本发明涉及加热光纤用多孔预制件而使其玻璃化的方法。本发明尤其涉及一种多孔玻璃预制件的加热玻璃化方法的改进，其中，预制件是在降低了压力或真空压力下被加热至玻璃化的，从而长期稳定地生产出含有少量汽泡和杂质的预制件，利用这样的预制件可生产出具备良好传导性能的光学纤维。 在电炉中对含有由汽相淀积法制得的细小玻璃颗粒的玻璃预制件高温加热，使其玻璃化形成玻璃制品。上述淀积法是：例如汽相轴淀积法（VAD）或外部汽相淀积法（OVD）。通常在其内部气体为诸如随意包含少量囟素（尤其是氯）气体的氦（He）的大气压力下进行这样一种加热玻璃化的过程。这种方法可称为区域加热法。作为另一种方式，是将这种预制件放在加热空间足够大的电炉中逐步增加炉温使其玻璃化，上述空间足以对整个预制件进行均匀加热。这种方法可称之为温度保持法。
在上述各种方法中，在对预制件进行加热玻璃化处理期间都存在一个问题，即在所制成的玻璃制品中均存有一些空洞（本文中将其称之为“气泡”）。这些气泡是由最初封存于细小玻璃颗粒之间的和/或在加热玻璃化期间未溶解的空气所形成的。另外，有时在加热玻璃化之后的高温工序中也可能形成这类气泡。日本专利特许公开201025/1988和275441/1989提出在减压或真空压力条件下使这种预制件玻璃化的方法，在这些方法中，可期望在最终形成的玻璃制品中几乎不存在空气（即气泡）。这是因为降低了的或真空压力的环境排出了光纤用多孔预制件中的气体。本文中所采用的术语“降低了的压力”系指低于5kPa的压力，而“真空压力”则指即无气体供应又无抽真空速度控制的低于5Pa的压力。
图2表示一种设备的实施例，这种设备可在降低了的压力或真空压力条件下用于对光纤预制件的加热玻璃化的常规方法中。在图2中，序号31表示炉体（或压力容器），32是一个马弗管，33是加热器，34是隔热壳，35是气体入口，36是气体出口，37为真空泵。
当光纤多孔预制件38加热玻璃化时，且当炉体31用真空泵37抽成真空而保持在真空压力条件下时，多孔的预制件38便被置入马弗管32中并将其加热至不高于1700℃的温度。可以通过真空泵37随意地经入口35和出口36从压力容器中抽出或加入任一种所需的气体。
为使用上述设备加热玻璃化，在供入炉中的气体、从炉中抽出气体以及加热温度增加速度模式之间的一些关系已经公开。
日本特许专利公开201025/1988描述的这些关系的实例如下：
（1）在真空压力下的玻璃化方法
温度：从室温至1000℃ 从1000℃至1600℃
温度增加速度：20℃/分 5℃/分
压力：＜0.65Pa ＜1.3Pa（未控制抽真空速度）
供入气体：无 无
（2）在降低压力下玻璃化的方法
温度：从室温至1000℃ 从1000℃至1600℃
温度增加速率：20℃/分 5℃/分
压力：13Pa 13Pa（控制抽真空速度）
供入气体：Ar 10Scc＊/分 Ar10Scc/分
（＊：标准立方厘米）
在日本特许公开专利275441/1989中所公开的这种关系的其它例子如下：
（3）：
温度：从室温至1600℃
温度增加速度：8℃/分
压力：10Pa（控制抽真空速度）
供入气体：He 200Scc/分
（4）：
温度：从室温至1000℃， 从1000℃至1600℃
增温速度：6℃/分 8℃/分
压力：10Pa 10Pa（控制抽真空速度）
供入气体：Cl2100Scc/分 He 100Scc/分
在完成上述关系（2）、（3）和（4）的各方法中，均将气体供入马弗管中。
在使用常规设备进行加热玻璃化的工艺方法中，在控制气体从炉中抽速的情况下向炉在供入一定量的气体，以便使炉中压力保持常数。
但热处理前的预制件含有如/或吸收了大量的水和氧，这些水和氧是在预制件热处理时在炉内析出的，这样由于水和氧所引起的氧化作用将会分解出通常用于马弗管、加热器以及加热器的隔热壳体的碳材料。另外，由不锈钢制成的炉件也会退化。
这种氧化作用和/或分解在刚刚开始使用时不会造成什么问题，但当该炉对一定数量的预制件进行长期加热玻璃化处理就会产生下列问题：
a.需更换已分解出碳的元件;
b.由于碳材料的分解所形成的粉末会附在玻璃预制件上，这会在预制件中产生气泡;
c.由于氧化作用而形成的锈蚀使炉子退化，铁锈可能会落入马弗管中并混入预制件内，这会对用于制造预制件的光学纤维的传导性能产生不良影响;
a.与上述“C”相对应就是要非常仔细地将铁锈除去。
另外，在使用一种卤素气体或一种卤化物气体对这种光纤玻璃制品脱水时，便会由于这种卤素气体或卤化物气体与从预制件中所排出的水之间的反应而产生一种气体生成物。例如，当卤素气体是氯气时，生成次氯酸。与只有水的情况相比，这种气体生成物会使碳材料或不锈钢材料的氧化作用加剧。因此，在使用卤素气体或卤化物气体时，这个问题是非常危险的。
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种方法，该方法用于对制造光学纤维的多孔玻璃预制件进行加热玻璃化，其中利用长期加热预制件而使制造光纤的大量多孔玻璃预制件稳定地玻璃化。
根据本发明，提供一种在由马弗管组成的真空炉中在升温模式下对预制件加热而使光纤的多孔玻璃预制件玻璃化的方法，其中的增温模式分为两步，即相对时间的第一步和第二步，第一步的模式为;在降低了的压力的环境下提高加热温度并向真空炉中供入至少由一种惰性气体所组成的气体，第二步的模式为：在供入真空炉中的气体中的惰性气体含量低于第一步的含量的降低了压力的环境下提高加热温度，或在无气体供入真空炉的真空压力环境下提高加热温度。
在本发明中，术语“降低了的压力”和真空压力”与上述的压力、供入气体和抽真空速度控制的含意相同。“降低了的压力”和真空压力”之间的区别并不很严格，因而两者可有局部的相互重叠。另外，每一步中加热温度提高模式最好程序化，如以每分钟某一百分温度的度数的程度增加加热温度。
图1示意性地表示本发明对预制件加热玻璃化的装置;
图2示意地表示常用的预制件加热玻璃化的装置。
下面将对本发明予以详细描述。
根据本发明，在加热温度增加模式的第一步中，当将已经被吸收于或包含于预制件中的气体排出时，对于制造光纤的多孔玻璃预制件（以后将称之为“预制件”进行加热。在加热温度增加模式的第二步中，对预制件进行玻璃化。第一步和第二步之间的温度区间最好设置于大约1100℃和1450℃之间的范围内。
第一步和第二步之间的区间不必是一个瞬时周期，但可以是一个确定的周期且可连续地或逐步地在该周期中减少对真空炉的供气。
第一步的目的是除去从预制件，炉件表面排到炉中的以及残留于炉中的氧气和水。真空炉中的压力最好不低于20Pa，不低于50Pa更好，且最好不高于5kPa，不高于1kPa更好，如100Pa左右。
为了尽可能地从真空炉抽出所排出的气体，最好不对抽真空装置（如一有真空泵）的抽真空能力进行控制（或调整），但为实现上述压力，最好以这种装置的最大能力进行抽真空并且最好对供入气体的流速予以控制。
在进行第一步时，控制供入气体流而将炉内压力控制为常量或气体流速为常量均无危险。
根据本发明，最好这样选择供入炉中的气体流速，即完成本发明方法的炉内压力最好为这样一种炉内压力的五倍或更高，所述的炉内压力是指，在与除不供入气体的现有方法相同的温度增加速度模式下，对一个预制件进行加热的炉内压力，这里所说的预制件同样是一个被玻璃化的预制件。这种压力的上限是5kPa，在可以接受的气体消耗成本下，可以选择任一个低于该上限的压力。
因为氦不会产生气泡问题并且也不会对由最终形成的预制件所制成的光纤的传导性能产生不良的影响，因而氦是一种最多推荐的在第一步中供入炉中的气体。
在将所需量的氦全部供入马弗管内时，氦将在接近真空压力的压力下以极高的速度流动，最终可能会由高速的氦气将玻璃预制件弄碎。因此，最好是在真空炉中将氦气供入马弗管之外，仅有部分氦气供入马弗管之内并在马弗管的外面保持平衡。
第二步中，几乎没有气体从预制件中逸出。这时如果炉内压力高，则容易在玻璃化后的预制件中形成气泡。因此，最好是在气流速度低于第一步中的速度或不供入气体的条件下完成玻璃化。
在第二步中，炉内压力最好低于100Pa，象第一步一样，最好不对气体抽真空能力予以控制。
在对用于单一形式的光纤维芯的预制件进行热处理时，时常将卤素或囟化物气体如氯化气体，SiCl4气体或CCl4气体类的卤化物气体与氦气配合使用，以便同时进行对预制件的脱水处理。在这种情况下，最好仅在第一步的一定时期中使用卤素气体或卤化物气体，这是由于这种气体会增加如上所述的炉和马弗管的氧化和退化。
因而限定在一定时期供入卤素气体或卤化物气体，此时的温度是足以由卤素气体或卤化物气体使预制件脱水，且低于使预制件收缩从而将其中的卤素气体或卤化物气体排出的温度。实际上，卤素气体或卤化物气体的供入最好是根据温度增加速度模式在1000℃-1200℃范围内的温度下完成。
在供入卤素气体或卤化物气体时，炉中卤素气体或卤化物气体的局部压力最好保持不低于某一确定压力。实际上这种局部压力是：例如不低于200Pa，不高于5kPa。为增加反应的卤素气体或卤化物气体的比率，最好对从真空炉中的抽气能力予以控制。
但应注意到，第一步的其余部分和第二步最好在最大的气体抽真空能力，即无任何抽真空控制的条件下来完成。
尽可能多地将卤素气体或卤化物气体供至预制件的周围，并尽可能地供入马弗管外面，最好是仅将卤素气体或卤化物气体供入马弗管内并将氦气送至真空炉的马弗管之外，或仅将部分氦气送入马弗管并将剩余部分送至马弗管之外。
下面将解释用于预制件的本加热玻璃化的作用和效果：
（1）在第一步中，在炉体中构成元件的碳的氧化作用和/或分解，以及由于附着于预制件和炉件上的水和氧气而使在炉内不锈钢制的元件的氧化作用和/或诱蚀受到遏制。
取得上述效果的原因是下述（ⅰ）至（ⅴ）：
（ⅰ）在马弗管件中，气流变成在5Pa以上压力下的粘性流。在这种压力范围内，传导系数与一个压力和以下式表示的所抽出的气量Q成比例。
QOCP（Pf-Pp）
其中：Pf是炉内压力，Pp是在一台真空泵入口处的压力，且 P＝（Pf+Pp）/2。由于较大的Pf使Pf-Pp变得较大，最终使抽真空量按以上比率增加。这就意味着，压力越高，在炉中诸如水（潮气）和氧类所形成的气体的驻留时间就越短，因而使这类气体与构成炉件和炉体的碳发生反应的可能性被降低。当为增加炉压而对抽真空能力进行控制（或限制）时，便不能取得这种效果，并且会使所制成的玻璃的驻留时间变长，这会产生负作用。
（ⅱ）就抽真空率和一个抽真空系统的压力而言，压力越高，在一个抽真空系统中在约100Pa压力范围抽真空体积率Qr（Qr＝Q/ P）便越高，所述的抽真空系统最好采用本方法中的诸如由一个旋转泵组成的抽真空系统和一种由机械增压泵和旋转泵组成的抽真空系统。
由旋转泵构成的抽真空系统在100Pa至与5kPa的压力范围与约至100Pa的压力范围是一样的。这样，便使所生成的气体在炉中的驻留时间象上述（ⅰ）那样被减少，从而使所生成的气体和构成炉件与炉体的碳反应的可能性减小。
在由机械增压泵构成的抽真空系统中，当压力在100Pa以上时，抽真空率下降，因此不能取得上述效果。
（ⅲ）当气体从分子流变成粘性流时，便出现从炉内至排气通路的气流。因而更易于在不与构成炉件和炉体的碳相接触的情况下抽出所生成的气体。
（ⅳ）就碳制件和不锈钢制件与所生成的气体的反应而言，当附着于炉件表面的所生成的气体较少时，这种反应的可能性降低了。因而利用增加炉内惰性气体的局部压力，便可增加附着于炉件表面上的这种惰性气体的量，并由此而遏制所生成的潮气和氧气与碳制件和不锈钢制件的反应。
（ⅴ）利用主要向马弗管外供入惰性气体，便防止从马弗管内向其外的所生成的气流，从而遏制碳和不锈钢与所生成的气体的反应。
（2）在第二步中，不供入惰性气体或减少供入的惰性气体，从而节约气体消耗并防止在预制件中形成气泡。换句话说就是，由于减少预制件中气泡的原因之一是在玻璃化期间在预制件中所保持的气体，为防止产生气泡，为减少炉中气流速度而减少炉中压力是非常有效的。
减少气泡的另一个原因就是碳末在预制件上沉淀，这是在玻璃化步骤中由碳制件的分解作用所形成的。当炉内压力降低且气流速度降低通常为0时，便防止碳末随气流在炉中浮动，由此而遏制气泡的形成。
（3）由于氦最不易于在预制件中形成气泡，便采用氦作为惰性气体，如日本特许公开专利201025/1988所公开的那样。
（4）即使采用卤素气体或卤化物气体，在控制抽真空能力条件下对使预制件脱水的压力条件进行优选，并将加热温度限定在对预制件有效脱水的温度范围内，也应使碳制件和不锈钢制件的分解和氧化作用被降至最小，这些作用是由于在卤素气体和卤化物气体与水之间的反应（例如：当以氯气作为卤素气体使用时的次氯酸）所产生的气体造成的。
下面将参照附图对本发明的一个优选实例予以描述。
图1示意地表示了一种加热装置的实施例，该装置适用于对预制件加热玻璃化的本方法。
参见图1，马弗管1设置于炉体4内，并由加热器2和隔热壳3所包围。利用支承杆6将一个多孔预制件5置入马弗管1中，并用上盖7将马弗管1的上开口1a盖住。在炉体4的顶部与马弗管1的上开口1a相对应设有一个开口4a，在炉体4上设置前腔8并通过开口4a使之与马弗管1相连接。前腔8上有一个门9，该门用于将预制件从前腔中取出或置入。为打开或关闭开口4a，在前腔8和与马弗管1之间设有一个闸阀（隔离装置）10。
马弗管1由高纯度碳制成，并由一部11、中部12和下部13组装而成。
多孔预制件5包括一个晶种杆14，该杆连在支承杆6的端部，一个连接在晶种杆14端部的玻璃芯15和设置于玻璃芯15外面的多孔玻璃层16。
图1中的实施例表示对一个预制件进行玻璃化以便形成由该预制件所制成的光学纤维的圆柱部分。多孔预制件5包括一个不带玻璃芯5的多孔玻璃体，该玻璃体完全由多孔玻璃构成并在最终由该预制件形成光学纤维中心部时，接在晶种杆4的端部，图1中序号17表示与前腔18相连接的前腔真空泵，18表示炉体真空泵，19表示从炉体通至标准压力的排气管，20是向炉体供气的供气入口，21是马弗管的供气入口，22表示从马弗管向外的玻璃所产生的气体出口。
由于图1所示装置包括与马弗管分开的可抽至真空（降低了的）压力的前腔，因而将预制件置于前腔中，在闸阀10关闭时前腔抽至真空压力并将马弗管保持在升高的温度下，然后在打开闸阀后将预制件插入马弗管，即可在真空压力下在500至1000℃加热温度范围内预制件开始加热玻璃化。也就是说，由于前腔所确定的空间与由马弗管所确定的空间被闸阀所分离，因而不必在每次玻璃化结束时将马弗管中的温度降至室温，且在马弗管中保持高温时，只需减少前腔温度。
下面将参考以下例子对本发明予以描述。在下述每个例子中，加热都是在800℃的加热温度和真空压力的条件下开始。
例：
例1
采用图1所示装置，在下述条件下对15个用于光学纤维圆柱部分的多孔预制件进行加热而使其玻璃化。
第一步 第二步
温度：800℃至1300℃ 1300℃至1600℃
增温速度：6℃/分 5℃/分
压力：约90Pa 0.5至1.5Pa
（第一和二步中均无抽真空控制）
供入气体：He 3SLM＊无
（＊标准升/分）
在15个预制件玻璃化后，测得马弗管的重量损失为2克。这种重量损失似乎是由于预制件吸收水和氧气而使得构成马弗管的元件中的高纯度石墨（碳）的分解和氧化作用所形成的。
所获得的玻璃化预制件无气泡。
比较例1
不用氦气重复例1，用于玻璃化的条件如下：
第一步 第二步
温度：800℃至1300℃ 1300℃至1600℃
增温速度：6℃/分 5℃/分
压力范围：1.5至12Pa 0.5至1.5Pa
（在第一和二步中均无抽真空控制）
供入气体：无 无
在15个预制件玻璃化后测得马弗管重量损失8克。即，在比较例1中的氧化和分解作用速度是例1的4倍。
所生成的预制件无气泡。
当加热温度为1300℃时，压力减至约1.5Pa，这可能意味着此时由玻璃预制件所吸收的气体几乎已排完。
比较例2
在仅供入少量氦并通过控制抽真空速度而将炉内压力保持恒定的条件下重复例1。操作条件如下：
第一步 第二步
温度：800℃至1300℃ 1300℃至1600℃
增温速度：6℃/分 5℃/分
压力范围：100Pa±5Pa 0.5至1.5Pa
（1300℃以下控制抽真空速度，以后不控制）
供入气体：氦300Scc/分钟 无
（全部氦供至马弗管之外）
在15个预制件玻璃化之后，测得马弗管重量损失为7克，这意味着分解和氧化作用速度与比较例1几乎一样。
所取预制件无气泡。
比较例3
为确定气体种类、气压和气体供入温度的影响而完成本例，操作条件如下：
第一步 第二步
温度：800℃至1300℃ 1300℃至1600℃
增温速度：6℃/分 5℃/分
压力：300Pa±5Pa 300Pa±5Pa
（无抽真空速度控制）
供入气体：氩Scc/分 氩500Scc/分
（气体供至马弗管之外）
所取得的玻璃化预制件中含有数十个微小的气泡。
当在上述比较例3改用氦气时，末见气泡产生。
当在1300℃温度下停止供入氩气时，在预制件中发现两个微小的气泡。
当以300Scc/分的速度、约1300℃温度下，且无气体抽真空速度控制（即最大抽真空速度）的情况下供入气体氩时，炉中压力是25Pa。在这种条件下制出的预制件中含有两个微小的气泡。
从以上一系列试验可以看出，以氦为供入气体最好，且在1300℃左右的温度下最好减少或停止供入气体。
例2
通过在以下条件下对用于光学纤维的中心部分的多孔玻璃预制件加热而对其进行玻璃化处理。
第一步 第二步
温度：800℃至1300℃ 1300℃至1600℃
增温速度：6℃/分 5℃/分
压力：300Pa±5Pa 300Pa±5Pa
（无抽真空速度控制）
供入气体：
马弗管内：Cl2200Scc/分 无
马弗管外：He 500Scc/分 无
（1300℃以下进行抽真空速度控制，以上不控制）
所生产的玻璃化预制件中无气泡。
用所生产的预制件制成光学纤维，以1.55μm波长测量其传导损失，发现结果很好，即损失低于0.22dB/km。
在15个预制件玻璃化后，马弗管重量损失为11克。
例3
在下列条件下重复例2：
第一步
温度：
800℃ 1100℃
至 1100℃ 至
1100℃ 1300℃
增温速度：
6℃／分 0（30分钟） 6℃／分
压力： 约90Pa 300Pa±5Pa 约90Pa
供入气体：
马弗管外：无 Cl2200Scc/分 无
马弗管外：HeSLM He500Scc/分 He3SLM
第一步
温度：1300℃至1600℃
增温速度：5℃/分
压力：0.5～2Pa
供入气体：
马弗管内：无
马弗管外：无
（1100℃以下带抽真空速度控制，其它温度不控制）
所获得的玻璃化预制件无气泡。
用所生成的预制件制成光学纤维，并以1.55μm波长测量其传导损失，发现结果良好，即损失低于0.22dB/km。
15个预制件玻璃化之后马弗管重量损失为6克。
从上述结果可知，在供入卤素气体或卤化物气体的情况下，采用仅在第一步中，最好是仅在第一步的某一部分中供入气体，并仅在这个时期控制炉中的抽真空速度、在其它时期不控制的方式即可减少马弗管的重量损失。
根据本发明，如参考以上例子所述的那样，由吸附于预制件中的水和氧气所形成的，以及由水与卤素气体或卤化物气体的反应所生成的气体所产生的构成炉内碳制元件的分解和氧化作用均受到抑制。
另外，节约了供入气体并在第二步中防止产生气泡。
此外，由于防止了炉中碳材料的分解和氧化作用而延长了炉的寿命。还预防了构成炉件的不锈钢的氧化和锈蚀，这将减少了对炉子的维修次数并使维修得以简化。