How It Works: Vapor Deposition | Glass Age | Corning

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Vapor Deposition

工作原理: 汽相沉积

工作原理: 汽相沉积

康宁通过一种工艺生产出了世界上最纯净的玻璃,但这种工艺却在过去很长时间中却被视为与玻璃毫无关联。

这种生产工艺叫做汽相沉积——是一种高温工艺,通过将细小的玻璃颗粒一层一层的堆积到一个不断生长的表面上进行玻璃生产,而不是将熔化后的玻璃液体进行冷却。

汽相沉积对康宁在全世界范围内,在光纤方面所占据领导地位具有关键作用。 康宁也使用这项工艺,生产其它专业玻璃技术产品,比如精密望远镜镜片。

同时,这也代表了康宁的经典风格,其将对材料的深刻理解、在工艺控制方面的专长、最新的设备设计以及自动化结合在了一起。

工作原理

这项工艺有多种形式,康宁最常使用的是外部汽相沉积(OVD),将新的玻璃以极小的厚度分层“堆积”在固态基板上面或在其周围。北卡罗来纳州威明顿市光纤工厂中负责技术管理的Michelle King和Greg Gausman,为我们作了如下解说。

“用最简单的方式来说,想象一下你炉子上的茶壶,”Gausman称,“当你提高水的温度,但还没有高到让其沸腾的温度时,液体上方也会产生蒸汽。这时不要将蒸汽放走,而是将气体用导管传输到燃烧器中进行燃烧。”

我们的蒸汽不是来自于沸水,而是来自于包含硅元素的液体,并且有时候还含有控制剂量的添加剂,我们称之为掺杂剂。所以在燃烧过程中产生了一种混合体,它包括被称为玻璃灰的非常细小的氧化玻璃微粒和没有燃烧的玻璃蒸汽。而蒸汽又反过来在微粒周围发生冷却,并进一步聚集、结合并附着于基板上。

就制作光纤来说,蒸汽小心翼翼地在陶瓷饵棒的周围堆积。一层又一层的蒸汽和玻璃微粒进行反应,结果就形成了非常纯净的玻璃。将饵棒移出后,将被称为预制棒的玻璃管,在高温条件下,即可吹成细如发丝的光纤纤维。了解更多请观看本视频。

至于在制造镜头、镜面以及多年来美国航空飞船的窗户时,汽相沉积通过其“直接成型”工艺,可生产出大尺寸、高密度的玻璃整体。生产一个大型望远镜镜片的流程有时甚至需要一年多的时间。

汽相沉积工艺的重要性

对于光学纤维和望远镜镜片产品,其所使用的玻璃不能有一点点杂质,这样会干扰光的传播。外部汽相沉积所生产的玻璃,可以严格控制蒸汽中的化学物质含量,并对玻璃的成分进行严格控制,所得的产物是当下可以想象到的最为纯净的玻璃。

纯净的硅玻璃,无论其是否含有少量的掺杂剂,都可以抵抗住巨大的温度变化,几乎不会有任何扩张或收缩。这对玻璃产品来说,尤其是在外太空使用的玻璃产品,是一项非常关键的特性。

而且这项工艺可支持规模化生产,这意味着康宁可以扩大特种光纤产品的产量,并且确保所有产品都具备最高的质量。

外部汽相沉积还可以严格控制加入硅中的掺杂剂的剂量,这样可以生产出一些具备所需的理想光学特性的玻璃,比如达到特定的光传输精确折光率的特殊光纤。这种出色的工艺控制,Michelle说道,“可以让我们有能力生产齐全的各类玻璃产品。”

发展历程

康宁传奇发明家Frank  Hyde博士,在二十世纪三十年代进行的研究,最终成就了汽相沉积工艺的诞生。康宁在二十世纪七十年代,对这项工艺进行了革命性的拓展,并成功地制造出世界上第一条低损耗光纤。

康宁多年来取得多项进步,其中包括多项专利,这让康宁得以不断地提高这项工艺的生产效率。这也是康宁成为光纤制造领域领导者的原因之一。

我们的优势

虽然光纤制造商可以在市场上采购生产设备,但康宁却自行设计和制造所用设备。

并且设备的最高的质量标准,直接来源于康宁对此材料及科学的深刻理解,包括此项工艺所涉及的化学原理和物理原理。

产品需求,尤其是对光纤的需求,促使康宁继续进行投资,不断改进汽相沉积工艺。

“我们必须增加我们对工艺控制和对设备设计的理解与能力,以满足市场的需求,” Gausman表示。

“得益于我们的历史传承以及几十年来对此项工艺所作的基础性研究,我们可以不断发展我们的产品组合,并且我们未来将继续为此努力。”

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