"Prueba y error". Estas dos palabras resumen mis 24 años de desarrollo y fabricación de preformas y fibras de especialidad donde operaba un sistema de entrega de gas MCVD. Nuestro equipo estaba constantemente probando nuevas ideas para mejorar la fuerza y el rendimiento de la fibra, así como la reproducibilidad de nuestro proceso de fabricación. De hecho, vi mi papel allí como "solucionador técnico de problemas", gracias al extenso tiempo dedicado a los problemas de solución de problemas para optimizar el diseño y lograr propiedades ópticas en el proceso de fabricación.
Si opera un sistema MCVD, probablemente haya experimentado su parte justa de prueba y error. Como saben, a veces un problema es una nuez realmente difícil de romper. Tal vez es un problema de proceso que es difícil resolver o una técnica que es difícil de dominar. He compilado algunos consejos que, espero, lo ayudarán a optimizar el diseño y mejorar su proceso de fabricación. No dude en ponerse en contacto conmigo si desea profundizar en cualquiera de estos consejos rápidos.
Consejo #1: ¿Buscas comprar un MCVD? Comience por comparar los 2 tipos de sistemas de entrega de gas
Si ingresa a este mercado, puede estar investigando los dos tipos de sistemas disponibles: acero inoxidable y teflón/vidrio. Comparar los 2 sistemas es un tema bastante fuerte, por lo que aquí está mi consejo rápido: una buena manera de garantizar altos rendimientos y reproducibilidad es seleccionar inicialmente el sistema que mejor satisfaga sus necesidades. Un buen recurso es mi artículo en profundidad, que analiza los pros y los contras de los dos tipos de sistemas de entrega de gas MCVD. Si quieres más información, te animo a que me llames. Podemos profundizar en los detalles e identificar el sistema que respalda sus objetivos de diseño. Lea más: " Comparando los 2 tipos de sistemas de entrega de gas MCVD ".
Consejo #2: Pruebe este enfoque para su proceso de limpieza de tubos
El proceso de limpieza del tubo es una parte crítica de la preparación. Me parece que usar el primer paso de limpieza para eliminar las impurezas metálicas funciona bien. Si tuviera que grabar primero HF, puede grabar el vidrio alrededor de la impureza metálica, pero no necesariamente eliminarlo. Si solo tiene grabado de HF, pueden permanecer algunas impurezas metálicas. Aquí está mi enfoque para el proceso de limpieza de tubos:
- Para el primer paso, se puede usar Aqua Regia (una mezcla de ácido de ácido clorhídrico, ácido nítrico y agua). Un ciclo de limpieza ácido típico es de 30-60 minutos con Aqua Regia para eliminar las impurezas metálicas, seguido de un enjuague de agua DI. Es posible que desee ajustar el tiempo según su proceso.
- El siguiente paso es grabar las superficies de vidrio, limpiando el interior y el exterior. La mayoría de los operadores de MCVD usan ácido hidrofluórico. Una concentración del 15% durante 30-60 minutos es un buen punto de partida. Es posible que desee ajustar el tiempo y la concentración para su proceso.
- Siga ese ciclo de grabado con un enjuague DI final y seque con nitrógeno para evitar manchas de agua.
Consejo #3: Prueba de fuga El sello rotativo para asegurarse de que esté apretado
Antes de configurar la preforma, le recomiendo que pruebe fugas el sello rotativo. Hago esto fluyendo oxígeno a través del sello rotativo. Comience conectando el extremo del sello giratorio con un tubo de cuarzo sólido. Luego, reduzca la presión regulada de O2 a ~ 5 psi, ligeramente por encima de lo que el sistema verá durante la deposición. Observando el controlador de flujo de masa del portador O2, verá que va a cero si el sistema es una fuga apretada. Este procedimiento gotrará en la línea de la línea portadora de oxígeno en todo el sistema de gas, desde la entrada hasta el sello rotativo. Vale la pena tomar tiempo para realizar esta prueba de fuga. Si hay una fuga en el sello rotativo, puede agregar potencialmente humedad y/o perder parte de la corriente de gas, lo que reduciría el grosor de la capa y el índice potencialmente refractivo. Si la tasa de fuga cambia durante la ejecución, puede dar como resultado una variabilidad de preforma axial.
Consejo #4: Modifique su sistema con un sello rotativo de alta calidad
Se necesita mucho trabajo para generar corrientes de gas que son uniformes y reproducibles, sin variación. Pero si su sello rotativo se filtra, esto puede introducir la humedad y la corrosión potencial, y puede ver un pico OH más alto en las fibras medidas. Diseños de sellos rotativos comunes, donde el eje se desliza en una carcasa y sella en el diámetro interior de la junta tórica de goma, generalmente se desgasta rápidamente. Esto, por supuesto, afecta la calidad del sello y puede forzar las reconstrucciones frecuentes para evitar la contaminación. Una mejor solución está disponible. El sello rotativo por SG controla los sellos con el lado de la junta tórica contra una placa de presión de vidrio ajustable. En este diseño, hay un desgaste extremadamente bajo en la junta tórica. Este es un sello rotativo confiable que funciona con ambos tipos de sistemas de suministro de gas. Con los años, no he visto problemas de corrosión y problemas de fuga mínimos con este tipo de sello rotativo.
Consejo #5: Instale un burbujeador de vidrio para observar el color y el nivel químicos
Con los años, he encontrado que la visibilidad química es una ventaja real. En un burbujeador de vidrio, puede confirmar el nivel químico adecuado, confirmar una corriente de burbuja uniforme y ver el color químico. (Un cambio de color puede indicar la corrosión del sistema de entrega). Los burbujeadores de vidrio ofrecen estos beneficios adicionales:
- Se puede observar la corriente de burbujas y se puede detectar el tapón de frit, en lugar de asumir que todo está bien.
- POCL3 no es compatible con acero inoxidable para duraciones largas. Si usa este líquido y tiene un sistema de entrega de gas de acero inoxidable, es posible que desee instalar un burbuje de vidrio para crear un sistema híbrido.
- En raras ocasiones, es posible que desee aumentar la temperatura química en los burbujeadores por encima de los 40 grados C. Esta práctica puede extraer iones metálicos del acero inoxidable y en la corriente de burbuja. Claramente, esto puede degradar las propiedades ópticas de la fibra y debe considerarse al elegir un sistema MCVD.
Consejo #6: Implementar procedimientos de calibración automatizados para sus controladores de flujo masivo
La calibración es crítica. Supongamos que cree que su caudal es de 200 cc por minuto, pero no ha calibrado los controladores de flujo de masa. Usted fabrica una gran cantidad de preformas, y uno de sus controladores de flujo de masa falla. Compra e instala un nuevo controlador e establece el flujo de lo que pensó que era. Sin embargo, resulta que su caudal real no era de 200 cc por minuto. La preforma no se puede reproducir. Debe comenzar de nuevo, experimentar y cambiar los flujos hasta lograr las propiedades ópticas deseadas. Mientras tanto, se pierden el tiempo y los materiales. Conocer su caudal absoluto en todo momento es crítico. Recomiendo la interfaz de software de calibración automatizada de SG Controls para garantizar un alto nivel de seguridad para este paso crítico en el proceso.
Consejo #7: Mantenga la temperatura baja para evitar la contracción del tubo
Mantener su temperatura de deposición lo más baja posible evita la contracción del tubo y evita que el agua se mueva hacia el núcleo, lo que causará absorciones en las mediciones finales de la fibra. Agregar dopantes como el fósforo y el flúor reducen la temperatura de deposición requerida.
Consejo #8: Use un pirómetro de mano calibrado con un estándar de cuerpo negro para verificar la precisión de la temperatura del tubo de deposición
La temperatura del tubo de deposición es crítica, lo que significa que su pirómetro de proceso debe ser calibrado. Para garantizar la precisión, uso un estándar de calibración de mano que es independiente del pirómetro de proceso. Mire a través del visor del pirómetro, moviéndose a través de la zona caliente hasta que se detecte la temperatura máxima. Esta temperatura máxima es la temperatura real. Compare esta lectura con el pirómetro de proceso y verifique los cambios de calibración. No necesita comprar una costosa unidad de cuerpo negro. En su lugar, compre un estándar de mano que esté calibrado con un estándar de cuerpo negro. Además, puede montar temporalmente el pirómetro de mano en el carro de fuego para verificar la calibración del pirómetro del proceso. Lea más: " Objetivos de diseño crítico para fabricar preformas de fibra óptica ".
Consejo #9: Evite "Subsidio/sobreimpulso" durante el proceso de deposición del torno
Es esencial programar el PID para mantener la temperatura del tubo al punto de ajuste deseado mientras evita el paso subterráneo/sobreimpulso. Aquí hay un ejemplo de una oscilación de subestimación/sobreímetro. Supongamos que establece la temperatura a 1700 grados C, pero el PID no está optimizado. Cuando la temperatura cae a 1699 grados C, el PID aumenta el flujo de hidrógeno. La temperatura sube a 1710 grados. El PID reacciona reduciendo el hidrógeno. Ahora la temperatura se desploma a 1690 grados. La brecha diferencial se ha ampliado, con cambios de temperatura severos. Un PID de calidad que se programa correctamente controlará estrechamente la temperatura de deposición a lo largo de toda la longitud de preforma. Para lograr la consistencia y la reproducibilidad a lo largo de la longitud de preforma, recomiendo un control ajustado de +/- 1 a 2 grados C.
Consejo #10: Identifique el nivel óptimo de H2/O2 para ayudar a lograr preformas rectas
¿Tiene dificultades para lograr preformas directas? Este es definitivamente un arte y requiere algo de práctica. He encontrado procedimientos que ofrecen una técnica reproducible. Por ejemplo, establecer la relación H2/O2 óptima puede evitar la caída de la preforma y la quema de vidrio durante el colapso, lo que conduce a la variabilidad más adelante en el proceso.
Consejo #11: Técnicas de alisado de tubo maestro
Operar un MCVD es una actividad práctica. Esto es particularmente cierto para la deposición inicial y los procesos finales de enderezado del tubo. Con los años, he desarrollado técnicas muy específicas para controlar el proceso y el resultado. Aquí hay algunos consejos rápidos:
- Durante el paso de alisado del tubo de deposición inicial, es importante tomarse el tiempo para formar adecuadamente las juntas para evitar las corridas de fabricación perdidas. Si tiene un área de articulación engrosada, los óxidos no fusionados pueden condensarse, potencialmente conectando el tubo de escape y/o formando grietas.
- En el proceso final de alisado del tubo, hay un paso final, que llamo alivio del estrés . Algunas tensiones pueden haberse desarrollado durante el proceso de alisado. Cuando su quemador inicialmente se calienta en el punto de inicio del proceso, el tubo podría caerse. Para evitar esta posibilidad, calienta el extremo del cabezal muy cálido y busque la flacidez en el tubo. Si se produce una flacidez, el extremo de escape se calienta ligeramente mientras se admite el extremo del cabezal para eliminar el resumen.
- Lea más consejos sobre enderezado de tubo: " Prepararse para fabricar una preforma de fibra óptica ".
Consejo #12: Use este consejo de polaco de la llama
Se puede introducir gas fluorino para ayudar con la vaporización de vidrio (eliminación de la capa de superficie interna) para proporcionar una superficie muy limpia para la deposición. Además del flujo de oxígeno para el control de presión, el gas fluorino acelerará la vaporización de vidrio a altas temperaturas de polaco. Este paso final de preparación proporcionará una superficie prístina para evitar problemas de deposición, como burbujas, y potencial fibra final débil.
Consejo #13: Implemente esta técnica de estiramiento/colapso de preforma para aumentar el rendimiento de fibra dopada con erbio
El dopaje de la solución agrega erbio y otros tierras raras en un núcleo de vidrio. Si la relación del núcleo dopado con el diámetro exterior de preforma es demasiado grande, se obtendrán propiedades ópticas indeseables. Corrección de la relación incorrecta también generará más fibra dibujada. El colapso de otro tubo de vidrio en la preforma puede corregir la relación de núcleo a revestimiento. Si se necesita más cambio de relación y no se puede dibujar un diámetro mayor, se puede usar el estiramiento de preformas para reducir el diámetro del núcleo, seguido de un exceso de colapso adicional. Escribí programas de Excel Active para técnicos, que calcularon los diámetros de colapso y estiramiento para lograr la relación de núcleo a vestido requerida para cumplir con las especificaciones ópticas en las fibras dibujadas. Este proceso puede aumentar el rendimiento de la fibra de erbio por preforma en un factor de 5 o mejor.
Consejo #14: Agregue opciones de MCVD para optimizar el diseño de preforma, garantizar la reproducibilidad y obtener altos rendimientos
Durante mis años de MCVD, busqué activamente varios dispositivos de control adicionales para mejorar nuestro proceso y la calidad de la fibra. De hecho, algunas características fueron diseñadas específicamente para mis necesidades. Aquí hay una breve descripción de las opciones recomendadas. Lea más: " Opciones de MCVD: estas características complementarias pueden mejorar su fuerza de preforma de fibra óptica, rendimiento y reproducibilidad ".
- El secador de gases multicanal y el monitor de punto de rocío : elimina la humedad de las corrientes de gas de entrada e incluye un monitor de punto de rocío para rastrear los niveles de humedad.
- Prueba de fuga automática de la válvula : vuelve en bicicleta cada válvula en el sistema en la posición abierta y cerrada. Esto redujo nuestro tiempo de prueba de fuga de 2 días de pruebas manuales a 2 horas de pruebas automáticas.
- Interfaz de software de calibración automática : le brinda una claridad absoluta sobre el funcionamiento de sus controladores de flujo masivo.
- Compensación de presión atmosférica : modifica la receta de preforma para compensar los cambios de presión atmosférica.
- Cinete de torno : ofrece una combinación de presión positiva y aire filtrado para reducir las partículas, lo que puede causar puntos débiles en la fibra dibujada.
- Calentador burbujeante isotérmico suplementario : agrega calor al químico burbujeante para compensar el enfriamiento debido al efecto burbujeante, lo que está estabilizando la temperatura en menos de 5 minutos.
- Pyrómetro de barrido : asegura que el pirómetro esté leyendo la temperatura máxima del tubo para evitar sobrecalentamiento del tubo de deposición, lo que puede reducir la eficiencia de sus deposiciones y potencialmente causar contracción del tubo prematuro.
- Control de diámetro : le brinda una mayor capacidad para controlar el diámetro del tubo de deposición de carrera a carrera, y dentro de una carrera.
- El torno de lecho extendido con stock de cola motorizado : le permite estirar las preformas a un diámetro más pequeño, lo que puede tener un impacto directo en los rendimientos de fibra.
- Tornio vertical de estiramiento sobre la chaqueta : elimina el problema de la gravedad que hace que los tubos se hundan cuando los calienta y le permite procesar preformas más largas.
- Caja de control de torno manual : le permite controlar manualmente la temperatura del quemador durante la configuración.
- Sistema de recarga química automática : en su mayoría saca al operador del proceso, lo que reduce significativamente la posibilidad de errores e introduce la humedad en el sistema.
En resumen …
Ya sea que actualmente tenga un sistema de entrega de gas MCVD o esté buscando comprar uno, estoy aquí para ayudarlo a identificar e instalar el equipo que necesita. Además de ser un "solucionador de problemas técnicos", me veo como un defensor de los clientes de FOC. Estoy aquí para ayudarlo a obtener el sistema preciso o la función de complemento que admite sus objetivos de fabricación de preforma.
Un servicio único y particularmente valioso es la experiencia de solución de problemas de Larry para superar los muchos problemas de fabricación de preformas y problemas de fibra que enfrentan los fabricantes cuando se producen fibras ópticas especiales.
