[发明专利]一种基于PECVD的燃料电池金属极板碳基涂层制备装置

说明书

本发明公开一种基于PECVD的燃料电池金属极板碳基涂层制备装置，包括：反应腔室，其内部具有腔体，腔体内的顶部设有多个射频电极，周侧设有多个加热器，底部设有用于传输工件架的传输导轨；进气系统，包括多个气路和与对应气路连通的多个气孔，气孔均匀分布在各个射频电极的四周；抽气系统，包括抽气机构；工件架，其包括至少一个用于固定安装待处理金属极板的极板挂具。本发明提高了涂层沉积速率、设备产能，降低了制备成本；射频电极及进气方式的布置提高涂层在金属极板表面沉积的均匀性，有利于保证涂层性能稳定性。本发明制备燃料电池金属双极板表面涂层速率快、产能高、质量好，对加快燃料电池产业化进程具有重要意义。

技术领域

本发明涉及真空镀膜设备技术领域，特别涉及一种基于PECVD的燃料电池金属极板碳基涂层制备装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效环保、比能量和比功率高、启动快等诸多优点，在各个领域具有广泛的应用前景。其中双极板作为燃料电池的重要组成部分之一，其性能好坏制约着燃料电池的商业化进程。目前金属材料因其较好的机械性能、耐腐蚀性能及低成本的优势，已成为燃料电池双极板的主要材料。而金属双极板在燃料电池的酸性环境中易发生腐蚀钝化，表面形成的钝化膜导致导电性能下降，同时腐蚀产物污染其他部件，同样导致电池性能下降，因此仅仅金属双极板并不能满足燃料电池对双极板耐腐蚀性、导电性的要求，需要在金属双极板表面镀覆耐腐蚀、导电薄膜。

磁控溅射作为真空镀膜技术中的一种，通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率，实现了高速、低温、低损伤溅射，具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。目前磁控溅射已被广泛应用于燃料电池金属双极板表面涂层的制备。中国专利CN 107058947 A公开了一种连续式磁控溅射设备，该设备包含多个腔室，可提高工件装炉量以提高生产效率，但受限于磁控溅射技术的原理，该设备沉积碳涂层沉积速率依旧很低，难以满足大批量金属双极板表面涂层制备的需求。

等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法，是真空镀膜技术中化学气相沉积（CVD）方法中的一种，具有同CVD一样较高的涂层沉积速率。同时，PECVD借助微波或射频等等离子体源使含有薄膜组成原子的气体电离，促进反应进行，从而减低CVD沉积涂层所需温度，降低对设备要求并节约成本。因此，PECVD因其较高的涂层沉积速率、可大面积成膜、反应所需温度较低等特点，被广泛应用于各类涂层沉积领域。中国专利CN 103866282 A公开了一种PECVD设备，该设备通过多个射频电极提高了设备产能，但该设备在涂层沉积过程中需要将工件架上升至腔体顶部，此时腔体下部空间空余，因此该设备空间利用率较低，且该设备射频电极及进气口布置难以满足大面积多块极板表面沉积涂层均匀性要求。因而提出一种结构合理、成本较低、产能较高、涂层均匀性较好的PECVD设备，以满足实际批量生产中的使用要求。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于PECVD的燃料电池金属极板碳基涂层制备装置。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种基于PECVD的燃料电池金属极板碳基涂层制备装置，包括：反应腔室，其内部具有腔体，所述腔体内的顶部设有多个射频电极，腔体内的周侧设有多个加热器，腔体内的底部设有用于传输工件架的传输导轨；进气系统，包括多个气路和与对应气路连通的多个气孔，所述多个气路布置在所述腔体内的顶部，多个气路内通反应气体，所述多个气孔均匀分布在各个射频电极的四周；抽气系统，包括抽气机构，所述抽气机构设置于反应腔室的底部，并与腔体连通；以及工件架，其包括至少一个用于固定安装待处理金属极板的极板挂具。

进一步地，所述反应腔室的两侧分别设置有用于启闭腔体的腔室进炉门和腔室出炉门，所述传输导轨从腔室进炉门导向至腔室出炉门。更进一步地，所述多个加热器分别固定布置于腔体的侧壁、腔室进炉门的内壁和腔室出炉门的内壁上。

进一步地，所述多个射频电极均竖直固定于腔体内的顶部，相邻两个射频电极之间间距相等。