原理:气相沉积工艺|纯玻璃技术|康宁

康宁生产的一些世界上最纯净的玻璃,在一段时间内,似乎根本不涉及玻璃。

这被称为气相沉积——一种高温工艺,通过在生长的表面上沉积一层又一层的微小玻璃颗粒来制造玻璃,而不是冷却熔融液体。

气相沉积是康宁在光纤领域保持全球领先地位的关键。康宁也用这种工艺生产其他专业玻璃技术产品,比如精密的望远镜反射镜。

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

该工艺有多种形式,但康宁最常用的一种是外部气相沉积(OVD),它在固体基板上(或周围)“构建”微小的新玻璃层。在北卡罗来纳州威尔明顿的光纤工厂负责技术交付的米歇尔·金和格雷格·高斯曼这样解释外部气相沉积。

“简单地说,想象一下炉子上的水壶,”高斯曼说。“当你提高水的温度,但不是高到沸腾,你仍然会产生蒸汽,或蒸汽,它高于液体本身。不是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,在那里蒸汽被燃烧。”

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由非常小的氧化玻璃颗粒(称为烟灰)和未燃烧蒸汽组成的混合物。反过来,水蒸气可以在颗粒周围凝结,然后颗粒进一步聚集并附着在基底上。

利用光纤,蒸汽被精心地沉积在一根长长的陶瓷诱饵杆周围。一层又一层的水蒸气与微小的玻璃颗粒发生反应,形成了超纯玻璃。当鱼饵杆被取出后,完美的玻璃管——被称为预制品——就会在高温下凝固,并被拉入细如头发的光纤中。观看这个视频了解更多。

以美国航天器的透镜、镜子和多年来的窗户为例,气相沉积是在“直接到玻璃”的过程中进行的,结果是大块、致密的玻璃巨石。制作一个大型望远镜镜面的过程可能会持续一年多。

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可能干扰光传输的污染物。ovd形成的玻璃可以非常严格地控制进入蒸汽的化学物质,进而控制玻璃。其结果是一些最纯净的玻璃可以想象。

纯硅玻璃,无论是否有意添加少量掺杂剂,也能承受巨大的温度变化,几乎没有膨胀或收缩。这是玻璃产品的基本品质,例如,必须在外太空可靠地运行。

该工艺还具有高度可扩展性,这意味着康宁可以提高特种光纤等产品的产量,并确保每个线轴都具有最高质量。

OVD允许对添加到二氧化硅中的掺杂物进行非常严格的控制,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。米歇尔说,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。”

它是如何进化的

康宁传奇发明家弗兰克·海德博士在20世纪30年代开始了这项工作,最终发展成为气相沉积。康宁在20世纪70年代创造了世界上第一条低损耗光纤,彻底改变了这一过程。

多年来的持续改进——大部分是高度专有的——使康宁的工艺越来越高效。这也是康宁成为光纤制造领导者的原因之一。

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制造设备,但康宁自己设计和制造。

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,这些知识结合在一起形成了这个过程。

产品需求,特别是在光纤方面的需求,对康宁继续投资改进气相沉积提出了挑战。

高斯曼说:“为了满足市场需求,我们必须提高对工艺控制和机器设计的理解,进而提高我们的能力。”

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

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