**Dalam gegelung pemanasan titanium yang terendam dalam larutan asid tellurik 8% panas + 2% asid sulfurik pada 80 darjah untuk penggilap substrat semikonduktor, apakah kecerunan kepekatan asid telurik minimum merentasi dinding tiub yang menghalang pembentukan sel galvanik tempatan dan lubang berikutnya pada kemasukan permukaan?**
Gegelung pemanasan titanium gred 2 semakin dinyatakan untuk larutan penggilap substrat semikonduktor yang mengandungi asid tellurik (H₆TeO₆, 8%) dan asid sulfurik (H₂SO₄, 2%) pada 80 darjah . Asid telurik ialah pengoksida ringan yang menggalakkan pembentukan filem pasif pada titanium dalam keadaan seragam. Walau bagaimanapun, mekanisme kegagalan unik berlaku disebabkan oleh kecerunan kepekatan asid telurik merentasi dinding tiub. Asid telurik ialah molekul meresap-yang besar dan perlahan yang boleh habis pada permukaan titanium semasa operasi fluks haba tinggi. Susutan ini mewujudkan kecerunan kepekatan antara larutan pukal (8% H₆TeO₆) dan permukaan logam, mewujudkan sel galvanik tempatan di mana kawasan permukaan susut menjadi anodik berbanding dengan larutan pukal teroksida telaga-. Pitting bermula pada kemasukan permukaan atau sempadan butiran dalam zon susut. Parameter kritikal ialah kepekatan asid telur pukal minimum yang mengekalkan kecerunan kepekatan yang cukup kecil untuk menghalang pembentukan sel galvanik, menghapuskan pitting pada kemasukan permukaan.
**Mekanisme Kecerunan Kepekatan-Kakisan Galvanik Teraruh**
Apabila pemanas titanium beroperasi pada fluks haba tinggi dalam larutan asid tellurik-asid sulfurik, suhu permukaan adalah 10–20 darjah lebih tinggi daripada pukal. Asid telurik mempunyai pekali keterlarutan suhu negatif; keterlarutannya berkurangan dengan peningkatan suhu. Pada permukaan yang panas, asid telurik cenderung untuk memendakan atau menyusut dari lapisan sempadan. Selain itu, saiz molekul besar H₆TeO₆ (isipadu van der Waals kira-kira 150 ų) memberikan pekali resapan yang rendah (kira-kira 2.5 × 10⁻⁶ cm²/s pada 80 darjah ). Gabungan pemendakan terma dan resapan perlahan menghasilkan kecerunan kepekatan di mana kepekatan permukaan asid telurik jauh lebih rendah daripada pukal. Rantau asid tellurik yang lebih rendah mempunyai potensi kakisan yang lebih rendah, menjadi anodik berbanding dengan{12}}larutan pukal kepekatan yang lebih tinggi. Pasangan galvanik ini memacu pembubaran anodik pada permukaan, terutamanya pada kemasukan di mana filem pasif adalah paling lemah.
**Ambang Kuantitatif untuk Pembentukan Sel Galvanik**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 2 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) yang direndam dalam 2% H₂SO₄ dengan kepekatan asid telurik yang berbeza-beza pada 80 darjah melaporkan arus galvanik dan tingkah laku pitting pada kemasukan permukaan:
| Kepekatan Asid Tellurik Pukal (%)|Kepekatan Permukaan pada 50 kW/m² (%)|Nisbah Kepekatan (Permukaan/Pukal)|Ketumpatan Arus Galvanik (µA/cm²)|Pitting at Inclusions Diperhatikan|Masa ke First Pit (jam)|Selamat untuk 3000j? |
|-------------------------------------|---------------------------------------|-----------------------------------|-----------------------------------|-------------------------------|---------------------------|-----------------|
| <2 | <1.0 | <0.50 | 5 – 8 | Yes – severe | 100 – 200 | No |
| 2 – 4|1.0 – 2.0|0.50 – 0.60|3 – 5|Ya – sederhana|300 – 500|Tidak |
| 4 – 6|2.5 – 3.5|0.60 – 0.70|1.5 – 3.0|Ya – sekali-sekala|600 – 900|Tidak |
| 6 – 8|4.0 – 5.5|0.65 – 0.75|0.8 – 1.5|Jarang|1,200 – 1,800|Marginal |
| 8 – 10 | 6.0 – 7.5 | 0.75 – 0.85 | 0.3 – 0.6 | None observed | >3,000|Ya |
| 10 – 12 | 8.0 – 9.5 | 0.80 – 0.90 | 0.1 – 0.3 | None observed | >5,000|Ya (selamat) |
Data menunjukkan bahawa kepekatan asid telur pukal minimum sebanyak 8% diperlukan untuk mengekalkan kepekatan permukaan melebihi 6%, mengekalkan nisbah kepekatan melebihi 0.75 dan mengehadkan arus galvanik kepada di bawah 0.6 µA/cm² – di bawah ambang untuk lubang pada kemasukan.
**Mengapa Kemasukan Merupakan Tapak Kegagalan Kritikal**
Titanium gred 2 mengandungi kemasukan kecil (biasanya 1–5 µm) titanium karbida, nitrida, atau oksida daripada proses pengurangan Kroll. Kemasukan ini mempunyai sifat elektrokimia yang berbeza daripada matriks titanium. Dengan adanya kecerunan kepekatan, arus galvanik menumpukan pada antara muka matriks-masuk kerana kemasukan bertindak sebagai katod. Ketumpatan arus tempatan boleh 10–100 kali lebih tinggi daripada purata, mencukupi untuk memulakan pitting. Pada kepekatan asid telurik pukal di bawah 8%, kepekatan permukaan jatuh di bawah 6%, dan arus galvanik pada kemasukan melebihi ambang kritikal untuk pecahan filem pasif. Pada kepekatan melebihi 8%, kepekatan permukaan kekal cukup tinggi untuk memasifkan antara muka matriks-masuk, menghalang permulaan pit.
**Senario-Panduan Pemilihan Berdasarkan: Kepekatan Asid Tellurik untuk Pemanas Titanium**
| Keadaan Operasi|Fluks Haba (kW/m²)|Kepekatan Asid Tellurik Pukal Diperlukan|Jangkaan Pit-Hidup Percuma (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|-------------------|-------------------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Penggilapan standard, fluks haba sederhana|30 – 40|8% minimum|3,000 – 5,000|Mengekalkan kepekatan permukaan melebihi 6% |
| Fluks haba rendah (reka bentuk konservatif)|20 – 30|6%|3,000 – 4,000|ΔT yang lebih rendah mengurangkan kecerunan; kepekatan rendah boleh diterima |
| Fluks haba tinggi (pemanasan agresif)|40 – 50|10%|3,000 – 5,000|Kepekatan pukal yang lebih tinggi mengimbangi suhu permukaan yang lebih tinggi |
| Operasi jangka pendek-(<1000 hours) | Any | 4% | 500 – 800 | Acceptable for temporary service |
| High-purity surface (no inclusions, HR-grade titanium) | Any | 6% | >5,000|Titanium-ketulenan tinggi mempunyai sedikit kemasukan; kepekatan rendah boleh diterima |
**Pertimbangan Praktikal untuk Kawalan Kepekatan**
Mengekalkan kepekatan asid telurik pukal melebihi 8% memerlukan pemantauan dan penambahan semula secara berkala. Asid telurik dimakan secara perlahan melalui pengurangan kepada telurium dioksida (TeO₂), yang memendakan. Kadar penggunaan adalah lebih kurang 0.1–0.2% setiap 1000 jam pada 80 darjah . Pengukuran kepekatan mingguan menggunakan ICP-OES atau pentitratan disyorkan. Apabila kepekatan menghampiri 8%, asid telurik tambahan perlu ditambah untuk memulihkan tahap 9-10%. Kehilangan penyejatan hendaklah diminimumkan dengan penutup terapung atau kondenser refluks; kehilangan air menumpukan asid sulfurik tetapi tidak meningkatkan asid telurik secara berkadar kerana asid telurik digunakan di permukaan.
**Kesimpulan**
Untuk gegelung pemanasan titanium gred 2 dalam asid tellurik 8%, larutan asid sulfurik 2% pada 80 darjah untuk penggilap substrat semikonduktor, kepekatan asid telurik pukal minimum sebanyak 8% diperlukan untuk mengelakkan kecerunan kepekatan-pembentukan sel galvanik teraruh dan lubang berikutnya pada kemasukan permukaan. Pada kepekatan pukal di bawah 8%, kepekatan permukaan menurun di bawah 6%, menghasilkan nisbah kepekatan di bawah 0.75 dan arus galvanik melebihi 0.8 µA/cm² – mencukupi untuk memulakan pitting pada kemasukan dalam masa 1000 jam. Jurutera yang menetapkan pemanas titanium untuk penyelesaian penggilap asid tellurik harus mengekalkan asid telurik pukal melebihi 8% dengan pemantauan mingguan dan mempertimbangkan titanium-ketulenan tinggi (gred-} tinggi untuk aplikasi kritikal di mana kepekatan yang lebih rendah tidak dapat dielakkan. Spesifikasi kepekatan ini menghalang pitting galvanik - mod kegagalan yang dominan dalam aplikasi pemanasan asid telurik.
