Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

3. Методы получения заготовок кварцевых ОВ

3.1.2. Осаждение оксидов

         Частицы оксидов, образующиеся в зоне нагрева трубки в результате гомогенных реакций окисления галогенидов, коагулируют во время прохождения через горячую зону за счет броуновского соударения, при этом размер частиц увеличивается от нескольких ангстрем до ~ 0,2 мкм. В дальнейшем эти частицы осаждаются на стенки трубки в результате термофореза.

Сущность термофореза заключается в том, что в поле с температурным градиентом движущаяся частица подвергается соударению молекул, средняя скорость которых со стороны более высокой температуры выше, чем со стороны более низкой температуры. Под действием этих соударений частица движется в направлении уменьшения температуры. Температура стенок трубки в зоне нагрева выше, чем в центре в связи с расположением горелки снаружи трубки. Поэтому первоначально частицы движутся к центру трубки (рис. 3.6). Однако в дальнейшем температура стенок уменьшается быстрее, чем температура в центре трубки, и частицы начинают двигаться в сторону стенки трубки и осаждаться на ней. Траектории частиц в температурном поле трубки приведены на рис. 3.6.

Эффективность осаждения за счет термофореза описывается следующим уравнением:

Е ≈ 0,8(1 — Те/Треак),                                 (3.7)

где Те — температура приповерхностного потока, при  которой внутренняя стенка и газ находятся в термическом равновесии, и Треак — температура, при которой происходит химическая реакция образования частиц окислов. Значение Те сильно зависит от длины зоны нагрева и скорости перемещения горелки, окружающей температуры и толщины стенки трубки и слабо зависит от скорости потока и радиуса трубки. Длина трубки, на которой происходит осаждение частиц, называется зоной осаждения (см. рис. 3.6); длина зоны осаждения пропорциональна отношению Q/a, где Q — общий поток газа по трубке и a — коэффициент теплопроводности газа.

Рис. 3.6. Траектория частиц окислов под действием температурного поля в опорной трубке.

Повышению эффективности и уменьшению зоны осаждения способствуют:

— использование широкозонной горелки, обеспечивающей разогрев ПГС до большей температуры (Треак.);

— принудительное охлаждение зоны осаждения водой или воздухом, что приводит к уменьшению Те ;

— повышение теплопроводности ПГС, например, заменой части кислорода на гелий, обладающий высоким a;

— уменьшение концентрации паров галогенидов в приосевой зоне, например, путем введения вдоль оси опорной трубки дополнительной трубки, по которой в зону нагрева подается инертный газ.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.