По мере роста глобальной волны вычислительной мощности искусственного интеллекта оптические волокна,-кровеносные сосуды сетей связи-испытывают беспрецедентный спрос. Однако вся отраслевая цепочка оказывается узким местом из-за, казалось бы, неприметной стеклянной палочки, которая сегодня является чрезвычайно дефицитным товаром. Цены на преформы оптического волокна резко возросли, при этом максимальный рост составил 550%. Что делает этот материал таким трудным для добычи?
В последнее время из-за резкого роста спроса на компьютеры с использованием искусственного интеллекта и реструктуризации глобальной цепочки поставок индустрия оптического волокна и кабеля вступила в цикл бума «объема и роста цен одновременно», при этом портфели заказов компаний переполнены. Однако самым большим препятствием для расширения мощностей в компаниях по производству оптического волокна и кабеля является заготовка оптического волокна, широко известная как «стержень преформы». В ответ на устойчивый спрос ведущие отечественные игроки ускоряют собственные исследования и разработки, а также расширяют производство преформ.
1. Нехватка стержней для преформ: почему она стала узким местом отрасли?
Понятно, что прямым ограничением глобальных поставок оптического волокна является исходный материал-заготовка оптического волокна, обычно называемая «стержнем преформы». Преформа представляет собой цилиндрический стержень из кварцевого стекла высокой-чистоты, центральная часть которого (стержневой стержень, также называемый сердцевинным слоем) изготовлена из стекломатериала с более высоким показателем преломления, а внешний слой (оболочный слой) выполнен из стекла с более низким показателем преломления. Как у «матери» производства оптического волокна, диаметр стержня преформы составляет от нескольких десятков миллиметров до 210 мм, а длина – от одного до нескольких метров. Один стержень преформы может производить тысячи километров оптического волокна. В зависимости от чистоты и качества сырья, точности технологии и процесса производства качество готовой заготовки существенно варьируется. Качество заготовки сильно влияет на качество и характеристики полученного оптического волокна, такие как чистота, прочность на разрыв, эффективный показатель преломления и затухание. На долю преформ приходится около 70% распределения прибыли в цепочке производства оптического волокна, что намного выше, чем 20% оптоволокна и 10% кабеля; раньше это был также материал, в котором иностранные технологии держали мертвую хватку.
В отрасли преформы подразделяются на три категории: A, B и C. В настоящее время наиболее востребованной-преформой является "преформа оптического волокна A2", из которой получается волокно с высокой устойчивостью к изгибу, широко используемое в инфраструктуре искусственного интеллекта и волокно-для--домашнего применения.
Спрос на преформы формата A2,-премиальную категорию, резко возрос: средние цены выросли почти на 550 % по сравнению с началом прошлого года. Данные показывают, что цены на преформы А2 выросли с 22–30 юаней за эквивалентный километр волокна в начале 2025 года до 160 юаней за эквивалентный километр волокна в середине 2026 года, то есть рост почти на 550%.
2. Расшифровка процесса: основные технологии производства заготовок оптического волокна
Изготовление стержня
Типичные методы изготовления стержня заготовки оптического волокна делятся на две категории:
Методы внутри-трубы, включая модифицированное химическое осаждение из паровой фазы (MCVD) и химическое плазменное осаждение из паровой фазы (PCVD);
Методы вне-трубы, включая наружное осаждение из паровой фазы (OVD) и осевое осаждение из паровой фазы (VAD).
Модифицированное химическое осаждение из паровой фазы (MCVD)
MCVD использует сверхчистый кислород в качестве газа-носителя для подачи сырья, такого как хлорид кремния, и примесей, таких как хлорид церия, во вращающуюся, нагретую трубку с кварцевым вкладышем (1400–1600 градусов). Реагенты вступают в химическую реакцию с образованием сажи-подобной оксиду SiO₂, которая осаждается на внутренней стенке трубки-вкладыша и затем при нагревании спекается в прозрачный стеклянный слой.
Плазмохимическое осаждение из паровой фазы (PCVD)
PCVD принципиально похож на MCVD, но вместо использования внешнего источника тепла микроволновая полость генерирует плазму, обеспечивающую тепло для реакции. Сырье вводится в пробирку из кварцевого стекла; Микроволны проникают в трубку, переводя реакционные газы в плазменное состояние. В результате реакции на внутренней поверхности трубки-вкладыша образуется слой стекла. После нанесения достаточного количества слоев стекла трубка-вкладыш нагревается в источнике тепла и сжимается в твердую заготовку, которая становится стержнем стержня.
Наружное осаждение паров (OVD)
В ОВД сырье (в основном SiCl₄ и легирующая примесь GeCl₄) подается в виде газов в водородно-кислородную горелку. Они гидролизуются в кислородно-водородном пламени с образованием SiO₂ и других продуктов, которые существуют в виде сажи и откладываются на постоянно вращающемся керамическом стержне-мишени. После нескольких проходов для достижения желаемого размера пористая заготовка удаляется с целевого стержня, в результате чего получается пористый стержень. OVD можно использовать для изготовления внутреннего слоя заготовки или в сочетании с другими методами изготовления стержней для изготовления внешней оболочки.
Осевое осаждение из паровой фазы (VAD)
VAD принципиально похож на OVD, за исключением того, что осаждение происходит не радиально на внешнюю поверхность целевого стержня, а аксиально на кончике стержня из затравочного кварца.
Производство кварцевых трубок и гильз для преформ
Кварцевая лейнерная трубка используется в качестве подложки для осаждения во внутритрубных процессах, таких как MCVD и PCVD. Внутренняя оболочка и материал сердцевины последовательно наносятся внутрь кварцевой трубки-лейнера, которая затем сжимается в стержень-заготовку; кварцевая трубка-лейнер становится частью внешней оболочки.
Процесс вставки стержня с сердечником в трубку-гильзу и складывания их в окончательную заготовку оптического волокна называется методом наложения втулки (RIC или стержень в цилиндре). Кварцевые втулки становятся частью оптического волокна во время волочения, поэтому они должны соответствовать строгим требованиям к точности размеров, чистоте и качеству.
Для изготовления кварцевых вкладышей и гильз для преформ основной технологией на международном уровне является процесс OVD, а внутри страны (Китай) используется процесс PSOD (плазменное наружное осаждение сажи).
Наружное осаждение паров (OVD)
OVD — это процесс внешнего химического осаждения из паровой фазы, имеющий широкое применение, включая прямое производство стержней с сердечником и, что немаловажно, в качестве метода осаждения внешней оболочки. Для внешней оболочки компания OVD может либо наносить внешние слои непосредственно на стержень с сердечником для изготовления заготовки, либо самостоятельно производить кварцевые трубки с сердечником (без стержня с сердечником) для последующего использования в качестве вкладышей при изготовлении стержня с сердечником MCVD или PCVD, либо в качестве гильз, согласованных со стержнем с стержнем в процессах RIT или RIC.
Высокочастотное плазменное наружное осаждение твердых частиц (PSOD)
В процессе PSOD используется высокочастотная индуктивно-связанная плазма для ионизации воздуха, генерирующая плазменное пламя, которое плавит природный кварцевый песок и откладывает его на центральную трубку. После осаждения полученная черновая заготовка подвергается холодной обработке в полую втулку точных размеров. Этот рукав служит внешней обшивкой; он соединяется со стержнем соответствующей геометрии и размера, затем обрабатывается по технологии RIC (стержень в цилиндре) для формирования заготовки оптического волокна большого диаметра, которую затем вытягивают в волокно. Для обеспечения качества волокна решающее значение имеют качество плавления кварцевого песка во время PSOD, содержание примесей и точность холодной обработки кварцевого изделия.