3.3-1 Fabricação de tubos de vidros teluritos pelo método de centrifugação.
Para a fabricação de fibras fotônicas de vidros teluritos com aplicações em amplificadores ópticos de grande largura de banda ou outras aplicações ópticas é necessário primeiramente fabricar tubos de vidros teluritos com um diâmetro interno uniforme ao longo do comprimento. Uma única forma viável, até hoje, de fabricar tubos de vidros teluritos com um diâmetro interno uniforme ao longo do comprimento é pelo método de centrifugação.
Tubos com diâmetro interno uniforme são usados na fabricação de fibras fotônicas, pois o empilhamento ou arranjo de capilares dentro do tubo pode ser feito com certa periodicidade. Nas figuras seguintes apresentamos o processo de fabricação de tubos de vidros teluritos pelo método de centrifugação.
Na figura 46 é apresentado o processo primário de sucção, de vidro telurito em fase liquida, num tubo de sílica, com ajuda de uma bomba de vácuo mecânica. Na figura 47 observa-se o tubo de sílica contendo vidro telurito em forma de barra o qual apresenta bolhas e/ou rachaduras na estrutura.
Nesta primeira etapa de sucção é muito importante que o vidro telurito seja sugado numa temperatura não muito alta, de modo que o tubo externo de sílica pode quebrar com muita facilidade no processo de resfriamento. A fabricação de tubos e barras neste trabalho foi realizada sob um processo natural de resfriamento à temperatura ambiente.
Se ocorrer a quebra do tubo externo de sílica, é melhor refazer o processo e para isso, retira-se antes o vidro de telurito, do tubo quebrado, e refundi-o dentro do cadinho de Pt no forno RF durante 5 ou 10 minutos no máximo.
O processo de sucção deve ser repetido num outro tubo de sílica limpo. Foi observado que a quebra de tubo de sílica acontece quando o vidro telurito tem o coeficiente de dilatação baixo, ou seja, próximo ao vidro de sílica.
Uma vez sugado o vidro telurito dentro de um tubo de sílica, o próximo passo é pôr este tubo de sílica contendo o vidro telurito num mandril, o qual está acoplado a um sistema de centrifugação.
Fig. 46 Sucção de vidro telurito na fase liquida, com ajuda de uma
bomba de vácuo mecânica.
Fig. 47 Vidro telurito em forma de barra, que se encontra dentro de um
tubo de sílica.
O sistema de centrifugação consiste das seguintes partes, (1) um motor de 1,5kW de potência com uma velocidade controlada entre 0RPM e 3000RPM, (2) controlador de velocidade de rotação, (3) um cabo flexível que transmite a rotação do motor para o mandril, (4) mandril para sujeitar o tubo de sílica. Formando parte do processo de centrifugação, mostra-se também um maçarico tipo planar (5), um micro-posicionador (MP) (6) que serve para deslocar o maçarico na proximidade do eixo do tubo de sílica (7) o qual é preso no mandril.
O maçarico é aproximado ao eixo do tubo de sílica que contém o vidro telurito (8), logo o sistema é aquecido através de uma chama (9) com distribuição de temperatura uniforme, ao longo do eixo do tubo de vidro. A chama é gerada com uma mistura de gás (10) GLP ( de uso doméstico) com gás oxigênio de 99% de pureza (11). O sistema de refrigeração (12) do maçarico, usando água à temperatura ambiente, é importante para evitar a fundição do metal do qual é fabricado o maçarico. A montagem experimental do sistema de centrifugação é mostrada na figura 48.
Fig. 48 Montagem experimental para a fabricação de tubo de vidro telurito.
No processo de fabricação do tubo por centrifugação, o maçarico é deslocado próximo ao eixo do tubo de sílica, através do micro-posicionador, de tal forma que a distribuição de temperatura no eixo do tubo seja a mais uniforme possível. Isto é muito importante, pois a uniformidade do diâmetro interno do tubo de vidro telurito, que se está formando, depende desta distribuição.
Na figura 49 é mostrado o início da formação do tubo numa temperatura maior à temperatura de transição vítrea (Tg). Nessa temperatura, a velocidade de rotação do motor é aumentada de 750RPM
para 1800RPM, com a finalidade de que a barra seja convertida completamente em tubo e com um diâmetro interno uniforme.
Na figura 50 é mostrado o tubo de vidro telurito já completamente feito e a partir deste instante começamos com o processo de resfriamento gradual. Isto é feito com a ajuda do micro-posicionador XYZ. Em cada experiência diferente o diâmetro interno do tubo de vidro telurito difere um pouco, pois no momento não temos um sistema de controle de temperatura. O controle é feito visualmente com a coloração do vidro, que é um indicador de temperatura até o presente.
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Fig. 49 Inicio de formação do tubo de vidro telurito
Fig. 50 Tubo de vidro telurito completamente feito
Na figura 51 é mostrada a imagem do tubo de vidro telurito, o qual está numa temperatura inferior à temperatura de formação do tubo. A imagem do micro-posionador também é mostrada, o qual se encontra na parte inferior da foto. O resfriamento é feito deslocando lentamente o micro- posicionador na direção vertical e desta forma afasta-se o maçarico da proximidade do eixo do tubo, logo, o deslocamento é feito numa outra direção lateral.
Na figura 52 são mostrados os tubos que foram feitos, usando este sistema de centrifugação e na qual se observam tubos com diâmetros externos diferentes, assim como diâmetros internos diferentes. Nesta primeira parte da fabricação obtivemos tubos com diâmetros externos de 7 mm e 10 mm cujos comprimentos chegaram até 10 cm.
A dificuldade em obter tubos de maiores comprimentos reside em manter a uniformidade da chama ao longo do eixo do tubo. Este grande problema pode ser resolvido mudando a configuração do maçarico ou mudando o diâmetro do tubo externo de sílica.
Com algumas destas possibilidades temos perspectivas de obter no futuro tubos de vidro telurito com comprimentos de até 20 cm pelo método de centrifugação. Tubos de maiores comprimentos permitem controlar certos parâmetros importantes (diâmetro das fibras e velocidades de alimentação da pré-forma) no processo de puxamento de fibras de vidros teluritos.
Fig. 51 Processo de resfriamento gradual, usando os sistemas de micro-posicionamento XYZ.
Fig. 52 Tubos de vidros teluritos de diversos diâmetros feitos pelo método de centrifugação
3.3-2 Fabricação de pré-formas das fibras fotônicas
Para a fabricação de pré-formas das fibras é necessário primeiro fabricar tubos, cuja parede precisa ser fina, tal como se observa na figura 52. A partir destes tubos puxam-se capilares de diâmetros externos uniformes e iguais, os quais se mostram na figura 53-(a). De uma barra de vidro telurito, com diâmetro em volta de 10 mm, puxa-se um bastão de diâmetro desejado. Dentro de um tubo de vidro telurito com diâmetro externo de 10 mm, com diâmetro interno em volta de 5 mm, empilha-se um conjunto de capilares em volta de um núcleo, tal como se observa na figura 53-(b) e este sistema representa a pré-forma de uma fibra fotônica.
(b)
(a)
Núcleo
Tubo Capilar