工作原理:气相沉积工艺|纯玻璃技术|康宁

康宁生产世界上最纯净的玻璃,有一段时间,似乎根本不涉及玻璃。

这被称为蒸汽沉积——一种高温过程,通过一层又一层的微小玻璃颗粒沉积在不断增长的表面,而不是冷却熔融的液体,来制造玻璃。

气相沉积是康宁在光纤领域保持全球领先地位的关键。康宁公司也使用这种工艺生产其他专门的玻璃技术产品,比如精密的望远镜镜子。

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组合。

它是如何工作的

该工艺有多种形式,但康宁公司最常用的是外部气相沉积(OVD),它在固体基材上(或周围)“构建”微型层的新玻璃。米歇尔·金(Michelle King)和格雷格·高斯曼(Greg Gausman)是北卡罗来纳州威明顿市一家光纤工厂的技术交付经理,他们是这样解释的。

“简单地说,想象一下炉子上的茶壶,”高斯曼说。“当你提高水的温度,但不是太高到沸腾,你仍然会产生蒸汽,或蒸汽,高于液体本身。你不是让蒸汽从茶壶里逸出来,而是通过管道将蒸汽输送到燃烧器,在那里蒸汽被燃烧。”

这种蒸汽不是来自沸水,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(称为煤烟)和未燃烧蒸汽的混合物。水蒸气会在微粒周围凝结,微粒会进一步聚集并粘附在基质上。

利用光纤,蒸汽被精心地沉积在一个长陶瓷诱饵杆周围。一层又一层的水蒸气与微玻璃颗粒反应,形成超纯玻璃。移除鱼饵杆后,完美的玻璃管——也就是所谓的预制件——在高温中固化,并被拉入头发般细的光纤中。观看视频了解更多信息。

在镜片、镜子和多年来用于美国航天器的窗户中,气相沉积是在“直接到玻璃”过程中发生的,从而产生大而致密的玻璃单体。制作一个大型望远镜镜子的过程可以持续一年以上。

为什么它很重要

对于像光纤和望远镜镜片这样的产品,玻璃必须不含任何可能干扰光线传输的微小污染物。ovd形成的玻璃可以非常严格地控制进入蒸汽和玻璃中的化学物质。其结果是一些可以想象到的最纯净的玻璃。

纯石英玻璃,无论是否有意加入少量掺杂剂,也能够承受巨大的温度变化,几乎没有膨胀或收缩。这是玻璃制品的基本质量,例如,必须在外太空可靠地运行。

该过程也是高度可扩展的,这意味着康宁可以提高产品的生产,如专业光纤,并确保每个卷轴的最高质量。

而且OVD可以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。Michelle说,这种卓越的过程控制能力“使我们能够实现全面的产品组合。”

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年代开始了这项最终发展为蒸汽沉积的工作。20世纪70年代,康宁彻底改变了这一过程,创造了世界上第一条低损耗光纤。

多年来不断的改进——大部分是高度专有性质的改进——使得康宁的流程越来越高效。这也是康宁成为光纤制造行业领导者的原因之一。

为什么我们擅长于此

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。

设备的一流品质直接源于康宁对材料和科学(化学和物理)的基本理解,这两者结合在一起形成了整个过程。

产品需求,特别是在光纤方面的需求,挑战了康宁公司在改善气相沉积方面的投资。

“为了满足市场需求,我们必须提高我们的理解——反过来,我们的过程控制和机器设计能力,”高斯曼说。

“由于我们的传统和几十年来对工作的基本理解,我们已经能够发展产品组合。这也是我们将继续做的事情。”

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