3)脱水聚合反应
Si(OR)4.X(OH)x (OR)X-1(OR)4-X Si-O-Si(OH)4-X(OH)X-1+4ROH （5-2-25） 4)水解聚合反应
2Si(OR)4.X(OH)x Si2O(OR)6-2X+2R（OH） （5-2-26） 在上述反应中应注意以下几个问题： ①全水解反应是水解反应速度太快而发生的，它并不是我们所期望的，因为Si(OH)4是一种沉淀物；
②聚合反应仅发生在反应的初期阶段，而脱水聚合反应只要在硅的化合物上存在OR根就会连续的进行，从而形成整体的硅氧网络。
③水解和聚合反应几乎是同时进行的，难以把他们分开研究
④当有酸碱催化剂存在时，水解反应一般被认为是以下面两种形式进行的：
亲电子反应：(RO)3Si(OR)+H3O (RO)3Si(OH)+H+HOR （5-2-27） H+H2O H3O （5-2-28） 亲质子反应：(RO)3Si(OR)+OH- (RO)3Si(OH)+OR- （5-2-29）
OR-+H2O HOR+OH- （5-2-30）
水解反应机理
尤其是硅醇乙酯水解机理为同位素HOH所致。水中的氧原子与硅原子进行亲核反应： (RO)3SiOR+H18OH Si(OR)3(OR)+ROH （5-2-31） 在这一反应过程中，溶剂的活化效应、极性极短和多活泼质子的获取性等因素对水解过程有非常重要的影响，而且在不同的介质中反应机理也有所差别。在酸催化条件下，主要是H3O对OR基团的亲电取代反应，水解速度快但随着水解反应的进行醇盐水解活性因为其分子上-OR基团的减少而下降，很难生成Si（OH）4。其缩聚反应在水解前，?即Si（OH）4完全转变为Si（OH）4前已开始，因而缩聚反应的交联程度低，易形成一维的链状结构。在碱的催化条件下，水解反应主要是OH-对-OR基团的亲核取代反应，水解速度较酸催化的慢，但醇盐水解活性随分子上-OR基团减少而增大，所以4个-OR基团很容易转变为-OH基团，即容易生成Si（OH）4进一步缩聚时便生成高交联度的三维网络结构。水解反应是可逆反应，如果在反应时排除掉水和醇的共沸物，则可以阻止逆反应的进行。如果溶剂的烷基不同于醇盐的烷基，则会产生转移酯化反应：
R（OH）+Si（OR）（OR）（+ROH （5-2-32） 4 Si3OR）（4）干燥阶段： 一般放在敞开容器内，加热到80~110°C温度下进行，在此阶段除去大部分的溶胶和物理吸附水，所获得的干凝胶具有600~900m2/g比表面积，宏观密度为1.2~1.6g/cm3 （5）热处理阶段：
在此阶段除去化学结合的OR.OH根等部分重金属杂质。此时，升温速度，保温温度，保温时间和气氛等参数都影响最终产品的性能。
由于干胶内包含有大量的孔隙，具有大的比表面积，并含有大量的OH和OR，因此在干胶进一步热处理过程中所采用的程序对于降低光纤内OH含量和避免玻璃产品在加温时是非常关键的。
首先他们发现在300~500°C温度范围存在着有机杂质的氧化反应，所以，在此阶段，如采用保温并加上充分的氧气气氛，可使有机杂质氧化分解为气体产物逸出体外，随后在500°C~1000°C间，OH-根凝聚成水分挥发掉，并在1100°C时气孔开始缩小。他们认为此时He气氛中加热比较合理。因为He在玻璃内有最大扩散率，利于把玻璃内的气泡带走。但是，当用单纯的He气氛处理和烧结时，最终玻璃内的OH含量最高甚至大于5000ppm，尽量采用较慢的升温速度有利于降低OH根的含量，但仅仅是量的变化，即使加上其他合理的措
18
+
++
+
施，最终玻璃内的OH含量仍保持在600ppm。在这种情况下,得不到低损耗的玻璃预制棒。因此后来采用了Cl2处理技术，降低OH含量，与Cl2硅氧网络内OH能发生以下反应： Si（OH）Cl2 Si Cl4+H2O （5-2-33） 4+2 在800°C下，通入氯气30分钟，玻璃内的OH含量可降低到ppm量极。OH含量的降低与通入Cl2的时间有关，例如，热处理温度在1000°C时，氯气气氛保温两小时，OH含量为200~300ppm，保温时间延长至7小时，OH含量则小于1ppm。通入氯气处理，可导致Cl2含量过高，这种玻璃材料拉丝时也会发泡，故需在更高的温度下，在O2气氛中处理Cl2含量低于0.5%。可消除这种影响。 （6）烧结阶段： 在此阶段，通过粘性流动，胶体内微孔收缩最终成为无气泡透明玻璃棒。在此过程中，玻璃棒的气孔率逐渐减小，比重逐渐增大到该物质的理论密度，一般在高于1100°C的温度下烧结。 溶胶经过以上几个阶段转变成制造光纤的玻璃棒，物质状态发生了明显变化。 5.2.7光纤预制棒表面研磨处理技术 众所周知，预拉制光纤的强度和强度分布，强烈地取决于初始光纤预制棒的质量，特别是它的表面质量。由于预制棒表面存在的裂纹和杂质粒子，在高于2000°C的温度下拉成光纤后，会遗留在光纤表面，形成裂纹和微晶缺陷。因此，为克服这一问题，以制备连续长度长且高强度光纤，必须在拉制工序之前，愈合和消除这些表面缺陷。目前采用的光纤制棒表面处理方法主要有五种，它们是： （1）.采用Etoh，Meoh，丙酮和MEK等有机溶剂清洗预制棒表面； （2）.采用酸溶液浸蚀预制棒； （3）.采用火焰抛光预制棒； (4).采用有机溶剂清洗后的预制棒，再进一步用火焰抛光处理； (5).采用有机溶剂清洗后，再经酸蚀后的预制棒，进一步采用火焰抛光处理。 采用一种有机溶剂清洗方法处理时，光纤强度改善并不是很明显，它的强度分布从弱区到强区分布较宽。酸蚀玻璃是一种常规的强化玻璃表面技术。从对光纤断裂机理分析可以推断出，气相沉积技术制得光纤预制棒表面上的杂质粒子主要来自两个方面：一是在1600°C~2000°C的高沉积温度和高收缩温度下，使稀少的金属粒子自火焰中飞溅出来，熔融到棒的热表面上，并在拉丝工艺之后，遗留于光纤表面上，这对微裂纹的形成起着主要作用。另一方面，是来自生产现场大气气氛中的尘粒，例如CaCO3、MgCO3等尘埃。该尘粒是在持续大约6小时的沉积和收缩阶段，被熔融到管棒表面上的。这本身又诱发了在这些点处的化学成分的变化，这一变化可导致在光纤表面的热应力和结晶化，致使微裂纹的形成，最终导致光纤强度的降低，使用中发生断裂。采用酸蚀可有效地除去这些表面杂质粒子。 4HF+SiO2 SiF4+H2O （5-2-39） 2HF+CaCO3 CaF2+H2CO3 （5-2-40） 在酸蚀过程中常用到的酸蚀剂有这样几种：氢氟酸（HF）、氢硫酸（HF、H2SO4）和氢硝酸（HF、HN O3），其中最强的酸蚀剂为49%（w）的HF酸。采用49%浓度的HF酸溶液浸蚀二氧化硅时，其溶解速率约为260×10m/s，浸蚀时间为15分钟，可除去厚度为2~3umm的表面层。经过大量的实验证明，酸蚀的最佳参数如表5-2-4所示。 表5-2-4光纤预制棒酸蚀最佳参数表 HF酸浓度 49 5－30 49 溶解速率 260×10-10m/s 浸蚀时间 15（min） 0.5~5(h ) 30（min） -10
为使表面酸蚀均匀，酸蚀之前最好用有机溶剂清洗预制棒表面，因为粘附在预制棒表面的有机物妨碍氢氟酸溶剂对预制棒表面的浸蚀作用。在使用有机溶剂清洗和随后的酸蚀处理中，若采用超声波搅动清洗和酸蚀，利用溶液的涡旋作为驱动力，效果会更佳。
预制棒表面酸蚀处理不当，也会起到负面作用： （1）氢氟酸酸蚀虽然能除去表面异物和较大的表面伤痕；但同时会导致新的小腐蚀坑的形成；
（2）过量的腐蚀会引起局部折射率变化，造成“微型粗糙”；
（3）在不会引起断裂部分，含有Vikers凹痕的SiO2预制棒，即使短时浸蚀，也可使其强度明显降低。
基于上述原因，单独酸蚀处理，对提高光纤强度效果难以确定，所以，在光纤预制棒表面处理中，酸蚀处理不宜单独采用。
火焰抛光法也是一种常规的强化玻璃表面的方法。此方法可以显著地提高光纤的强度。其基本原理是：利用氢氧火焰（或电阻加热炉、或等离子火焰、或激光）抛光预制棒表面，使表面软化，促使预制棒表面平滑化，从而愈合或“填平”微裂纹。这种工艺对预制棒的表面不平整>10um，裂纹深度>0.1um的表面缺陷，只要在1530°C ~2300°C温度范围内，抛光2~5次，即可很好的除去所有的缺陷，并使光纤的最低强度保持在3.5GPa（500kpsi）以上。表5-2-5给出一种我国某光纤预制棒生产公司实际利用氢氧火焰进行火焰抛光法的预制棒研磨工艺参数。
该工艺操作主要有三个步骤： 1.接尾棒
（1）将母棒和接尾棒距离调至2~3mm，喷灯台靠近母棒一侧，高温烧烤至接头呈乳白色融态，一般需5分钟左右，推进母棒使其和接尾棒连接；
（2）移动喷灯台测量母棒直径，同时用卷尺测量母棒的有效长度； 2．研磨母棒 氢氧火焰温度达到2300°C时，开始研磨母棒，以40rpm的转速转动玻璃车床，并以30 mm/min的速度移动喷灯，研磨2次可达到最低强度要求，若增加研磨次数，会使强度增加；
3.分离尾棒
尾轴台向右移动，拉细连接部位，至到直径小于5mm时，用火焰烧断即完成辅助接尾棒的分离，之后，将喷灯台匀速向母棒侧移动约为150mm~200mm，以消除母棒上产生的白雾；在接缝面侧365mm处找出拉丝安装线，并标刻“0”标志。
为避免预制棒被污染，抛光处理过程应在一个清洁的小房间内进行，房间的洁净度应在1000级以上。也可以在预制棒生产现场进行。
为防止已处理好的预制棒被“再次污染”，最好将预制棒立刻拉丝。若不能立即拉丝，则应将处理好的预制棒悬挂在空气过滤器的正前面或将其存放于特别的无尘密封容器中，以便在暂时存放期间和在运往拉制场所时，表面不致被损伤、污染。根据大量实验，业内专家建议，为取得良好的效果，酸蚀到抛光，抛光到拉丝之间的时间间隔以0.5小时最好。
5.2.8光纤预制棒质量检测 光纤预制棒质量的好坏对光纤光缆的质量起着决定性的作用，对预制棒质量的检测主要有三个方面：（1）预制棒内存的各种缺陷检验；（2）预制棒几何参数的检测；（3）折射率分布测试。
预制棒缺陷是指沉积层中的气泡、裂纹以及沉积层结构偏差与沿轴向不均匀分布等因素问题，它反应出预制棒的沉积质量。可利用He—Ne激光扫描装置进行检验。
5.3 SiO2光纤拉丝及一次涂覆工艺
光纤拉丝是指将制备好的光纤预制料（棒），利用某种加热设备加热熔融后拉制成直径符合要求的细小光纤纤维，并保证光纤的芯/包直径比和折射率分布形式不变的工艺操作过程。在拉丝操作过程中，最重要的技术是如何保证不使光纤表面受到损伤并正确控制芯/包层外径尺寸及折射率分布形式。如果光纤表面受到损伤，将会影响光纤机械强度与使用寿命，而外径发生波动，由于结构不完善不仅会引起光纤波导散射损耗，而且在光纤接续时，连接损耗也会增大，因此在控制光纤拉丝工艺流程时，必须使各种工艺参数与条件保持稳定。一次涂覆工艺是将拉制成的裸光纤表面涂覆上一层弹性模量比较高的涂覆材料，其作用是保护拉制出的光纤表面不受损伤，并提高其机械强度，降低衰减。在工艺上，一次涂覆与拉丝是相互独立的两个工艺步骤，而在实际生产中，一次涂覆与拉丝是在一条生产线上一次完成的。 5.3.1.1.管棒法
1976年，Kapang把一根抛光的芯层玻璃棒插入到一根抛光的包层玻璃管中，一起送入拉丝炉中拉制出了光纤，从而发明了管棒法工艺。相对双坩埚法，管棒法是一种既古老又简单操作工艺方法。这种方法最大优点是简单易操作，而且芯/包直径比和折射率分布型式可以保持不变，尺寸精确度良好。缺点在于它是一次性生产,也就是说，当每一次预制棒拉制完成后，必须停机重新装料。这将使光纤连续拉制长度受限于预制棒的尺寸，且不可避免地产生材料浪费，使成本增加。
虽然，管棒法拉制光纤具有一定的局限性，但在现阶段仍是光纤拉丝工艺最常采用的重要方法。管棒法拉制光纤工艺有两种：一是将熔炼成一体的芯/包预制棒直接在高温炉中加温软化拉制成光纤，如利用MCVD法制取的光纤预制棒；二是在芯层玻璃棒体上套上外包层玻璃管送入加热炉中熔炼成一体，再送入高温炉中加温软化拉制成光纤，如二步法生产的光纤芯层棒和包层管制成的预制棒。后一种方法由于难以保证芯/包的同心度并在芯/包界面上存在着气泡或微弯等缺陷，影响光纤的最终性能，使用受到限制。但是，这种方法由于它的芯层棒与包层管是分开在不同的设备上同时加工，所以它可以提高单班生产效率，一旦它的技术难点被攻克，将是最具发展前途的拉丝工艺。
拉丝工艺流程及设备如图5-3-1所示。光纤预制棒的拉丝机由五个基本部分构成：（1）光纤预制棒馈送系统；（2）加热系统；（3）拉丝机构；（4）各参数控制系统；（5）水冷却和气氛保护及控制系统。五者之间精确的配合构成完整拉丝工艺。具体的机械和电气设备与系统包括：机械系统拉丝塔架、送棒及调心系统、加热炉、激光测径仪、牵引装置、水气管路系统，电气部分送棒控制及调心控制系统、加热炉控制系统、外径测控系统、牵引控制系统、冷却水及保护气氛控制系统、人机界面、PLC信号处理系统等。
图5-3-1拉丝与一次涂覆工艺流程
操作步骤：将已制备好的预制棒安放在拉丝塔（机）上部的预制棒馈送机构的卡盘上。馈送机构缓慢地将预制棒送入高温加热炉内。在Ar气氛保护下，高温加热炉将预制棒尖端加热至2000oC，在此温度下，足以使玻璃预制棒软化，软化的熔融态玻璃从高温加热炉底部的喷嘴处滴落出来并凝聚形成一带小球细丝，靠自身重量下垂变细而成纤维，即我们所说的裸光纤。将有小球段纤维称为“滴流头”，操作者应及时将滴流头去除，并预先采用手工方式将已涂覆一次涂层的光纤头端绕过拉丝塔上的张力轮、导轮、牵引轮后，最后绕在收线盘上。然后再启动自动收线装置收线。
预制棒送入高温加热炉内的馈送速度主要取决于高温炉的结构、预制棒的直径、光纤的外径尺寸和拉丝机的拉丝速度，一般约为0.002～ 0.003cm/s。在拉丝工艺中不需要模具控制光纤的外径，因为模具会在光纤表面留下损伤的痕迹，降低光纤的强度。绝大多数光纤制造者是将高温加热炉温度和送棒速度保持不变，通过改变光纤拉丝速度的方法来达到控制光纤外径尺寸的目的。
在正常状态，若预制棒的馈送速度为V，光纤的拉丝速度为Vf，预制棒的外径为D，裸光纤的外径为df，df=2b。根据熔化前的棒体容积等于熔化拉丝后光纤的容积的特点，可知，前三者与光纤的外径有如下关系：
VD2=Vfdf2 (5-3-1)
因此，光纤的外径可由（5-3-1）给出：
d2=VD2/Vf (5-3-2) 光纤预制棒馈送系统主要由光纤预制棒卡盘、馈送及控制系统和调心机构及控制系统构成。卡盘的作用是固定光纤预制棒，馈送及控制系统主要是步进电动机，它的用途是为预制棒进入加热炉提供一个缓慢的速度，调心及控制系统作用是光纤预制棒在卡盘上夹好后，首先要进行预调心，使棒的中心与预定的检测中心重合，并当出现偏心时，为PLC提供变化参数，及时自动调节修正。
拉丝操作对加热源的要求是十分苛刻的。热源不仅要提供足以熔融石英玻璃的2000oC以上高温，还必须在拉制区域能够非常精确的控制温度，因为在软化范围内，玻璃光纤的精度随温度而变化，在此区域内，任何温度梯度的波动都可能引起不稳定性而影响光纤直径的控