工作原理:气相沉积工艺纯玻璃技术康宁

康宁公司(Corning)生产世界上最纯净的玻璃的过程,在一段时间内,似乎根本不涉及玻璃。

它被称为气相沉积——一种高温过程,通过在生长的表面沉积一层又一层的微小玻璃颗粒来制造玻璃,而不是冷却熔化的液体。

气相沉积是康宁在光纤领域保持全球领先地位的关键。康宁公司也用这种方法生产其他专业的玻璃技术产品,比如精密的望远镜镜。

它代表了康宁对材料的深刻理解、过程控制专业知识、尖端设备设计和自动化的经典结合。

它是如何工作的

这种工艺有多种形式,但康宁公司最常用的一种是外部气相沉积(OVD),它将新型玻璃“构建”在固体基板上(或周围)的微小层上。米歇尔·金和格雷格·高斯曼在北卡罗来纳州威尔明顿市的光纤工厂管理技术交付,他们用这种方式解释了外部气相沉积。

“简单来说,想象一下你炉子上的茶壶,”高斯曼说。“当你提高水的温度,但没有高到沸腾的程度,你仍然会产生蒸汽,或蒸汽,高于液体本身。而不是让蒸汽从茶壶中逸出,你实际上是通过管道将其输送到一个燃烧蒸汽的燃烧器。”

蒸汽不是来自沸水,而是来自含有硅的液体,有时也来自被称为掺杂剂的受控添加剂。因此,燃烧过程会产生一种非常小的氧化玻璃颗粒——称为烟灰——和未燃烧的蒸汽的混合物。反过来,水蒸气可以在粒子周围凝聚,然后进一步聚集并附着在基质上。

利用光纤,蒸汽被小心翼翼地沉积在一根长长的陶瓷钓竿上。一层又一层的水蒸气反应形成了超纯玻璃。去掉诱饵杆后,完美的玻璃管——被称为预成型剂——在高温下固化,并被拉入头发般细的光纤中。观看这段视频了解更多。

就美国航天器的透镜、镜子和多年来一直使用的窗户而言,气相沉积是一个“直接到玻璃”的过程,从而产生大而密的玻璃整体。制作一个大型望远镜的镜面需要一年多的时间。

为什么它很重要

对于像光纤和望远镜镜片这样的产品,玻璃必须不含哪怕是最小的污染物,否则会打断光的传输。ovd形成的玻璃允许非常严格的控制化学物质进入蒸汽,反过来,玻璃。其结果是可以想象到的最纯净的玻璃。

纯硅玻璃,无论添加或不添加少量的掺杂剂,都能够承受巨大的温度变化而几乎不发生膨胀或收缩。这是玻璃产品的基本品质,例如,必须在外太空可靠地运行。

该工艺也具有高度可扩展性,这意味着康宁可以提高特种光纤等产品的生产,并确保每根线轴都是最高质量的。

而OVD允许非常严格地控制添加到二氧化硅中的掺杂剂,这可以在玻璃中产生所需的特定光学属性——例如,通过光纤的光的精确折射率。这种卓越的过程控制能力,米歇尔说,“使我们能够实现一个全面的产品组合。”

它是如何进化而来的

康宁公司的传奇发明家弗兰克·海德博士在20世纪30年代开始这项工作,这项工作最终发展为气相沉积技术。20世纪70年代,康宁革命性地创造了世界上第一个低损耗光纤。

多年来的持续改进——大部分是高度专有的性质——使康宁公司能够使这个过程越来越高效。这也是康宁公司成为光纤制造业领导者的原因之一。

为什么我们擅长这个

虽然纤维制造商可以在公开市场上购买生产设备,但康宁自己设计和制造。

该设备的一流质量直接源于康宁对材料和科学(化学和物理)的基本理解,而这些正是制造该工艺的基础。

产品需求,特别是光纤方面的产品需求,使康宁公司面临着继续投资改善气相沉积的挑战。

“为了满足市场需求,我们必须提高我们的理解力,反过来,我们在过程控制和机器设计方面的能力。”

“由于我们的传统和几十年来对工作的基本理解,我们能够发展产品组合。我们将继续这样做。”

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