光纤预制棒制造工艺技术的发展及趋势[详讲]

　　三、外包技术的发展趋势

　　3.1 各种外包技术从1980年到2000年的发展 80年代初，国际上开始用套管法制作大预制棒，对于MCVD和PCVD芯棒，这是采用最普遍的外包方法。同时，VAD工艺也采用了套管法，开始了SMF的商业化生产，这标志着预制棒制造工艺向"两步法"的转变，稍后，康宁公司将SOOT外包技术用于工业化生产，接着，用VAD生产光纤的厂家也用SOOT外包技术代替了套管法，在整个80年代，套管法的份额逐年下降。90年代，阿尔卡特用等离子喷涂技术取代了套管法；朗讯公司开发了溶胶--凝胶外包技术，几乎所有用VAD、OVD制造光纤芯棒的生产厂家都用了SOOT外包技术。这些都使套管法的份额继续下降。参见表2。

　　套管法份额下降的根本原因是：合成石英管的价格高。首先，成本分析表明，套管法若要是与其它外包技术竞争，管子的价格必须下降到100$/kg。目前看来，管子的价格不大可能降低到这个水平。因此，用套管法制造预制棒的厂家将越来越少。其次，欲用套管法做大预制棒，这需要大尺寸厚壁套管，而制造这种规格的套管很困难，因而价格很高。

　　随着光纤价格的继续下降，光纤制造成本的高低将决定竞争的成败。而制造大预制棒有利于降低光纤制造成本(预制棒成本、拉丝成本、测试成本都会因预制棒的增大而降低)。因此，对于光纤制造者的生存，预制棒尺寸的增加日益关键，由于套管法难以做大预制棒，因此，继阿尔卡特之后，其它的单模光纤制造者也将放弃套管法，并选择可以高速率生产大预制棒的更经济的外包技术。其中绝大多数将选用SOOT外包，因其设备和技术已有商品。

　　3.2 对各种外包技术的分析 1985年以后，套管法一直在走下坡路;溶胶凝胶法尚未形成气候。因此，这里主要对等离子法和SOOT法做分析。这两种方法的主要差别如表3所示。

　　●原料方面:天然石英粉，来自优质水晶矿产，资源有限(我国目前生产光纤及石英管所用的天然石英粉尚需进口);天然石英粉的纯度有限。而四氯化硅是半导体行业的副产品，来源丰富;用SOOT工艺生产的是合成石英材料，纯度高，有利于光纤的强度和寿命参数。在这方面，SOOT工艺优于等离子工艺。

　　●工艺方面:SOOT工艺过程中产生氯化氢等废气(对其需要进行处理)，而且，为了提高沉积速率，不得不牺牲沉积效率(远低于50%)，在烧结时需要用氯气(剧毒)和氨气(昂贵)，这些都不利于降低成本。而等离子工艺没有上述问题，沉积之后就是透明的预制棒，在这方面，等离子工艺优于SOOT工艺。

　　●热源方面:等离子技术比较复杂，而氢--氧焰技术简单，在用天然气的情况下，费用很低．在这方面，SOOT工艺优于等离子工艺。 3.3小结 从表2可见，1985年以后，套管法占世界市场的份额连续减少，SOOT工艺的则逐年增加。
　　
　　目前，各种工艺占世界市场的份额为:套管法28%，SOOT62%，等离子8%，溶胶-凝胶法2%。套管法的主要限制因素是合成石英管的价格高。事实上，当前采用套管法的几家公司已经表示，如果能得到大尺寸套管，他们将制造出更大的预制棒。只要合成石英管的价格降得足够低，这种方法最简单、最实用。 阿尔卡特等离子喷涂技术的主要限制因素是天然石英粉自然资源有限。

　　溶胶-凝胶法正在发展中，溶胶-凝胶法合成石英粉与等离子喷涂的结合可能是很好的技术，这取决于投入的开发力度。

　　SOOT工艺已占绝对的优势。因其设备和技术已有商品，其应用将日益广泛。对于已拥有OVD或VAD的厂家，采用SOOT外包工艺很方便;对于只有MCVD或PCVD的厂家则需投巨资购买设备和技术。

　　四、光纤成本的比较

　　4.1预制棒技术与光纤成本 据认为，OVD芯棒加SOOT外包的预制棒工艺的成本最低。据估计，其生产成本约15$/km。 VAD芯棒加SOOT外包的生产成本比OVD芯棒加SOOT外包的高出25%;MCVD加套管法的生产成本比OVD芯棒加SOOT外包高40%。三种预制棒工艺的成本比较见表4。

　　4.2生产规模与光纤成本 假定各光纤厂采用同一水平的技术，用VAD芯棒加SOOT外包生产SMF，则不同生产能力或规模对生产成本的影响如图3所示。该图表明，大规模生产具有相当大的成本优势。随着光纤价格的下降以及生产率的提高，可行的最小经济生产规模将增大，从过去认为的年产量5O万km光纤增大到100万km。

　　此外，以上分析仅对单一技术、单一产品的情况进行比较，若考虑到具有多种技术生产多种产品的情况，大多数人认为，在这种情况下，大型厂家仍然有利。

　　五、总结

　　当前商业生产光纤预制棒的汽相沉积工艺都已经发展为包括芯棒制造和外包技术的"两步法"，生产常规单模光纤，用OVD芯棒加SOOT外包的预制棒工艺成本最低，NZDSF和MMF市场的扩大，意味着将更多地应用MCVD、PCVD工艺。各种芯棒工艺都需要选择适当的外包技术来代替套管法，其中绝大多数将选用SOOT外包，因其设备和技术已有商品，除了工艺的选择之外，生产规模对光纤成本有明显影响，大规模生产具有相当大的成本优势。
　　
　　以上结论不是绝对的，即便同样的工艺、同样的规模、生产同样的产品，在不同的国家、地域、公司的效果也不会相同，因为，原材料来源、副产品能否综合利用、管理制度等具体因素也必需考虑。此外，为了增强企业的竞争力，应当拥有适合于生产多种产品的多种技术。

　　（编辑 Valiant）