MXPA01001383A - Metodo y aparato para formar hollin para la fabricacion de vidrio - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método y aparato para formar hollín utilizado para hacer vidrio, y en particular, guías de ondaópticas;un precursor de líquido (66) es alimentado primero al orificio (52) de un inserto de orificio de líquido (48) dentro de un inyector colocadodentro de un ensamble de quemador atomizador, y posteriormente es descargado desde el inyector a una cámara de presurización (56);también, un gas de atomización (70) es alimentado en la cámara de presurización (56) para mezclarse con la corriente de líquido de precursor de líquido (68) la cual se divide en gotas (76);el precursor de líquido y gas de atomización son forzados bajo presión fuera de un orificio de atomización (32) en la cara del ensamble de quemador (30);el gas de llama (74), gas de reacción (84) y gas de protección (82) son expulsados de los orificios de quemador (40,38,36 y 34) para producir la llama;el precursor de líquido atomizado asídescargado, se alimenta en la llama (72) producida en la cara del ensamble de quemador en donde el precursor de líquido atomizado reacciona con la llama para formar hollín (78) en un mandril giratorio (80).

Description

MÉTODO Y APARATO PARA FORMAR HOLLÍN PARA LA FABRICACIÓN DE VIDRIO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la formación de hollín utilizado en la fabricación de vidrio y, particularmente, a un método y aparato para el suministro de precursores líquidos a una llama durante hidrólisis de llama. Aunque la invención está sujeta a una amplia escala de aplicaciones de deposición de hollín de vidrio, es especialmente adecuada para hacer hollín para uso en la fabricación de guías de onda ópticas, y será especialmente descrita en ese aspecto.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conocen en la técnica diferentes procedimientos que involucran la producción de óxidos de metal a partir de reactivos vaporosos. Tales procedimientos requieren una solución de materiales de abastecimiento o precursor, un medio para generar y transportar vapores de la solución de material de abastecimiento (en lo sucesivo, llamados reactivos vaporosos) y un oxidante a un sitio de reacción de conversión (también conocido como una zona de reacción de hollín para los expertos en la técnica), y un medio para catalizar al mismo tiempo, oxidación y combustión para producir agregados esféricos finamente divididos, llamados hollín. Este hollín se puede recolectar en cualquier receptor de deposición en cualquier número de formas que van desde una cámara de mandril giratorio. El hollín recolectado se puede tratar con calor de manera simultánea o subsecuente para formar un artículo de vidrio de alta pureza transparente y no poroso. Normalmente, este 5 procedimiento se realiza con equipo especializado que tiene una disposición única de boquillas y quemadores. Gran parte de la investigación inicial que condujo al desarrollo de tales procedimientos se centró en la producción de sílice homogénea. La selección del material de abastecimiento adecuado fue un aspecto importante de este trabajo. Posteriormente, en ese momento se determinó que un material capaz de generar una presión de vapor de entre 200-300 milímetros de mercurio (mm Hg) a temperaturas inferiores a aproximadamente 100°C sería útil para hacer dicho sílice homogénea. La alta presión de vapor de tetracloruro de silicio (SiCU) sugirió su utilidad como una fuente de vapor conveniente para generación de hollín y lanzó el descubrimiento y uso de una serie de materiales de abastecimiento similares a base de cloruro. Este factor, más que cualquier otro, es responsable del uso actualmente aceptado de SiCU, GeCU, POC y BCI3 como fuentes de vapor de material de abastecimiento. 20 Sin embargo, el uso de estos y otros materiales de abastecimiento a base de halogenuro como fuentes de vapor, tiene sus desventajas. La desventaja principal es la formación de ácido clorhídrico (HCl) como un subproducto de oxidación. HCl no solamente deteriora los substratos de deposición y el equipo de reacción, sino que también el ambiente. La superación de esta desventaja, entre otras, condujo al uso de compuestos libres de halogenuro como precursores o materiales de abastecimiento para la producción de hollín para guías de onda ópticas. Aunque el uso de compuestos de silicio libre de halogenuro como materiales de abastecimiento para producción de vidrio de sílice fusionada, como se describe en las patentes de E.U.A. No. 5,043,002 y 5,152,819, evita la formación de HCl, continúan otros problemas, particularmente cuando el vidrio está proyectado para la formación de guías de onda ópticas y hollín de sílice de alta pureza. Se ha encontrado que, durante el suministro de un material de abastecimiento de polialquilsiloxano vaporizado al quemador, las especies de alto peso molecular se pueden depositar como geles en la línea que porta los reactivos vaporosos al quemador, o dentro del mismo quemador. Esto conduce a una reducción en la velocidad de deposición del hollín que es posteriormente consolidado en una preforma a partir de la cual se estira una fibra de guía de onda óptica. Esto también conduce a imperfecciones en la preforma que con frecuencia produce fibra de guía de onda óptica defectuosa y/o no utilizable a partir de las porciones afectadas de la preforma. Un problema adicional encontrado al formar hollín de sílice utilizando materiales de abastecimiento de siloxano es la deposición de partículas que tienen altos pesos moleculares y altos puntos de ebullición en la preforma de guía de onda óptica. La composición de estas partículas da como resultado imperfecciones "defectuosas" o "de defecto agrupado" que afectan de manera adversa la calidad óptica y estructura de guías de onda ópticas formadas utilizando el hollín de sílice. Normalmente, los defectos están en forma de pequeñas burbujas (es decir, 0.1 a 4.0 mm en diámetro) en un cuerpo de vidrio. Con frecuencia se 5 forman en sílice fusionada por una impureza, tal como polialquilsiloxano gelificado sin quemar. Una partícula muy pequeña de gel de siloxano puede ser el sitio de iniciación de tal defecto. Debido a que el siloxano se descompone a temperatura alta después de ser depositado en el cuerpo de vidrio; éste puede emitir gases que ocasiona la formación del defecto. Los defectos agrupados son defectos de vidrio más grandes encontrados en preformas de fibra de guía de onda óptica, y con frecuencia ocurre como una serie de defectos en forma de una línea o una agrupación en forma de embudo o flor. Normalmente, una partícula grande de gel es el sitio de iniciación para un defecto agrupado. Después de que la partícula de gel ha chocado con la preforma porosa, ocasiona que un área elevada resalte de la superficie de preforma. Debido a que el defecto agrupado es un sitio elevado, pasa más transferencia de calor a este sitio. En virtud de esta transferencia de calor incrementada, ocurre más termoforesis en este sitio, ocasionando que la imperfección crezca y deje atrás una cadena de defectos. Como resultado del defecto agrupado, la porción afectada de la preforma de guía de onda óptica no se puede consolidar normalmente, y la irregularidad consecuente en la preforma produce una guía de onda óptica defectuosa. Por ejemplo, en el caso de una preforma típica de fibra de guía de onda consolidada de 100 kilómetros, la cual tiene un diámetro de 70 milímetros (mm) y una longitud de la superficie de la kilómetros de fibra de guía de onda óptica durante estiramiento. En el caso de una preforma consolidada más grande, el impacto negativo de un defecto agrupado sencillo es proporcionalmente mayor. En una preforma consolidada de 250 kilómetros, la cual tiene un diámetro de 90 mm y una longitud de 1.8 m, un defecto agrupado en la superficie de la preforma, normalmente dará como resultado la pérdida de 8 kilómetros de fibra de guía de onda óptica durante estiramiento. La solicitud de patente de E.U.A. No. de serie 08/767,653, describe que los defectos agrupados se pueden reducir al suministrar un material de abastecimiento de siloxano líquido a un sitio de conversión, atomizando el material de abastecimiento en el sitio de conversión y convirtiendo en sílice el material de abastecimiento atomizado en el sitio de conversión. Debido a que los precursores se suministran directamente en una llama de quemador como un líquido en lugar de un vapor, la presión de vapor de los precursores ya no es un factor limitante en la formación de hollín para guías de onda ópticas. Sin embargo, los atomizadores externos y sus métodos de uso descritos en la solicitud No. de serie 08/767,653 están limitados. Normalmente, los atomizadores externos tienen un orificio de descarga de líquido que es coplanar o sustancialmente coplanar con la cara del quemador. En consecuencia, el líquido y los gases atomizadores se juntan en la superficie del quemador. Debido a que la llama se genera adyacente a la cara del quemador, la atomización debe ocurrir muy rápidamente si el líquido será disperso en gotas antes de llegar a la llama. Para que esta ocurra, se requieren velocidades muy altas del gas atomizador. Aunque estas altas velocidades de gas pueden dispersar el líquido en pequeñas gotas, lo hacen creando turbulencia, lo que a su vez, afecta de manera adversa la velocidad de deposición de hollín. Además, los atomizadores externos dependen de un anillo muy pequeño de gas atomizador colocado alrededor del orificio de salida del líquido para proveer el gas atomizador de alta velocidad que choca con el líquido. Como resultado, la estrecha proximidad del orificio de salida del líquido y la zona de reacción de hollín, produce que tanto el orificio de salida del líquido como el anillo de gas atomizador de los atomizadores externos sean susceptibles a la formación y obstrucción de hollín. Cuando el anillo o el orificio de salida del líquido esté parcialmente obstruido por esta formación de hollín, la llama, y por lo tanto la corriente de hollín, se vuelve no uniforme y se afecta la velocidad de deposición de hollín. Debido al tamaño pequeño de estas aberturas, la limpieza del atomizador externo es difícil y requiere de mucho tiempo. Más aún, debido a que los quemadores son apagados durante operaciones de limpieza, el tiempo muerto de producción tiene un impacto económico significativamente adverso en operaciones. El atomizador externo, además, es de fabricación costosa y limitado en flexibilidad. Debido a que el orificio de salida de líquido en la cara del quemador del atomizador externo está generalmente provisto con un filo para facilitar la mezcla rápida de los gases atomizadores y la corriente de líquido descargada del orificio, el díam lo del orificio de salida de líquido está limitado a una dimensión la cual es superior en tamaño que la preferida. Además, el orificio de salida de líquido debe estar colocado centralmente 5 dentro del anillo para evitar el problema de no concentricidad. Cualquier ligero desalineamiento, y la llama no será concéntrica. La no concentricidad da como resultado escasa deposición de hollín y es un problema serio durante sedimentación. En consecuencia, las tolerancias deben ser rigurosas, lo que a su vez incrementa los costos de fabricación. 10 Por lo tanto, existe una necesidad de métodos y aparatos alternativos para depositar hollín precursor de vidrio, especialmente para fibra óptica y otras aplicaciones relacionadas con guías de onda.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 15 La presente invención se refiere a un método y aparato mejorado para suministrar un precursor de líquido a una llama de quemador para formar hollín utilizado en la fabricación de vidrio. El precursor de líquido, capaz de ser convertido en vidrio por descomposición oxidante térmica, se provee e 20 introduce directamente a la llama de un quemador de combustión, formando así hollín amorfo finamente dividido. El hollín amorfo normalmente se deposita en una superficie receptora en donde, ya sea sustancialmente de manera simultánea con o subsecuente a su deposición, el hollín se consolida en un cuerpo de vidrio fusionado. El cuerpo de vidrio se puede utilizar entonces ya sea para hacer productos directamente a partir del cuerpo fusionado, o el cuerpo fusionado se puede tratar posteriormente, por ejemplo, al formar una guía de onda óptica tal como mediante estiramiento para hacer fibra de guía 5 de onda óptica según se describe adicionalmente en la solicitud de patente de E.U.A. No. 08/574,961 titulada, "Method for Purifying Polialkylsiloxanes and the Resulting Products" (Método para Purificar Polialquilsiloxanos y los Productos Resultantes), cuya descripción se incorpora en la presente como referencia. 10 El ensamble del quemador para suministrar el precursor directamente a la llama del quemador como un líquido atomizado, ¡ncluye un novedoso orificio de inyección hueco que suministra una corriente de precisión de líquido en una cámara en donde la corriente está expuesta a un gas atomizador de baja velocidad. La introducción del gas y la corriente de líquido en la cámara, incrementa la precisión dentro de la cámara ocasionando que la corriente de líquido se descargue como un aerosol desde un orificio de salida en la cara del quemador del ensamble de quemador atomizador, lo cual en la operación, genera una llama de sitio de conversión. Las pequeñas gotas de líquido del aerosol son entonces alimentadas en la llama para convertir el compuesto mediante descomposición oxidante térmica en hollín amorfo finamente dividido. Generalmente, una superficie receptora, tal como un mandril giratorio, está colocada en estrecha proximidad con el ensamble de ^ ^9 -? ^?^^^?^^MltSÍMS ^í&».JÍ!>Á í* - - ¿-¿ ¡¿^J' quemador atomizador para permitir del hollín en la superficie receptora. La ventaja principal de la presente invención es la provisión de una disposición y método, el cual reduce sustancialmente la obstrucción de 5 los orificios en la cara del ensamble * el quemador al utilizar velocidades inferiores de gas atomizador que otros ensambles de quemador atomizador conocidos en la técnica, mientras que al mismo tiempo, atomizar una velocidad de flujo de líquido equivalente. Al utilizar velocidades inferiores de gas atomizador, se reduce la turbulencia en la zona de reacción de hollín, y de 10 este modo se mejora en gran medida la velocidad de deposición de hollín. Además, al suministrar el precursor a la llama como un líquido y no como un vapor, se previene la gelificación del precursor ya que se evita la exposición del precursor a los ambientes de alta temperatura de un vaporizador y sistema de suministro de vapor. Esto mejora el rendimiento y calidad del hollín 15 producido y reduce además, los requisitos de mantenimiento del sistema de producción. Además, debido a que el precursor no tiene que llegar a la fase de vapor antes de su exposición a la llama del quemador, los elementos nunca antes utilizados para formar hollín para uso en la fabricación de las preformas, se puede ahora convertir en hollín mediante oxidación o hidrólisis 20 de llama para uso en la fabricación de preformas de vidrio, incluyendo los elementos seleccionados de los grupos IA, IB, HA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, VA, y la serie de tierras raras de la Tabla Periódica de Elementos. ?ff*N ^*S ~s&t fe-jTs «ft39 ¡ ás¡&í £8¡í tb&? J* ¿J En otro aspecto, la invención ¡ncluye un ensamble de quemador formado a partir de un alojamiento que tiene una cara de quemador con múltiples orificios de gas y un orificio de atomización. Una cámara de inyección reside dentro del alojamiento y una pluralidad de vías de acceso de gas dentro del alojamiento se comunica con los orificios de gas. Un inyector que tiene un orificio de inyección está colocado dentro de la cámara de inyección de modo que el orificio de inyección está espaciado de manera remota del orificio de atomización. El inyector, junto con el alojamiento, forma una cámara de presurización dentro del ensamble de quemador. En otro aspecto de la presente invención, el ensamble de quemador incluye un inyector construido y dispuesto para suministrar precursores de líquido, y un alojamiento que rodea sustancialmente el inyector. El alojamiento tiene una cara de quemador, la cual ¡ncluye una orilla de orificio que define un orificio de atomización. La orilla de orificio está configurada de modo que se reduce la turbulencia conforme el precursor de líquido es descargado del orificio de atomización. Las características y ventajas adicionales de la invención se exponen a continuación en la descripción detallada, y en parte serán evidentes a partir de la descripción y reivindicaciones cuando se lean junto con los dibujos anexos. Otras ventajas de la invención se apreciarán y conseguirán a través del método y aparato particularmente señalado en la descripción escrita y reivindicaciones de la misma, así como en los dibujos anexos. a-tea.

Se entenderá que tanto la*descripción general anterior como la y explicativas y tienen la n enc n e proveer una explicación adiciona e la invención, y de ninguna manera intentan limitar la invención, la cual se define por las reivindicaciones anexas. Más aún, se incluyen los dibujos anexos para proveer un entendimiento adicional de la invención y se incorporan y constituyen una parte de esta descripción, ¡lustran una modalidad de la invención, y junto con la descripción sirven para explicar los principios de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama de bloque de un sistema de suministro de reactivo de acuerdo con la presente invención. 5 La figura 2 es una proyección horizontal superior de una modalidad preferida del ensamble de quemador de la presente invención. La figura 3 es una vista transversal lateral del ensamble de quemador de la presente invención tomada a lo largo de la línea 3-3 de la figura 2. 10 La figura 4 es una proyección horizontal superior de una modalidad preferida del tubo de líquido de la presente invención. La figura 5 es una vista transversal lateral del tubo de líquido de la presente invención tomada a lo largo de la línea 5-5 de la figura 4 La figura 6 es una proyección horizontal superior de una 15 modalidad preferida del inserto de orificio de líquido de la presente invención. La figura 7 es una vista transversal lateral del inserto de orificio del líquido de la presente invención tomada a lo largo de la línea 7-7 de la figura 6. La figura 8 es una representación esquemática de gotas de 20 precursor de líquido que son descargadas en una llama desde el orificio de salida de la modalidad preferida del ensamble de quemador atomizador de la presente invención.

La figura 9 es una vista transversal parcial de una modalidad de baja turbulencia del ensamble de q i|iftador de la presente invención que ilustra la orilla redonda del orificio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Ahora se hará referencia con detalle a la presente modalidad preferida de la invención, un ejemplo de la cual se ilustra en los dibujos anexos, en los cuales los caracteres de referencia similares indican partes similares en todas las diferentes vistas. El ensamble de quemador atomizador y método para formar hollín para uso en la fabricación de guías de onda ópticas de la presente invención, forma una porción de un sistema más amplio como se muestra en la figura 1. La figura 1 describe esquemáticamente un sistema ejemplar para suministrar un precursor de líquido a un ensamble de quemador atomizador 10 de la presente invención. Se entenderá por los expertos en la técnica de fibras ópticas, que existen otros sistemas y variaciones del sistema descrito en las cuales, la presente invención se puede incorporar para realizar las funciones aquí descritas y reclamadas. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, un precursor de siloxano líquido tal como, por ejemplo, un polimetilciclosiloxano se almacena en el tanque de precursor 12. El tanque de precursor 12 está en comunicación fluida con el ensamble de quemador atomizador 10 a través de un sistema de conducto transportador de precursor de líquido que puede, si se desea, incluir una bomba de medición 14, filtro 16 y un precalentador opcional 18. El precursor de líquido de^siloxano del tanque 12 es transferido a través del conducto transportador de precursor del líquido mediante la bomba 14 a través del filtro 16 al precalentador opcional 18. El líquido suministrado a 5 través del filtro 16 está bajo presión suficiente para evitar e inhibir sustancialmente su volatilización en el precalentador 18, el cual se utiliza opcionalmente para calentar el reactivo del líquido antes de su introducción en el ensamble de quemador atomizador 10, y evita las altas temperaturas de un vaporizador, el cual normalmente promueve la formación de gel. De 10 preferencia, el ensamble de quemador 10 está provisto con un gas interno de protección, un gas de reacción y una mezcla de metano y oxígeno para la llama, como se describe por ejemplo, en la patente de E.U.A. No. 4,165,223 para D.R. Powers, cuya descripción se incorpora a la presente como referencia. Sin embargo, se entenderá que se pueden utilizar otros gases, 15 tales como hidrógeno además de o en lugar de metano y oxígeno, y con frecuencia son utilizados para soportar la llama del quemador. El precursor de líquido es transportado desde el filtro 16 o precalentador opcional 18 al ensamble de quemador atomizador 10, el cual como el nombre lo indica, atomiza el precursor de líquido, provee la fuente de 20 combustión y suministra el líquido atomizado como un aerosol en la fuente de combustión, 'lo que en la modalidad preferida es una llama. A lo largo de la descripción, el precursor se describe como un "líquido" o como en "forma líquida". A lo que se refiere con estos términos es que el precursor está en un *^^ii^^fe^wSsi?¡^^j»^¿g* ^^* ^^i íife»^^ É& estado sustancialmente líquido. Alguna porción pequeña del reactivo puede estar en forma de vapor, part¡c61§rmenfe cuando se utilice el precalentador 14 en el sistema, o cuando se utilice un manto de nitrógeno sobre el líquido. Una pequeña porción del reactivo puede estar en forma de vapor conforme se 5 suministra al sitio de combustión o zona de reacción de hollín sin afectar de manera adversa la operación de la invención. Asimismo, el precursor puede contener pequeñas cantidades de sólidos dado que los sólidos son los suficientemente pequeños para ser quemados al entrar a la llama producida por el ensamble de quemador atomizador 10. A continuación, se describen los detalles de la presente invención. Diferentes tipos de inyectores y boquillas de atomización capaces de formar pequeñas gotas de líquido se conocen en la técnica de atomización como se describe en Atomization and Sprays. por Arthur H. Lefebure, Hemisphere Publishing Co., 1989, el cual se incorpora a la presente como referencia. Los atomizadores pueden ser operados a través de diferentes fuentes de energía y se pueden categorizar, por ejemplo, como internos, externos, por chorro de aire, con ayuda de aire, por chorro, por acción de remolino, por acción de remolino a chorro, neumáticos, giratorios, acústicos, ultrasónicos, electrostáticos, y combinaciones de los mismos.

Diferentes tipos de estos y otros atomizadores se describen adicionalmente en Liquid Atomization. por L. Bayvel y Z. Orzechowski, Taylor & Francis, (1993), el cual también se incorpora en la presente como referencia. El ensamble de sUéafe-j»- s Áa?. SB*- Jtí»?^!s^Mlí¿^S^aiití^^^iß^la*?laeí?£ A3J&S'^. -mwfc-» quemador atomizador preferido de la presente invención, incorpora en su diseño un atomizador interno pói*©hqrro de aire. La modalidad preferida del ensamble de quemador atomizador de la presente invención se muestra en las figuras 2 a 8 y se designa generalmente por el número de referencia 10. Como se observa en la vista superior descrita en la figura 2, el ensamble de quemador atomizador 10 incluye un alojamiento 20 formado a partir de una cubierta 22, una placa de sellado 24 y una base 26 (figura 3). La cubierta 22 está montada a la base 26 con sujetadores 28 tales como tuercas hexanol, de modo que la placa de sellado 24 esté interpuesta entre los mismos. Como se muestra, la cubierta 22 es de forma frustocónica y tiene una cara de quemador colocada centralmente 30. Una pluralidad de filas concéntricas de orificios de gas están colocadas en la cara del quemador 30, de modo que su centro común corresponde al lugar del orificio de atomización 32. Los orificios del gas interno de protección 34 forman la fila más cercana al orificio de atomización 32, seguido por un par de filas de orificios de gas de reacción 36 y finalmente por una fila de orificios de gas de llama 40. Los expertos en la técnica entenderán que se pueden utilizar más o menos filas de orificios de gas para facilitar la presente invención. Como se muestra en la vista transversal de la figura 3, los orificios de gas 34, 36, 38 y 40 se comunican con las líneas de suministro de gas (no mostradas) a través de una red de vías de acceso de gas 42, algunas de las cuales no se pueden apreciar en la vista actual. Un inyector 44 también forma parte de la modalidad preferida del ensamble de quemador atomizador 10. El inyector 44 está centralmente colocado dentro de la cámara de inyección 46 formada en ep||pjarrt¡ento 20 del ensamble de quemador atomizador 10, y cuando está instalada dentro del ensamble de quemador 10, el inyector 44 y alojamiento 20 definen una cámara de presurización 56 en el mismo. Como se muestra claramente en las figuras 4 a 7, el inyector 44 incluye un tubo de líquido alargado 45 que tiene un agujero enroscado 58 (figuras 4 y 5) adaptado para recibir de manera móvil un inserto de orificio de líquido 48 (figuras 6 y 7). Como se ilustra en la figura 4, la fila circunferencial de orificios de gas de atomización 54 está colocada alrededor de la circunferencia de y sobre la cabeza del inyector 44 y rodea el agujero enroscado 58. Las vías de acceso de gas de atomización 60 colocan los orificios de gas de atomización 54 en comunicación fluida con la cámara de inyección 46, lo cual es gas de atomización alimentado 70 desde la red de vía de acceso de gas 42. Como se ilustra en la figura 8, el gas de atomización 70 es suministrado desde las vías de acceso de gas 60, a través de los orificios de gas de atomización 54, a la cámara de presurización 56 en donde el gas de atomización 70 se mezcla con una corriente de líquido descargado del inyector 44, como se describirá a continuación con más detalle. Las figuras 6 y 7 muestran el detalle del inserto de orificio de líquido 48. De preferencia, el inserto de orificio de líquido 48 está enroscado para coincidir con el agujero enroscado 58 en la cabeza del tubo de líquido 45, y está ajustado con el inserto de orificio de inyección 50 que tiene un orificio de inyección de precisión 52. Debido a que éste es movible, el inserto 50 se puede cambiar fácilmente en el caso en que se obture parcialmente con hollín, o si se requiere un tamaño orificio de inyección para otras aplicaciones. El inserto de orificio de inyección 50 de preferencia está hecho de un material que se puede cortar para especificaciones exigentes. En la 5 modalidad preferida de la invención, se ha encontrado que una joya tal como un rubí (Al2 O3) cumple este requisito. Normalmente, el inserto de orificio de inyección 50 está cortado para proveer un orificio de inyección 52 que tiene un diámetro de entre aproximadamente 0.002 cm y 0.025 cm. De preferencia, el orificio de inyección 52 tiene un diámetro inferior o igual a 0.015 cm. El inserto de orificio de inyección modelo No. RB-22012 fabricado por Bird Precisión de Waltham, Massachusetts, cumple estos requisitos, pero se pueden utilizar otros insertos de orificio de inyección 50 de otros fabricantes. Como se muestra en las figuras 3 y 5, el tubo de líquido 45 tiene una vía de acceso de inyector centralmente colocada 62, la cual se comunica con el canal de inserto 64 cuando el inserto de orificio de líquido 48 está colocado dentro del agujero enroscado 58. De esta manera, el precursor de líquido 66 del tanque 12 puede pasar hacia y a través del orificio de inyección de precisión 52. En operación, como se muestra en la figura 8, el precursor de líquido 66 es suministrado a través del tubo de líquido 45, inserto de orificio de líquido 48, posteriormente a través del orificio de inyección 52, y luego en la cámara de presurización 56 como una corriente fina del líquido 68. Al mismo tiempo, el gas de atomización 70 es suministrado a través de vías de acceso de gas de atomización 60 en la cámara de presurización 56. Debido en gran j. Ax £klSk»> '. AO JMM-».' parte a la forma toroidal de la cámara Sfjg^ el tamaño reducido def orificio de atomización 32 comparado con el volumen de la cámara 56, la corriente de líquido 68 es acelerada a través de la cámara de presurización 56 y es descargada del orificio de atomización 32 como un aerosol. Cuando ocurre la atomización, la corriente de líquido 68 se divide en numerosas gotas 76 de tamaño extremadamente pequeño y se suministra directamente como un aerosol a la llama 72 creada adyacente a la cara del quemador 30 mediante la combustión del gas de reacción 84 suministrado a través de los orificios de gas de reacción 36 y 38, y el gas de llama 74 es suministrado a través de los orificios de gas de llama 40. Donde la llama 72 y el aerosol se juntan y reaccionan, se conoce como la zona de reacción de hollín. La descomposición oxidante térmica del aerosol en la zona de reacción de hollín produce hollín amorfo finamente dividido 78, el cual es depositado en el mandril giratorio 80. Las gotas 76 son quemadas en las zonas de reacción de hollín sobre la cara del quemador 30 por la llama 72 quemada, de preferencia, por una combinación de metano y oxígeno. El metano y el oxígeno forman el gas de llama 74, el cual de preferencia, es conducido a través de los orificios de gas de llama 40 a la zona de reacción de hollín. Un gas de reacción 84 tal como oxígeno, es suministrado a la zona de reacción de hollín a través de orificios de gas de reacción 36 y 38 para proveer un ambiente rico en oxígeno para la llama 72, y de este modo, proveer una mejor combustión. Un gas de protección 82, tal como nitrógeno, argón, helio u otro gas inerte, pero de preferencia nitrógeno, es suministrado a través de orificios de gas de protección 34 para inhibir la reacción prematura de gotas 76 con la llama 72, y prevenir así la formación de hollín en la cara del quemador 30. El gas de atomización 70 puede constar de nitrógeno, u otros gases inertes, o mezclas de los mismos. También es posible ue^el gas atomizador 70 sea una mezcla de elementos tales como nitrógeno y oxígeno; sin embargo, se ha encontrado que el gas de mayor preferencia es solo oxígeno, ya que reduce la formación de defectos en la preforma de hollín. Una ventaja de la modalidad preferida así configurada y operada, es que el ensamble de quemador atomizador 10 de la presente invención produce una corriente de hollín más estrecha que los ensambles de quemador atomizador externos actualmente conocidos en la técnica. Para reducir la velocidad de gas atomizador 70 y evitar defectos de superficie en la preforma de hollín, el oxígeno es el gas atomizador de mayor preferencia para ser utilizado en ensamble de quemador atomizador 10. Utilizar oxígeno como el gas atomizador permite una mejor mezcla del precursor de líquidos 66 con el oxígeno antes de la conversión a hollín. El uso de este gas atomizador da como resultado un calentamiento más rápido de líquido y ayuda a proveer el oxígeno necesario para la reacción. Por lo tanto, la velocidad del gas atomizador de oxígeno se puede disminuir significativamente, al menos en aproximadamente 50%, en comparación con la velocidad del gas atomizador cuando se emplea nitrógeno puro. Esta reducción en velocidad de gas reduce en consecuencia, la turbulencia de llama del quemador y de este modo, los defectos de preforma de hollín. La construcción y disposición de la cái?g S de presurización 56 reduce además los requisitos de velocidad del5 i6 de atomización 70, y de este modo, se reduce aún más la turbulencia de llama. La figura 9 ilustra un diseño preferido de ensamble de quemador atomizador 10 para reducir la turbulencia de llama asociada con el suministro de precursores de líquido en una llama. Esta modalidad de la presente invención difiere de la modalidad mostrada en la figura 8, ya que la porción de cubierta 22 que aloja el inserto de orificio de líquido 48 tiene una orilla de orificio curva o redonda 90 que delimita y define el orificio de atomización 32. La orilla de orificio redonda 90 reduce la turbulencia de llama 94 producida adyacente a la cara del quemador 30 y orificio de atomización 32, lo que a su vez, facilita una mejor atomización y reduce formación de hollín (no mostrado) en la cara del quemador 30. En consecuencia, se reduce la obturación del orificio de atomización 32 y de este modo, la necesidad de una limpieza frecuente de la cara del quemador. De esta manera, elementos tales como potasio y calcio presentes en ciertos precursores de guía de onda óptica ya no se solidifican y depositan en la superficie de cara del quemador 30 alrededor del orificio de atomización 32, como se ha encontrado con ensambles de quemador que tienen una orilla con filo, tal como la mostrada en la figura 8. Como se discutió anteriormente, la orilla de orificio 90 de preferencia es una superficie no lineal y preferiblemente es una superficie redonda. Durante montaje, la orilla de orificio 90 de preferencia está configurada para tener un radio 92, el cual está entre aproximadamente 1/4 a i:<i¿*ru.,?, .jlJi=k afc-aaffi^ 2/3 del diámetro del orificio de atomización 32? De preferencia, el radio 92 es de aproximadamente 1/2 del diámetro, del orificio de atomización 32. Por consiguiente, si el diámetro del orificio de atomización 32 es de aproximadamente 0.076 cm, el radio 92 de la orilla de orificio 90 que define el 5 orificio de atomización 32, de preferencia será de aproximadamente 0.038 cm. Sin embargo, se entenderá que las superficies redondas a diferencia de las superficies redondas semicirculares, también reducirán la turbulencia de llama 94, y de este modo, también las orillas de orificio redondas curvas 90 que tengan dimensiones radiales no uniformes, tienen la intención de ser parte de la invención del ensamble de quemador aquí descrito. El aparato también puede estar provisto con un tanque de suministro impurificador 19, mostrado en la figura 1 , el cual contiene un compuesto capaz de ser convertido mediante oxidación o hidrólisis de llama, en P2Od o en un óxido de metal cuyo componente metálico se selecciona de los grupos IA, IB, HA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA, y la serie de tierras raras de la Tabla Periódica. Estos impurificadores de óxido se combinan con el hollín generado por el ensamble de quemador 10 para proveer hollín impurificado, el cual posteriormente se puede formar en fibras de guía de onda óptica. El impurificador puede ser suministrado al tanque de precursor 12 y mezclado con el precursor en el tanque 12, o de manera alternativa, el impurificador se puede suministrar del tanque de suministro 19 al ensamble de quemador atomizador 10 a través de una bomba de medición separada y opcionalmente Ss*ÍÉ»3-?, «MStsSMé» . v^^^^sSeA^S ß^^-f^áJ^ i-aaM^ . A«f .» jwMS-j?!£-a»fa Í un filtro (no mostrado) análogo al sistema de suministro utilizado para el precursor almacenado en el tanque de precursor 12. De acuerdo con la invención, el precursor que contiene silicio libre de halogenuro, de preferencia es un polialquilsiloxano por ejemplo, hexametildisiloxano. Preferiblemente, el polialquilsiloxano es un polimetilciclosiloxano. De preferencia, el polimetilciclosiloxano tal como hexametilciclotrisiloxano, octametilciclotetrasiloxano, decametilciclopentasiloxano, dodecametilciclohexasiloxano, y mezclas de los mismos. Será evidente para el experto en la técnica, que se pueden hacer diferentes modificaciones y variaciones en el método y aparato para formar hollín para uso en la fabricación de guías de onda ópticas de la presente invención sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. De este modo, se pretende que la presente invención abarque la modificación y variaciones de esta invención siempre que estén dentro del alcance de las reivindicaciones anexas y sus equivalentes. Además, las estructuras correspondientes, materiales, actos y equivalentes de todos los medios o elementos de función adicionales de pasos en las reivindicaciones a continuación, tienen la intención de incluir cualquier estructura, material o acto para realizar las funciones en combinación con otros elementos reclamados según se especifica en la presente.

Claims (21)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para formar hollín para uso en la fabricación de vidrio, dicho método consta de los pasos de: a) suministrar un precursor de líquido a un inyector que tiene un orificio de inyección hueco dentro de un ensamble de quemador, dicho ensamble de quemador teniendo un orificio de atomización; b) descargar dicho precursor de líquido a través del orificio de inyección en una cámara definida por dicho ensamble de quemador y dicho inyector; c) introducir un gas en dicha cámara para incrementar la presión en la misma; d) descargar dicho precursor de líquido desde el orificio de atomización como un aerosol; y e) hacer reaccionar dicho aerosol en una llama producida por dicho ensamble de quemador.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , que comprende además el paso de ajustar dicho inyector con un inserto de orificio líquido movible que define un orificio de precisión que tiene un diámetro inferior a 0.027 cm.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el paso c) comprende introducir un gas inerte en dicha cámara.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el paso c) comprende además introducir nitrógeno en dicha cámara.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el paso c) comprende además introducir oxígeno en dicha cámara.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho gas consta esencialmente de oxígeno y nitrógeno.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho precursor de líquido comprende un metal.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho precursor de líquido comprende un siloxano.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicho siloxano es octametilciclotetrasiloxano.

10.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque dicho metal comprende un metal seleccionado de los grupos IA, IB, HA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA, y la serie de tierras raras de la Tabla Periódica de Elementos.

11.- Un ensamble de quemador para suministrar un precursor de líquido en una llama como un aerosol para formar hollín para hacer guías de onda ópticas, dicho ensamble de quemador comprende: un alojamiento que ' *3í¿d amM ¡?ati£2.2*? í?. i?i' -!,. ¿n¿ü s?**it!»„i .ti» -fa«.-{ tiene una cara de quemador que define una pluralidad de orificios de gas y un orificio de atomización, dicho alojamiento definiendo una cámara de inyección y una pluralidad de vías de acceso de gas, las vías de acceso de gas estando en comunicación fluida con los orificios de gas y la cámara de inyección; y un inyector que tiene un primer extremo que define un orificio de inyección en comunicación fluida con el precursor de líquido, dicho inyector estando colocado dentro de la cámara de inyección y, junto con dicho alojamiento, define una cámara de presurización en donde el orificio de inyección está remoto del orificio de atomización.

12.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque dicho inyector comprende un tubo de líquido y un inserto de orificio de líquido.

13.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho inserto de orificio de líquido está engranado de manera suelta con dicho tubo de líquido.

14.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho tubo de líquido ¡ncluye una pluralidad de orificios de gas de atomización espaciados de manera circunferencial alrededor de dicho inserto de orificio de líquido.

15.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho inserto de orificio de líquido comprende un material que define un orificio de precisión.

16.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque dicho material comprende una joya.

17.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque la cámara de inyección es frustocónica y dicho orificio de atomización es superior a dicho orificio de inyección.

18.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque la porción de la cara de quemador que define el orificio de atomización está configurada para reducir turbulencia.

19.- Un ensamble de quemador para el suministro de líquido de precursores de guía de onda óptica, dicho ensamble de quemador comprende: un inyector construido y dispuesto para suministrar el precursor de líquido; y un alojamiento que rodea sustancialmente dicho inyector, dicho alojamiento teniendo una cara de quemador que ¡ncluye una orilla de orificio que define un orificio de atomización, la orilla de orificio estando configurada de modo que se reduce la turbulencia conforme el precursor de líquido es descargado desde el orificio de atomización.

20.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque la orilla de orificio es redonda.

21.- El ensamble de quemador de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la orilla de orificio redonda tiene un radio de entre aproximadamente 1/4 a 2/3 del diámetro del orificio de atomización.