Новая статья: Как делают оптоволокно: фоторепортаж из Саранска
Истoрия зaвoдa
Пoпытки oргaнизoвaть мaссoвoe прoизвoдствo oптoвoлoкнa нa тeрритoрии стрaны прeдпринимaлись нeoднoкрaтнo: нa рубeжe вeкoв дoшлo дaжe дo зaкупoк oбoрудoвaния, нo дaльшe дeлo нe двинулoсь. Сaрaнский зaвoд тoжe нe срaзу стрoился. В 2011 гoду был пoдписaн дoгoвoр с финскoй Nextrom (кoгдa-тo бывшeй чaстью Nokia) o пoстaвкax oбoрудoвaния, нo тoлькo чeрeз двa гoдa нaчaлoсь стрoитeльствo зaвoдa, кoтoрый зaрaбoтaл в 2015 гoду. A пeрвaя прoдукция пoпaлa нa рынoк тoлькo в 2016 гoду. AO «Oптикoвoлoкoнныe систeмы»
Выxoд пeрвoй капли как символ начала работы завода
Сейчас на заводе работают около 130 человек. Практически все они местные, за исключением некоторых руководителей. В основном на работу берут выпускников локальных университетов, обучавшихся по техническим специальностям в области физики и химии,— и потом их ещё два месяца доучивают. У многих из них научными руководителями были сотрудники НЦВО РАН и ИХВВ РАН. Впрочем, так было не всегда. Первый состав местных специалистов нужной квалификации пришлось искать с трудом, так как мало кто из них работал по специальности: кто-то занимался починкой компьютеров, кто-то продавал мобильные телефоны в одном из известных салонов связи. Как бы то ни было, производство работает. Сейчас оно состоит из двух частей: собственно вытяжки волокна и небольшого цеха по изготовлению преформ. Именно от неё во многом зависят качество и характеристики будущего оптоволокна. Сейчас заготовки закупаются у японской компании Sumitomo Electric — на данном этапе это экономически выгодно. Переход на полный цикл производства с собственным изготовлением преформ имеет смысл только при отгрузке более 10 млн км волокна ежегодно, тогда как сейчас спрос в России и Белоруссии (они рассматриваются как единый рынок) составляет только 9 млн км в год. Впрочем, про экономику мы ещё поговорим. Сейчас собственное опытное производство заготовок на заводе тоже имеется. Оно нужно для отработки технологического процесса и для изготовления преформ под особые нужды некоторых заказчиков. Сама преформа — это большой массивный цилиндр из кварцевого стекла. Конусообразный на одном конце и с тонкой «ручкой» на другом. Заготовка состоит из чистого — примесей не более одной частицы на миллиард — кварца с небольшим легированием германием в сердцевине. Конкретных способов изготовления тоже несколько. Это, например, спекание кварцевой крупки внутри полой стеклянной тубы или же парофазное осаждение. В последнем случае газовая смесь из тетрахлоридов кремния и германия вкупе с кислородом нагревается, реагирует и осаждается в виде оксидов на небольшую заготовку или на стенки полой трубы. На последнем этапе преформа спекается. Для маленьких преформ под спецзаказы на волокна с особыми характеристиками хватает. Защитное покрытие заказывается в Голландии, но пробуют и продукцию отечественных заводов. Под все эти задачи есть отдельная небольшая линия производства, седьмая по счёту. На заводе после модернизации используются типовые преформы диаметром 150 мм (возможна модернизация до Ø230 мм) и длиной чуть больше полутора метров, которые позволяют получить около 2000 км волокна. Ранее использовался стандарт 115 мм на 1000 км волокна. Производство оптоволокна
Если описывать процесс производства совсем уж упрощённо, то он сводится к плавлению заготовки и вытягиванию из неё ниточки. Кажется, что всё довольно просто, но на практике есть масса нюансов. Общая схема линии
Преформа
Каждая производственная линия вытянута по вертикали и занимает восемь этажей. На последнем этаже находятся печи. Температура держится около 2000 °C, и лишь во время смены преформы «на горячую» — то есть без полного цикла охлаждения и последующего разогрева длительностью несколько часов — опускается примерно до 1200 °C. Под внешней обшивкой печи проходят трубы охлаждения, по которым постоянно циркулирует вода. Сделано это не просто так — до определённого момента весь рабочий материал находится в изолированной среде. Внутри печи циркулирует аргон, который защищает нагретый графит от контакта с кислородом воздуха. В самой башне воздух соответствует классу чистоты ИСО 7, а внутри вышеупомянутого шкафа классу ИСО 6. Герметичный «шкаф» тянется сквозь этажи
На первом этапе после начального разогрева заготовки формируется довольно крупная капля, которая отрезается на уровне 7-го этажа, а оставшийся кончик толщиной 3-4 мм уходит вниз и стягивается, постепенно утончаясь. Больше половины пути будущее волокно, по сути, равномерно остывает. Попутно несколько раз лазерными датчиками измеряется его положение в пространстве, уровень натяжения (по длине стоячей волны) и диаметр. На уровне третьего этажа его температура падает с почти 2000 °C до примерно 350 °C и оно попадает в трубу охлаждения. Труба омывается водой из чиллера, а внутри неё находится гелий, изолированный азотными затворами. На выходе из трубы температура волокна равна примерно 60 °C. Измерение параметров волокна, таких датчиков на линии несколько
Полимеризация защитного покрытия
Последний этап — нанесение полимерного слоя. Протяжный механизм
Заправка волокна
В конце концов уже на первом этаже волокно попадает в протяжный механизм, который автоматически регулирует натяжение для сохранения толщины и формы нити в соответствии с данными измерений вышестоящих лазерных датчиков. После этого оно наматывается на катушки, способные вместить до 250 км волокна. Рабочая скорость намотки составляет 1700-1800 метров в минуту. А вообще это не предел — на зарубежных заводах скорость приближаются к порогу в 3000 м/мин., но там и объёмы другие. Ускорение процесса зависит в первую очередь от эффективности охлаждения и числа УФ-ламп, а также приёмников волокна. Перетяжка волокна и пруф-тест
На этом путь оптоволокна вовсе не заканчивается. Всего тестируется полтора десятка различных параметров. Тестовые стенды
Но и это ещё не всё! После всех тестов катушки с волокном на четверо суток отправляются принимать азотно-дейтериевые ванны. Дейтерий образует OD-группы, препятствуя появлению OH-групп. Правда, производители кабелей, которые и закупают волокно, дают уже существенно меньший гарантийный срок на изделия — это могут быть и 5 лет. Дейтерирование волокна
Продукция
Готовое одномодовое оптоволокно состоит из нескольких частей. В центре находится кварцевая сердцевина диаметром 8-10 мкм, именно она легирована германием. Вокруг неё — кварцевая же оболочка на 125 мкм. Всё это покрыто защитным слоем, так что итоговая толщина составляет 242 мкм. Опционально внешняя оболочка может быть окрашена в разные цвета: предлагается 8 вариантов, в том числе с рисунком. Окрашивание нужно лишь для удобства — при последующей сварке так гораздо проще отличить одно волокно от другого. Образцы продукции: обычные, окрашенные и тонкие волокна
Сейчас основная продукция завода — это волокна стандарта G.652D и его изгибостойкого варианта G.657A1. Помимо упомянутых выше многомодовых версий и вариантов специального назначения, есть и опытные образцы волокон толщиной 200 мкм (требования к ним те же, что и для 242-мкм). Они актуальны для европейских заказчиков— в Европев канализации уже просто не хватает места, поэтому большее число волокон при том же сечении кабеля крайне важно. Сейчас продукция поставляется трём заводам в ЕАЭС и ещё с семью налаживаются отношения, а около четверти продукции экспортируется в Италию, Великобританию, Австрию, Чехию, Польшу, Нидерланды — для европейских стран важна логистика и быстрая доставка, в течение недели. Экспорт идёт и в США, Китай, Пакистан, Индию. Правда, структура сбыта поменялась — в первые годы упор был на экспорт (98%), сейчас же осваивается отечественный рынок. Связано это с непростой экономикой рынка. Общая мощность производства оптоволокна в мире составляет около 300 млн км в год. Но потребление его неравномерно. Прямо сейчас наступило затишье перед внедрением 5G, поэтому китайские вендоры готовы продавать волокно даже себе в убыток — по $5/км, тогда как среднерыночная цена составляет $7/км, а в 2017 году она была на уровне $10/км. Такая ситуация, к слову, стала поводом для обращения в ФАС, так как есть опасения, что Corning, крупнейший производитель волокна в мире (60-70% рынка),вынудил кабельные заводы подписать долгосрочные контракты, и поэтому даже сейчас они не берут дешёвое, но достаточно качественное китайское волокно, не говоря уж об российском. К тому же любая перенастройка или обновление линий и материалов приводит к необходимости дополнительных тестов и прохождения сертификации у заказчиков, чего, кстати, с зарубежными поставщиками почему-то не происходит. В целом же руководство завода считает, что выбранный путь развития — постепенное освоение различных этапов полного цикла производства, которое продолжается до сих пор, и (пере)ориентация на нужные рынки — оказался верным. Попутно происходит и постепенная локализация, которая сейчас составляет около 50 %: если уж оборудование нужного класса в России не создаётся, то хотя бы материалы и вспомогательные компоненты вроде тех же катушек уже можно частично получать не у иностранных компаний. И всё же очень странно, конечно, осознавать, что такое предприятие — единственное в России.