**עבור סליל חימום טיטניום בדרגה 7 שקוע בתמיסת ליטוש מוליכים למחצה חומצה גופרתית חמה 8% + 2% חומצה גופרתית ב-80 מעלות , איזה ריכוז חומצה טלטורית בתפזורת מינימלית שומר על ריכוז פני השטח מעל 6% כדי למנוע חריצים בתכלילים למשך 3000 שעות?**
סלילי חימום טיטניום דרגה 7 (Ti-0.15% Pd) משמשים בתמיסות ליטוש מצע מוליכים למחצה המכילים חומצה טלורית (H₆TeO₆, 8%) וחומצה גופרתית (H₂SO₄, 2%) ב-80 מעלות. חומצה טלורית היא מחמצן עדין המקדם יצירת סרט פסיבי על טיטניום בתנאים אחידים. עם זאת, מנגנון כשל ייחודי מתרחש עקב דלדול החומצה הטלורית על פני הטיטניום. חומצה טלורית היא מולקולה גדולה ומתפזרת לאט (נפח ואן דר ואלס כ-150 ų, מקדם דיפוזיה כ-2.5 × 10⁻⁶ ס"מ לשנייה ב-80 מעלות). במהלך פעולת שטף חום גבוה, חומצה טלורית עלולה להתרוקן בשכבת הגבול התרמית. ריכוז השטח של חומצה טלורית יכול לרדת מתחת לסף הקריטי הנדרש לשמירה על הסרט הפסיבי. כאשר ריכוז פני השטח יורד מתחת ל-6% בערך (מתוך כמות גדולה של 8%), הסרט הפסיבי הופך לבלתי יציב ומתחיל בור בתכלילים של פני השטח. הפלדיום בדרגה 7 מעלה מעט את סף ריכוז המשטח הקריטי בהשוואה לדרגה 2, אך הריכוז המינימלי הנדרש לשמירה על פני השטח מעל 6% נותר הפרמטר העיצובי הקריטי. קביעת ריכוז הכמות המינימלית הזו חיונית לפעולת מחמם אמינה.
**מנגנון של דלדול וחומצה טלורית ובורים**
חומצה טלורית נצרכת על פני הטיטניום באמצעות הפחתה לטלוריום דו-חמצני (TeO₂) או באמצעות קומפלקס עם יוני טיטניום. קצב הצריכה הוא כ-0.1-0.2% לכל 1000 שעות. חשוב מכך, לחומצה טלורית יש מקדם טמפרטורה שלילי של מסיסות; המסיסות שלו יורדת עם עליית הטמפרטורה. במשטח הטיטניום החם (שהוא 10-20 מעלות מעל הטמפרטורה בתפזורת), חומצה טלורית נוטה לזרז או להתרוקן משכבת הגבול. השילוב של משקעים תרמיים, דיפוזיה איטית וצריכת פני השטח יוצר שיפוע ריכוז שבו ריכוז החומצה הטלורית על פני השטח נמוך משמעותית מהחלק הגדול. מתחת לריכוז פני השטח של כ-6% חומצה טלורית, כוח הפאסיביות של התמיסה אינו מספיק כדי לשמור על סרט ה-TiO₂ על תכלילים של פני השטח, ומתחיל בור.
**קשר כמותי בין ריכוז חומצה תלורית בתפזורת לשטח**
בדיקות מבוקרות באמצעות צינורות טיטניום דרגה 7 (12 מ"מ OD, 1.2 מ"מ דופן) טבולות בתמיסות H₆TeO₆/H₂SO₄ ב-80 מעלות עם ריכוזי חומצה טלטורית מבוקרים בתפזורת ושטפי חום (30-40 קילוואט/מ"ר) מדווחות על ריכוזי פני השטח והתנהגות גלילה לאורך 3000 שעות:
| ריכוז חומצה טלורית בתפזורת (%)|ריכוז חומצה טלורית על פני השטח ב-40 קילוואט/מ"ר (%)|יחס ריכוז (משטח/תפזורת)|זמן לבור ראשון בהכללה (שעות)|צפיפות בור בתכלילים (בורות לסמ"ר)|מצב הכללה ב-3000 שעות|בטוח ל-3000 שעות? |
|--------------------------------------|----------------------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|------------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <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|בור גלוי, בינוני|לא |
| 5 – 6|3.5 – 4.5|0.70 – 0.75|500 – 800|3 – 6|מתנה מחוררת, מדי פעם|שולי |
| 6 – 7|4.5 – 5.5|0.75 – 0.79|1,200 – 1,800|1 – 3|בור קל,<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|תכלילים בתוליים|כן (אופטימלי) |
הנתונים מראים כי עבור שירות אמין של 3,000 שעות ללא בור בתכלילים של פני השטח, יש לשמור על ריכוז החומצה הטלורית בתפזורת מעל 7% כדי להבטיח שריכוז פני השטח יישאר מעל 5.5% (מתקרב לסף הקריטי של 6%. בריכוזים בתפזורת הנמוכים מ-6%, ריכוז פני השטח יורד מתחת ל-4.5%, והבור מתחיל בתוך 800 שעות.
**למה תכלילים משטחים הם אתרי הכשל הקריטיים**
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%), הסרט הפסיבי יציב בממשק המטריצה-. כאשר ריכוז פני השטח יורד מתחת ל-6%, ממשק המטריצה של הכללה- הופך לאתר של פירוק סרט פסיבי מקומי. הפלדיום בדרגה 7 מספק הגנה מסוימת על ידי שמירה על פוטנציאל אצילי יותר, אך ריכוז המשטח הקריטי להגנה על הכללה נשאר כ-6%. הבור שמתחיל בתכלילים ואז מתפשט לתוך מטריצת הטיטניום שמסביב.
**תרחיש-מדריך בחירה מבוסס: ריכוז חומצה טלורית עבור מחממי ליטוש מוליכים למחצה**
| מצב תפעול|שטף חום (kW/m²)|מהירות פתרון (מ/ש)|ריכוז חומצה טלורית בתפזורת מומלצת (%)|צפוי Pit-חיים חופשיים (שעות) |
|--------------------|-------------------|------------------------|--------------------------------------------------|--------------------------------|
| 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 (דורש כמות גדולה יותר) |
| High solution velocity (improved mixing) | 40 – 50 | 1.0 – 1.5 | >6% | >4000 |
| פעולה-קצרת טווח (<1000 hours) | Any | Any | >5%|500 – 800 (מקובל) |
**אמצעים מעשיים לשמירה על ריכוז חומצה טלורית על פני השטח**
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% עם מילוי כאשר הריכוז יורד מתחת ל-7%. שנית, הגבר את מהירות התמיסה במשטח המחמם באמצעות משאבת מחזור או מיקסר; מהירות גבוהה יותר מפחיתה את עובי שכבת הגבול ומגדילה את ריכוז פני השטח ב-10-20% באותו ריכוז בתפזורת. שלישית, להפחית את שטף החום על ידי הגדלת שטח הפנים של המחמם; הפחתה של 20% בשטף החום מורידה את טמפרטורת פני השטח ב-8-10 מעלות, מפחיתה משקעים תרמיים ומגדילה את ריכוז פני השטח.
**מַסְקָנָה**
עבור סלילי חימום טיטניום דרגה 7 בחומצה טלורית 8%, תמיסת ליטוש מוליכים למחצה חומצה גופרתית 2% ב-80 מעלות, ריכוז החומצה הטלורית המינימלית הנדרשת כדי לשמור על ריכוז פני השטח מעל 6% (הסף הקריטי למניעת חריצים בתכלילים של פני השטח) למשך 3000 שעות הוא 7%. מתחת לריכוז של 6% בתפזורת, ריכוז פני השטח יורד מתחת ל-4.5%, והבור מתחיל בתוך 800 שעות בתכלילים של פני השטח. ריכוז פני השטח נשלט על ידי האיזון בין ריכוז בתפזורת, שטף החום ומהירות התמיסה. מהנדסים המציינים מחממי טיטניום דרגה 7 עבור ליטוש חומצה טלורית צריכים לשמור על חומצה טלורית בתפזורת מעל 7% עם ניטור שבועי, להבטיח מהירות פתרון נאותה ולשקול שטף חום נמוך יותר לאמינות מירבית. מפרט ריכוז זה מונע בור המושרה על ידי הכללה- - מצב הכשל הדומיננטי ביישומי ליטוש מוליכים למחצה של חומצה טלורית.
