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金屬鍍層光纖基本工藝

來源:上海昊量光電設(shè)備有限公司   2022年10月28日 15:32  

在溫度較高的環(huán)境下,普通涂覆層會軟化或變質(zhì),進(jìn)而失去保護(hù)效果,我們知道樹脂類的膠水在250℃以上,效能就可能降低。如果是高溫配方樹脂,也很難在超過400℃的條件下使用。但光纖包層和芯通常是不同折射率的石英材料,恰好這兩種石英材料的適用溫度又較高,工程師們會將光纖布置在溫度較高的地方,此時(shí)涂覆層的機(jī)械強(qiáng)度就可能降低。在這些惡劣的環(huán)境中,震動,氣流,水壓,油霧,鹽霧等會使光纖容易破損從而斷裂失效。問題在于,就是這些環(huán)境惡劣的地方,施工和維修都變得極其困難。因此在高溫環(huán)境下,樹脂類涂覆層可能并不是很好的選擇。

第二個(gè)問題就是低溫,上文講到,高溫會使膠失效,同樣的,低溫也會。在較低的溫度下,例如零下30℃,這個(gè)溫度通常是我國北方冬季夜晚的溫度。工程師通常利用地下敷設(shè)的方式來降低這種影響。由于低溫的存在,樹脂材料或聚合物往往變得很脆,結(jié)合石英本身脆性的增加,光纖更加容易破碎?,F(xiàn)代通信光纜內(nèi)部多層緩沖裝置,在低溫下也具有較好的性能,但問題是分布式傳感類的光纖,需要暴露在環(huán)境中,感知環(huán)境的變化,所以更加容易破裂。

第三個(gè)問題是和使用目的有關(guān),通信類光纖如SMF-9/125放在鎧纜里面,但如果是光纖傳感,將光纖固定到基材板上,光纖表面處理后會更加合適。光纖包層外部進(jìn)行金屬化處理,鍍相應(yīng)的金屬材料,可以對光纖進(jìn)行保護(hù),然后用焊接直接把光纖固定在被測量基板上,對實(shí)際應(yīng)用而言,是有幫助的。

鍍層材料的選擇,準(zhǔn)確的說來,是鍍層材料的彈性模量,熱膨脹系數(shù)等參數(shù)對光纖本身造成影響。對于常見的鎳鍍層,隨著彈性模量的增大,被鍍后的光纖靈敏度有下降的趨勢,對泊松比系數(shù)而言,泊松比增大,靈敏度增大。熱膨脹系數(shù)越大的金屬,靈敏度和形變就越大。這幾個(gè)因素通常相互制約影響。通常選擇鎳、鋁、銅、金等金屬進(jìn)行表面鍍層。

我司提供有鍍鋁,鍍銅,鍍金光纖產(chǎn)品。其擁有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性;并且能耐受高低溫環(huán)境(-273-700℃),是高溫、真空和惡劣環(huán)境下優(yōu)秀的解決方案。

這幾種金屬具有典型的延展性和合適的熱膨脹系數(shù)。

化學(xué)鍍是最基礎(chǔ)的工藝,其基本流程如下:

通常光纖表面是涂敷了丙烯酸酯或聚酰亞胺等聚合物涂層的。在進(jìn)行化學(xué)鍍前應(yīng)該將其去除,通常的方式是使用機(jī)械剝離,如光纖鉗等將涂覆層去除,但這種方式,容易損傷光纖表面,在應(yīng)用時(shí)就會出問題。另一種就是使用溶劑。化學(xué)鍍是金屬離子逐漸在光纖表面層積的過程,當(dāng)光纖表面本身不平時(shí),化學(xué)鍍層將會放大這種缺陷,所以我們常使用溶劑來去除涂覆層。

表面清潔常使用無水乙醇,用乙醇浸泡,然后去離子水沖洗,沖洗后干燥備用。

粗化的作用是增加基體表面與金屬鍍層的結(jié)合力,石英表面完整的硅氧四面體結(jié)構(gòu)中斷,但由于這種不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)會使表面形成水膜,后面的熱處理工藝就比較重要了。

敏化是處理非金屬表面,將裸光纖浸沒在酸性敏化液中,放置,敏化液的反應(yīng)物吸附在光纖表面。

活化步驟和敏化配合使用,形成化學(xué)鍍層金屬的結(jié)晶核心。

光纖表面檢測設(shè)備,化學(xué)鍍后的光纖可以使用SEM電鏡進(jìn)行檢測。

金屬鍍層.png

掃描電鏡外觀

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鍍層處理后光纖


從電鏡圖中可以觀察到鍍層處理后的光纖的表面形貌,包括粗糙程度,損傷劃痕,相對厚度等,鍍層均勻度,由于金屬本身的種類不同,反射光澤等也不太相同。

  另一個(gè)重要的指標(biāo)就是光纖抗拉強(qiáng)度檢測,金屬鍍層表面質(zhì)量、厚度、金屬種類及其與光纖的結(jié)合情況,是影響光纖機(jī)械強(qiáng)度的重要因素,當(dāng)鍍層表面凹凸不平,裂紋、斷層等缺陷存在時(shí),表面鍍層容易應(yīng)力集中,應(yīng)力集中導(dǎo)致先期裂紋,加劇應(yīng)力集中點(diǎn)轉(zhuǎn)移,最后導(dǎo)致斷裂。我們可以使用光纖拉伸試驗(yàn)裝置,來測量光纖的實(shí)際抗拉強(qiáng)度。

金屬鍍層2.png

光纖拉伸試驗(yàn)機(jī)

上圖就是光纖拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī),通常150微米的鍍銅光纖,能承受13N的拉力。

我司提供有鍍鋁,鍍銅,鍍金光纖產(chǎn)品。其擁有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性;并且能耐受高低溫環(huán)境(-273-700℃),適用于多種測量及激光傳輸場合。

(聲明:本文部分圖表參考自CNKI或SPIE數(shù)據(jù)庫論文,期刊卷及DOI編號都已在引用部分標(biāo)出;本公司可提供金屬鍍層光纖,配合各種工程實(shí)踐研究,性能優(yōu)異,如有需要,歡迎采購!)


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