[发明专利]可变磁场磁控溅射镀膜装置及高导电碳基涂层的制备方法

说明书

本发明揭示了一种可变磁场磁控溅射镀膜装置及高导电碳基涂层的制备方法。所述可变磁场磁控溅射镀膜装置包括真空腔体、可变磁场磁控阴极、转动机构和辅助阴极，所述真空腔体的内部设置有溅射镀膜区，所述可变磁场磁控阴极用以向设置在所述真空腔体内的基材溅射预定膜材，转动机构用以承载所述基材，并控制所述基材相对所述可变磁场磁控阴极移动；所述辅助阴极设置于所述溅射镀膜区中。本发明提供的可变磁场磁控溅射镀膜装置，其中，可变磁场磁控阴极为可调磁场，通过调节磁柱角度调控磁场平衡度，分别制备金属过渡层及碳基涂层，同时增加辅助阴极置于碳靶等离子体区，形成致密高导电耐蚀碳基涂层。

技术领域

本发明属于磁控溅射镀膜技术领域，具体涉及一种可变磁场磁控溅射镀膜装置及高导电碳基涂层的制备方法。

背景技术

氢能与燃料电池被列为国家战略性新兴产业，其中质子交换膜燃料电池(PEMFCs)占据燃料电池的83％，成为电池产业技术竞争的关键。然而在PEMFCs高温及酸性工作环境下，其核心构件金属双极板的高界面接触电阻与腐蚀是影响电池寿命极其发展的关键技术瓶颈。

采用表面涂层技术可以在保持金属极板自身优异性能的基础上提高极板的电导率和耐蚀性。其中，碳基涂层因具有优良的化学惰性，电导率可调，被认为是突破极板材料自身服役极限并提升质子交换膜燃料电池稳定性和寿命的重要手段。然而碳基涂层是一大类由sp²键、sp³键组成的非晶碳材料，根据制备技术，涂层制备装置及核心等离子体放电源的不同，涂层的结构可在大范围内进行裁剪，导电、耐蚀性能截然相反。针对碳基涂层导电性以及耐腐蚀性的调控手段相互制约，难以同时获得高导电性及优异耐蚀性的碳基涂层，因此针对高导电耐蚀碳基涂层的制备需要开发新型装备及涂层制备方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可变磁场磁控溅射镀膜装置及高导电碳基涂层的制备方法，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种可变磁场磁控溅射镀膜装置，包括：

真空腔体，内部设置有溅射镀膜区；

可变磁场磁控阴极，所述可变磁场磁控阴极用以向设置在所述真空腔体内的基材溅射预定膜材；其中，所述可变磁场磁控阴极的内部设有永久磁铁，外部设有永久磁柱，且所述永久磁柱设置在所述可变磁场磁控阴极外部法兰的连接轴外侧面上；

转动机构，用以承载所述基材，并控制所述基材相对所述可变磁场磁控阴极移动；

辅助阴极，设置于所述溅射镀膜区中。

进一步地，所述可变磁场磁控溅射镀膜装置包括第一可变磁场磁控阴极和第二可变磁场磁控阴极，所述第一可变磁场磁控阴极上设置第一靶材，所述第一靶材包括铬靶，所述第二可变磁场磁控阴极上设置第二靶材，所述第二靶材包括碳靶。

更进一步地，所述辅助阴极设置于靠近第二可变磁场磁控阴极处，并位于碳靶等离子体区。

进一步地，，所述基材设置于基材支撑组件上，所述基材支撑组件与转动机构固定连接。

进一步地，所述的可变磁场磁控溅射镀膜装置，还包括：真空组件，所述真空组件与真空腔体连通。

本发明实施例还提供了一种高导电碳基涂层的制备方法，所述制备方法主要基于所述可变磁场磁控溅射镀膜装置而实施，并且所述制备方法包括：

将待镀膜的基材设置于真空腔体内的转动机构上；

在第一可变磁场磁控阴极上设置铬靶，在第二可变磁场磁控阴极上设置碳靶；