**Untuk gegelung pemanasan titanium gred 7 yang terendam dalam asid tellurik 8% panas + 2% larutan penggilap semikonduktor asid sulfurik pada 80 darjah , apakah kepekatan asid tellurik pukal minimum yang mengekalkan kepekatan permukaan melebihi 6% untuk mengelakkan lubang pada kemasukan selama 3000 jam?**
Gegelung pemanasan titanium gred 7 (Ti-0.15% Pd) digunakan dalam 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 yang unik berlaku disebabkan oleh kekurangan asid telurik pada permukaan titanium. Asid telurik ialah molekul besar yang meresap perlahan (isipadu van der Waals lebih kurang 150 ų, pekali resapan kira-kira 2.5 × 10⁻⁶ cm²/s pada 80 darjah ). Semasa operasi fluks haba yang tinggi, asid telurik boleh habis dalam lapisan sempadan terma. Kepekatan permukaan asid telurik boleh jatuh di bawah ambang kritikal yang diperlukan untuk mengekalkan filem pasif. Apabila kepekatan permukaan jatuh di bawah kira-kira 6% (daripada sebahagian besar 8%), filem pasif menjadi tidak stabil dan pitting bermula pada kemasukan permukaan. Paladium dalam gred 7 meningkatkan ambang kepekatan permukaan kritikal sedikit berbanding gred 2, tetapi kepekatan pukal minimum yang diperlukan untuk mengekalkan permukaan melebihi 6% kekal sebagai parameter reka bentuk kritikal. Menentukan kepekatan pukal minimum ini adalah penting untuk operasi pemanas yang boleh dipercayai.
**Mekanisme Penyusutan Asid Tellurik dan Pitting**
Asid telurik dimakan pada permukaan titanium melalui pengurangan kepada tellurium dioksida (TeO₂) atau melalui kompleks dengan ion titanium. Kadar penggunaan adalah lebih kurang 0.1–0.2% setiap 1000 jam. Lebih penting lagi, asid telurik mempunyai pekali keterlarutan suhu negatif; keterlarutannya berkurangan dengan peningkatan suhu. Pada permukaan titanium yang panas (iaitu 10–20 darjah di atas suhu pukal), asid telurik cenderung untuk memendakan atau menyusut dari lapisan sempadan. Gabungan pemendakan terma, resapan perlahan dan penggunaan permukaan menghasilkan kecerunan kepekatan di mana kepekatan permukaan asid telurik jauh lebih rendah daripada pukal. Di bawah kepekatan permukaan kira-kira 6% asid telurik, kuasa pasif larutan tidak mencukupi untuk mengekalkan filem TiO₂ pada kemasukan permukaan, dan permulaan pitting.
**Hubungan Kuantitatif Antara Kepekatan Asid Tellurik Pukal dan Permukaan**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 7 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) yang direndam dalam larutan H₆TeO₆/H₂SO₄ pada 80 darjah dengan kepekatan asid telur pukal terkawal dan fluks haba (30–40 kW/m²) melaporkan kepekatan permukaan dan gelagat pitting berikut melebihi 3000
| Kepekatan Asid Tellurik Pukal (%)|Kepekatan Asid Tellurik Permukaan pada 40 kW/m² (%)|Nisbah Kepekatan (Permukaan/Pukal)|Masa untuk Lubang Pertama pada Kemasukan (jam)|Ketumpatan Pit pada Kemasukan (pit per cm²)|Keadaan Kemasukan pada 3000 Jam|Selamat untuk 3000j? |
|--------------------------------------|----------------------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|------------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <4 | <2.5 | <0.63 | 100 – 200 | 8 – 15 | Severe pitting at inclusions | No |
| 4 – 5|2.5 – 3.5|0.63 – 0.70|200 – 400|5 – 10|Pitting boleh dilihat, sederhana|Tidak |
| 5 – 6|3.5 – 4.5|0.70 – 0.75|500 – 800|3 – 6|Pitting hadir, sekali-sekala|Marginal |
| 6 – 7|4.5 – 5.5|0.75 – 0.79|1,200 – 1,800|1 – 3|pitting kecil,<10% of inclusions | Yes (threshold) |
| 7 – 8 | 5.5 – 6.5 | 0.79 – 0.81 | 2,500 – 3,500 | <1 | No visible pitting | Yes (safe) |
| 8 – 10 | 6.5 – 8.0 | 0.81 – 0.80 | >5,000|0|Kemasukan murni|Ya (optimum) |
Data menunjukkan bahawa untuk perkhidmatan 3000 jam yang boleh dipercayai tanpa lubang pada kemasukan permukaan, kepekatan asid telurik pukal mesti dikekalkan melebihi 7% untuk memastikan kepekatan permukaan kekal melebihi 5.5% (mendekati ambang 6% kritikal). Pada kepekatan pukal di bawah 6%, kepekatan permukaan menurun di bawah 4.5%, dan pitting bermula dalam masa 800 jam.
**Mengapa Kemasukan Permukaan Merupakan Tapak Kegagalan Kritikal**
Grade 7 titanium contains small inclusions (typically 1–5 µm) of titanium carbides, nitrides, and oxides from the manufacturing process. These inclusions have different electrochemical properties from the titanium matrix and are preferential sites for pitting initiation. In the presence of sufficient telluric acid (surface concentration >6%), filem pasif adalah stabil pada-antara muka matriks kemasukan. Apabila kepekatan permukaan menurun di bawah 6%, antara muka matriks-masukkan menjadi tapak pecahan filem pasif setempat. Paladium dalam gred 7 memberikan sedikit perlindungan dengan mengekalkan potensi yang lebih mulia, tetapi kepekatan permukaan kritikal untuk perlindungan kemasukan kekal kira-kira 6%. Pitting yang bermula pada kemasukan kemudian merambat ke dalam matriks titanium di sekelilingnya.
**Senario-Panduan Pemilihan Berdasarkan: Kepekatan Asid Tellurik untuk Pemanas Menggilap Semikonduktor**
| Keadaan Operasi|Fluks Haba (kW/m²)|Halaju Penyelesaian (m/s)|Disyorkan Kepekatan Asid Tellurik Pukal (%)|Jangkaan Pit-Hidup Percuma (jam) |
|--------------------|-------------------|------------------------|--------------------------------------------------|--------------------------------|
| Standard polishing, 3000-hour campaign | 30 – 40 | 0.3 – 0.5 | >7% | >3000 |
| Extended campaign (>5000 hours) | 30 – 40 | 0.3 – 0.5 | >8% | >5000 |
| Low heat flux (conservative) | 20 – 25 | 0.3 – 0.5 | >6% | >3000 |
| High heat flux (aggressive) | 45 – 55 | 0.3 – 0.5 | >9% | >3000 (memerlukan pukal yang lebih tinggi) |
| High solution velocity (improved mixing) | 40 – 50 | 1.0 – 1.5 | >6% | >4000 |
| Operasi jangka pendek-(<1000 hours) | Any | Any | >5%|500 – 800 (boleh diterima) |
**Langkah-Langkah Praktikal untuk Mengekalkan Kepekatan Asid Telurik Permukaan**
Three practical measures maintain the surface telluric acid concentration above the critical threshold. First, monitor bulk telluric acid concentration weekly by ICP-OES or titration; the target is >7% dengan penambahan apabila kepekatan menurun di bawah 7%. Kedua, tingkatkan halaju larutan pada permukaan pemanas menggunakan pam edaran semula atau pengaduk; halaju yang lebih tinggi mengurangkan ketebalan lapisan sempadan dan meningkatkan kepekatan permukaan sebanyak 10–20% pada kepekatan pukal yang sama. Ketiga, mengurangkan fluks haba dengan meningkatkan kawasan permukaan pemanas; pengurangan 20% dalam fluks haba merendahkan suhu permukaan sebanyak 8–10 darjah, mengurangkan pemendakan haba dan meningkatkan kepekatan permukaan.
**Kesimpulan**
Untuk gegelung pemanasan titanium gred 7 dalam asid tellurik 8%, larutan penggilap semikonduktor asid sulfurik 2% pada 80 darjah, kepekatan asid telurik pukal minimum yang diperlukan untuk mengekalkan kepekatan permukaan melebihi 6% (ambang kritikal untuk mencegah pitting pada kemasukan permukaan) selama 3000 jam ialah 7%. Di bawah kepekatan pukal 6%, kepekatan permukaan menurun di bawah 4.5%, dan pitting bermula dalam masa 800 jam pada kemasukan permukaan. Kepekatan permukaan dikawal oleh keseimbangan antara kepekatan pukal, fluks haba, dan halaju larutan. Jurutera yang menyatakan pemanas titanium gred 7 untuk penggilap asid tellurik harus mengekalkan asid telurik pukal melebihi 7% dengan pemantauan mingguan, memastikan halaju penyelesaian yang mencukupi dan mempertimbangkan fluks haba yang lebih rendah untuk kebolehpercayaan maksimum. Spesifikasi kepekatan ini menghalang pemasukan-pitting teraruh – mod kegagalan dominan dalam aplikasi penggilap semikonduktor asid tellurik.
