**گریڈ 7 ٹائٹینیم ہیٹنگ کوائل کے لیے جو گرم 8% ٹیلورک ایسڈ + 2% سلفیورک ایسڈ سیمی کنڈکٹر پالش کرنے والے محلول میں 80 ڈگری پر ڈوبی ہوئی ہے، کیا کم از کم بلک ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز 6% سے اوپر کی سطح کا ارتکاز برقرار رکھتا ہے تاکہ 3000 گھنٹے تک گڑھے کو روکا جا سکے۔
گریڈ 7 ٹائٹینیم (Ti-0.15% Pd) ہیٹنگ کوائل سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ پالش کرنے والے محلولوں میں استعمال ہوتے ہیں جن میں ٹیلورک ایسڈ (H₆TeO₆, 8%) اور سلفورک ایسڈ (H₂SO₄, 2%) 80 ڈگری پر ہوتا ہے۔ Telluric ایسڈ ایک ہلکا آکسائڈائزر ہے جو یکساں حالات میں ٹائٹینیم پر غیر فعال فلم کی تشکیل کو فروغ دیتا ہے۔ تاہم، ٹائٹینیم کی سطح پر ٹیلورک ایسڈ کی کمی کی وجہ سے ایک منفرد ناکامی کا طریقہ کار ہوتا ہے۔ Telluric ایسڈ ایک بڑا، آہستہ پھیلانے والا مالیکیول ہے (وان ڈیر والز کا حجم تقریباً 150 ų، بازی گتانک تقریباً 2.5 × 10⁻⁶ cm²/s 80 ڈگری پر)۔ ہائی ہیٹ فلوکس آپریشن کے دوران، ٹیلورک ایسڈ تھرمل باؤنڈری پرت میں ختم ہو سکتا ہے۔ ٹیلورک ایسڈ کی سطح کا ارتکاز غیر فعال فلم کو برقرار رکھنے کے لیے درکار اہم حد سے نیچے گر سکتا ہے۔ جب سطح کا ارتکاز تقریباً 6% سے نیچے آجاتا ہے (8% کی بڑی تعداد سے)، غیر فعال فلم غیر مستحکم ہو جاتی ہے اور سطح کی شمولیت پر پٹنگ شروع ہو جاتی ہے۔ گریڈ 7 میں پیلیڈیم سطح کے اہم ارتکاز کی حد کو گریڈ 2 کے مقابلے میں تھوڑا سا بڑھاتا ہے، لیکن سطح کو 6% سے اوپر برقرار رکھنے کے لیے ضروری کم از کم بلک ارتکاز ہی اہم ڈیزائن پیرامیٹر رہتا ہے۔ اس کم از کم بلک ارتکاز کا تعین قابل اعتماد ہیٹر آپریشن کے لیے ضروری ہے۔
**ٹیلورک ایسڈ کی کمی اور پٹنگ کا طریقہ کار**
ٹیلورک ایسڈ ٹائٹینیم کی سطح پر ٹیلوریم ڈائی آکسائیڈ (TeO₂) میں کمی کے ذریعے یا ٹائٹینیم آئنوں کے ساتھ پیچیدگی کے ذریعے استعمال ہوتا ہے۔ استعمال کی شرح تقریباً 0.1–0.2% فی 1000 گھنٹے ہے۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ ٹیلورک ایسڈ میں حل پذیری کا منفی درجہ حرارت کا گتانک ہوتا ہے۔ بڑھتی ہوئی درجہ حرارت کے ساتھ اس کی حل پذیری کم ہو جاتی ہے۔ ٹائٹینیم کی گرم سطح پر (جو کہ بلک درجہ حرارت سے 10-20 ڈگری زیادہ ہے)، ٹیلورک ایسڈ باؤنڈری پرت سے تیز یا ختم ہو جاتا ہے۔ تھرمل ورن، سست بازی، اور سطح کی کھپت کا امتزاج ایک ارتکاز میلان پیدا کرتا ہے جہاں ٹیلورک ایسڈ کی سطح کا ارتکاز بلک سے نمایاں طور پر کم ہوتا ہے۔ تقریباً 6% ٹیلورک ایسڈ کی سطح کے ارتکاز کے نیچے، محلول کی غیر فعال ہونے والی طاقت TiO₂ فلم کو سطح کی شمولیت پر برقرار رکھنے کے لیے ناکافی ہے، اور پٹنگ شروع ہوتی ہے۔
**بلک اور سطحی ٹیلورک ایسڈ کے ارتکاز کے درمیان مقداری تعلق**
80 ڈگری پر H₆TeO₆/H₂SO₄ محلول میں ڈوبی گریڈ 7 ٹائٹینیم ٹیوبوں (12 ملی میٹر OD، 1.2 ملی میٹر دیوار) کا استعمال کرتے ہوئے کنٹرول شدہ ٹیسٹ بلک ٹیلورک ایسڈ کی حراستی اور حرارت کے بہاؤ (30–40 kW/m²) کے ساتھ درج ذیل رویے کی رپورٹ کرتے ہیں:
| بلک ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز (%)|40 kW/m² (%)|ارتکاز کا تناسب (سطح/بلک)|شمولیت پر پہلے گڑھے کا وقت (گھنٹے)|شمولیت پر گڑھے کی کثافت (گڑھے فی سینٹی میٹر)|3000 گھنٹے میں شمولیت کی شرط|3000h کے لیے محفوظ؟ |
|--------------------------------------|----------------------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|------------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <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|مرئی pitting، اعتدال پسند|نہیں |
| 5 – 6|3.5 - 4.5|0.70 - 0.75|500 - 800|3 – 6|Pitting موجود، کبھی کبھار|معمولی |
| 6 – 7|4.5 - 5.5|0.75 - 0.79|1,200 - 1,800|1 – 3|معمولی گڑھا،<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|قدیم شمولیت|ہاں (بہترین) |
اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ سطح کی شمولیت پر کھڑے کیے بغیر 3000 گھنٹے کی قابل اعتماد سروس کے لیے، بلک ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز 7% سے اوپر برقرار رکھا جانا چاہیے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ سطح کا ارتکاز 5.5% سے اوپر رہے (اہم 6% حد کے قریب)۔ 6% سے کم بلک ارتکاز پر، سطح کا ارتکاز 4.5% سے نیچے گر جاتا ہے، اور 800 گھنٹے کے اندر پٹنگ شروع ہو جاتی ہے۔
**سطح کی شمولیت اہم ناکامی کی سائٹیں کیوں ہیں**
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%)، غیر فعال فلم شمولیت-میٹرکس انٹرفیس پر مستحکم ہے۔ جب سطح کا ارتکاز 6% سے کم ہو جاتا ہے تو، شمولیت-میٹرکس انٹرفیس مقامی طور پر غیر فعال فلم کی خرابی کی جگہ بن جاتا ہے۔ گریڈ 7 میں پیلیڈیم زیادہ عمدہ صلاحیت کو برقرار رکھتے ہوئے کچھ تحفظ فراہم کرتا ہے، لیکن شمولیت کے تحفظ کے لیے سطح کا اہم ارتکاز تقریباً 6% رہتا ہے۔ پٹنگ جو شمولیت سے شروع ہوتی ہے پھر آس پاس کے ٹائٹینیم میٹرکس میں پھیل جاتی ہے۔
**منظر نامہ-بنیاد انتخاب گائیڈ: سیمی کنڈکٹر پالش کرنے والے ہیٹر کے لیے ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز**
| آپریٹنگ حالت|ہیٹ فلوکس (kW/m²)|حل کی رفتار (m/s)|تجویز کردہ بلک ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز (%)|متوقع پٹ-مفت زندگی (گھنٹے) |
|--------------------|-------------------|------------------------|--------------------------------------------------|--------------------------------|
| 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 (زیادہ بلک کی ضرورت ہے) |
| High solution velocity (improved mixing) | 40 – 50 | 1.0 – 1.5 | >6% | >4000 |
| قلیل مدتی آپریشن ({0}}<1000 hours) | Any | Any | >5%|500 - 800 (قابل قبول) |
**سطح پر ٹیلورک ایسڈ کی حراستی کو برقرار رکھنے کے عملی اقدامات**
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 >جب ارتکاز 7% سے کم ہو جائے تو دوبارہ بھرنے کے ساتھ 7%۔ دوسرا، ری سرکولیشن پمپ یا ایگیٹیٹر کا استعمال کرتے ہوئے ہیٹر کی سطح پر حل کی رفتار بڑھائیں۔ زیادہ رفتار باؤنڈری پرت کی موٹائی کو کم کرتی ہے اور اسی بلک ارتکاز میں سطح کی ارتکاز کو 10-20% تک بڑھاتی ہے۔ تیسرا، ہیٹر کی سطح کے رقبے کو بڑھا کر گرمی کے بہاؤ کو کم کریں۔ گرمی کے بہاؤ میں 20% کمی سطح کے درجہ حرارت کو 8-10 ڈگری تک کم کرتی ہے، تھرمل ورن کو کم کرتی ہے اور سطح کے ارتکاز میں اضافہ کرتی ہے۔
**نتیجہ**
8% ٹیلورک ایسڈ میں گریڈ 7 کے ٹائٹینیم ہیٹنگ کوائلز کے لیے، 80 ڈگری پر 2% سلفیورک ایسڈ سیمی کنڈکٹر پالش کرنے کا محلول، کم از کم بلک ٹیلورک ایسڈ کا ارتکاز 6% سے اوپر (سطح کی شمولیت پر گڑھے کو روکنے کے لیے اہم حد) 300% گھنٹے تک برقرار رکھنے کے لیے درکار ہے۔ 6% بلک ارتکاز سے نیچے، سطح کا ارتکاز 4.5% سے نیچے گر جاتا ہے، اور سطح کی شمولیت پر 800 گھنٹے کے اندر پٹنگ شروع ہو جاتی ہے۔ سطح کے ارتکاز کو بلک ارتکاز، حرارت کے بہاؤ، اور حل کی رفتار کے درمیان توازن سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ ٹیلورک ایسڈ پالش کرنے کے لیے گریڈ 7 کے ٹائٹینیم ہیٹر کی وضاحت کرنے والے انجینئرز کو چاہیے کہ وہ ہفتہ وار نگرانی کے ساتھ بلک ٹیلورک ایسڈ کو 7% سے اوپر رکھیں، مناسب حل کی رفتار کو یقینی بنائیں، اور زیادہ سے زیادہ بھروسے کے لیے کم حرارت کے بہاؤ پر غور کریں۔ یہ ارتکاز تصریح شمولیت کو روکتی ہے-حوصلہ افزائی پٹنگ – ٹیلورک ایسڈ سیمی کنڈکٹر پالش کرنے والی ایپلی کیشنز میں غالب ناکامی کا موڈ۔
