**Đối với cuộn dây gia nhiệt titan cấp 7 ngâm trong dung dịch đánh bóng bán dẫn axit Telluric 8% + 2% axit sulfuric nóng ở 80 độ, nồng độ axit Telluric khối lượng tối thiểu duy trì nồng độ bề mặt trên 6% để tránh rỗ ở các tạp chất trong 3000 giờ?**
Cuộn dây gia nhiệt titan cấp 7 (Ti{8}}0,15% Pd) được sử dụng trong các dung dịch đánh bóng chất nền bán dẫn có chứa axit Telluric (H₆TeO₆, 8%) và axit sulfuric (H₂SO₄, 2%) ở 80 độ. Axit Telluric là chất oxy hóa nhẹ giúp thúc đẩy sự hình thành màng thụ động trên titan trong điều kiện đồng đều. Tuy nhiên, có một cơ chế hư hỏng đặc biệt xảy ra do sự cạn kiệt axit Telluric ở bề mặt titan. Axit Telluric là một phân tử lớn, khuếch tán chậm (thể tích van der Waals khoảng 150 ų, hệ số khuếch tán khoảng 2,5 × 10⁻⁶ cm²/s ở 80 độ). Trong quá trình vận hành với dòng nhiệt cao, axit Telluric có thể bị cạn kiệt ở lớp biên nhiệt. Nồng độ bề mặt của axit Telluric có thể giảm xuống dưới ngưỡng tới hạn cần thiết để duy trì màng thụ động. Khi nồng độ bề mặt giảm xuống dưới khoảng 6% (từ phần lớn là 8%), màng thụ động trở nên không ổn định và bắt đầu rỗ ở các vùi bề mặt. Palladium ở cấp 7 tăng nhẹ ngưỡng nồng độ bề mặt tới hạn so với cấp 2, nhưng nồng độ khối tối thiểu cần thiết để duy trì bề mặt trên 6% vẫn là thông số thiết kế tới hạn. Việc xác định nồng độ khối tối thiểu này là điều cần thiết để bộ gia nhiệt hoạt động đáng tin cậy.
**Cơ chế làm cạn kiệt và tạo vết rỗ của axit Telluric**
Axit Telluric được tiêu thụ ở bề mặt titan thông qua quá trình khử thành Tellurium dioxide (TeO₂) hoặc thông qua quá trình tạo phức với các ion titan. Tỷ lệ tiêu thụ khoảng 0,1–0,2% trên 1000 giờ. Quan trọng hơn, axit Telluric có hệ số hòa tan ở nhiệt độ âm; độ hòa tan của nó giảm khi nhiệt độ tăng. Ở bề mặt titan nóng (cao hơn nhiệt độ khối từ 10–20 độ), axit Telluric có xu hướng kết tủa hoặc cạn kiệt khỏi lớp biên. Sự kết hợp giữa kết tủa nhiệt, khuếch tán chậm và tiêu thụ bề mặt tạo ra gradient nồng độ trong đó nồng độ bề mặt của axit Telluric thấp hơn đáng kể so với khối. Dưới nồng độ bề mặt khoảng 6% axit Telluric, khả năng thụ động của dung dịch không đủ để duy trì màng TiO₂ ở các thể vùi bề mặt và bắt đầu rỗ.
**Mối quan hệ định lượng giữa nồng độ axit Telluric số lượng lớn và bề mặt**
Các thử nghiệm có kiểm soát sử dụng ống titan cấp 7 (đường kính 12 mm, thành 1,2 mm) ngâm trong dung dịch H₆TeO₆/H₂SO₄ ở 80 độ với nồng độ axit Telluric khối được kiểm soát và dòng nhiệt (30–40 kW/m2) cho thấy nồng độ bề mặt và hiện tượng rỗ sau đây trong hơn 3000 giờ:
| Nồng độ Axit Telluric số lượng lớn (%)|Nồng độ Axit Telluric bề mặt ở mức 40 kW/m2 (%)|Tỷ lệ nồng độ (Bề mặt/Số lượng lớn)|Thời gian đến hố đầu tiên tại Inclusion (giờ)|Mật độ hố tại các vùi (hố trên cm2)|Điều kiện hòa nhập sau 3000 giờ|An toàn trong 3000h? |
|--------------------------------------|----------------------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|------------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <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|Rỗ có thể nhìn thấy, vừa phải|Không |
| 5 – 6|3,5 – 4,5|0,70 – 0,75|500 – 800|3 – 6|Rỗ hiện tại, thỉnh thoảng|cận biên |
| 6 – 7|4,5 – 5,5|0,75 – 0,79|1.200 – 1.800|1 – 3|Rỗ nhỏ,<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|Các tạp chất nguyên sơ|Có (tối ưu) |
Dữ liệu chứng minh rằng để có thể hoạt động đáng tin cậy trong 3000 giờ mà không bị rỗ trên bề mặt, nồng độ axit Telluric phải được duy trì trên 7% để đảm bảo nồng độ bề mặt duy trì trên 5,5% (gần đến ngưỡng tới hạn 6%). Ở nồng độ lớn dưới 6%, nồng độ bề mặt giảm xuống dưới 4,5% và hiện tượng rỗ bắt đầu trong vòng 800 giờ.
**Tại sao các tạp chất bề mặt lại là vị trí hư hỏng nghiêm trọng**
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%), màng thụ động ổn định ở giao diện ma trận-bao hàm. Khi nồng độ bề mặt giảm xuống dưới 6%, giao diện ma trận-bao gồm sẽ trở thành nơi phân hủy màng thụ động cục bộ. Palladium ở cấp 7 cung cấp một số biện pháp bảo vệ bằng cách duy trì tiềm năng cao hơn, nhưng nồng độ bề mặt tới hạn để bảo vệ tạp chất vẫn ở mức xấp xỉ 6%. Vết rỗ bắt đầu ở các thể vùi sau đó lan truyền vào ma trận titan xung quanh.
**Kịch bản-Hướng dẫn lựa chọn dựa trên: Nồng độ axit Telluric cho thiết bị gia nhiệt đánh bóng chất bán dẫn**
| Điều kiện hoạt động|Thông lượng nhiệt (kW/m2)|Vận tốc dung dịch (m/s)|Nồng độ Axit Telluric được Khuyến nghị (%)|Hố dự kiến-Thời gian sử dụng miễn phí (giờ) |
|--------------------|-------------------|------------------------|--------------------------------------------------|--------------------------------|
| 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 (yêu cầu số lượng lớn hơn) |
| High solution velocity (improved mixing) | 40 – 50 | 1.0 – 1.5 | >6% | >4000 |
| Hoạt động-ngắn hạn (<1000 hours) | Any | Any | >5%|500 – 800 (chấp nhận được) |
**Các biện pháp thiết thực để duy trì nồng độ axit Telluric bề mặt**
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% khi bổ sung khi nồng độ giảm xuống dưới 7%. Thứ hai, tăng tốc độ dung dịch ở bề mặt gia nhiệt bằng bơm tuần hoàn hoặc máy khuấy; vận tốc cao hơn làm giảm độ dày lớp biên và tăng nồng độ bề mặt lên 10–20% ở cùng nồng độ khối. Thứ ba, giảm dòng nhiệt bằng cách tăng diện tích bề mặt lò sưởi; dòng nhiệt giảm 20% sẽ làm giảm nhiệt độ bề mặt xuống 8–10 độ, giảm lượng mưa nhiệt và tăng nồng độ bề mặt.
**Phần kết luận**
Đối với cuộn dây đốt nóng titan cấp 7 trong axit Telluric 8%, dung dịch đánh bóng chất bán dẫn axit sulfuric 2% ở 80 độ, nồng độ axit Telluric số lượng lớn tối thiểu cần thiết để duy trì nồng độ bề mặt trên 6% (ngưỡng tới hạn để ngăn ngừa rỗ ở các tạp chất bề mặt) trong 3000 giờ là 7%. Nồng độ khối dưới 6%, nồng độ bề mặt giảm xuống dưới 4,5% và vết rỗ bắt đầu trong vòng 800 giờ khi vùi trên bề mặt. Nồng độ bề mặt được kiểm soát bởi sự cân bằng giữa nồng độ khối, dòng nhiệt và tốc độ dung dịch. Các kỹ sư chỉ định lò sưởi titan cấp 7 để đánh bóng axit Telluric nên duy trì lượng axit Telluric lớn trên 7% với việc theo dõi hàng tuần, đảm bảo tốc độ dung dịch thích hợp và xem xét thông lượng nhiệt thấp hơn để có độ tin cậy tối đa. Thông số nồng độ này ngăn ngừa hiện tượng rỗ do tạp chất gây ra – dạng hư hỏng chủ yếu trong các ứng dụng đánh bóng chất bán dẫn bằng axit Telluric.
