用于燃料电池的分离器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于燃料电池的分离器的制造方法。更加具体地，本发明涉及改进通过CVD (化学气相沉积)在钛基材上形成碳涂覆膜的技术，该钛基材在其表面上具有氧化钦层。
【背景技术】
[0002]作为在制造用于燃料电池的分离器时执行的表面处理技术，已经开发了一项利用碳基传导薄膜涂覆基材的技术，该技术取代了是使用Au等的相关领域的技术的贵金属电镀技术。
[0003]作为分离器的基材，使用了 SUS、钛等。特别地，根据具有高度耐腐蚀性的观点，使用了钛基材。因此，正在越来越多地使用利用碳薄膜涂覆由钛制成的分离器基材的技术。
[0004]在其中借助于等离子体CVD(使用等离子体的化学气相沉积)通过使用碳氢化合物基气体的原材料在由钛制成的分离器基材上形成碳薄膜的情形中，确保在基材和碳薄膜之间的附着是特别重要的。然而，在很多情形中确保这种附着在技术上是非常困难的。即，虽然在大气中氧化钛层自然地形成在钛基材的最上层上，但是已知氧化钛层是呈现低活性的、极度坚固并且致密的膜。因此，认为加速在氧化钛层和碳薄膜层之间的结合是困难的。
[0005]因此，为了解决在氧化钛层和碳薄膜层之间的附着的问题，使用了一种在氧化钛层和碳薄膜层之间形成中间层的方法。这种方法的具体实例包括在氧化钛层(作为基材的氧化物膜)上形成由选自金属诸如T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W或者选自半金属元素诸如Si和B的一种或者多种元素构成的中间层，并且在该中间层上形成碳薄膜层的方法(例如，见日本专利申请公报 N0.2004-185998 (JP 2004-185998 A))。
[0006]进而，作为用于解决在氧化钛层和碳薄膜层之间的附着的问题的另一种方法，存在一种从钛基材的表面移除氧化钛层并且在钛基材的该表面上形成碳薄膜层的方法。
[0007]然而，如果形成中间层以确保在作为基材的氧化物膜和碳膜之间的附着，则用于制造分离器的步骤的数目增加，并且因此制造成本增加。另外，在从钛基材的表面移除氧化钛层的情形中，步骤的数目也增加，并且因此制造成本增加。
【发明内容】
[0008]本发明的一个实施例提供一种用于燃料电池的分离器的制造方法，该制造方法使得通过在通过CVD (化学气相沉积)于钛基材上形成碳涂覆膜时减少制造步骤的数目而减少制造成本成为可能，该钛基材在其表面上具有氧化钛层。
[0009]本发明的实施例是一种用于燃料电池的分离器的制造方法，该制造方法是一种用于利用CVD在钛基材上形成碳涂覆膜的方法，该钛基材在其表面上具有氧化钛层。该制造方法包括:形成其中将在其表面上具有氧化钛层的钛基材置于真空氛围中的状态、在形成碳涂覆膜之前或者在碳涂覆膜正在形成时利用具有等于或者短于390nm的波长的光照射钛基材的氧化钛层的表面，和在利用具有等于或者短于390nm的波长的光照射钛基材的氧化钛层的表面时在利用光照射的氧化钛层的表面上形成碳涂覆膜。
[0010]当利用具有前述波长的光照射钛基材的表面上的氧化钛(Ti02)层(氧化物涂覆膜)时，由于光催化效应，氧化钛层被激活，并且氧化钛层的表面自由能被提高。结果，在氧化钛层和碳涂覆膜之间的附着得以改进，并且相应地，即便不如在相关技术中那样在氧化钛层和碳涂层之间置放中间层或者即便不移除氧化钛层，使得碳涂覆膜与氧化钛层形成紧密接触仍然是可能的。因此，形成中间层以确保在钛基材和碳涂覆膜之间的附着的步骤或者移除氧化钛层的步骤是不必要的，并且因此制造成本能够减少。
[0011]在前述制造方法中，作为在CVD的过程中用于轰击的气体，能够使用包含氮气的气体。
[0012]在此情形中，作为用于轰击的气体，能够使用氩气和氮气的气体混合物。
[0013]进而，在于钛基材上执行预处理的预处理步骤中或者在形成碳涂覆膜的步骤中，可以通过将氮气添加到钛基材的周边氛围中而通过使用等离子体发射光。
[0014]利用具有等于或者短于390nm的波长的光照射钛基材的氧化钛层的表面能够在形成碳涂覆膜之前执行。
[0015]该制造方法能够进一步包括在利用具有等于或者短于390nm的波长的光照射钛基材的氧化钛层的表面之前利用酸处理钛基材的氧化钛层的表面。
[0016]氧化钛层可以具有金红石型晶体结构或者锐钛矿型晶体结构。
[0017]本发明的另一个实施例是一种用于燃料电池的分离器的制造方法，该制造方法是一种用于通过CVD在钛基材上形成碳涂覆膜的方法，该钛基材在其表面上具有氧化钛层。该制造方法包括:形成其中将钛基材置于真空氛围中的状态、通过使用包含氮气的气体作为在CVD的过程中的用于轰击的气体在钛基材的氧化钛层的表面上执行轰击处理，和在已经经历轰击处理的氧化钛层的表面上形成碳涂覆膜。
[0018]在前述制造方法中，氮气和氩气的气体混合物能够被用作用于轰击的气体。
[0019]根据本发明的该实施例，通过在通过CVD于钛基材上形成碳涂覆膜时减少制造步骤的数目，其中该钛基材在其表面上具有氧化钛层，能够减少制造成本。
【附图说明】
[0020]将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中:
[0021]图1是示出包括分离器的燃料电池组的主要部分的截面视图；
[0022]图2是用于燃料电池的分离器的放大截面视图；
[0023]图3是示出分离器的制造步骤的概要的流程图；
[0024]图4是示出等离子体CVD的过程的内容的流程图；
[0025]图5是示出氮(N2)气和氩(Ar)气的等离子体的发射峰的曲线图；
[0026]图6是示出在评价碳薄膜层相对于氧化钛层的附着时使用的评价准则的表格；并且
[0027]图7是示出用于评价碳薄膜层相对于氧化钛层的附着的实例和对照实例的内容的表格。
【具体实施方式】
[0028]在下文中，将基于附图所示实施例的一个实例具体地描述本发明的构造。例如，在以下章节中，将描述一种将本发明应用于假定其装载于燃料电池车辆上的燃料电池或者应用于包括该燃料电池的燃料系统的情形。然而，本发明的应用范围不限于这种情形。
[0029]图1是示出燃料电池组的主要部分的截面视图。如在图1中所示，在该燃料电池组中，每一个均是基本单元的多个电池(单体电池)2在彼此之上层叠。每一个电池2包括MEA (膜电极组件)3和一对分离器4、5，在一对分离器4、5之间置入MEA3。MEA3包括由离子交换膜构成的电解质膜6和一对电极7、8，在一对电极7、8之间置入电解质膜6。电极7是燃料气体(例如，氢气)经过那里的正电极，并且电极8是氧化气体(例如，空气)经过那里的负电极。
[0030]分离器4、5这两者均由具有波纹形状的钛基材构成(在图2中，利用附图标记41标记构造分离器4的钛基材；虽然构造分离器5的钛基材在图中没有示出，但是钛基材的特性与钛基材41的特性相同)。在分离器4、5中，波纹具有等腰梯形的形式，波纹的顶部是平坦的，并且波纹顶部的两端以相等的角度呈角状。即，无论从前侧还是从后侧看，分离器4、5每一个均具有基本相同的形状。分离器4的顶部与MEA3的电极7