1、中國是光纖生產(chǎn)和消費(fèi)第一大國
在大規(guī)模信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求的帶動下，全球光纖通信行業(yè)一直處于高速發(fā)展態(tài)勢，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國已經(jīng)成為全球光纖光纜生產(chǎn)和消費(fèi)的第一大國。在未來10年內(nèi)，中國將成為世界上最重要的光纖光纜生產(chǎn)及研發(fā)基地，光纖光纜產(chǎn)量有望達(dá)到世界總產(chǎn)量的50%。
2、中國光纖生產(chǎn)“受制于人”
光纖預(yù)制棒是光纖產(chǎn)業(yè)的上游產(chǎn)品，是制造石英系列光纖的核心原材料。但我國在光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中存在石英套管不能自給的問題，幾乎全部依靠進(jìn)口。因此，迫切需要研制開發(fā)出單模光纖預(yù)制棒用石英套管，實(shí)現(xiàn)單模光纖用大尺寸石英套管的國產(chǎn)化，解決國內(nèi)光纖行業(yè)的發(fā)展“受制于人”的局面。
在解決大尺寸石英套管國產(chǎn)化的過程中，必不可少要解決所用原料的國產(chǎn)化，尤其是天然高純石英原料的國產(chǎn)化。用天然石英礦生產(chǎn)適合于光纖用高純石英砂，目前只有美國尤尼明公司以其得天獨(dú)厚的礦山資源而獨(dú)占鰲頭。例如，久智科技的光導(dǎo)纖維管生產(chǎn)線是由國外引進(jìn)，其所用的原料也是從美國尤尼明公司進(jìn)口的高純石英砂。
 這里我們不禁要問，難道國內(nèi)天然石英砂不能用作通信光纖材料嗎？答案是否定的。
3、光纖用石英砂的特點(diǎn)
光纖用石英原料有合成砂和天然砂之分。合成砂主要以高純四氯化硅為原料，經(jīng)過水解制得高純二氧化硅。這種合成二氧化硅原料的特點(diǎn)就是純度高，其雜質(zhì)元素總含量在2ppm以下，是生產(chǎn)光纖預(yù)制棒重要原料。
由于雜質(zhì)含量高，以天然石英礦為原料生產(chǎn)的石英砂最多只能用于光纖生產(chǎn)過程中的輔助材料，如預(yù)制棒的把頭等。高檔的天然石英砂也可以用于生產(chǎn)預(yù)制棒的外包管，但對這類天然砂的雜質(zhì)要求極為嚴(yán)格，且對制成外包管的透光性要求也很高。
4、石英光纖的生產(chǎn)工藝
?。?）PSOD（等離子固態(tài)外部沉積）工藝
使用高頻感應(yīng)等離子發(fā)生器電離空氣產(chǎn)生的等離子火焰來加熱熔化天然石英砂并沉積到中心管上，沉積結(jié)束后的毛砣經(jīng)過冷加工形成尺寸規(guī)則的中空套管。套管作為外包層，根據(jù)其幾何尺寸設(shè)計匹配合適的芯棒，經(jīng)RIC（套管技術(shù)）工藝處理后，形成大尺寸的光纖預(yù)制棒，再進(jìn)行拉絲。
為了保證光纖產(chǎn)品的質(zhì)量，PSOD過程中石英砂的熔化質(zhì)量、雜質(zhì)的含量以及石英產(chǎn)品冷加工的精度都非常重要。
（2）合成法
合成法制備石英光纖材料的原理是在氫氧焰條件下將SiCl4水解形成玻璃粉體（soot棒），該反應(yīng)過程會在石英Si-O網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量的Si-OH，必須經(jīng)過脫水工藝才能消除OH引起的光信號吸收峰，再經(jīng)過燒結(jié)工藝形成玻璃體。
PSOD使用等離子火的特點(diǎn)是能量集中、溫度高（空氣等離子火焰溫度＞5000℃），石英砂在等離子體狀態(tài)下一次熔化成型，粉料的收集率>70%，遠(yuǎn)高于合成法。而且電離經(jīng)過純化后的空氣不會產(chǎn)生-OH，羥基含量經(jīng)檢測在10×10-6左右，通過拉絲驗(yàn)證，能夠完全滿足光纖的低水峰要求。
與合成法相比，PSOD工藝沉積效率高，可直接形成玻璃，省去了燒結(jié)和脫經(jīng)工藝，工藝控制簡單，設(shè)備維護(hù)和環(huán)保處理費(fèi)用低。
5、光纖用石英砂的質(zhì)量要求
選擇光纖用石英砂應(yīng)考慮的主要因素如下：（1）光衰減性降低的潛力；（2）折射率的可控制性；（3）形狀的可控制性；（4）光纖的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度以及制造成本等。
光纖衰耗的降低有利于各種較長中繼距離傳輸系統(tǒng)的建設(shè)。為了保證光纖的低衰耗，對于光纖用石英砂而言，要求過渡金屬離子的含量低于10-9，但是對于不導(dǎo)光部分的外包層材料，只需保證金屬離子的擴(kuò)散不會對預(yù)制棒的芯層和內(nèi)包層產(chǎn)生影響。
不同于合成石英套管，PSOD工藝使用天然石英砂作為光纖外包層套管，雖然天然石英砂經(jīng)過多道工藝篩選并去除雜質(zhì)，但是相對合成料10-9級別的雜質(zhì)含量，PSOD工藝原材料的雜質(zhì)含量仍然很高，這就要求從光纖預(yù)制棒和拉絲的各個工藝流程著手，降低外包層雜質(zhì)對光纖各項(xiàng)參數(shù)的影響。
6、中國高純石英砂生產(chǎn)現(xiàn)狀
我國有豐富的優(yōu)質(zhì)脈石英礦產(chǎn)資源，其石英礦物品位多在99%以上。但由于成礦過程復(fù)雜，僅存的少量雜質(zhì)礦物（或元素）浸染較深，不易與主礦物石英分離，用傳統(tǒng)選礦或提純工藝難以去除。
我國大部分高品位脈石英礦都存在大量的流體包裹體（加超鏈-石英中氣液包裹體的存在形式及選礦提純方法），這是我國石英礦有別于美國尤尼明礦的主要特征之一。流體包裹體的存在將對石英砂的提純，尤其是對石英制品的透光性、高溫穩(wěn)定性等使用性能產(chǎn)生不利影響。這也是制約我國高品位石英礦開發(fā)利用的主要因素。
采用天然石英砂作為原料來制備大尺寸的光纖預(yù)制棒套管以取代目前的合成石英工藝，不僅能夠節(jié)約成本、提高效率，還可以避免SiCl4工業(yè)帶來的嚴(yán)重腐蝕性和環(huán)境污染。
國內(nèi)不少科研院校和相關(guān)企業(yè)為此做出了長期的努力，已經(jīng)攻克了用中國天然石英礦生產(chǎn)適用于太陽能和電子行業(yè)用的高純石英砂的難題。
7、天然石英砂制備通訊光纖的試驗(yàn)研究
根據(jù)天然石英礦的原料品質(zhì)，選擇了石英砂A、石英砂B、石英砂C三種不同等級的天然石英砂材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其雜質(zhì)含量依次增加（金屬雜質(zhì)含量見表1）。
石英砂A、石英砂B、石英砂C三種不同級別材料的雜質(zhì)主要是石英砂Al、Fe、Ca、Ti、Na等幾種影響玻璃粘度以及光纖衰減性能的金屬離子。在芯棒制備過程中，設(shè)計了足夠厚度的緩沖層以保證金屬離子的擴(kuò)散對芯棒產(chǎn)生影響最小。
研究結(jié)果表明：雜質(zhì)含量在10-6級別的天然石英砂也能用于制備光纖預(yù)制棒。天然石英砂材料適合大張力拉絲條件，并且對芯層玻璃材料的微結(jié)構(gòu)起到了很好的保護(hù)作用。緩沖層的厚度和粘度設(shè)計尤為重要，良好的設(shè)計不僅可以阻擋天然料中的金屬離子擴(kuò)散對芯層衰減產(chǎn)生影響，還可以緩沖大張力拉絲時來自外包層天然料的壓力，保證芯層應(yīng)力折射率的穩(wěn)定。在高張力、低摻雜條件下，采用天然石英砂可拉制出了衰減水平為0.315d B/km@1310nm、0.183dB/km@1550nm的低衰減光纖，拉絲速度達(dá)到2000m/min。
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