中國粉體網訊 隨著電子信息技術的發展，對通信設備提出了更高的要求。光纖光纜是信息通信傳輸的重要載體，也是數字經濟信息底座的基礎之一。與其他通信材料相比，石英光纖具有傳輸距離更遠、速度更快、信號損耗率更低、不受電磁信號影響等優點，可以更好、更快地滿足信息發送與接收需求。因此，石英光纖成為目前通信光纖的主流。其中，光纖預制棒更是光纖光纜產業鏈中附加值最高的一環，也是光纖工藝中最重要的部分。
來源：久智科技
光纖用石英材料制備工藝
光纖用石英玻璃主要分為石英材料和石英制品；石英材料又分為天然石英材料（主材和輔材）和合成石英材料（主材）；石英制品一般指天然石英制品，只作輔材。
光纖用石英材料（管棒材）制備工藝分為天然石英工藝和CVD合成石英工藝；天然石英工藝主要PSOD、氣煉、電熔、連熔，其中PSOD是主材主流工藝（也可應用輔材），氣煉和連熔是輔材主流工藝（但進氣管主流工藝是PSOD）。CVD合成石英工藝有OVD、VAD、POD、氣煉CVD，其中OVD、VAD、POD是主材的主流工藝。
PSOD
等離子固相沉積法（PSOD）工藝是采用等離子體為熱源，高純石英砂為原料，以低羥基厚壁石英管作為基礎管，水平固定于臥式玻璃車床上，通過等離子熔制、機械冷加工、或配套后續中頻無接觸二步法拉管等步驟制備出光纖預制棒用石英襯套管。其中生產單模光纖預制棒所需要的大尺寸石英套管（Φ外150以上），只需PSOD一步工藝即可實現，多模光纖預制棒用小尺寸石英套管及預制棒用石英襯管需要進一步通過中頻無接觸二步法拉管裝置拉伸制得。
PSOD熔制工藝
來源：谷巨明等.光纖預制棒用石英襯管和套管的制備技術及發展趨勢
該工藝的特點是以潔凈干燥的空氣等離子體為熱源，能量集中溫度高，可將石英砂直接玻璃化，生產過程不會引入羥基且不會產生有毒有害氣體，無需脫水、燒結、脫羥等過程以及尾氣的環保處理，工藝路線短，具有明顯的成本優勢。
久智科技是國內能夠生產光纖預制棒用襯管和套管的企業之一。久智科技采用進口特制專用IOTA高純石英砂為原料，采用PSOD工藝，產品具有高純度、超高尺寸精度、低羥基、表面無疵點的特點。
氣煉法
氫氧氣煉法是指利用氫氣和氧氣，使用特殊設計的燃燒器，在專用設備上熔制石英玻璃的方法。早期較大口徑的透明石英玻璃管和坩堝是用石英粉料在專用設備上利用氫氧焰直接熔制。
氫氧氣煉法工藝設備簡單，不需要二次加熱、綜合能耗低。但制成的砣料尺寸波動較大，而且表面波紋嚴重，羥基含量高。
電熔法
電熔法是以電為動力源，以天然石英砂粉料為原料熔融制備。電熔石英玻璃的制備和成型方法通常有真空電熔法、連續熔制法和離心電熔法。電熔二步法拉管工藝，理論上可制備襯套管主材和輔助管棒材，但商業化應用較少，主要用于半導體、特種光源、紅外光學等。
人們常用真空電熔法制備石英玻璃，再用兩步法制備尺寸相對小些的管材、棒材等。真空電熔工藝制備的石英玻璃羥基含量較低；連續連熔法機械自動化程度高、生產周期長（不適合小批量多品種），具有生產成本低，產品尺寸一致性好等特點。但產品羥基含量高，需要進一步脫羥處理；離心電熔法可以制備大口徑石英玻璃，此外，該方法物耗能耗低。
OVD法
OVD工藝是以氫氧焰或硅烷為熱源，用單一或多組噴燈在靶棒上對SiCl4等反應氣體進行氣相水解并沉積得到SiO2疏松體（SOOT體），然后在Cl2和He氣下經過脫水和燒結成為玻璃體，再將靶棒抽走后形成圓筒狀玻璃管。這種石英圓筒（Cylinder）經過機械加工，具有非常高的幾何精度，大尺寸圓筒（大尺寸套管）可拉成和各芯棒匹配的相應尺寸的小尺寸石英套管或玻璃管。
OVD工藝制造襯套管典型的工藝流程圖
來源：谷巨明等.光纖預制棒用石英襯管和套管的制備技術及發展趨勢
由于OVD技術屬于化學合成工藝，制備的石英襯套管的產品純度極高，可達到雜質含量ppb的級別。隨著制備技術的不斷發展，其制造成本也在逐步降低。在沉積過程中，由于可采用一排甚至兩排燈同時進行沉積，沉積速率可達到200g/min以上，同時隨著沉積的進行，靶棒外徑的增加，沉積效率會進一步增加，如制造外徑為150mm的大套管，平均沉積效率可達到60%以上，高沉積速率和高沉積效率使采用OVD工藝制得的套管具有較低的成本。缺點是合成工藝路線流程冗長，原材料利用率低，脫水燒結工藝復雜，能耗高，資金投入大。另外生產過程中使用SiCl4和鹵素氣體，產生大量HCl尾氣，具有較大的環境壓力，且生產中需要使用稀有He氣（戰略資源），這些都是增加成本的因素。
德國Heraeus公司為技術標桿，OVD工藝技術在這一領域處于領先和壟斷地位。另外，國內長飛光纖公司自主開發的OVD工藝及裝備，可用于常規單模光纖預制棒外包層的制造，實現高效率單模光纖預制棒的生產。
PCVD
PCVD工藝是指等離子體化學氣相沉積法，其利用微波將石英襯管內的原材料氣體激發成等離子狀態，然后進行化學氣相沉積，在管內壁形成均一透明的玻璃層，最后通過加熱和負壓，將含有沉積層的管材熔縮成實心芯棒。PCVD工藝在光纖預制棒的精度控制、原材料利用率上具有先天優勢，更適合生產剖面結構復雜、技術要求更高的光纖預制棒芯棒。
PCVD技術是長飛光纖的核心技術之一，支撐著光纖預制棒芯棒的制造。長飛光纖通過PCVD工藝和摻雜技術，可以進一步降低光纖衰耗，優化產品性能指標，開發出包括低衰耗光纖和多模光纖等多種類型的光纖產品。
來源：長飛光纖
VAD
VAD工藝是指軸向氣相沉積法，其利用氫氧焰作為熱源，將原材料氣體轉化成玻璃粉體，再通過高溫進行脫水燒結獲得均一透明的芯棒母棒，最后經過加熱拉伸形成尺寸合適的VAD芯棒。VAD工藝由于其較高的沉積速率和靈活的摻雜控制，在生產剖面結構簡單的單模光纖預制棒芯棒更具優勢。
長飛光纖公司掌握VAD生產工藝，通過該工藝，公司在不斷提高常規單模光纖預制棒的尺寸和質量的同時，還能夠通過實現高濃度摻氟工藝，降低光纖預制棒的損耗水平和生產成本，從而進一步降低光纖的損耗水平和制造成本。
光纖制程用高純石英砂要求
在預制棒制作階段，石英中的羥基會擴散到芯層內，導致光纖衰減超標;過渡金屬離子會導致微觀不均勻，增加光纖損耗，嚴重時會導致信號失真。為了生產零水峰光纖和消除過渡金屬雜質對光纖衰減的影響，一般要求芯層內的羥基質量分數<1×10-9，預制棒中金屬雜質質量分數<1×10-10，SiO2質量分數在99.997%以上。
2024年7月，由中國建筑材料聯合會提出，全國工業玻璃和特種玻璃標準化技術委員會（SAC/TC447）歸口，久智光電子材料科技有限公司、天津富通信息科技股份有限公司等公司起草的標準《JC/T 2832-2024光纖制程用高純石英砂》公示，文件進一步對光纖制程用高純石英砂的分級要求等作出了規定。文件適用于光纖主材、光纖輔材制程用高純石英砂，包括以天然石英礦為原料通過加工、提純等生產工藝制備的石英砂，以及以含硅化合物為原料、采用物理、化學方法制備的合成石英砂。
等離子體熔融法、氣煉熔融法、連熔法等石英制備工藝對石英砂粒度分布有不同要求。
石英砂粒度分布
石英砂各雜質元素含量應不超過規定。
石英砂雜質元素含量要求
參考來源：
谷巨明等.光纖預制棒用石英襯管和套管的制備技術及發展趨勢
谷巨明.光纖用石英玻璃的制備應用及石英砂選擇
白鳳茹.等離子固相外沉積大尺寸石英套管研究
標準網.《JC/T 2832-2024光纖制程用高純石英砂》
長飛光纖招股說明書、官網、久智科技官網
（中國粉體網編輯整理/初末）
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