中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)通信設(shè)備提出了更高的要求。光纖光纜是信息通信傳輸?shù)闹匾d體，也是數(shù)字經(jīng)濟(jì)信息底座的基礎(chǔ)之一。與其他通信材料相比，石英光纖具有傳輸距離更遠(yuǎn)、速度更快、信號(hào)損耗率更低、不受電磁信號(hào)影響等優(yōu)點(diǎn)，可以更好、更快地滿足信息發(fā)送與接收需求。因此，石英光纖成為目前通信光纖的主流。其中，光纖預(yù)制棒更是光纖光纜產(chǎn)業(yè)鏈中附加值最高的一環(huán)，也是光纖工藝中最重要的部分。
來(lái)源：久智科技
光纖用石英材料制備工藝
光纖用石英玻璃主要分為石英材料和石英制品；石英材料又分為天然石英材料（主材和輔材）和合成石英材料（主材）；石英制品一般指天然石英制品，只作輔材。
光纖用石英材料（管棒材）制備工藝分為天然石英工藝和CVD合成石英工藝；天然石英工藝主要PSOD、氣煉、電熔、連熔，其中PSOD是主材主流工藝（也可應(yīng)用輔材），氣煉和連熔是輔材主流工藝（但進(jìn)氣管主流工藝是PSOD）。CVD合成石英工藝有OVD、VAD、POD、氣煉CVD，其中OVD、VAD、POD是主材的主流工藝。
PSOD
等離子固相沉積法（PSOD）工藝是采用等離子體為熱源，高純石英砂為原料，以低羥基厚壁石英管作為基礎(chǔ)管，水平固定于臥式玻璃車床上，通過(guò)等離子熔制、機(jī)械冷加工、或配套后續(xù)中頻無(wú)接觸二步法拉管等步驟制備出光纖預(yù)制棒用石英襯套管。其中生產(chǎn)單模光纖預(yù)制棒所需要的大尺寸石英套管（Φ外150以上），只需PSOD一步工藝即可實(shí)現(xiàn)，多模光纖預(yù)制棒用小尺寸石英套管及預(yù)制棒用石英襯管需要進(jìn)一步通過(guò)中頻無(wú)接觸二步法拉管裝置拉伸制得。
PSOD熔制工藝
來(lái)源：谷巨明等.光纖預(yù)制棒用石英襯管和套管的制備技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)
該工藝的特點(diǎn)是以潔凈干燥的空氣等離子體為熱源，能量集中溫度高，可將石英砂直接玻璃化，生產(chǎn)過(guò)程不會(huì)引入羥基且不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，無(wú)需脫水、燒結(jié)、脫羥等過(guò)程以及尾氣的環(huán)保處理，工藝路線短，具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。
久智科技是國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)光纖預(yù)制棒用襯管和套管的企業(yè)之一。久智科技采用進(jìn)口特制專用IOTA高純石英砂為原料，采用PSOD工藝，產(chǎn)品具有高純度、超高尺寸精度、低羥基、表面無(wú)疵點(diǎn)的特點(diǎn)。
氣煉法
氫氧氣煉法是指利用氫氣和氧氣，使用特殊設(shè)計(jì)的燃燒器，在專用設(shè)備上熔制石英玻璃的方法。早期較大口徑的透明石英玻璃管和坩堝是用石英粉料在專用設(shè)備上利用氫氧焰直接熔制。
氫氧氣煉法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要二次加熱、綜合能耗低。但制成的砣料尺寸波動(dòng)較大，而且表面波紋嚴(yán)重，羥基含量高。
電熔法
電熔法是以電為動(dòng)力源，以天然石英砂粉料為原料熔融制備。電熔石英玻璃的制備和成型方法通常有真空電熔法、連續(xù)熔制法和離心電熔法。電熔二步法拉管工藝，理論上可制備襯套管主材和輔助管棒材，但商業(yè)化應(yīng)用較少，主要用于半導(dǎo)體、特種光源、紅外光學(xué)等。
人們常用真空電熔法制備石英玻璃，再用兩步法制備尺寸相對(duì)小些的管材、棒材等。真空電熔工藝制備的石英玻璃羥基含量較低；連續(xù)連熔法機(jī)械自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)（不適合小批量多品種），具有生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品尺寸一致性好等特點(diǎn)。但產(chǎn)品羥基含量高，需要進(jìn)一步脫羥處理；離心電熔法可以制備大口徑石英玻璃，此外，該方法物耗能耗低。
OVD法
OVD工藝是以氫氧焰或硅烷為熱源，用單一或多組噴燈在靶棒上對(duì)SiCl4等反應(yīng)氣體進(jìn)行氣相水解并沉積得到SiO2疏松體（SOOT體），然后在Cl2和He氣下經(jīng)過(guò)脫水和燒結(jié)成為玻璃體，再將靶棒抽走后形成圓筒狀玻璃管。這種石英圓筒（Cylinder）經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，具有非常高的幾何精度，大尺寸圓筒（大尺寸套管）可拉成和各芯棒匹配的相應(yīng)尺寸的小尺寸石英套管或玻璃管。
OVD工藝制造襯套管典型的工藝流程圖
來(lái)源：谷巨明等.光纖預(yù)制棒用石英襯管和套管的制備技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)
由于OVD技術(shù)屬于化學(xué)合成工藝，制備的石英襯套管的產(chǎn)品純度極高，可達(dá)到雜質(zhì)含量ppb的級(jí)別。隨著制備技術(shù)的不斷發(fā)展，其制造成本也在逐步降低。在沉積過(guò)程中，由于可采用一排甚至兩排燈同時(shí)進(jìn)行沉積，沉積速率可達(dá)到200g/min以上，同時(shí)隨著沉積的進(jìn)行，靶棒外徑的增加，沉積效率會(huì)進(jìn)一步增加，如制造外徑為150mm的大套管，平均沉積效率可達(dá)到60%以上，高沉積速率和高沉積效率使采用OVD工藝制得的套管具有較低的成本。缺點(diǎn)是合成工藝路線流程冗長(zhǎng)，原材料利用率低，脫水燒結(jié)工藝復(fù)雜，能耗高，資金投入大。另外生產(chǎn)過(guò)程中使用SiCl4和鹵素氣體，產(chǎn)生大量HCl尾氣，具有較大的環(huán)境壓力，且生產(chǎn)中需要使用稀有He氣（戰(zhàn)略資源），這些都是增加成本的因素。
德國(guó)Heraeus公司為技術(shù)標(biāo)桿，OVD工藝技術(shù)在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先和壟斷地位。另外，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)飛光纖公司自主開(kāi)發(fā)的OVD工藝及裝備，可用于常規(guī)單模光纖預(yù)制棒外包層的制造，實(shí)現(xiàn)高效率單模光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)。
PCVD
PCVD工藝是指等離子體化學(xué)氣相沉積法，其利用微波將石英襯管內(nèi)的原材料氣體激發(fā)成等離子狀態(tài)，然后進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，在管內(nèi)壁形成均一透明的玻璃層，最后通過(guò)加熱和負(fù)壓，將含有沉積層的管材熔縮成實(shí)心芯棒。PCVD工藝在光纖預(yù)制棒的精度控制、原材料利用率上具有先天優(yōu)勢(shì)，更適合生產(chǎn)剖面結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求更高的光纖預(yù)制棒芯棒。
PCVD技術(shù)是長(zhǎng)飛光纖的核心技術(shù)之一，支撐著光纖預(yù)制棒芯棒的制造。長(zhǎng)飛光纖通過(guò)PCVD工藝和摻雜技術(shù)，可以進(jìn)一步降低光纖衰耗，優(yōu)化產(chǎn)品性能指標(biāo)，開(kāi)發(fā)出包括低衰耗光纖和多模光纖等多種類型的光纖產(chǎn)品。
來(lái)源：長(zhǎng)飛光纖
VAD
VAD工藝是指軸向氣相沉積法，其利用氫氧焰作為熱源，將原材料氣體轉(zhuǎn)化成玻璃粉體，再通過(guò)高溫進(jìn)行脫水燒結(jié)獲得均一透明的芯棒母棒，最后經(jīng)過(guò)加熱拉伸形成尺寸合適的VAD芯棒。VAD工藝由于其較高的沉積速率和靈活的摻雜控制，在生產(chǎn)剖面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單模光纖預(yù)制棒芯棒更具優(yōu)勢(shì)。
長(zhǎng)飛光纖公司掌握VAD生產(chǎn)工藝，通過(guò)該工藝，公司在不斷提高常規(guī)單模光纖預(yù)制棒的尺寸和質(zhì)量的同時(shí)，還能夠通過(guò)實(shí)現(xiàn)高濃度摻氟工藝，降低光纖預(yù)制棒的損耗水平和生產(chǎn)成本，從而進(jìn)一步降低光纖的損耗水平和制造成本。
光纖制程用高純石英砂要求
在預(yù)制棒制作階段，石英中的羥基會(huì)擴(kuò)散到芯層內(nèi)，導(dǎo)致光纖衰減超標(biāo);過(guò)渡金屬離子會(huì)導(dǎo)致微觀不均勻，增加光纖損耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真。為了生產(chǎn)零水峰光纖和消除過(guò)渡金屬雜質(zhì)對(duì)光纖衰減的影響，一般要求芯層內(nèi)的羥基質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1×10-9，預(yù)制棒中金屬雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1×10-10，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在99.997%以上。
2024年7月，由中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)提出，全國(guó)工業(yè)玻璃和特種玻璃標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC447）歸口，久智光電子材料科技有限公司、天津富通信息科技股份有限公司等公司起草的標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 2832-2024光纖制程用高純石英砂》公示，文件進(jìn)一步對(duì)光纖制程用高純石英砂的分級(jí)要求等作出了規(guī)定。文件適用于光纖主材、光纖輔材制程用高純石英砂，包括以天然石英礦為原料通過(guò)加工、提純等生產(chǎn)工藝制備的石英砂，以及以含硅化合物為原料、采用物理、化學(xué)方法制備的合成石英砂。
等離子體熔融法、氣煉熔融法、連熔法等石英制備工藝對(duì)石英砂粒度分布有不同要求。
石英砂粒度分布
石英砂各雜質(zhì)元素含量應(yīng)不超過(guò)規(guī)定。
石英砂雜質(zhì)元素含量要求
參考來(lái)源：
谷巨明等.光纖預(yù)制棒用石英襯管和套管的制備技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)
谷巨明.光纖用石英玻璃的制備應(yīng)用及石英砂選擇
白鳳茹.等離子固相外沉積大尺寸石英套管研究
標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng).《JC/T 2832-2024光纖制程用高純石英砂》
長(zhǎng)飛光纖招股說(shuō)明書(shū)、官網(wǎng)、久智科技官網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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