一种硫系玻璃管制作装置的制作方法

1.本发明涉及玻璃热加工技术领域，具体涉及一种硫系玻璃管制作装置。


背景技术：

2.硫系玻璃光纤在中红外波段具有低的传输损耗和高的非线性系数，在中红外激光传输、气体和生物化学传感、热像传递等领域具有重要应用。例如，硫系玻璃光纤可用于传输高功率的3～5μm激光，对来袭导弹进行致盲甚至损坏，从而保护己方飞行器或装备免受导弹威胁；硫系玻璃光纤可用于传输2-12μm宽谱中红外光，对有毒有害气体、毒品、爆炸物、癌细胞、化学物质等分子进行光谱探测和识别；硫系玻璃光纤还可作为非线性介质用于产生宽谱中红外激光，用于相干层析成像、光学频率计量、激光雷达等方面。
3.棒管法是制备硫系玻璃光纤的主要方法之一，该方法需要制备硫系玻璃芯棒和硫系玻璃包层管，然后将芯棒插入包层管内形成光纤预制棒，最后将光纤预制棒拉制成目标光纤。为了获得较低传输损耗的硫系玻璃光纤，需要制备高光学质量的包层管。硫系玻璃包层管可采用三种方法制备：(1)机械钻孔法，即沿着包层玻璃棒中心钻孔，然后对内壁进行抛光获得包层管，这种方法制备的硫系玻璃管的内壁通常具有较多缺陷，导致最终制备的光纤芯包界面散射损耗较大；(2)挤压法，即通过使用挤压模具将硫系玻璃柱在其玻璃软化温度附近挤压成玻璃管，该方法制备的玻璃管中通常存在大量条纹，玻璃的光学均匀性较差，最终影响光纤的光学质量；(3)旋管法，即利用高速旋转产生的离心力使硫系玻璃熔体在石英容器内形成管状结构，该方法制备的玻璃管内外壁光滑，几乎无缺陷，利于制备低损耗的光纤，是目前制备硫系玻璃管最受欢迎的方法。目前，已报道的硫系玻璃旋管设备通常为熔制和旋管功能一体设备，该设备的运行工艺为：首先将装有初始原料的真空石英管放入摇摆炉内，并用夹持部件固定，在高温下长时间熔制成均质的玻璃；然后将装有玻璃熔体的石英管调至水平状态，开启旋转控制电机使石英管中的玻璃熔体由于离心效果而均匀附着于石英管壁上；之后将摇摆炉移开，用压缩空气冷却石英管；最后停止旋转，把石英管放电炉中退火，得到硫系玻璃管。这种熔制和旋管功能一体设备体积较大，结构较复杂，成本较高；夹持部件与石英管接触面积小，导致石英管高速旋转时受力破裂的可能性较大；夹持部件在玻璃熔制过程中长时间经受高温易产生变形和老化，会对制备的玻璃管的壁厚均匀性产生不利影响。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的硫系玻璃旋管设备体积大、结构复杂、成本高、旋转夹持部件需长时间经受高温等问题，本发明提供了一种硫系玻璃管制作装置，该装置的体积小、结构简单、安全性高、成本低，夹持部件无需长时间经受高温，使用寿命长。
5.为实现上述目的，本发明的一种硫系玻璃管制作装置包括底座、配电箱、电机、卡盘、尾顶、导轨和旋管模具；配电箱和导轨安装于底座上；电机安装于配电箱内，其旋转轴与卡盘后侧固定连接；尾顶位于导轨上，并与导轨形成滑动连接；尾顶上设置有回转顶尖；旋
管模具位于卡盘与尾顶之间，其一端通过卡盘夹持固定，另一端通过回转顶尖固定；电机旋转轴、卡盘、旋管模具、回转顶尖的轴心线重合；旋管模具内部用于放置石英管。
6.进一步地，还包括与电机相连的调速器，调速器主体位于配电箱内，其调速旋钮伸出配电箱。
7.进一步地，调速器为220v变频调速器，调速范围0-2500转/分钟。
8.进一步地，本装置还包括与调速器相连的转速显示屏，转速显示屏安装于配电箱侧面。
9.进一步地，尾顶还包括丝杆、摇柄和固定座；固定座底部与导轨滑动连接；丝杆穿过固定座并与固定座螺纹连接；回转顶尖与丝杆前端固定连接；摇柄与丝杆后端固定连接。
10.进一步地，尾顶还包括锁紧螺栓和固定销；锁紧螺栓用于固定丝杆的行程；固定销用于将固定座固定在导轨的不同位置。
11.进一步地，旋管模具包括套筒、前端盖和后端盖；前端盖与套筒一端卡接，后端盖与套筒另一端卡接；后端盖中心设有一个锥形槽，用于与回转顶尖对接。
12.进一步地，旋管模具采用不锈钢材质制作。
13.进一步地，本装置还包括四个调平垫铁，四个调平垫铁分别安装于底座下部边缘；调平垫铁底部设置有减震橡胶垫。
14.本发明的有益效果是：
15.(一)、本发明硫系玻璃管制作装置使用旋管模具带动装有硫系玻璃的石英管旋转，整个石英管壁都与旋管模具接触，接触面积大，且旋管模具与石英管之间设有石英棉，起到缓冲压力作用，使得石英管在高速旋转过程中不易破裂、爆炸，安全性得到极大提高。
16.(二)、本发明硫系玻璃管制作装置的夹持部件为卡盘和回转顶尖，在制备硫系玻璃管的过程中不会经受高温，不易发生变形，性能稳定，使用寿命长；
17.(三)、使用本发明的装置和方法可制备长度100-200mm，外径10-30mm、内/外径比0.65-0.90的硫系玻璃管，管壁厚度均匀，表面光学质量好，适用于低损耗硫系玻璃单模光纤、多模光纤和微结构光纤的制备；
18.(四)、本发明硫系玻璃管制作装置体积小、结构设计合理、制造成本低。
附图说明
19.图1是本发明的硫系玻璃制作装置的结构图；
20.图2是尾顶的结构图；
21.图3是旋管模具的结构图；
22.图中，1-底座，2-配电箱，3-电机，4-卡盘，5-尾顶，5.1-回转顶尖，5.2-丝杆，5.3-摇柄，5.4-固定座，5.5-锁紧螺栓，5.6-固定销，6-导轨，7-旋管模具，7.1-套筒，7.2-前端盖，7.3-后端盖，8-调速器，9-转速显示屏，10-调平垫铁。
具体实施方式
23.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
24.如图1所示，一种硫系玻璃管制作装置，包括底座1、配电箱2、电机3、卡盘4、尾顶5、导轨6和旋管模具7。配电箱2与导轨6安装于底座上1。电机3安装于配电箱2内，其旋转轴与
卡盘4后侧固定连接。尾顶5位于导轨6上，并与导轨6形成滑动连接。尾顶5上设置有回转顶尖5.1。旋管模具7位于卡盘4与尾顶5之间，其一端通过卡盘4夹持固定，另一端通过回转顶尖5.1固定。电机3旋转轴、卡盘4、旋管模具7、回转顶尖5.1的轴心线重合，同心度优于0.01mm。旋管模具7内部用于放置石英管。硫系玻璃管制作装置还包括与电机3相连的调速器8及与调速器8相连的转速显示屏9。调整器8主体位于配电箱2内，其调速旋钮伸出配电箱2，调速器8为220v变频调速器，可实现对电机3的无极调速，调速范围0-2500转/分钟。转速显示屏9安装于配电箱2侧面。
25.如图2所示，尾顶5上除了设置回转顶尖5.1以外，还设置有丝杆5.2、摇柄5.3、固定座5.4、锁紧螺栓5.5和固定销5.6。固定座5.4底部与导轨6滑动连接。丝杆5.2穿过固定座5.4并与固定座5.4螺纹连接。回转顶尖5.1与摇柄5.3前端固定连接，摇柄5.3与丝杆5.2后端固定连接。锁紧螺栓5.5用于固定丝杆5.2的行程，其与固定座5.4螺纹连接，螺纹孔与丝杆5.2所在的螺纹孔相通。固定销5.6用于将固定座5.4固定在导轨6的不同位置。
26.如图3所示，旋管模具7包括套筒7.1、前端盖7.2和后端盖7.3。前端盖7.2与套筒7.1一端卡接，后端盖7.3与套筒7.1另一端卡接。后端盖7.3中心设有一个锥形槽，用于与回转顶尖5.1对接。旋管模具7采用不锈钢材质制作。另外，本装置还包括四个调平垫铁10，四个调平垫铁10分别安装于底座1下部边缘，调平垫铁10底部设置有减震橡胶垫，底座1为铸铁材质。设置调平垫铁10可以将旋管模具7的轴心线保持在水平状态。
27.本装置的工作原理如下：将真空封接好的装有硫系玻璃的石英管包裹一层石英棉，放入旋管模具7的套筒7.1内，将套筒7.1放入电炉中，升温至500-650℃，保温1小时以上，然后将套筒7.1从电炉中取出，盖上前端盖7.2和后端盖7.3；用卡盘4夹住前端盖7.2，根据旋管模具7的长度粗调尾顶5的固定座5.4在导轨6上的位置，使用固定销5.6将固定座5.4固定在导轨6上；转动摇柄5.3，驱动丝杆5.2对回转顶尖5.1的位置进行微调，使回转顶尖5.1插入旋管模具7的后端盖7.3的锥形槽中，将旋管模具7顶紧，然后转动锁紧螺栓5.5将丝杆5.2锁紧；将设备通电，旋转调速器8的调速旋钮，通过转速显示屏9观察电机3的转速，将电机3转速调节为800-1200转/分钟，使旋管模具7沿其轴线持续旋转5-10分钟；旋转调速器8的调速旋钮，将电机3转速调至0，使旋管模具7停止旋转；转动摇柄5.3，使回转顶尖5.1与旋管模具7的后端盖7.3分离，松开卡盘4，取下旋管模具7；取下旋管模具7的前端盖7.2和后端盖7.3，取出套筒7.1内的石英管，浸入水中淬冷，然后放入预先升至硫系玻璃的玻璃化转变温度的电炉中退火；退火结束后，取出石英管，将石英管两端端头切除，倒出管内的硫系玻璃套管，即可。
28.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。