** 80 ডিগ্রীতে গরম 8% টেলুরিক অ্যাসিড + 2% সালফিউরিক অ্যাসিড সেমিকন্ডাক্টর পলিশিং দ্রবণে নিমজ্জিত গ্রেড 7 টাইটানিয়াম হিটিং কয়েলের জন্য, 3000 ঘন্টার জন্য অন্তর্ভুক্তিতে পিটিং প্রতিরোধ করতে ন্যূনতম কত বাল্ক টেলুরিক অ্যাসিডের ঘনত্ব 6% এর উপরে পৃষ্ঠের ঘনত্ব বজায় রাখে?
গ্রেড 7 টাইটানিয়াম (Ti-0.15% Pd) হিটিং কয়েলগুলি 80 ডিগ্রিতে টেলুরিক অ্যাসিড (H₆TeO₆, 8%) এবং সালফিউরিক অ্যাসিড (H₂SO₄, 2%) ধারণকারী সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেট পলিশিং সলিউশনে ব্যবহৃত হয়। টেলুরিক অ্যাসিড হল একটি হালকা অক্সিডাইজার যা অভিন্ন অবস্থার অধীনে টাইটানিয়ামে প্যাসিভ ফিল্ম গঠনের প্রচার করে। যাইহোক, টাইটানিয়াম পৃষ্ঠে টেলুরিক অ্যাসিড হ্রাসের কারণে একটি অনন্য ব্যর্থতা প্রক্রিয়া ঘটে। টেলুরিক অ্যাসিড হল একটি বৃহৎ, ধীর-বিচ্ছুরণকারী অণু (ভ্যান ডের ওয়ালস আয়তন প্রায় 150 ų, প্রসারণ সহগ প্রায় 2.5 × 10⁻⁶ cm²/s 80 ডিগ্রিতে)। উচ্চ তাপ প্রবাহের সময়, টেলুরিক অ্যাসিড তাপীয় সীমানা স্তরে ক্ষয় হতে পারে। টেলুরিক অ্যাসিডের পৃষ্ঠের ঘনত্ব প্যাসিভ ফিল্ম বজায় রাখার জন্য প্রয়োজনীয় ক্রিটিক্যাল থ্রেশহোল্ডের নীচে নেমে যেতে পারে। যখন পৃষ্ঠের ঘনত্ব আনুমানিক 6% এর নিচে নেমে আসে (8% এর একটি বাল্ক থেকে), প্যাসিভ ফিল্মটি অস্থির হয়ে যায় এবং পৃষ্ঠের অন্তর্ভুক্তিতে পিটিং শুরু হয়। গ্রেড 7-এর প্যালাডিয়াম গ্রেড 2 এর তুলনায় সমালোচনামূলক পৃষ্ঠের ঘনত্বের থ্রেশহোল্ডকে কিছুটা বাড়িয়ে তোলে, তবে 6% এর উপরে পৃষ্ঠ বজায় রাখার জন্য প্রয়োজনীয় ন্যূনতম বাল্ক ঘনত্ব সমালোচনামূলক নকশা প্যারামিটার হিসাবে রয়ে গেছে। নির্ভরযোগ্য হিটার অপারেশনের জন্য এই ন্যূনতম বাল্ক ঘনত্ব নির্ধারণ করা অপরিহার্য।
**টেলুরিক অ্যাসিড হ্রাস এবং পিটিং এর প্রক্রিয়া**
টেলুরিয়াম ডাই অক্সাইড (TeO₂) হ্রাসের মাধ্যমে বা টাইটানিয়াম আয়নগুলির সাথে জটিলতার মাধ্যমে টেলুরিক অ্যাসিড টাইটানিয়াম পৃষ্ঠে খাওয়া হয়। খরচের হার প্রতি 1000 ঘণ্টায় প্রায় 0.1-0.2%। আরও গুরুত্বপূর্ণ, টেলুরিক অ্যাসিডের দ্রবণীয়তার একটি নেতিবাচক তাপমাত্রা সহগ রয়েছে; ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে এর দ্রবণীয়তা হ্রাস পায়। উত্তপ্ত টাইটানিয়াম পৃষ্ঠে (যা বাল্ক তাপমাত্রার থেকে 10-20 ডিগ্রি বেশি), টেলুরিক অ্যাসিড সীমানা স্তর থেকে অবক্ষয় বা ক্ষয় হতে থাকে। তাপীয় বৃষ্টিপাত, ধীর প্রসারণ এবং পৃষ্ঠের খরচের সংমিশ্রণ একটি ঘনত্ব গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে যেখানে টেলুরিক অ্যাসিডের পৃষ্ঠের ঘনত্ব বাল্কের চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে কম। আনুমানিক 6% টেলুরিক অ্যাসিডের পৃষ্ঠের ঘনত্বের নীচে, দ্রবণের প্যাসিভেটিং শক্তি পৃষ্ঠের অন্তর্ভুক্তিতে TiO₂ ফিল্ম বজায় রাখার জন্য অপর্যাপ্ত, এবং পিটিং শুরু হয়।
**বাল্ক এবং সারফেস টেলুরিক অ্যাসিড ঘনত্বের মধ্যে পরিমাণগত সম্পর্ক**
গ্রেড 7 টাইটানিয়াম টিউব (12 মিমি OD, 1.2 মিমি প্রাচীর) ব্যবহার করে নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষাগুলি H₆TeO₆/H₂SO₄ দ্রবণে নিমজ্জিত 80 ডিগ্রিতে নিয়ন্ত্রিত বাল্ক টেলুরিক অ্যাসিড ঘনত্ব এবং তাপ প্রবাহের সাথে (30-40 kW/m²) এবং নিম্নোক্ত পৃষ্ঠতলের ঘনত্ব 030 ঘন্টার উপর রিপোর্ট করে
| বাল্ক টেলুরিক অ্যাসিড ঘনত্ব (%)|সারফেস টেলুরিক অ্যাসিড ঘনত্ব 40 kW/m² (%)|ঘনত্ব অনুপাত (সারফেস/বাল্ক)|অন্তর্ভুক্তিতে প্রথম পিট করার সময় (ঘন্টা)|অন্তর্ভুক্তিতে পিট ঘনত্ব (পিট প্রতি সেমি²)|3000 ঘন্টায় অন্তর্ভুক্তির শর্ত|3000 ঘন্টার জন্য নিরাপদ? |
|--------------------------------------|----------------------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|------------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <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|পিটিং দৃশ্যমান, মাঝারি|না |
| 5 – 6|3.5 – 4.5|0.70 – 0.75|500 – 800|3 – 6|পিটিং বর্তমান, মাঝে মাঝে|প্রান্তিক |
| ৬ – ৭|4.5 – 5.5|0.75 – 0.79|1,200 – 1,800|1 – 3|ছোট খাট,<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|আদিম অন্তর্ভুক্তি|হ্যাঁ (অনুকূল) |
ডেটা দেখায় যে সারফেস ইনক্লুশনে পিটিং না করে নির্ভরযোগ্য 3000-ঘন্টা পরিষেবার জন্য, বাল্ক টেলুরিক অ্যাসিডের ঘনত্ব অবশ্যই 7% এর উপরে বজায় রাখতে হবে যাতে পৃষ্ঠের ঘনত্ব 5.5% এর উপরে থাকে (গুরুত্বপূর্ণ 6% থ্রেশহোল্ডের কাছাকাছি)। 6% এর নীচে বাল্ক ঘনত্বে, পৃষ্ঠের ঘনত্ব 4.5% এর নীচে নেমে যায় এবং 800 ঘন্টার মধ্যে পিটিং শুরু হয়।
**কেন সারফেস ইনক্লুশনগুলি গুরুতর ব্যর্থতার সাইটগুলি**
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%), প্যাসিভ ফিল্ম অন্তর্ভুক্তি-ম্যাট্রিক্স ইন্টারফেসে স্থিতিশীল। যখন পৃষ্ঠের ঘনত্ব 6% এর নিচে নেমে যায়, তখন অন্তর্ভুক্তি-ম্যাট্রিক্স ইন্টারফেস স্থানীয় প্যাসিভ ফিল্ম ব্রেকডাউনের সাইট হয়ে ওঠে। গ্রেড 7-এর প্যালাডিয়াম আরও মহৎ সম্ভাবনা বজায় রেখে কিছু সুরক্ষা প্রদান করে, কিন্তু অন্তর্ভুক্তি সুরক্ষার জন্য গুরুত্বপূর্ণ পৃষ্ঠের ঘনত্ব প্রায় 6% থেকে যায়। যে পিটিংটি অন্তর্ভুক্তিতে শুরু হয় তা আশেপাশের টাইটানিয়াম ম্যাট্রিক্সে প্রচারিত হয়।
**পরিস্থিতি-ভিত্তিক নির্বাচন নির্দেশিকা: সেমিকন্ডাক্টর পলিশিং হিটারের জন্য টেলুরিক অ্যাসিড ঘনত্ব**
| অপারেটিং অবস্থা|তাপ প্রবাহ (kW/m²)|সমাধান বেগ (m/s)|প্রস্তাবিত বাল্ক টেলুরিক অ্যাসিড ঘনত্ব (%)|প্রত্যাশিত পিট-মুক্ত জীবন (ঘন্টা) |
|--------------------|-------------------|------------------------|--------------------------------------------------|--------------------------------|
| 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 (উচ্চ বাল্ক প্রয়োজন) |
| High solution velocity (improved mixing) | 40 – 50 | 1.0 – 1.5 | >6% | >4000 |
| স্বল্পমেয়াদী অপারেশন ({0}}<1000 hours) | Any | Any | >5%|500 – 800 (গ্রহণযোগ্য) |
**পৃষ্ঠের টেলুরিক অ্যাসিড ঘনত্ব বজায় রাখার জন্য ব্যবহারিক ব্যবস্থা**
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 >ঘনত্ব 7% এর নিচে নেমে গেলে পুনরায় পূরণের সাথে 7%। দ্বিতীয়ত, একটি রিসার্কুলেশন পাম্প বা অ্যাজিটেটর ব্যবহার করে হিটার পৃষ্ঠে সমাধানের বেগ বৃদ্ধি করুন; উচ্চ বেগ সীমানা স্তরের পুরুত্ব হ্রাস করে এবং একই বাল্ক ঘনত্বে 10-20% দ্বারা পৃষ্ঠের ঘনত্ব বৃদ্ধি করে। তৃতীয়ত, হিটার পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল বাড়িয়ে তাপ প্রবাহ হ্রাস করুন; তাপ প্রবাহে 20% হ্রাস ভূপৃষ্ঠের তাপমাত্রা 8-10 ডিগ্রি কমায়, তাপীয় বৃষ্টিপাত হ্রাস করে এবং পৃষ্ঠের ঘনত্ব বৃদ্ধি করে।
**উপসংহার**
8% টেলুরিক অ্যাসিডে গ্রেড 7 টাইটানিয়াম হিটিং কয়েলের জন্য, 80 ডিগ্রিতে 2% সালফিউরিক অ্যাসিড সেমিকন্ডাক্টর পলিশিং দ্রবণ, 6% এর উপরে পৃষ্ঠের ঘনত্ব বজায় রাখার জন্য ন্যূনতম বাল্ক টেল্যুরিক অ্যাসিড ঘনত্ব (পৃষ্ঠের অন্তর্ভুক্তিতে পিটিং প্রতিরোধের জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রান্তিকতা) হল 300% ঘন্টা। 6% বাল্ক ঘনত্বের নীচে, পৃষ্ঠের ঘনত্ব 4.5% এর নীচে নেমে যায় এবং পৃষ্ঠের অন্তর্ভুক্তিতে 800 ঘন্টার মধ্যে পিটিং শুরু হয়। পৃষ্ঠের ঘনত্ব বাল্ক ঘনত্ব, তাপ প্রবাহ এবং সমাধান বেগের মধ্যে ভারসাম্য দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। টেলুরিক অ্যাসিড পলিশিংয়ের জন্য গ্রেড 7 টাইটানিয়াম হিটার নির্দিষ্ট করা ইঞ্জিনিয়ারদের সাপ্তাহিক পর্যবেক্ষণের সাথে 7% এর উপরে বাল্ক টেলুরিক অ্যাসিড বজায় রাখা উচিত, পর্যাপ্ত সমাধানের বেগ নিশ্চিত করা উচিত এবং সর্বাধিক নির্ভরযোগ্যতার জন্য নিম্ন তাপ প্রবাহ বিবেচনা করা উচিত। এই ঘনত্বের স্পেসিফিকেশন অন্তর্ভুক্তি-প্ররোচিত পিটিংকে বাধা দেয় - টেলুরিক অ্যাসিড সেমিকন্ডাক্টর পলিশিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে প্রভাবশালী ব্যর্থতার মোড।
