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金属镀层光纤基本工艺

更新时间:2022-10-28 点击次数:1036

在温度较高的环境下,普通涂覆层会软化或变质,进而失去保护效果,我们知道树脂类的胶水在250℃以上,效能就可能降低。如果是高温配方树脂,也很难在超过400℃的条件下使用。但光纤包层和芯通常是不同折射率的石英材料,恰好这两种石英材料的适用温度又较高,工程师们会将光纤布置在温度较高的地方,此时涂覆层的机械强度就可能降低。在这些恶劣的环境中,震动,气流,水压,油雾,盐雾等会使光纤容易破损从而断裂失效。问题在于,就是这些环境恶劣的地方,施工和维修都变得极其困难。因此在高温环境下,树脂类涂覆层可能并不是很好的选择。

第二个问题就是低温,上文讲到,高温会使胶失效,同样的,低温也会。在较低的温度下,例如零下30℃,这个温度通常是我国北方冬季夜晚的温度。工程师通常利用地下敷设的方式来降低这种影响。由于低温的存在,树脂材料或聚合物往往变得很脆,结合石英本身脆性的增加,光纤更加容易破碎。现代通信光缆内部多层缓冲装置,在低温下也具有较好的性能,但问题是分布式传感类的光纤,需要暴露在环境中,感知环境的变化,所以更加容易破裂。

第三个问题是和使用目的有关,通信类光纤如SMF-9/125放在铠缆里面,但如果是光纤传感,将光纤固定到基材板上,光纤表面处理后会更加合适。光纤包层外部进行金属化处理,镀相应的金属材料,可以对光纤进行保护,然后用焊接直接把光纤固定在被测量基板上,对实际应用而言,是有帮助的。

镀层材料的选择,准确的说来,是镀层材料的弹性模量,热膨胀系数等参数对光纤本身造成影响。对于常见的镍镀层,随着弹性模量的增大,被镀后的光纤灵敏度有下降的趋势,对泊松比系数而言,泊松比增大,灵敏度增大。热膨胀系数越大的金属,灵敏度和形变就越大。这几个因素通常相互制约影响。通常选择镍、铝、铜、金等金属进行表面镀层。

我司提供有镀铝,镀铜,镀金光纤产品。其拥有优良的机械强度和柔韧性;并且能耐受高低温环境(-273-700℃),是高温、真空和恶劣环境下优秀的解决方案。

这几种金属具有典型的延展性和合适的热膨胀系数。

化学镀是最基础的工艺,其基本流程如下:

通常光纤表面是涂敷了丙烯酸酯或聚酰亚胺等聚合物涂层的。在进行化学镀前应该将其去除,通常的方式是使用机械剥离,如光纤钳等将涂覆层去除,但这种方式,容易损伤光纤表面,在应用时就会出问题。另一种就是使用溶剂。化学镀是金属离子逐渐在光纤表面层积的过程,当光纤表面本身不平时,化学镀层将会放大这种缺陷,所以我们常使用溶剂来去除涂覆层。

表面清洁常使用无水乙醇,用乙醇浸泡,然后去离子水冲洗,冲洗后干燥备用。

粗化的作用是增加基体表面与金属镀层的结合力,石英表面完整的硅氧四面体结构中断,但由于这种不稳定的结构会使表面形成水膜,后面的热处理工艺就比较重要了。

敏化是处理非金属表面,将裸光纤浸没在酸性敏化液中,放置,敏化液的反应物吸附在光纤表面。

活化步骤和敏化配合使用,形成化学镀层金属的结晶核心。

光纤表面检测设备,化学镀后的光纤可以使用SEM电镜进行检测。

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扫描电镜外观

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镀层处理后光纤


从电镜图中可以观察到镀层处理后的光纤的表面形貌,包括粗糙程度,损伤划痕,相对厚度等,镀层均匀度,由于金属本身的种类不同,反射光泽等也不太相同。

  另一个重要的指标就是光纤抗拉强度检测,金属镀层表面质量、厚度、金属种类及其与光纤的结合情况,是影响光纤机械强度的重要因素,当镀层表面凹凸不平,裂纹、断层等缺陷存在时,表面镀层容易应力集中,应力集中导致先期裂纹,加剧应力集中点转移,最后导致断裂。我们可以使用光纤拉伸试验装置,来测量光纤的实际抗拉强度。

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光纤拉伸试验机

上图就是光纤拉伸强度试验机,通常150微米的镀铜光纤,能承受13N的拉力。

我司提供有镀铝,镀铜,镀金光纤产品。其拥有优良的机械强度和柔韧性;并且能耐受高低温环境(-273-700℃),适用于多种测量及激光传输场合。

(声明:本文部分图表参考自CNKI或SPIE数据库论文,期刊卷及DOI编号都已在引用部分标出;本公司可提供金属镀层光纤,配合各种工程实践研究,性能优异,如有需要,欢迎采购!)


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