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光纤通信系统中的特种陶瓷:陶瓷插芯

作者:粉体圈 更新时间:2021-01-12 15:53 来源:粉体圈 点击数:50

光纤通信,是一种以光波为载体,以光导纤维即光纤作为传输媒介的通信方式,自出现以来就带来了科技和社会领域的重大变革。可以说,没有它就没有现代通信网络,因此作为信息时代的核心技术之一,光纤通信的需求与日俱增。

在光纤通信系统中,有一种由特种陶瓷制成的精密器件发挥着相当重要的作用,那就是陶瓷插芯。它是光纤通信网络中最常用、数量最多的精密定位件,常用于光纤连接器的制造、器件的光耦合等。而为了更清晰地解释它地用途,在此之前我们需要先了解一下光纤连接器的基本结构。

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光纤连接器

光纤连接器是光纤通信系统中不可缺少的无源器件,主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间的非永久性两个端面精密地对接起来,使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收光纤中。

大多数的光纤连接器由三部分组成:两个配合插头(插芯)和一个耦合套筒。两个插芯装进两根光纤尾端;耦合套筒起对准的作用,套筒多配有金属或非金属法兰,以便于连接器的安装固定。

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所以,陶瓷插芯的主要作用就是固定光纤,实现光纤的两个端面的物理对接,使光信号可以连续而形成光通路。可用于制备插芯的材料有陶瓷、金属或塑料,其中陶瓷插芯应用较广,主要材质是二氧化锆(ZrO2),具有热稳定性好,硬度高,熔点高,耐磨,加工精度高等特点。


陶瓷插芯的制备工艺

从外观上看,陶瓷插芯是中心有一内孔的圆柱体,通过利用固化胶便可将光纤与陶瓷插芯固定。由于陶瓷插芯对尺寸同心度的要求都很高,因此目前光纤连接器陶瓷插芯使用的是陶瓷粉末注射成型的成型方法。

其制作工艺分两部分,即毛坯制作和精密机械加工,首先用经过特殊处理的采用钇稳定的纳米氧化锆粉体原料,造粒后在专用的模具中注射成型,然后经高温烧结成毛坯,第二部分则是将毛坯经一系列精密研磨加工,达到亚微米级的加工精度,从而得到刚性好,精度高的陶瓷插芯产品。


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由于陶瓷插芯品质的好坏直接影响两根光纤的精准中心对接,因此在制备尤其需要注意,以下是潮州三环公布的一些核心制造技术要点:

①材料配方:高固含量且具有良好流变学性能的纳米氧化锆粉体注射料有机添加剂配方技术。

②制造工艺技术:注射料混炼、密炼和造粒制备工艺技术;内孔径为0.125毫米,长度为12~15毫米细微孔注射成型工艺技术;加工精度达±0.1微米的精密研磨技术;产品清洗工艺技术。

③模具:模具设计和制造技术。


陶瓷插芯市场前景

近几年,随着光纤行业的快速发展,光纤陶瓷插芯市场需求持续增长,根据新思界产业研究中心发布的《2020-2024年中国光纤陶瓷插芯市场分析及发展前景研究报告》显示,2019年我国光纤陶瓷插芯销售量约为40亿只,预计未来随着5G通信基站数量的增加,中国光纤陶瓷插芯销量有望保持15%以上的速率增长,到2022年达到60亿只。

目前全球中光纤陶瓷插芯的主要生产商集中在中国、日本、中国台湾等国家以及地区,其中中国光纤陶瓷插芯产量最高,占据全球光纤陶瓷插芯产量的96%左右,潮州三环集团占其中63%左右。可预期的是,在5G的带动下光纤陶瓷插芯需求还会继续上升,预计未来3年光纤陶瓷插芯行业仍旧保持增长趋势,行业发展前景较好。