MCA Strumentazione Industriale – Pirometri per silice e fibra ottica in Italia
Misura temperatura draw tower, reattori CVD/MCVD/OVD, bushing per fibre — MCA-IRT-W-5200 banda 5200 nm dedicata silice, accuratezza ±3°C
Applicazione vetro • Quarzo e fibre
Il quarzo (silice fusa, SiO₂ ad alta purezza) è uno dei materiali tecnici più esigenti dal punto di vista pirometrico: si lavora a temperature estreme (1500-2200°C) per produzione di articoli per semiconduttori, ottica avanzata, lampade a scarica, crogioli per pull-Czochralski, e soprattutto per preforme di fibra ottica per telecomunicazioni. Le fibre di rinforzo (E-glass, S-glass) per compositi vetroresina e per applicazioni aerospaziali sono invece prodotte da vetri tradizionali per filatura da bushing a temperature più moderate (1100-1400°C).
La misura pirometrica in queste applicazioni è critica per due motivi: (a) il quarzo ha comportamento radiativo specifico diverso dal vetro standard, con bande spettrali di assorbimento che richiedono un pirometro con banda dedicata a 5200 nm (modello MCA-IRT-W-5200); (b) le tolleranze di processo sono molto strette: nella draw tower per fibra ottica una variazione di 10°C in zona calda modifica significativamente la viscosità della silice e quindi il diametro della fibra (tolleranza ±1 µm su 125 µm), richiedendo accuratezza pirometrica assoluta sotto ±5°C.
Il modello MCA-IRT-W-5200 è il pirometro dedicato per quarzo: banda 5200 nm calibrata sulla regione di forte emissione della silice ad alta temperatura, range 500-2500°C, accuratezza 0,15% delle letture, response time 1,5 ms, output digitale RS-422 ad alta velocità. Per fibre di rinforzo standard si usano MCA-IRT-W-1550 high-accuracy o MCA-IRT-7H1 standard banda 1-1,7 µm. MCA serve i pochi produttori italiani di silice fusa, preforme e fibre di rinforzo con calibrazione tracciabile ACCREDIA e configurazioni personalizzate.
Tre processi industriali distinti, tutti accomunati dalla difficoltà di misura pirometrica del materiale silicico ad alta temperatura. (1) Sintesi della preforma per fibra ottica: in reattori CVD (Chemical Vapor Deposition), MCVD (Modified CVD) o OVD (Outside Vapor Deposition) a 1500-1800°C, vapori di SiCl₄ e GeCl₄ (per il core dopato a germanio) reagiscono con ossigeno per depositare strati di silice purissima su un substrato cilindrico. Il risultato è una preforma di 200-300 mm di diametro e 1-2 metri di lunghezza, che contiene già la struttura ottica core/cladding della futura fibra.
(2) Trafilatura della fibra: la preforma viene caricata nella draw tower, una torre di 6-20 metri di altezza. Nella parte alta un forno a induzione con susceptor in grafite a 1900-2200°C rammollisce l'estremità inferiore della preforma; la silice fusa scende per gravità trafilandosi in fibra continua. La fibra attraversa una colonna di controllo (misura del diametro a 125 µm ±1 µm, rivestimento con polimero protettivo, curing UV) e viene bobinata a velocità di 10-30 m/s. Una preforma standard produce 4000-8000 km di fibra.
(3) Fibre di rinforzo (E-glass, S-glass): per i compositi vetroresina e per applicazioni aerospaziali, le fibre sono prodotte non per trafilatura di preforma ma per filatura diretta da bushing. Il vetro fuso scorre attraverso le 200-4000 forature di una piastra in platino-rodio (bushing) a 1100-1400°C, formando fibre di 5-25 µm che vengono raffreddate, sizing-trattate e bobinate. In Italia ci sono pochi produttori specializzati, principalmente per il settore della vetroresina industriale.
Quattro caratteristiche del comportamento radiativo della silice rendono la banda 5200 nm la scelta corretta. Le bande NIR usate per vetri standard non funzionano per silice ad alta temperatura.
Il quarzo (silice fusa) ha comportamento radiativo specifico: sotto i 4 µm è semi-trasparente o trasparente (la radiazione attraversa lo spessore senza essere assorbita), sopra i 5 µm è opaco con emissività vicina a 0,9. La banda 5200 nm è calibrata sulla regione di forte emissione della silice ad alta temperatura: lettura affidabile della superficie senza dipendenza dallo spessore della preforma o della fibra.
La fibra ottica ha tolleranze geometriche micrometriche (diametro 125 µm ±1 µm). Il diametro dipende dalla viscosità della silice in zona calda, che dipende dalla temperatura. Una variazione di 10°C modifica la viscosità di un fattore significativo. L'accuratezza ±3°C del MCA-IRT-W-5200 (0,15% delle letture a 2000°C) è il livello necessario per garantire fibra in tolleranza.
I reattori CVD/MCVD/OVD per la sintesi delle preforme operano in atmosfera reattiva con vapori di SiCl₄, GeCl₄, O₂ e prodotti di reazione (HCl, vapore). La banda 5200 nm è scelta dove l'assorbimento da questi vapori è minimo, permettendo lettura affidabile attraverso l'atmosfera reattiva. La banda NIR sarebbe disturbata dall'assorbimento dei cloruri.
Il range esteso 500-2500°C del MCA-IRT-W-5200 copre tutto il processo dalla sintesi della preforma (1500-1800°C) alla draw tower (1900-2200°C), permettendo di standardizzare la flotta strumenti con un unico modello. Per fibre di rinforzo a 1100-1400°C si valuta in alternativa il MCA-IRT-W-1550 banda 1550 nm con prestazione equivalente in finestra atmosferica.
I tre processi di produzione di silice e fibre richiedono configurazioni pirometriche diverse. Sotto le postazioni più rappresentative con i modelli MCA dedicati.
Forno a induzione con susceptor in grafite nella parte alta della draw tower, dove la preforma viene rammollita per la trafilatura della fibra. La temperatura della zona calda è il parametro più critico del processo: condiziona viscosità della silice, diametro della fibra prodotta, qualità ottica finale. Misura attraverso finestra di ispezione laterale del forno.
Configurazione MCA: MCA-IRT-W-5200 banda 5200 nm range 500-2500°C, accuracy 0,15% delle letture, RS-422 per closed-loop sul susceptor.Reattori per la deposizione di silice purissima per la formazione della preforma di fibra ottica. Atmosfera reattiva con vapori di SiCl₄, GeCl₄, O₂. La temperatura del substrato è critica per la qualità della deposizione e per il profilo di indice di rifrazione finale della preforma.
Configurazione MCA: MCA-IRT-W-5200 banda 5200 nm, insensibile a vapori di cloruri, integrazione con sistema di controllo del processo CVD.Piastra in platino-rodio con 200-4000 fori per la filatura di fibre di rinforzo (compositi vetroresina, aerospace). La temperatura del bushing condiziona la viscosità del vetro che scorre attraverso i fori e quindi il diametro della fibra (5-25 µm). Misura della superficie del bushing per controllo continuo della temperatura.
Configurazione MCA: MCA-IRT-7H1 banda 1-1,7 µm range 650-1650°C (vetro tradizionale, non silice), o MCA-IRT-W-1550 high-accuracy.Lavorazione a caldo di articoli in silice fusa per semiconduttori (tubi di processo, crogioli pull-Czochralski, navette per ossidazione termica di wafer), per ottica avanzata (lenti, finestre per laser), per lampade a scarica. Misura della temperatura del materiale durante la formatura a fiamma ossi-idrogeno o in forno a resistenza al silicio carburo.
Configurazione MCA: MCA-IRT-W-5200 per articoli in silice spessa, MCA-IRT-W-1550 per articoli sottili o trasparenti.
Pirometro MCA-IRT-W-5200 banda 5200 nm installato su draw tower per trafilatura di fibra ottica: la banda dedicata alla silice fusa permette lettura accurata della preforma a 2000°C nel susceptor in grafite, con accuratezza ±3°C sufficiente a garantire diametro fibra in tolleranza 125 µm ±1 µm.
La selezione del modello dipende dal tipo di materiale silicico e dalla temperatura del processo. Sintesi nella tabella sotto.
| Materiale / processo | Temperatura | Banda | Modello MCA |
|---|---|---|---|
| Silice fusa in draw tower fibra ottica | 1900-2200°C | 5200 nm | MCA-IRT-W-5200 |
| Silice in reattori CVD/MCVD/OVD | 1500-1800°C | 5200 nm | MCA-IRT-W-5200 |
| Articoli in silice per semiconduttori | 1200-1800°C | 5200 nm | MCA-IRT-W-5200 |
| E-glass bushing fibre rinforzo | 1100-1400°C | 1-1,7 µm | MCA-IRT-7H1 o MCA-IRT-W-1550 |
| S-glass aerospace bushing | 1300-1500°C | 1550 nm | MCA-IRT-W-1550 |
| Vetri ottici formatura precision | 900-1300°C | 1-1,7 µm o 1550 nm | MCA-IRT-7H1 o MCA-IRT-W-1550 |
| Quarzo lavorazione fiamma | 1500-2000°C | 5200 nm | MCA-IRT-W-5200 |
Tre modelli high-accuracy MCA-IRT-W coprono tutte le applicazioni di silice fusa, preforme fibra ottica e fibre di rinforzo. Sono i pirometri di livello metrologico più elevato della gamma MCA, dedicati a processi tecnologicamente esigenti.
Range: 500-2500°C • Banda: 5200 nm dedicata silice • Accuracy: 0,15% delle letture • Response time: 1,5 ms • RS-422 1000 letture/s
Il pirometro dedicato per silice fusa: draw tower, reattori CVD/MCVD/OVD, lavorazioni articoli silice per semiconduttori e ottica. Banda 5200 nm calibrata sulla regione di forte emissione della silice ad alta temperatura.
Range: 200-3000°C • Banda: 1550 nm finestra atmosferica • Accuracy: 0,15% delle letture • Response time: 1,5 ms • RS-422
Per bushing di fibre di rinforzo (E-glass, S-glass) e per vetri ottici di precisione. Stesso livello di accuratezza del W-5200 ma in banda diversa, adatta a vetri non silicici dove la banda NIR è ottimale.
Range: 650-1650°C • Banda: 1-1,7 µm • Lente: double-cemented InGaAs • Two-wire 4-20 mA
Alternativa standard al W-1550 per bushing di fibre di rinforzo dove non serve accuracy estrema. Tecnologia two-wire loop-powered, configurazione economica per applicazioni di linea senza requisiti metrologici stringenti.
Range: 50-1700°C (versioni estese fino a 2500°C) • Tracciabilità: ACCREDIA / INRIM
Per ricalibrazione periodica della flotta pirometri dedicati a silice fusa e fibre. Per produttori di fibra ottica con requisiti di qualifica metrologica stringenti gestiamo piani di ricalibrazione calendarizzati con strumenti sostitutivi durante il fermo macchina.
Inviaci la descrizione dell'applicazione (tipo di processo: draw tower / CVD-MCVD-OVD / bushing / lavorazione articoli silice, materiale specifico, temperatura di lavoro, sistema di controllo esistente, requisiti di accuratezza). Risponderemo con la configurazione MCA-IRT-W dedicata, piano di calibrazione tracciabile ACCREDIA, documentazione tecnica completa. Per applicazioni di ricerca su nuovi materiali silice forniamo configurazioni personalizzate.
Il quarzo (silice fusa, SiO₂ ad alta purezza) ha comportamento radiativo specifico: sotto i 4 µm è semi-trasparente o trasparente (la radiazione attraversa lo spessore senza essere assorbita), tra 4 e 5 µm ha bande di assorbimento intermedie, sopra i 5 µm è opaco con emissività vicina a 0,9. La banda 5200 nm del MCA-IRT-W-5200 è calibrata sulla regione di forte emissione della silice ad alta temperatura: lettura affidabile della superficie senza dipendenza dallo spessore. Per draw tower a 2000°C dove il quarzo deve essere portato alla temperatura di trafilatura (viscosità target ~10⁵ poise), questa è la banda di riferimento internazionale.
La draw tower è la torre di trafilatura che trasforma la preforma di silice (cilindro di silice fusa di 200-300 mm di diametro e 1-2 metri di lunghezza, contenente già la struttura ottica core/cladding) in fibra ottica continua di 125 µm di diametro. La preforma viene fatta scendere verticalmente in un forno a induzione (graphite susceptor a 1900-2200°C) dove la silice si rammollisce e si trafila per gravità, producendo una fibra che scende per decine di metri attraverso una colonna di controllo (misura di diametro, rivestimento polimerico, curing UV) fino al bobinatore. La temperatura della zona calda della draw tower è il parametro più critico: condiziona viscosità della silice, diametro della fibra, qualità ottica finale.
I reattori per la sintesi delle preforme di fibra ottica (Chemical Vapor Deposition, Modified CVD, Outside Vapor Deposition) operano a 1500-1800°C. Si usa il MCA-IRT-W-5200 banda 5200 nm con range 500-2500°C, accuratezza 0,15% delle letture (±3°C tipico), response time 1,5 ms. La banda 5200 nm permette di misurare attraverso l'atmosfera reattiva del processo (vapori di SiCl₄, GeCl₄ e ossigeno per la deposizione del cladding e del core dopato) senza interferenze. Output digitale RS-422 per integrazione con il sistema di controllo del processo CVD.
Sì, ma con tecnologia diversa dal quarzo. Le fibre di rinforzo (E-glass per compositi vetroresina, S-glass per applicazioni aerospaziali) sono prodotte per filatura da bushing (piastra di platino-rodio con 200-4000 fori) a 1100-1400°C. Il vetro fuso scorre attraverso i fori e viene tirato in fibre da 5-25 µm di diametro. Per il controllo della temperatura del bushing si usano MCA-IRT-7H1 (banda 1-1,7 µm, range 650-1650°C) o MCA-IRT-W-1550 high-accuracy quando serve precisione assoluta sotto 5°C. Il bushing non è in silice ma in vetro tradizionale (E-glass), e la banda 1-1,7 µm è quella standard per questi vetri.
Il pirometro è installato attraverso una finestra di ispezione laterale nella struttura della draw tower (forno a induzione con graphite susceptor), in postazione climatizzata e con air-purge attivo per evitare deposito di volatili dei vapori di deposizione su lente. La distanza tipica dal target è 0,5-2 metri attraverso un canotto refrattario. Custodia IP65 in acciaio inox con water-cooled housing per ambiente a T ambiente elevata (la draw tower irraggia calore significativo verso l'esterno). Il pirometro è solitamente alimentato a corrente (non loop-powered) per garantire la prestazione metrologica di un MCA-IRT-W-5200 high-accuracy.
Estremamente critica. La fibra ottica ha tolleranze geometriche micrometriche (diametro 125 µm ±1 µm) e il diametro della fibra dipende dalla viscosità della silice in zona calda, che dipende dalla temperatura. Una variazione di 10°C in zona calda della draw tower modifica la viscosità di un fattore significativo e quindi il diametro della fibra. Per garantire fibra in tolleranza serve controllo della temperatura entro ±3-5°C, che richiede accuratezza assoluta del pirometro al livello del MCA-IRT-W-5200 (0,15% delle letture). Per misure inferiori a questo livello (±15°C tipico di un pirometro standard) la fibra prodotta sarebbe ampiamente fuori specifica.
MCA fornisce pirometri ai pochi produttori italiani di silice fusa, preforme fibra ottica e fibre di rinforzo, e ad applicazioni di ricerca su materiali high-tech (Lombardia, Piemonte, Trentino, Emilia-Romagna). Calibrazione tracciabile ACCREDIA, supporto applicativo in italiano, documentazione tecnica completa. Per applicazioni di ricerca su nuovi materiali a base di silice (vetri per laser, ottica avanzata, semiconduttori) forniamo configurazioni personalizzate del MCA-IRT-W-5200 e MCA-IRT-W-1550 con tarature dedicate al materiale specifico.
MCA fornisce pirometri industriali high-accuracy per quarzo, silice fusa, preforme fibra ottica e fibre di rinforzo (E-glass, S-glass) a produttori italiani di silice tecnica e applicazioni di ricerca. Il modello MCA-IRT-W-5200 banda 5200 nm è il pirometro dedicato per silice ad alta temperatura, con accuratezza ±3°C necessaria per le tolleranze micrometriche della fibra ottica (125 µm ±1 µm). Calibrazione tracciabile ACCREDIA, supporto in italiano, configurazioni personalizzate per applicazioni di ricerca.