How It Works: Vapor Deposition Process | Pure Glass Technology | Corning

通过这种看似与玻璃无关的制造工艺,康宁生产出了康宁在全世界最纯净的玻璃。

气相沉积是一种高温工艺,通过在生长表面上沉积一层又一层微小的玻璃颗粒来制造玻璃,而不是冷却熔融液体。

气相沉积是康宁在光纤领域表现优异的关键。康宁还采用此工艺生产其他先进玻璃技术产品,如精密的望远镜反射镜。

这来自于康宁丰富的材料知识、工艺控制专业知识、尖端设备设计和自动化技术的经典组合。

工作原理

此工艺包括多种形式,但康宁最常用的是外部气相沉积 (OVD),它可以在固态基质顶部(或周围)以极小的薄层"制作"新的玻璃。在康宁北卡罗来纳州威尔明顿光纤工厂管理技术交付的Michelle King和Greg Gausman这样解释“外部气相沉积”。

“简单地说,想象一下你炉子上的茶壶,”Gausman说,“当水的温度提升,但没有达到沸腾温度,仍然能产生蒸汽,蒸汽的温度高于液体本身。这时不让蒸汽从茶壶中逸出,而是通过管道将蒸汽输送到燃烧器中燃烧。”

例如,制造光纤时,从含硅(有时还包含被称为“掺杂剂”的受控添加剂)的液体中生成蒸汽。燃烧过程将产生极小的氧化玻璃颗粒(被称为“烟灰”)和未燃烧蒸汽的混合物。蒸汽转而会凝结在颗粒周围,然后进一步聚集,粘附在基质上。

蒸汽严密地沉积在长长的陶瓷饵杆周围。一层又一层的蒸汽与玻璃微粒产生反应,最终形成超纯净的玻璃。取下饵杆后,完美的玻璃管(被称为“预制棒”)将在极高温度下被压实,并拉制成细如发丝的光纤。 

对于镜头、反射镜和多年来美国宇宙飞船用的玻璃舷窗,气相沉积直接发生在玻璃制造过程中,然后形成庞大、密实的整块玻璃。制造大型望远镜反射镜可能需要超过一年时间。

重要意义

对于光纤和望远镜镜头等产品而言,玻璃必须极尽纯净,否则污染物可能会影响光的传输。而使用外部气相沉积能够严格控制可能进入蒸汽,进而融入玻璃的化学物质,最终制造出人类可以想象到的最纯净的玻璃。

无论是否主动添加少量的掺杂剂,纯硅玻璃都能够承受巨大的温度变化,并且几乎不会膨胀或收缩。这是作为玻璃产品的一个基本必备属性,可在外太空等场景下为人类提供可靠的支持。

外部气相沉积工艺还具有高度的可扩展性,使康宁能够提高特种光纤等产品的产量,确保所有交付的产品都达到康宁最高的品质标准。

此外,外部气相沉积还可以非常严格地控制添加到二氧化硅中的掺杂剂,使玻璃具备所需的特定光学属性,如精确的折射率。Michelle表示,这种卓越的工艺控制技术“将有利于我们开发全面的产品组合”。

发展历史

早在20世纪30年代,极具传奇色彩的康宁知名发明家Frank Hyde博士就开始了相关的研究工作,并为最终的气相沉积工艺奠定了坚实的基础。到了20世纪70年代,康宁生产出了世界上第一根低损耗光纤,并彻底变革了该项工艺。

经过多年的工艺优化升级(大部分高度专有),康宁一路高歌猛进,不断提高工艺效率,并因此成为了光纤制造领域的领军者之一。

我们的优势

当前,光纤制造商完全可以在公开市场上购买制造设备,但康宁坚持自主设计和制造。

我们的设备基于康宁多年来的材料和科学专业知识,具有一流的品质。

而产品需求(特别是光纤方面的需求)促使康宁持续投资,改善气相沉积工艺。

Gausman表示:“为满足市场需求,我们必须提高自己的认识,以及工艺控制和机器设计的能力。”

“得益于我们几十年来积累下的丰富经验和专业知识,我们已经具备了扩大产品组合的能力。未来,我们也将锲而不舍,继续深入研发工作。”