光纤陶瓷插芯工艺技术与投资浅析

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2019-06-01
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  光纤连接器是把光纤的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。陶瓷插芯是这种光纤连接器的核心部件,它是一种由纳米氧化锆(ZrO2)材 料经一系列配方、加工而成的高精度特种陶瓷元件,其孔径、线靘。

  光纤连接器是把光纤的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。陶瓷插芯是这种光纤连接器的核心部件,它是一种由纳米氧化锆(ZrO2)材 料经一系列配方、加工而成的高精度特种陶瓷元件,其孔径、线靘。所制成的连接器是可拆卸、分类的光纤活动连接器,使光通道的连接、转换调度更加灵活,可供光通系统的调试与。

  光纤陶瓷插芯产品的制造运用了以下先进的工艺技术:(1)纳米氧化锆粉体注射成型材料配方和成形工艺技术;(2)内孔直径为0.125mm、长度为12~15mm的细长微孔成形技术;(3)精度误差为0.1m的精密陶瓷加工技术;(4)烧结晶粒亚微米化的工艺控制方法;(5)低损耗的光通信部件,其插入损耗0.2dB,回波损耗40dB。

  1、产能扩张大于需求增长。前文介绍的产能有哪些现成的消化途径?第一大市场是什么行业,第二大市场又是什么行业?陶瓷插芯作为一个配套光通讯基础设施的特殊部件应用狭窄,除了应用在光纤通信行业没有其他销,只有唯一的市场,并没有后备市场。那么,我们看看这光通信行业发展的增长情况怎样。光通信基础设施投入依赖于国家政策与运营商投入,有投资才有插芯需求。如果运营商前期投入不能产生效益,相信运营商不会连续烧钱。好像3G项目,仅在2009年一年联通、移动和电信分别投资了300亿元、600亿和300亿元,现在社会上有多少人使用3G手机,还会持续不断投资吗?

  没有持续投资,就没有持续的行业发展,就没有增长,插芯的库存只能堆放在生产厂家,陶瓷插芯不像建材产品当房地产调控时可以挖掘公、铁和机场市场。

  2、陶瓷插芯是耐用品,不是年年都有更新需求。陶瓷插芯性能使用要求是20年,使用了一个在质量期内就少了一个的需求,长期耐用不需年年更换,即是说运营商要求铺设光纤光缆后20年内不要更换,一哄而上过剩的插芯产能也许10多年后才可能消化完。

  3、陶瓷插芯泡沫的前车可鉴。陶瓷插芯的生产设备是专业设备,也是只能用于生产陶瓷插芯。目前光通信行业产销两旺刺激许多投资,很像日本在2000年光通信泡沫刺激的插芯投资,当时的情况历历在目,1999年和2000也是插芯和光缆短缺,行业人士非常看好光通信的发展,老厂家象京瓷、ADAMANT,TOTO大规模扩产,新企业也加盟订购设备,殊不知这些新到设备从2001到2006都没有启用,拖垮了大批日本公司,也造成当时新投资企业韩国PRIME PHOTECH, 大陶,龙展威迅速退出。但愿历史悲剧不再。

  随着国内三网融合的政策出台,以及国际光通信市场的复苏,有力地推动光通信行业的发展,产业链上下游各产品供不应求局面,光纤陶瓷插芯自然而然随大市出现供货紧张,特别是下半年来时有出现短缺现象。然而,在插芯行业分享市场的盛宴之下,也隐蔽着投资过渡的隐患。

  2011年12月初,国内主要的陶瓷插芯生产厂家在深圳召开行业会议,交流各生产家的产销情况和市场需求趋势。根据参会人士消息,各插芯生产厂家都有幅度比较大的扩产,这些新增产能在2012年6月后实现批量生产,参会企业认为这可能会造成下半年的产能过剩。

  另外,市场至少有六家新公司上马的光纤陶瓷插芯项目。这些新进入的公司投资力度之大让人咋舌,其中苏州中光投入经费1.5亿元,社会热钱已经在插芯行业开始泛滥。

  按此新老插芯厂商的投资规模,2011年六月国内插芯的月均产能达到8000万只,是2010年底的2.2倍。

  光纤连接技术分为两大类,一类是永久性连接,常称为固定接头、死接头;一类是可拆卸的活动连接,常称为活接头,需要使用光纤连接器。在中,光缆之间的连接采用永久性连接,而光纤连接器主要用于实现系统中设备之间、设备与仪表之间、设备与光纤之间以及光纤与光纤之间的非永久性固定连接,它是光通信系统中最普遍和使用量最大的基础无源器件。

  由于陶瓷材料与石英光纤热匹配性好,理化性能稳定,以陶瓷插芯为核心器件的光纤连接器得到了很快的发展。目前世界上陶瓷插芯几乎全由日本厂商生产,我国有关科研院所虽然在陶瓷插芯产品

  开发和相关制造技术的研究方面取得了一定的突破,但在质量、可靠性、稳定性上与国外相比还存在一定的差距,目前还未开发出针对陶瓷插芯制造的专有技术和成套生产设备,因此每年要花费大量外汇购买陶瓷插芯或引进成套生产设备。国内己建成投产的几家规模较大陶瓷插芯生产厂家的生产工艺、原辅材料及设备都是从国外成套引进,自身不具备产品和设备的开发能力。

  受加工工艺影响,批量研磨出来的陶瓷插芯的套管外圆直径、内孔直径相差较大,而且会出现一定的真圆度和同心度,这些参数直接决定了产品质量,因此,对陶瓷插芯的这些参数进行检测非常必要。

  与陶瓷插芯的制造技术相似,光纤连接器的检测分析技术也是日本等发达国家处于领先地位。下面简单介绍两家日本公司的相关设备。

  其中,全自动单插芯离心距和孔径测量仪采用图象处理技术,手动、自动光设置,具有数据处理和保存功能,可对内径、离心度等参数进行测量并自动分档,显示到0.001m,测量精度为3б0.1m,测量周期为8秒/转。外径功能可选,测量精度为0.1m。

  多芯光纤连接器孔径闲距测量仪采用激光外差移位计和图象处理技术,测量多芯光纤连接器孔径闲距、孔径、导孔和插芯孔等参数,具有自动对焦,图象保存、显示,数据处理等功能,显示到0.001m,测量精度为3б0.15m。

  其中,ra-1400/ra-1500真圆度测量仪的回转台搭载了新构造的空气轴承来驱动,适用usb进行通讯及资料处理,旋转精度(0.07+0.06h/100)m,z轴(立柱)直线,外壁/内壁最大测量高度150mm。

  目前,光纤通信已在我国推广应用。国家有关部门也已把它列为我国今后重点发展的高科技产业之一。因此,可以预料,我国未来光纤连接器的使用量将会与日俱增。

  但是现在,我国大多研究的是光纤连接器的端面检测,对光纤陶瓷插芯的几何参数的测量,技术上比较落后。如对于内径的测试,国内普遍采用的人工检测方法,分别用不同直径的钢丝插入内孔,寻找最合适的直径来判断内孔的尺寸,这种方法无法检测内孔的真圆度。同心度的检测是采用人工上料,旋转插芯,观察显示屏幕上的图像的上下波动幅度来确定同心度。对真圆度的测量采用硬度很强的钢针,尖端插入插芯的前端面,旋转插芯,在钢针尾端装有位移传感器记录钢针尖端上下波动的位移量,并发送到pc,计算插芯内孔的真圆度。以上这些检测方法认为误差大,检测效率低,且不适用于批量检测。

  因此,国内厂商有必要研制出具有自主技术的陶瓷插芯检测设备,既可降低生产成本,又可克服对国外产品的依赖。

  日前,湖南大陶精密科技有限公司在长沙高新技术产业开发区奠基。据了解,这是国内目前最大的陶瓷插芯生产,这个项目不但对国内光通讯产业起到带头作用,并且将一改该系列产品长期由日本产品占市场主导的格局。

  湖南大陶精密科技有限公司由上市的大陶精密科技()股份有限公司和控股物华上市公司的深圳中技实业(集团)有限公司联合投资组建,主导产品为光无源陶瓷插芯及系列产品。项目投资5亿元人民币,建成后开通4条生产线万只的生产能力。年产值可达10亿元,年税收近2亿元,并提供就业岗位3000个。

  陶瓷插芯是光通讯的核心器件,光纤到户的“最后1公里”都要使用该器件。据有关业内人士预测,全球真正实现三网合一光纤到户后,该产品的需求量将是现在的5-10倍。目前,该产品主要生产商集中在日本的“京瓷”、“TOTO”、“阿德曼”等大公司手中。我国使用该产品,主要依靠进口。

  据了解,大陶是全球第7大陶瓷插芯生产商,拥有自己的知识产权。他们已与深圳中技合作,在深圳建成了1条生产线。湖南大陶建成后,该公司的生产能力将上升到全球第4位。

  大陶精密科技(深圳)有限公司负责人黄治家说,他们看中了湖南地处华南的地理优势,以及湖南方面的优惠政策,特别是湖南的劳动力成本,最后将公司选址在长沙。

  湖南大陶还将有许多大手笔运作。黄治家透露,他们将加强科技攻关,力争建立国内最大的氧化锆粉合料生产,填补国内空白;并将建成国内最大的光纤连接器生产。

  9/17/2003,爱尔创精密陶瓷技术有限公司与大学新型陶瓷及精细工艺国家重点实验室合作,分别攻克技术,采用具有自主知识产权的技术,已开始大批量生产光纤连接器用氧化锆粉体及氧化锆陶瓷套筒。其合作企业某化工有限公司批量生产的光纤连接器用氧化锆粉体的性能指标已达到日本TOSOH公司的技术水平,氧化锆粉体在1350℃下可烧结致密,已形成了年产300吨的生产能力;爱尔创精密陶瓷技术有限公司完全采用国产氧化锆粉体及自主研发的精密加工设备,氧化锆陶瓷套筒成品的生产量已达到月产50万只,套管毛坯月产80万只,今年年底套筒成品及毛坯的月生产能力将分别达到100万只和150万只。

  光纤活动连接器是光线通信系统中必不可少的无源器件,是实现光纤与设备、光纤与仪表、光纤与光纤之间快速可靠通断连接的一种手段。用于光纤活动连接器(connector)的氧化锆插针(ferrule)和套筒(sleeve)由于具有精度高(内孔精度为1微米)、使用寿命长等特点,正逐步取代金属件,得到广泛应用。随着光通讯技术的迅猛发展,对用于光纤活动连接器的氧化锆插针和套管的需求也增加很快。2000年全世界的需求量约为2亿套,2001年原预计约为4亿套,但由于IT行业的不景气及美国“9.11”事件的影响,实际约为2.5亿套,估计以后10年的增长率为25%-30%,2005年将达到5亿套。氧化锆陶瓷插针及套筒已成为市场需求量最大的高技术陶瓷产品之一。

  2000年以前只有京瓷(Kyocera)、东陶(Toto)等几家日本公司掌握氧化锆陶瓷插针及套管的完整生产技术。近年来,我国和数十家企业开始从国外引进陶瓷插针生产线万只的生产能力,但生产插针用用氧化锆粉料还需从日本进口。日本还未向我国转让氧化锆陶瓷套筒技术,国内有数家研究和生产单位在研发和小批量生产氧化锆陶瓷套筒,而批量生产的氧化锆陶瓷套管还必须采用进口,花费大量的外汇,并且昂贵的日本原料大大削弱了我国产品的竞争优势。我国已引进了陶瓷插针成品及毛坯的生产技术,但生产插针用氧化锆粉体及陶瓷套筒还需大量进口,这些大大制约的我国光纤连接器的发展。

  我国“八五”、”九五”国家攻关计划一直支持氧化锆超细粉体的研究,但主要是针对氧化锆球阀、磨介及耐磨部件等产品。2002年初“十五”863计划将“用于光纤接口插针原料的高质量ZrO2超细粉体低成本规模化制备技术”列题,上海硅酸盐研究所招标拿到这一任务。我合作企业某化工有限公司是我国最大的高纯氧化锆粉体生产厂家,生产能力可达月产70吨,其中80%以上销往美国、西欧、南韩及等国家和地区,1999年开始与大学新型陶瓷及精细工艺国家重点实验室合作研究光纤连接器用氧化锆粉体,2002年初参加了863计划这一课题的招标。招标失败后,企业继续投入大量资金进行研发,采用全新的工艺线,终于研究出了可用于光纤连接器的粉体,质量达到了日本TOSOH公司的水平,2002年底建成年产300吨的光纤连接器用氧化锆粉体生产线。现在粉体已开始批量出口日本及韩国,国内主要陶瓷插针厂家已开始批量试用。

  爱尔创精密陶瓷技术有限公司2001年开始采用国产氧化锆粉体进行陶瓷套筒生产的研发, 2002年初取得成功,所采用的陶瓷毛坯成型及精密加工方法与日本完全不同,技术具有自主知识产权,该技术具有加工效率高、设备投资小及产品质量稳定等特点。主要解决了以下技术难点:陶瓷套管毛坯内孔的精密控制、内孔的高效率低成本加工以及关键设备的国产化等。公司2002年9月开始批量生产,现在氧化锆陶瓷套筒成品的生产量已达到月产50万只,套管毛坯月产80万只,产品已受到国内主要用户的认可,产品已开始取代日本产品,使用在中国电信等光纤主干线上。

  由于插针和套管的生产属于高科技劳动密集型产品,世界上生产插针和套管的大部分厂家将向劳动力资源丰富的中国转移,现在两家公司对光纤连接器氧化锆粉体及氧化锆陶瓷套筒研发成功,并形成规模生产能力,将极大地促进民族工业的发展,使我国在光纤连接器这一领域具有较大的竞争优势。当然,我们也有信心面对这一过程中的各种挑战,为树立民族品牌不懈努力!

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