轉動不會改變凝膠化時間，用對同一溶膠樣品的平行試驗，讓其在靜態下凝膠，可以測定該時間。
在轉動結束時，開啟容器，取出包含有粘附到非壓縮性插入件上溼凝膠的複合材料。可以用不同方法乾燥該複合材料的凝膠件，根據所需要的是幹凝膠還是氣凝膠而定，如前所述為了製取幹凝膠，一般需要控制溶劑的蒸發參數，例如，通過把該凝膠插入一微孔容器中，來限制蒸發速度，如在已經引用的美國專利US4,660,046中所描述的。
按照本發明，優先選用以超臨界方法乾燥該凝膠，以製得一種氣凝膠。在此情況下，決不能使該溼凝膠曝置於大氣，以避免由溶劑產生的甚至最小量蒸發。這種蒸發可能會引起凝膠表面的開裂。因此，必須在液體浴器中開啟容器和取出溼凝膠/非壓縮性插入件複合材料。液體浴所含的液體與在該凝膠微孔中存在的液休可以相同或不同。可以用同一反應溶劑，一般是一種已工藝用的富含醇的水醇混合物，進行該溶劑超臨界萃取。在此情況下，需要約300℃溫度和70巴壓力乙醇的臨界溫度和壓力分別是243℃和63大氣壓。由於能夠耐受這些條件的高壓釜具有複雜結構，優選首先交換存在該凝膠小孔中的溶劑。用臨界值約為200-280℃和30-60巴氯化溶劑或用臨界值約為40℃和70-80巴的二氧化碳液體取代反應的水醇混合物。
可以使用完成開啟容器和取出複合物的含有液體的浴器來交換該溶劑，總之，含有該複合體的容器要用引入該高壓釜的液體所覆蓋。這種溶劑交換和超臨界萃取步驟是為本領域技術人員廣為熟知的。
圖4示出了根據本發明方法，通過使用圖1容器製得的製品40的剖面圖。該製品包括粘附在非壓縮性插入件42上的部件41，後者是由經乾燥但仍然多孔的凝膠構成。在該插入件的端面可以見到與該容器的齒狀物13，13′，和14，14′相配的凹槽。
就製作光學纖維預製體情況而論，含幹膠(不論幹凝膠或氣凝膠)的製品包含一圓柱狀非壓縮性插入件。它完全相當於在該SiO2層密實化前用CVD技術製得的產品。它是到目前為止用溶膠—凝膠技術不可能得到的。
最後可以使如此製得的幹膠件製品經受密實化處理，幹凝膠密實化要求溫度約為800-900℃，氣凝膠密實化約為1000-1400℃。在熱處理期間，正如本領域技術人員所熟知的，可以使該凝膠受到純化的處理，例如，在約300-500℃溫度時，通入含氧氣體到爐中以除去有機混合物，和在大約700-800℃通入諸如，氯、氯化氫或四氯化碳等氯化氣體以除去金屬雜質。密實化的最後階段一般在惰性氣氛中，例如在純氦中或在含低百分率氧氣氛中進行。
就光學纖維預製體而言，密實化處理的產品是易於紡絲的纖維預製體。圖5示出了一個這樣預製體50。其中，塗覆層51是用本發明方法在密實化後的結果，部件52是該預製體芯體，這樣，它構成在本發明方法開始時的非壓縮性插入件。
通過下面實施例進一步說明本發明。這些是非限制性的；它們描述了一些實施方案，以教導本領域技術人員如何實施本發明，顯示了為實現本發明所考慮的最佳方法。
預先安排一個在圖2中所示類型的不鏽鋼圓柱模子，其內部尺寸為長30.7cm，直徑為9.3cm。將一個非壓縮性插入件插入該模子中。該非壓縮性插入件是長37.0cm，直徑為0.8cm的石英圓柱體，其是藉助於上述的SwagelokR連接體按與該模子共軸地牢固固定。
通過將500g四乙基正矽烷(TEOS)與700cm3的濃度為0.01NHCl水溶液混合而獨立製備二氧化矽溶膠。先用機械攪拌，其後用超聲分散6分鐘，使該溶膠均勻化。在該階段TEOS被水分分解，每一分子TEOS產生四分子乙醇。把250g由德古薩股份公司購得的「AerosilOX-50」膠態二氧化矽添加到該溶膠中。通過強力機械攪拌，接著用超聲處理30分鐘，並最後以2000rpm再離心30分鐘，促使膠態二氧化矽混合成該「溶膠」。通過在圖2中所示開孔24把該溶膠注入預先安排的模子。以125.6rad/s的角速度ω(對所用的該插入件而言，相當的P值為50.24rad×cm/s)，使該模子繞軸轉動。保持轉動12小時，使該溶膠完全凝膠化。其後，開啟該模子，取出它含有石英圓柱體的溼凝膠，通過三次連續的浸漬洗滌用乙醇交換存在該凝膠微孔中的水。在高壓釜中在70巴和280℃下完成乙醇的超臨界萃取。從高壓釜中所取出的包含石英非壓縮性插入件的氣凝膠，在其表面不出現諸如裂紋或破碎類毛病。使該氣凝膠受密實化熱處理；由石英管構成的爐室連接到氣體管路的終端。該處理包括在超過30分的時間中將其從室溫加熱到500℃，以後在500℃的氣流中保持6小時；在超過30分鐘時間中將其從500℃加熱到800℃，並在800℃下保持54小時。在前42小時，無水HCl流經爐室，其後12小時通入純氦；最後，往往在氦氣流中，在超過一小時時間中將溫度從800℃上升至1375℃，並在該溫度下維持30分，其後，使爐子自然冷卻。最終產品是由沒有表面缺陷的完整石英玻璃塗覆層構成的製品。它緻密地圍繞在該方法開始時引入該模子的石英質非壓縮性插入件周圍。實施例2(比較例)除了在凝膠階段該溶膠不受離心力(即，ω和P值等於0)而外，重複實施例1的步驟。在12小時凝膠化後，開啟該模子，存在在剛性石英插入件周圍的水凝部件出現深的裂紋，並與該插入件部分地分離。
權利要求
1.適用於製作含非壓縮性插入件製品的溶膠—凝膠法，包括步驟有a)提供一非壓縮性插入件(33；42；52)；b)提供一個能把上述剛性插入件夾持在剛性固定位置的容器(10；20)，在上述容器的內表面和上述插入件外表面之間形成一空間(17；26)，且該容器能繞插入件的軸轉動；c)以能和所述容器形成一體轉動的方式，把上述插入件固定到上述容器的內部；d)用溶膠注滿所述空間；e)使含有所述溶膠和裝有上述插入件的上述容器，在所述溶膠完全凝膠化所需要全部時間中，繞插入件軸轉動；f)開啟所述容器並取出包含有粘附到所述非壓縮性插入件的溼凝膠複合體；g)乾燥所述溼凝膠。
2.根據權利要求1的方法，特徵在於，步驟e)中所述容器的轉速滿足角速度ω(以每秒弧度，rad/s，測定)和該插入件半徑r(以釐米，cm，測定)的乘積P在約20-250rad×cm/s範圍內。
3.根據權利要求1或2的方法，特徵在於，所述非壓縮性插入件是圓柱狀的。
4.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於，所述容器是圓柱狀的。
5.根據權利要求1的方法，特徵在於，在步驟f)內的開啟所述容器和取出所述複合體，是在一個含液體的浴器內完成的。
6.根據權利要求5的方法，特徵在於，完成步驟f)所在的液體是選自醇，氯化溶劑，或二氧化碳液體。
7.根據權利要求1的方法，特徵在於，洗滌凝膠階段後的溼凝膠乾燥步驟g)，是以超臨界方式完成的。
8.根據權利要求1的方法，還包括一個通過在約800-1400℃溫度範圍熱處理，使粘附到所述非壓縮性插入件上的幹凝膠的玻璃密實化的步驟。
9.根據權利要求1-7之任一項的方法製得的複合製品(40)，包含一層粘附到非壓縮性插入件上的幹凝膠。
10.根據權利要求1-8中任一項的方法製得的複合製品，包含一層粘附到非壓縮性插入件上的玻璃部件。
11.根據權利要求1-8中任一項的方法製得的光學纖維預製體(50)，其中，塗覆層(51)由純二氧化矽組成，非壓縮性插入件(52)是由二氧化矽基料和其它元素氧化物添加劑的混合玻璃質的密實圓柱體。
12.根據權利要求11的光學纖維預製體，其中，插入件的化學組成是選自於SiO2-GeO2，SiO2-P2O5-GeO2，SiO2-Al2O3，SiO2-TiO2，SiO2-GeO2-Ln2O3，SiO2-P2O5-GeO2-Ln2O3，SiO2-Al2O3-Ln2O3和SiO2-TiO2-Ln2O3，其中，Ln指的是任何鑭系元素。
全文摘要
本發明公開了一種溶膠－凝膠法,其可以在非壓縮性插入件周圍生成幹凝膠,並且,在需要的場合,可以生成相當緻密的玻璃體。該方法的特徵在於,在整個凝膠步驟中,在製得插入件粘附的溼凝膠的條件下旋轉裝有溶膠和非壓縮性插入件的容器和隨後進行乾燥的步驟。該方法特別適用於生產光學纖維預製體,這也是本發明所要求保護的。
文檔編號G02B6/00GK1343184SQ00804760
公開日2002年4月3日 申請日期2000年3月8日 優先權日1999年3月8日
發明者富爾維奧·科斯塔, 皮耶爾保羅·科斯塔, 洛倫佐·科斯塔 申請人:諾瓦拉技術股份有限公司