**สำหรับคอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 ที่จุ่มอยู่ในกรดเทลลูริกร้อน 8% + 2% สารละลายขัดเซมิคอนดักเตอร์ของกรดซัลฟูริกที่ 80 องศา ความเข้มข้นขั้นต่ำของกรดเทลลูริกจำนวนมากจะรักษาความเข้มข้นของพื้นผิวให้สูงกว่า 6% เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดรูพรุนที่การรวมตัวเป็นเวลา 3000 ชั่วโมง**
คอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 (Ti-0.15% Pd) ใช้ในสารละลายการขัดพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์ที่มีกรดเทลลูริก (H₆TeO₆, 8%) และกรดซัลฟิวริก (H₂SO₄, 2%) ที่ 80 องศา กรดเทลลูริกเป็นตัวออกซิไดเซอร์อย่างอ่อนที่ส่งเสริมการสร้างฟิล์มเฉื่อยบนไทเทเนียมภายใต้สภาวะที่สม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม กลไกความล้มเหลวเฉพาะเกิดขึ้นเนื่องจากการหมดสิ้นของกรดเทลลูริกที่พื้นผิวไทเทเนียม กรดเทลลูริกเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่แพร่กระจายช้า (ปริมาตร van der Waals ประมาณ 150 ų ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายประมาณ 2.5 × 10⁻⁶ cm²/s ที่ 80 องศา ) ในระหว่างการทำงานของฟลักซ์ความร้อนสูง กรดเทลลูริกอาจหมดลงในชั้นขอบเขตความร้อน ความเข้มข้นของพื้นผิวของกรดเทลลูริกสามารถลดลงต่ำกว่าเกณฑ์วิกฤติที่จำเป็นในการรักษาฟิล์มแบบพาสซีฟ เมื่อความเข้มข้นของพื้นผิวลดลงต่ำกว่าประมาณ 6% (จากทั้งหมด 8%) ฟิล์มแฝงจะไม่เสถียรและการเกิดรูพรุนจะเริ่มขึ้นที่การรวมพื้นผิว แพลเลเดียมในเกรด 7 เพิ่มเกณฑ์ความเข้มข้นของพื้นผิววิกฤติเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเกรด 2 แต่ความเข้มข้นรวมขั้นต่ำที่จำเป็นในการรักษาพื้นผิวให้สูงกว่า 6% ยังคงเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ การกำหนดความเข้มข้นรวมขั้นต่ำนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องทำความร้อนที่เชื่อถือได้
**กลไกของการสูญเสียกรดเทลลูริกและการเกิดรูพรุน**
กรดเทลลูริกถูกใช้ที่พื้นผิวไทเทเนียมโดยรีดิวซ์เป็นเทลลูเรียมไดออกไซด์ (TeO₂) หรือผ่านกระบวนการเชิงซ้อนด้วยไอออนไทเทเนียม อัตราการบริโภคอยู่ที่ประมาณ 0.1–0.2% ต่อ 1,000 ชั่วโมง ที่สำคัญกว่านั้น กรดเทลลูริกมีค่าสัมประสิทธิ์การละลายของอุณหภูมิติดลบ ความสามารถในการละลายของมันจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ที่พื้นผิวไทเทเนียมร้อน (ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิรวม 10–20 องศา) กรดเทลลูริกมีแนวโน้มที่จะตกตะกอนหรือหมดสิ้นลงจากชั้นขอบเขต การรวมกันของการตกตะกอนด้วยความร้อน การแพร่กระจายช้า และการใช้พื้นผิวทำให้เกิดการไล่ระดับความเข้มข้น โดยที่ความเข้มข้นบนพื้นผิวของกรดเทลลูริกต่ำกว่าปริมาณมากอย่างมีนัยสำคัญ ต่ำกว่าความเข้มข้นที่พื้นผิวประมาณ 6% ของกรดเทลลูริก พลังการผ่านของสารละลายไม่เพียงพอที่จะรักษาฟิล์ม TiO₂ ที่การรวมพื้นผิวและจุดเริ่มต้นของรูพรุน
**ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างความเข้มข้นของกรดเทลลูริกที่เป็นกลุ่มและพื้นผิว**
การทดสอบที่ควบคุมโดยใช้ท่อไทเทเนียมเกรด 7 (OD 12 มม. ผนัง 1.2 มม.) แช่ในสารละลาย H₆TeO₆/H₂SO₄ ที่ 80 องศา โดยมีการควบคุมความเข้มข้นของกรดเทลลูริกจำนวนมากและฟลักซ์ความร้อน (30–40 kW/m²) รายงานความเข้มข้นของพื้นผิวและพฤติกรรมการเกิดรูพรุนต่อไปนี้ในระยะเวลา 3000 ชั่วโมง:
| ความเข้มข้นของกรดเทลลูริกจำนวนมาก (%)|ความเข้มข้นของกรดเทลลูริกบนพื้นผิวที่ 40 กิโลวัตต์/ตร.ม. (%)|อัตราความเข้มข้น (พื้นผิว/มวล)|เวลาถึงหลุมแรกเมื่อรวม (ชั่วโมง)|ความหนาแน่นของหลุมที่รวม (หลุมต่อตารางเซนติเมตร)|เงื่อนไขการรวมที่ 3000 ชั่วโมง|ปลอดภัยนาน 3000 ชม.? |
|--------------------------------------|----------------------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|------------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <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|มองเห็นเป็นรูพรุน ปานกลาง|ไม่ |
| 5 – 6|3.5 – 4.5|0.70 – 0.75|500 – 800|3 – 6|บ่อปัจจุบันเป็นครั้งคราว|ชายขอบ |
| 6 – 7|4.5 – 5.5|0.75 – 0.79|1,200 – 1,800|1 – 3|หลุมเล็กน้อย<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|การรวมที่บริสุทธิ์|ใช่ (เหมาะสมที่สุด) |
ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าสำหรับการบริการที่เชื่อถือได้ 3000 ชั่วโมงโดยไม่ต้องมีรูพรุนที่พื้นผิว ความเข้มข้นของกรดเทลลูริกจำนวนมากต้องคงไว้สูงกว่า 7% เพื่อให้แน่ใจว่าความเข้มข้นของพื้นผิวยังคงอยู่สูงกว่า 5.5% (เข้าใกล้เกณฑ์วิกฤต 6%) ที่ความเข้มข้นรวมต่ำกว่า 6% ความเข้มข้นของพื้นผิวจะลดลงต่ำกว่า 4.5% และการเกิดรูพรุนจะเกิดขึ้นภายใน 800 ชั่วโมง
**เหตุใดการรวมพื้นผิวจึงเป็นจุดล้มเหลวที่สำคัญ**
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%) ฟิล์มแพสซีฟจะเสถียรที่-อินเทอร์เฟซเมทริกซ์รวม เมื่อความเข้มข้นของพื้นผิวลดลงต่ำกว่า 6% ส่วนต่อประสานเมทริกซ์ที่รวมอยู่-จะกลายเป็นตำแหน่งของการสลายฟิล์มพาสซีฟเฉพาะที่ แพลเลเดียมในเกรด 7 ให้การป้องกันโดยการรักษาศักยภาพที่สูงส่งมากขึ้น แต่ความเข้มข้นของพื้นผิววิกฤตสำหรับการป้องกันการรวมยังคงอยู่ประมาณ 6% รูพรุนที่เริ่มต้นเมื่อมีการรวมเข้าแล้วแพร่กระจายไปยังเมทริกซ์ไทเทเนียมที่อยู่รอบๆ
**สถานการณ์-คู่มือการเลือกตามสถานการณ์: ความเข้มข้นของกรดเทลลูริกสำหรับเครื่องทำความร้อนการขัดเซมิคอนดักเตอร์**
| สภาพการใช้งาน|ฟลักซ์ความร้อน (kW/m²)|ความเร็วของสารละลาย (m/s)|ความเข้มข้นของกรดเทลลูริกที่แนะนำเป็นกลุ่ม (%)|หลุมที่คาดหวัง-ชีวิตอิสระ (ชั่วโมง) |
|--------------------|-------------------|------------------------|--------------------------------------------------|--------------------------------|
| 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 (ต้องการปริมาณที่สูงกว่า) |
| High solution velocity (improved mixing) | 40 – 50 | 1.0 – 1.5 | >6% | >4000 |
| การดำเนินงานระยะสั้น- (<1000 hours) | Any | Any | >5%|500 – 800 (ยอมรับได้) |
**มาตรการปฏิบัติเพื่อรักษาความเข้มข้นของกรดเทลลูริกบนพื้นผิว**
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% พร้อมการเติมเต็มเมื่อความเข้มข้นลดลงต่ำกว่า 7% ประการที่สอง เพิ่มความเร็วของสารละลายที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนโดยใช้ปั๊มหมุนเวียนหรือเครื่องกวน ความเร็วที่สูงขึ้นจะช่วยลดความหนาของชั้นขอบเขตและเพิ่มความเข้มข้นของพื้นผิวลง 10–20% ที่ความเข้มข้นรวมเท่ากัน ประการที่สาม ลดการไหลของความร้อนโดยการเพิ่มพื้นที่ผิวเครื่องทำความร้อน การลดฟลักซ์ความร้อนลง 20% จะทำให้อุณหภูมิพื้นผิวลดลง 8–10 องศา ลดการตกตะกอนจากความร้อนและเพิ่มความเข้มข้นของพื้นผิว
**บทสรุป**
สำหรับคอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 ในกรดเทลลูริก 8%, สารละลายขัดเซมิคอนดักเตอร์กรดซัลฟูริก 2% ที่ 80 องศา ความเข้มข้นของกรดเทลลูริกจำนวนมากขั้นต่ำที่จำเป็นในการรักษาความเข้มข้นของพื้นผิวให้สูงกว่า 6% (เกณฑ์วิกฤตสำหรับการป้องกันการเกิดรูพรุนที่พื้นผิวรวม) เป็นเวลา 3000 ชั่วโมงคือ 7% ความเข้มข้นรวมที่ต่ำกว่า 6% ความเข้มข้นของพื้นผิวจะลดลงต่ำกว่า 4.5% และการเกิดรูพรุนจะเกิดขึ้นภายใน 800 ชั่วโมงที่การรวมพื้นผิว ความเข้มข้นของพื้นผิวถูกควบคุมโดยความสมดุลระหว่างความเข้มข้นรวม ฟลักซ์ความร้อน และความเร็วของสารละลาย วิศวกรที่ระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 สำหรับการขัดด้วยกรดเทลลูริกควรรักษากรดเทลลูริกปริมาณมากให้สูงกว่า 7% โดยมีการตรวจสอบรายสัปดาห์ เพื่อให้มั่นใจว่าความเร็วของสารละลายเพียงพอ และพิจารณาฟลักซ์ความร้อนที่ต่ำลงเพื่อความน่าเชื่อถือสูงสุด ข้อกำหนดด้านความเข้มข้นนี้ป้องกันการรวม-การเกิดรูพรุน ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวหลักในการใช้งานการขัดเซมิคอนดักเตอร์ด้วยกรดเทลลูริก
