Газофазные процессы в технологии получения кварцевого стекла и изделий из него
Диссертация
Процесс модифицированного химического парофазного осаждения (modified chemical vapor deposition (MCVD)) используется для изготовления кварцевых световодов уже более 30 лет. Однако аналитические модели для прогноза состава легированного диоксидом германия кварцевого стекла, основанные на термодинамическом анализе равновесия конденсированной и газовой фазы, окончательно не разработаны… Читать ещё >
Содержание
- ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
- ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. И
- 1. 1. Подготовка природного сырья для получения кварцевого стекла
- 1. 2. Методы получения кварцевого стекла
- 1. 3. Газофазные методы легирования кварцевого стекла
- 1. 4. Влияние условий формования изделий из кварцевого стекла на их прочность
- 1. 5. Выводы к главе 1
- ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОФАЗНЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ КВАРЦЕВОГО СЫРЬЯ
- 2. 1. Сопоставительный анализ эффективности газофазных методов очистки природного кварца от примесей железа
- 2. 2. Метод получения штабиков из кварцевого стекла
- 2. 3. Метод получения крупногабаритных заготовок кварцевых световодов
- 2. 4. Метод получения крупногабаритных заготовок кварцевых анизотропных одномодовых световодов с эллиптической оболочкой
- 2. 5. Выводы к главе 2
- ГЛАВА 3. ПРОЦЕССЫ ЛЕГИРОВАНИЯ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА ФТОРОМ
- 3. 1. Внедрение фтора при малых давления фторсодержащих реагентов
- 3. 2. Внедрение фтора при давлениях фторирующих реагентов более 1 атм
- 3. 3. Выводы к главе 3
- ГЛАВА 4. ЛЕГИРОВАНИЕ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА ДИОКСИДОМ ГЕРМАНИЯ В MCVD МЕТОДЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОВОДОВ
- 4. 1. Исследование состава осаждаемых частиц
- 4. 2. Термодинамический анализ MCVD процесса получения германо-силикатного стекла
- 4. 3. Выводы к главе 4
- ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ГАЗОВОЙ ФАЗЫ НА ПРОЧНОСТЬ СВЕТОВОДОВ
- 5. 1. Исследование природы микронеоднородностей в кварцевом стекле, влияющих на его прочность
- 5. 2. Влияние окислительно-восстановительных условий атмосферы высокотемпературных процессов на физико-химическое состояние примесей и прочность волоконных световодов
- 5. 3. Выводы к главе 5
Список литературы
- Леко В. К., Мазурин О. В. Свойства кварцевого стекла. -Л.: Наука, 1985. -166 с.
- Глаголев С.П. Кварцевое стекло, его свойства, производство и применение. -Л.: Хим.-техн. изд-во 1934. -215 с.
- McAFEE, JR. К. В., Walker К. L., Laudise R. A., et al. Dependence of equilibria in the modified chemical vapor deposition process on SiCl4, GeCl4 and 02 //J. Amer. Ceram. Society. 1984. V. 67. N 6. P. 420−424.
- Kim K. S., Prats: nis S. E. Codeposition of Si02/Ge02 during production of optical fiber preforms by modified chemical vapor deposition // Intl. J. Heat Mass Trans. 1990. V. 33. P. 1977−1986.
- Abramov A. A., Bubnov M. M., Dianov E. M., KolChenko L. A., Semjonov S. L., Shchebunjaev A. G., Gurjanov A. N. and Khopin V. F. Influence of fluorin doping on drawing-induced fibre losses // Electr. Lett. 1993. V. 29. N 22. P. 1977- 1978.
- Shibata S. and Nakahara M. Fluorine and chlorine effects on radiation-induced loss for Ge02-doped silica optical fibers // J. of Lightwave Technology. 1985. V. LT-3.N4. P. 860−863.
- Freiman S. W. Environmentally enhanced crack growth in glass The strength of glass — ed. Kurkjian-N.-Y.: Plenum press, 1985, P. 197−215.
- Duncan W. J., France P. W. and Craig S. P. The effect of environment on the strength of optical fiber.- The strength of glass, ed. Kurkjian, N.-Y.: Plenum Press, 1985, P. 309−326.
- Прянишников В. И. Система кремнезема -Л.: Стройиздат 1971. С.70−71
- Халилев В. Д., Прохорова Т. И. Основы производства кварцевого стекла -Л. 1983 С. 14−15
- Боганов А. Г. Руденко В. С., Башнина Г. Л. Закономерности кристаллизации и природа кварцевого стекла.// Изв. АН СССР. Неорг. матер., 1966, т. 2, № 2, С. 363−375.
- Патент США № 4 956 059, IPC: ВО 1J19/08- B01J19/28- С01ВЗЗ/18 Процесс обогащения гранулированной кварцевой крупки. // Englisch Wolfgang, Leber Helmut Опубл. 11.09.1990
- Глаголев С. П. Кварц стекло. -М. Л, Госхимтехиздат, 1934, С. 160−165.
- Айлер Р. Химия кремнезема. — М.: Мир, 1982, Ч. I -270 с.
- Ботвинкин O.K. Физическая химия силикатов -М.:Промстройиздат, 1955. -288 с.
- Dumbaugh W. Н., Schultz P. Vitreous silica.- In: Encyclopedia of chemical technology. 2 ed. New York, 1969, vol. 18, p. 73−102.
- Nassan K., Shiever J. Plasma torch preparation of high purity, low OH-content fused silica.- Amer. Ceram. Soc. Bull., 1975, vol. 54, № 11, p. 10 041 009.
- Халилев В.Д., Прохорова Т. И. Кварцевое стекло, конспект лекций Л.19 821. C. 48−52
- MacChesney J. В. Connor Р. В., DiMarcello F. V., Simpson J. R. and Lazay P.
- D. Preparation low loss optical fibers using simultaneous vapor phase deposition and fusion. Proc. 10th Int. Congr. Glass. — 1974, p. 6.40−6.44.
- MacChesney J. В. Connor P. B. and Presby H. M. A new technique for preparation of low loss and graded index optical fibers. PROC. IEEE -1974,v. 62, p. 1278−1279.
- Kleinert P., Shmidt D., Kirchhof J. and Funke A. About oxidation of SiCl4 and GeCU in homogeneous gas phase. Kristall und Technik-1980, v. 15 № 9, p. 85−90.
- Wood D. L., MacChesney J. B. and Luongo J. P. Investigation of the reactions of SiCl4 and O2 at elevated temperatures by infrared spectroscopy. J. Mat. Sci., 1978, v. 13, p. 1761−1768.
- French W. G., Pace L. J. and Foertmeyer V. A. Chemical kinetics of the reactions of SiCl4, SiBr4, GeCl4, POCl3 and BCb with oxygen.- J. Phis. Chem., 1978, v. 82, № 20, p.2191−2194.
- Powers D. L. Kinetics of SiC14 oxidation.- J. Amer. Ceram. Soc., 1978, v.61, p.295−297
- Wood D. L. and Shirk J. S. Partition of the modified chemical vapor deposition process.- J. Amer. Ceram. Soc., 1981, v. 64, p. 325−327.
- Proctor B. A., Whitney I. and Johnson J.W. Strength of fused silica.- Proc. Roy. Soc. London, ser A, 1967, v. 297, № 1451, p. 534−557
- Давидович H. M., Байкова Jl. Г., Песина Т. И, Пух В. П., Радеева Е. И. Падение структурной прочности кварцевых волокон с полимерным покрытием под действием влажной среды.//- Физика и химия стекла, 1990, т. 16, № 4, С. 566−570.
- Бухтиарова Т. В., Дяченко А. А., Иноземцев В. П., Соколов А. В. Прочность и долговечность волоконно-оптических световодов.// Итоги науки и техники, серия связь, 1991, т. 8, С. 110−169.
- Kalish D., Tariyal В. К. Static and dynamic fatigue of a polimer-coated fused silica optical fiber -J. Amer. Ceram. Soc, 1978, v. 61, № 11−12, p.518−523.
- Sakaguchi S., Nakahara M, Tajima Y. Drawing of high- strength long-length optical fiber.- J. Non-Cryst. Solids, 1984, v. 64, № 1−2, p. 173−183.
- Kurkjian С. R. Statistics of the tensile strength of glass fibers for optical comunication. Wiss. Ztschr. Friedrich-Schiller- Univ. Jena, Math.-Nat. Reihe, 1979, Bd 28, H. 2/3, S. 379−387.
- Богатырев В.А., Бубнов MM., Дианов E. M. Исследование механической прочности волоконных световодов для систем оптической связи.-Квантовая электроника, 1981, т. 8, № 4, с. 844−852.
- Weibull W. A Statistical distribution function of wide applicability.- J. Appl. Mech., 1951, v. 18, № 9, p. 293−297.
- Cohen M. I. and Melliar-Smuth С. M. Recent advances in the fabrication of silica optical fibers. Int. Conf. Communic., 1980, Seattle, Wash., p. 55.1.1 -55.1.7.
- Богатырев А. В. Бубнов M. М., Вечканова Н. Н. и др. Высокопрочные волоконные световоды, изготовленные методом химического осаждения из газовой фазы. /7- Квантовая электроника. 1982, т. 9, № 7, С. 1506 -1509.
- Шульц П. Производство оптических световодных волокон: Процессы и аппараты.- В книге: Стеклообразное состояние JL: Наука 1983, С. 186 197.
- Boniort J., Lbouecj J. and Bade P. Improvement of optical fiber strength for submarine cables. SPJF. Optical fiber characteristics and standards., 1985,584.- P. 93−97.
- Hanafusa H., Sakaguchi S., Hibino J. High-strengh, long-length optical fibers -Rev. of the Elect. Commun. Laboratories.- 1985, v. 33, № 6, p. 971−975.
- Blyler L. L, and DiMarcello F. V. Fiber drawing, coating and jacketing.- Proc. IEEE, 1980, v. 68, p 1194−1198.
- Sakaguchi S. Drawing of high-strength long-length optical fibers for submarine cables.- J. Lightwave techn., 1984, LT-2, № 6, p. 809−815.
- Runk R. A zirconia induction furnace for drawing precision silica waveguides, Teen. Digest Top. Meet. Opt. Fiber Comm., Williamsburg, 1977, p. TuB5-l.
- DiMarcello F. V., Hart A. C., Williams J. C. and Kurkjian C. R. High strength furnace-drawn optical fibers In: Fiber Optics. Advances in Research and Development, ed. Hendow B. and Mitra S. S. N.-Y.: Plenum, 1979, p. 125−135.
- Paec U. C. and Sehroeder С. M. Silica coated dual-tube zirconia indaction furnace for high-strength fiber prodaction. -Electron. Lett., 1986, v. 22, № 2, p. 72−73.
- Kaiser P., Hart A. C. and Blyler L. L., Low-loss FEP-clad silica fibers.- Appl. Opt., 1975, v. 14, p. 156−162.
- Jaeger R. E. Laser drawing of optical fibers. Am. Ceram. Soc. Bull., 1976, v. 55, p. 270−273.
- Paek U. C. Laser drawing of optical fibers. Appl. Opt., 1974, v. 13, p. 1383 -1386.
- Белов А. В., Бубнов M. M., Гурьянов А. Н., Девятых F. Г., Дианов Е. М., Прохоров А. М. Русанов С. Я., Юшин А. С. Вытяжка стеклянных волоконных световодов с помощью СОг-лазера // Кв. электр., 1978, т. 8 С. 1169- 1170.
- Hiroshi Murata, Manufacturing of optical fibers in Japan., in Optical Fiber Communications. Vol. 1, Fiber fabrication, ed. Tingye L.I. Orlando, San Diego, New York, London, Toronto, Monreal, Sydney, Tokyo: Academic press, Inc., 1985, p. 297−353.
- Paek U. C. and Kurkjian C. R. Calculation of cooling rate and induced stresses in drawing of optical fibers J. Am. Ceram. Soc., 1975, v. 58, p. 330.
- Rongved L. Kurkjian C. R. and Geyling F. T. Mechanical tempering of optical fibers J. Non-Cryst. Solids., 1980, v. 42, p. 579−584.
- Oh. S. M. Predieux P. H. and Glavas X. G. Calculation of cooling rate in drawing of optical fibers. Opt. Lett., 1982, v. 7, p. 241−243.
- Kurkjian C. R., Inniss D. Understanding mechanical properties of lightguides: a commentary Journal of SPIE, 1991, v. 30, № 6, p.681−689.
- Glaesemann G. S., Walter D. J. Method for obtaining long-length strength distributions for reliability prediction.- Journal of SPIE, 1991, v. 30, № 6, p.746−748.
- Литвин Б.Н., Пополитов В. И. Гидротермальный синтез неорганических соединений. М. Наука: 1984−183 с.
- Павлушкин Н. М. Химическая технология стекла и ситаллов -М.: Стройиздат,. 983. -430 с.
- Гурвич Л. В., Вейц И. В., Медведев В. А. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. I, кн. 2, М.: Наука, 1979. -328 с.
- Уикс К. Е. Блок Е. Термодинамические свойства 65 элементов, их окислов, галогенидов, карбидов и нитридов. М.: «Металлургия», 1965, -240 с.
- Ероньян М.А., Злобин П. А., Страхов В. И., Цибиногина М. К. Исследование высокотемпературных газофазных методов очистки кварцевой крупки// Тез. докл. XV Международной конференции по химической термодинамике в России 2005. — Москва — том 2, — С. 237.
- Nagel S. R. MacC’hesney J. В. and Walker К. L. An Overview of the modified chemical vapor deposition (MCVD) process and performance.- IEEE Transactions on microwave theory and technique., 1982, v. MTT-30, № 4, p. 305−322.
- Богатырев В. А., Бубнов M. M., Румянцев С. Д. и Семенов С. Л. Механическая надежность волоконных световодов- Труды ИОФАН- М.: Наука, 1990, т. 23. С. 66−93.
- Патент РФ № 2 281 260, MI1K7 С03В37/012. Способ изготовления крупногабаритных заготовок кварцевых световодов// М. А. Ероньян, П. А. Злобин (Россия). № 2 004 138 020/03- Заявл. 16.12.04- Опубл. 10.08.06. — Бюл. № 6,2006−4 с.
- Sasaki Y., Tajima К, Seikai S. 26 lan Long polarisation- maintaining optical fibre // Electronics letters. 1987. Vol. 23, № 20. P. 127−128.
- Ероньян М. А., Комаров А. В., Кондратьев Ю. Н., Ромашова Е. И., Серков М. М., Хохлов А. В. Тонкие анизотропные одномодовые волоконные световоды с эллиптической напрягающей оболочкой // Оптический журнал. 2000. Т. 57, № 10. С. 104−105.
- Буреев С.В., Дукельский К. В., Ероньян М. А., Злобин П. А., Левит Л. Г. Малозатратная технология анизотропных одномодовых световодов с эллиптической оболочкой//Тез. докл. Международной конференции «Прикладная оптика 2006" — 2006 г. Санкт-Петербург, — С. 83.
- Walker К. L., Csencits R., Wood D. Chemistry of fluorine incorporation in the fabrication of optical fibers Dig. Techn. Pap. (S. 2) 6th Top. Meet Opt. Fiber Commun., 1983, p. 36−37.
- Tokahari Н., Oyobe А. и др. Characteristics of fluorine doped silica glass Tech. diq. ECOC 86. Borcelona v. Ill p.7−26
- Hermann W., Raith A., Rau H. Diffusion of fluorine in silica. Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1987, v. 91 p. 56−58.
- Физическое металловедение. II. Фазовые превращения. Металлография. Под ред. Р.Кана. -М. Мир, 1968, с, 137.
- Kirchhof J., Kleinert P., Unger S., Funke A. About the fluorine chemistry in MCVD: the influence of fluorine doping on Si02 deposition. Cryst. res. technol. 1986, v. 21, № 11, p. 1437−1444.
- Патент РФ № 2 272 003, МПК7 C03B37/075. Способ высокотемпературной химической обработки поверхности стекла// М. А. Ероньян, М. К. Цибиногина, П. Л. Злобин. (Россия). № 2 004 121 802/03- Заявл. 12.07.04- Опубл. 20.03.06. — Бюл. № 6,2006 — 4 с.
- Ероньян М. А., Кондратьев 10. П., Кузьмин В. М. Юхнов Б. Г., Хижа Г. С., Лиоренцевич Е. А. Способ изготовления трубчатых заготовок для волоконных световодов А. с. СССР на изобретение № 1 370 912 от 27.01.86.
- Ероньян М. А., Мостовой С. Г., Сенников В. А., Сергеев В. П., Юшин В. А., Хотимченко В. С. Устройство для изготовления изделий из тугоплавких материалов А. с. СССР на изобретение № 1 336 457 от 16.08.85.
- Walker К. L. Geyling F. Т. and Nagel S. R. Termoforetic deposition of the modified chemical vapor deposition (MCVD) process. J. Amer. Ceram. Soc., 1980, v. 63, № 9−10, p. 552−558.
- Колесова В. A., LLIep E. (. Двухкомпонентные стекла системы Ge02-Si02 //Физ. и хим. стекла. 1973. т. 9. № 6. С. 1018−1020.
- Klenert P., Schmidt D., Kirchhof J., et al. About oxidation of SiCl4, and GeCl4 in homogeneous gaseous pfase // Kristall und technik. 1980. V. 15. N 9. P. 85−90.
- McAFEE, JR. К. В, Laudise R. A, Hozack R. S. Equilibria concentration in the oxidation of SiCI4 and GeCl4 for optical fibers // J. of lightwave technology. 1983. V. LT-1. N4.P. 5555−561.
- McAFEE, JR. К. В., Walker K. L, Laudise R. A, et al. Dependence of equilibria in the modified chemical vapor deposition process on SiCl4, GeCl4 and 02 //J. Amer. Ceram. Society. 1984. V. 67. N 6. P. 420−424.
- Kim K. S, Pratsinis S. E. Codeposition of SiCyGeO? during production of optical fiber preforms by modified chemical vapor deposition // Intl. J. Heat Mass Trans. 1990. V. 33. P. 1977−1986.
- Гурвич Л. В, Вейц И. В., Медведев В. А. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 2, кн. 2. Под редакцией Глушко В. П, -М.: Наука. 1979. 340 с.
- Мазурин О. В. Роскова Г. П, Аверьянов В. И, Антропова Т. В. Двухфазные стекла: структура, свойства, применение. -Л.: Наука, 1991. -276 с.
- Девятых Г. Г, Крылов В. А., Лазукина О. П. Негомогенные примеси в высокочистых веществах для микроэлектроники и волоконной оптики // Высокочистые вещества. 1992. № 2. С. 115−122.
- Ероньян М. А, Жахов В. В, Хотимченко В. С, Козлова М. А, Квицель Р. Д. Влияние микропримесей на прочность кварцевого стекловолокна. // Тезисы III Всес. совещания по перспективам развития НИР и производства ОСЧ веществ, Ереван. 1982. С. 78.
- Асланова М. С., Хазанов В. Е. Влияние дефектов кварцевого стекла и поверхностных дефектов формования кварцевого волокна на его прочность // Стекло и керамика. 1967. Т. 22. № 1. С. 22−25.
- Ероньян М. А., Кондратьев Ю. Н., Ромашова Е. И., Петровский Г. Т. Упрочнение тепловой обработкой световодов из кварцевого стекла с эпоксиакрилатным покрытием // Физ. и хим. стекла. 1991. Т. 17. № 1. С. 165−167.
- Bogatyrjov V.A., Bubnov М.М. Dianov Е. М., Makarenko A. Y., Rumyantsev S. D., Semjonov S. L., Sysoljatin A. A. High-strength hermetically tin-coated optical fibers, in Technical digest, Optical Fiber Communication. Conf., San Diego CA, 1991. P. 115.
- Ероньян M.A., Злобин П. А., Козлова M.A., Левит Л. Г., Ромашова Е. И., Хохлов А. В., Цибиногина М. К. Влияние физикохимического состояния примесей на прочность кварцевого волокна// Физика и химия стекла. -2006, том 32, № 6. С. 855−862.
- Щедрин В.М., Телегина А. А., Васькин В. М. Диссоциация кремнезема // Металлы. 1977. № 6. С. 57−62.
- Богатырев В. А., Бубнов М. М., Вечканов Н. Н. Гурьянов А. П. и Семенов С. Л. Прочность стеклянных волоконных световодов большой длины. // Труды ИОФАН. Волоконная оптика. Т. 5, М: Наука, 1987, с. 60−72.
- Злобин П.А., Ероньян М. А., Хохлов А. В. О характере двухмодовой статистики распределения прочности кварцевых световодов// Оптический журнал. 2007, том. 74, № 6.- С. 80−81.
- В заключение хочу поблагодарить заведующего кафедрой стекла и ОТС СПб ТИ (ТУ) д. г. н., профессора Страхова В. И., а также своего научного руководителя д. т. н., Ероньяна М. А. за помощь в работе.