中国粉体网讯 随着电子信息技术的发展，对通信设备提出了更高的要求。光纤光缆是信息通信传输的重要载体，也是数字经济信息底座的基础之一。与其他通信材料相比，石英光纤具有传输距离更远、速度更快、信号损耗率更低、不受电磁信号影响等优点，可以更好、更快地满足信息发送与接收需求。因此，石英光纤成为目前通信光纤的主流。其中，光纤预制棒更是光纤光缆产业链中附加值最高的一环，也是光纤工艺中最重要的部分。
来源：久智科技
光纤用石英材料制备工艺
光纤用石英玻璃主要分为石英材料和石英制品；石英材料又分为天然石英材料（主材和辅材）和合成石英材料（主材）；石英制品一般指天然石英制品，只作辅材。
光纤用石英材料（管棒材）制备工艺分为天然石英工艺和CVD合成石英工艺；天然石英工艺主要PSOD、气炼、电熔、连熔，其中PSOD是主材主流工艺（也可应用辅材），气炼和连熔是辅材主流工艺（但进气管主流工艺是PSOD）。CVD合成石英工艺有OVD、VAD、POD、气炼CVD，其中OVD、VAD、POD是主材的主流工艺。
PSOD
等离子固相沉积法（PSOD）工艺是采用等离子体为热源，高纯石英砂为原料，以低羟基厚壁石英管作为基础管，水平固定于卧式玻璃车床上，通过等离子熔制、机械冷加工、或配套后续中频无接触二步法拉管等步骤制备出光纤预制棒用石英衬套管。其中生产单模光纤预制棒所需要的大尺寸石英套管（Φ外150以上），只需PSOD一步工艺即可实现，多模光纤预制棒用小尺寸石英套管及预制棒用石英衬管需要进一步通过中频无接触二步法拉管装置拉伸制得。
PSOD熔制工艺
来源：谷巨明等.光纤预制棒用石英衬管和套管的制备技术及发展趋势
该工艺的特点是以洁净干燥的空气等离子体为热源，能量集中温度高，可将石英砂直接玻璃化，生产过程不会引入羟基且不会产生有毒有害气体，无需脱水、烧结、脱羟等过程以及尾气的环保处理，工艺路线短，具有明显的成本优势。
久智科技是国内能够生产光纤预制棒用衬管和套管的企业之一。久智科技采用进口特制专用IOTA高纯石英砂为原料，采用PSOD工艺，产品具有高纯度、超高尺寸精度、低羟基、表面无疵点的特点。
气炼法
氢氧气炼法是指利用氢气和氧气，使用特殊设计的燃烧器，在专用设备上熔制石英玻璃的方法。早期较大口径的透明石英玻璃管和坩埚是用石英粉料在专用设备上利用氢氧焰直接熔制。
氢氧气炼法工艺设备简单，不需要二次加热、综合能耗低。但制成的砣料尺寸波动较大，而且表面波纹严重，羟基含量高。
电熔法
电熔法是以电为动力源，以天然石英砂粉料为原料熔融制备。电熔石英玻璃的制备和成型方法通常有真空电熔法、连续熔制法和离心电熔法。电熔二步法拉管工艺，理论上可制备衬套管主材和辅助管棒材，但商业化应用较少，主要用于半导体、特种光源、红外光学等。
人们常用真空电熔法制备石英玻璃，再用两步法制备尺寸相对小些的管材、棒材等。真空电熔工艺制备的石英玻璃羟基含量较低；连续连熔法机械自动化程度高、生产周期长（不适合小批量多品种），具有生产成本低，产品尺寸一致性好等特点。但产品羟基含量高，需要进一步脱羟处理；离心电熔法可以制备大口径石英玻璃，此外，该方法物耗能耗低。
OVD法
OVD工艺是以氢氧焰或硅烷为热源，用单一或多组喷灯在靶棒上对SiCl4等反应气体进行气相水解并沉积得到SiO2疏松体（SOOT体），然后在Cl2和He气下经过脱水和烧结成为玻璃体，再将靶棒抽走后形成圆筒状玻璃管。这种石英圆筒（Cylinder）经过机械加工，具有非常高的几何精度，大尺寸圆筒（大尺寸套管）可拉成和各芯棒匹配的相应尺寸的小尺寸石英套管或玻璃管。
OVD工艺制造衬套管典型的工艺流程图
来源：谷巨明等.光纤预制棒用石英衬管和套管的制备技术及发展趋势
由于OVD技术属于化学合成工艺，制备的石英衬套管的产品纯度极高，可达到杂质含量ppb的级别。随着制备技术的不断发展，其制造成本也在逐步降低。在沉积过程中，由于可采用一排甚至两排灯同时进行沉积，沉积速率可达到200g/min以上，同时随着沉积的进行，靶棒外径的增加，沉积效率会进一步增加，如制造外径为150mm的大套管，平均沉积效率可达到60%以上，高沉积速率和高沉积效率使采用OVD工艺制得的套管具有较低的成本。缺点是合成工艺路线流程冗长，原材料利用率低，脱水烧结工艺复杂，能耗高，资金投入大。另外生产过程中使用SiCl4和卤素气体，产生大量HCl尾气，具有较大的环境压力，且生产中需要使用稀有He气（战略资源），这些都是增加成本的因素。
德国Heraeus公司为技术标杆，OVD工艺技术在这一领域处于领先和垄断地位。另外，国内长飞光纤公司自主开发的OVD工艺及装备，可用于常规单模光纤预制棒外包层的制造，实现高效率单模光纤预制棒的生产。
PCVD
PCVD工艺是指等离子体化学气相沉积法，其利用微波将石英衬管内的原材料气体激发成等离子状态，然后进行化学气相沉积，在管内壁形成均一透明的玻璃层，最后通过加热和负压，将含有沉积层的管材熔缩成实心芯棒。PCVD工艺在光纤预制棒的精度控制、原材料利用率上具有先天优势，更适合生产剖面结构复杂、技术要求更高的光纤预制棒芯棒。
PCVD技术是长飞光纤的核心技术之一，支撑着光纤预制棒芯棒的制造。长飞光纤通过PCVD工艺和掺杂技术，可以进一步降低光纤衰耗，优化产品性能指标，开发出包括低衰耗光纤和多模光纤等多种类型的光纤产品。
来源：长飞光纤
VAD
VAD工艺是指轴向气相沉积法，其利用氢氧焰作为热源，将原材料气体转化成玻璃粉体，再通过高温进行脱水烧结获得均一透明的芯棒母棒，最后经过加热拉伸形成尺寸合适的VAD芯棒。VAD工艺由于其较高的沉积速率和灵活的掺杂控制，在生产剖面结构简单的单模光纤预制棒芯棒更具优势。
长飞光纤公司掌握VAD生产工艺，通过该工艺，公司在不断提高常规单模光纤预制棒的尺寸和质量的同时，还能够通过实现高浓度掺氟工艺，降低光纤预制棒的损耗水平和生产成本，从而进一步降低光纤的损耗水平和制造成本。
光纤制程用高纯石英砂要求
在预制棒制作阶段，石英中的羟基会扩散到芯层内，导致光纤衰减超标;过渡金属离子会导致微观不均匀，增加光纤损耗，严重时会导致信号失真。为了生产零水峰光纤和消除过渡金属杂质对光纤衰减的影响，一般要求芯层内的羟基质量分数<1×10-9，预制棒中金属杂质质量分数<1×10-10，SiO2质量分数在99.997%以上。
2024年7月，由中国建筑材料联合会提出，全国工业玻璃和特种玻璃标准化技术委员会（SAC/TC447）归口，久智光电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标准《JC/T 2832-2024光纤制程用高纯石英砂》公示，文件进一步对光纤制程用高纯石英砂的分级要求等作出了规定。文件适用于光纤主材、光纤辅材制程用高纯石英砂，包括以天然石英矿为原料通过加工、提纯等生产工艺制备的石英砂，以及以含硅化合物为原料、采用物理、化学方法制备的合成石英砂。
等离子体熔融法、气炼熔融法、连熔法等石英制备工艺对石英砂粒度分布有不同要求。
石英砂粒度分布
石英砂各杂质元素含量应不超过规定。
石英砂杂质元素含量要求
参考来源：
谷巨明等.光纤预制棒用石英衬管和套管的制备技术及发展趋势
谷巨明.光纤用石英玻璃的制备应用及石英砂选择
白凤茹.等离子固相外沉积大尺寸石英套管研究
标准网.《JC/T 2832-2024光纤制程用高纯石英砂》
长飞光纤招股说明书、官网、久智科技官网
（中国粉体网编辑整理/初末）
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