專利名稱：燃料電池用隔板和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要用于固體高分子型燃料電池的燃料電池用隔板。
背景技術(shù)：
燃料電池通過使含有氫氣的燃料氣體和空氣等含氧氣的氧氣氣體進行電化學反應(yīng)，來同時產(chǎn)生電カ和熱。圖13示意性示出單電池的固體高分子型燃料電池的一例。圖13的左圖示出了疊層前的各結(jié)構(gòu)要素的排列，圖13的右圖示出了它們疊層后的狀態(tài)。單電池I由電解質(zhì)膜Ia和從兩側(cè)夾持電解質(zhì)膜Ia的一組電極(空氣極Ib和燃料極Ic)構(gòu)成。隔板2具有形成了多個凹條的凹條形成面2b、2c。隔板2被裝在樹脂制的隔板架3中，疊層成空氣極Ib和凹條形成面2b對向、燃料極Ic和凹條形成面2c對向。這樣就在電極和隔板之間構(gòu)成了由電極表面和凹條劃分出的氣體流路，有效將作為燃料電池中的反應(yīng)氣體的燃料氣體和氧氣氣體供給到電極表面。燃料電池需要在燃料氣體和氧氣氣體彼此不混合、保持分離開地供至電極表面全體。因此，隔板需要對氣體具有氣密性。進而，隔板需要將反應(yīng)產(chǎn)生的電子匯集、并且作為多個單電池疊層時相鄰單電池之間的電連接件具有良好的導(dǎo)電性。此外，由于電解質(zhì)表面顯示強酸性，所以隔板要求具有耐腐蝕性。因此，作為隔板的材料，通常使用石墨板材，但由于石墨板材容易裂，所以當在石墨板材上形成多個氣體流路、或使其表面變平坦等來生產(chǎn)隔板時，在加工性上存在問題。另一方面，金屬材料不僅導(dǎo)電性而且加工性優(yōu)異，特別別是鈦、不銹鋼，耐腐蝕性優(yōu)異，所以可以作為隔板的材料使用。但由于耐腐蝕性優(yōu)異的金屬材料容易鈍化，所以存在燃料電池的內(nèi)部電阻増大，引起電壓下降的問題。專利文獻I中公開了由金屬制部件制成的、與單電池的電極接觸的接觸面直接鍍上金的燃料電池用隔板。由于接觸面鍍金，所以隔板和電極之間的接觸電阻降低，導(dǎo)通良好，燃料電池的輸出電壓變大。可以想到，如果象在金屬制部件上鍍上難以被腐蝕的金那樣、使隔板上完全覆蓋上導(dǎo)電性物質(zhì)，則金屬制部件難以被腐蝕，可以防止金屬離子的流出，且顯示低接觸電阻。但鍍金，從成本、資源方面來看存在實用化的大阻礙。專利文獻2中公開了耐腐蝕性高、接觸電阻低的不銹鋼。具體地說，使導(dǎo)電性的金屬介質(zhì)物分散成穿破不銹鋼表面的鈍態(tài)皮膜，從而使不銹鋼的接觸電阻降低。但即使基體鈍化，也不能避免成為電解質(zhì)膜劣化的原因的鉻離子、鐵離子等的溶出。此外，在電位相當高的腐蝕環(huán)境下，金屬介質(zhì)物也慢慢被腐蝕，所以可以預(yù)測到，如果金屬介質(zhì)物經(jīng)腐蝕而鈍化，則輸出電壓降低。
為了解決上述問題，在金屬制的基材的表面覆蓋具有導(dǎo)電性的非晶碳膜的燃料電池用隔板受到關(guān)注。例如，專利文獻3和專利文獻4中公開了用導(dǎo)電性的非晶碳膜覆蓋金屬板的隔板。通過在金屬板上覆蓋非晶碳膜，隔板顯示出耐腐蝕性。特別是，專利文獻4使用離子化蒸鍍法在金屬制的基板的表面形成主要由碳和氫構(gòu)成的非晶碳膜。講述了，通過用離子化蒸鍍進行成膜，入射的碳膜形成分子和構(gòu)成基板表層的原子化學性結(jié)合，形成中間層。但專利文獻5，通過在非晶碳膜中増加具有SP2雜化軌道的碳、降低氫的含量，從而確保導(dǎo)電性。碳原子，根據(jù)化學鍵中的原子軌道的不同，而分為具有sp雜化軌道的碳(Csp)、具有Sp2雜化軌道的碳(Csp2)、具有sp3雜化軌道的碳(Csp3)這三種。例如，僅由Csp3構(gòu)成的金剛石，僅形成O鍵，通過O電子的定域化而顯示出高絕緣性。另ー方面，石墨僅由Csp2構(gòu)成，形成O鍵和鍵，通過電子的離域化顯示高導(dǎo)電性。專利文獻5中記載的非晶碳膜，由于總碳中存在的Csp2的比例較多，所以促進了電子的離域化，并且由于氫的含量減少，所以抑制了 C 一 H鍵(0鍵)的分子終端化(molecular termination)。結(jié)果顯示出高導(dǎo)電性?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I:日本特開平10 — 228914號公報 專利文獻2:日本特開2001 — 32056號公報專利文獻3:日本特開2000 — 67881號公報專利文獻4:日本特開2005 — 93172號公報專利文獻5:日本特開2008 — 4540號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題燃料電池用隔板的特性通常要在符合實際的燃料電池的使用環(huán)境的條件下進行評價。即、如果是耐腐蝕性，如果不在施加電壓的嚴酷條件下進行評價試驗，就不能說具有滿足作為燃料電池用隔板的特性。專利文獻3和專利文獻4中進行沒有這樣嚴酷的條件下的特性評價，所以可以認為，在用于燃料電池時不能發(fā)揮所要求的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。專利文獻3和專利文獻4中所記載的耐腐蝕性的評價方法不是在施加電壓下進行的，所以即使存在可造成非晶碳膜腐蝕的氣孔，也不會引起離子移動。即、專利文獻3和專利文獻4中記載的評價方法不是符合實際的燃料電池的使用環(huán)境的試驗。特別是在專利文獻4的實施例中，在不銹鋼制的基材上直接形成由氫和碳構(gòu)成的非晶碳膜。不銹鋼是含有約12質(zhì)量％以上鉻(Cr)的低碳的鐵基合金。不銹鋼，由于在表面形成穩(wěn)定的鈍態(tài)被膜而穩(wěn)定化，所以顯示出優(yōu)異的耐腐蝕性。與鈍態(tài)被膜的形成極有關(guān)聯(lián)的合金元素是Cr，當Cr濃度大于12質(zhì)量％吋，耐腐蝕性急劇提高，變得幾乎不被環(huán)境腐蝕。但如果在不銹鋼制的基材中從非晶碳膜擴散進碳，則不銹鋼中含有的添加元素Cr會與擴散進的碳結(jié)合，形成碳化物等。因此在它們的周圍形成Cr量少的低鉻層。在低鉻層形成的周圍，由于Cr濃度比原來的不銹鋼低，所以存在以下問題難以形成穩(wěn)定的鈍態(tài)被膜，不銹鋼的耐腐蝕性局部降低，隔板容易被腐蝕。本發(fā)明人等鑒于上述問題，目的在于提供一種在不銹鋼制的基材上形成了非晶碳膜的燃料電池用隔板和其制造方法，所述燃料電池用隔板即使在符合燃料電池的實際使用環(huán)境的條件下也顯示出優(yōu)異的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。解決課題的方法經(jīng)本發(fā)明人深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了，通過使專利文獻5所述的非晶碳膜在保持非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的情況下使石墨的(002)面在膜內(nèi)取向，可以成為導(dǎo)電性高的致密非晶碳膜。進而清楚了，通過在特定的成膜條件下在不銹鋼制的基材的表面上形成這種非晶碳膜，可以得到具有特征性截面結(jié)構(gòu)的燃料電池用隔板。于是，本發(fā)明人發(fā)展了該成果，從而完成了后面所述的各種發(fā)明。S卩、本發(fā)明的燃料電池用隔板，其特征在于，具備基材、取向性非晶碳膜、混合層和多個突起，其中，所述基材由不銹鋼制成，
所述取向性非晶碳膜在所述基材的至少與電極對向的表面上形成，以碳(C)作為主成分，含有3 20原子％的氮(N)以及大于0原子％且20原子％以下的氫⑶，在將該碳的總量設(shè)為100原子％吋，具有sp2雜化軌道的碳量為70原子％以上且小于100原子％，石墨的(002)面沿厚度方向取向，所述混合層在所述基材和所述取向性非晶碳膜的界面上生成，含有該兩者的構(gòu)成原子各ー種以上，所述多個突起從所述混合層向所述取向性非晶碳膜內(nèi)突出，平均長度為10 150nmo本發(fā)明的燃料電池用隔板所具有的取向性非晶碳膜，含有的C中的70原子％以上是具有sp2雜化軌道的碳(Csp2)。進而，石墨的(002)面沿厚度方向取向。即、取向性非晶碳膜呈環(huán)結(jié)構(gòu)沿著厚度方向連續(xù)鋪展、并且該環(huán)結(jié)構(gòu)以層狀重疊的結(jié)構(gòu)，所以主要在厚度方向上顯示高導(dǎo)電性。此外，由于取向性非晶碳膜含有N和H，所以即使取向也不會變成完全的結(jié)晶結(jié)構(gòu)(石墨結(jié)構(gòu))，而是采取不具有長距離有序性的非晶結(jié)構(gòu)。進而，由于取向性非晶碳膜是具有高取向性的致密的膜，所以膜密度高且硬。因此，本發(fā)明的燃料電池用隔板，不僅機械特性，而且在耐腐蝕性、耐藥品性、氧氣阻隔性等方面可靠性高。此外，本發(fā)明的燃料電池用隔板具備含有基材和取向性非晶碳膜的構(gòu)成原子的混合層和多個突起。通過混合層和突起的存在，基材和取向性非晶碳膜之間的附著性提高?；旌蠈?，是由于基材和取向性非晶碳膜之間的親和性優(yōu)異而產(chǎn)生的。特別是，推測混合層和取向性非晶碳膜之間的附著性是由于多個突起從混合層伸進取向性非晶碳膜內(nèi)，而產(chǎn)生的錨固效果帶來的。因此，即使從取向性非晶碳膜的缺損(針孔)浸入腐蝕液，非晶碳膜也難以剝離。由于混合層含有基材和取向性非晶碳膜的構(gòu)成原子，所以會擔心上述鉻(Cr)的減少造成基材的耐腐蝕性降低。但由于取向性非晶碳膜致密，所以即使Cr進入到混合層中形成化合物，耐腐蝕性的降低也被抑制。此外，由于含有氮的混合層具有使針孔附近的銨離子濃度上升、氯化物離子、氟化物離子等局部減少的效果，所以不容易引起孔蝕。此外，采用本發(fā)明的燃料電池用隔板的制造方法，容易形成具有上述混合層和多個突起的本發(fā)明的燃料電池用隔板。S卩、本發(fā)明的燃料電池用隔板的制造方法是通過直流等離子體CVD法制造上述燃料電池用隔板的方法，特征在干，將所述基材配置在反應(yīng)容器內(nèi)，向所述反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入反應(yīng)氣體，在1500V以上放電，在300 520°C的所述基材上成膜，所述反應(yīng)氣體含有化合物氣體和氮氣，所述化合物氣體是選自含有具有SP2雜化軌道的碳的碳環(huán)式化合物氣體、和含有具有SP2雜化軌道的碳和氮的含氮雜環(huán)式化合物氣體中的ー種以上。上述取向性非晶碳膜可以通過使用特定組合的反應(yīng)氣體、施加高電壓來進行的直流等離子體CVD法容易地形成。理由認為如下。通常，在電子撞擊到烴吋，C 一 H鍵被切斷而離子化。在使用甲烷等由Csp3構(gòu)成的氣體吋，即使C 一 H鍵被切斷，也容易保持4配位的立體形狀進入到膜中。因此認為，難以產(chǎn)生強取向，不能形成具有特定取向的非晶碳膜。另ー方面認為，在對苯、吡啶等那樣的具有環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物氣體施加1500V以上的高電壓時，在離子化之際在平面內(nèi)產(chǎn)生強極化作用，在平面內(nèi)生成正電荷和負電荷。推測強極化了的離子借助高負電壓向陰極側(cè)(基材側(cè))靠攏，保持環(huán)結(jié)構(gòu)而沉積。圖I是說明作為上述化合物氣體使用吡啶時的取向性非晶碳膜的形成機理的示意圖。在化合物氣體中，特別是吡啶，由于從初期開始N就帶負電荷，其余的C帶正電荷，所以在施加高電壓時，極化進ー步加大。因此推測在作為化合物氣體使用環(huán)結(jié)構(gòu)中含有N的化合物時，非晶碳膜更容易取向。進而通過將上述化合物氣體和氮
氣一起使用，化合物氣體所具有的C 一 H鍵的H被N置換。推測結(jié)果取向性非晶碳的氫含量降低，并且化合物氣體的極化被促迸。需說明的是，本說明書中“厚度方向”是指垂直基材表面的方向。也可以說是成膜中的碳等沉積的方向。此外，“沿厚度方向取向”，當然包括取向性非晶碳膜的石墨的(002)面平行其厚度方向，也包括從厚度方向稍微偏離的情形。由于根據(jù)成膜方法不同，有時會使基材相對裝置作相対性移動，所以(002)面的取向也有從與基材垂直的方向稍微偏離的情形。進而通過使基板溫度在特定的范圍，在不銹鋼制的基材的表面上形成取向性非晶碳膜，從而自發(fā)形成混合層和多個突起。即、本發(fā)明的燃料電池用隔板，混合層、多個突起和取向性非晶碳膜并不是經(jīng)各自的エ序而在基材的表面上形成的。僅通過在特定的成膜條件下在不銹鋼制的基材上形成取向性非晶碳膜這ーエ序，就再基材和取向性非晶碳膜的界面上生成混合層和多個突起。發(fā)明效果本發(fā)明的燃料電池用隔板即使在殘酷的腐蝕環(huán)境下使用，也顯示出優(yōu)異的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。該燃料電池用隔板可以通過本發(fā)明的燃料電池用隔板的制造方法輕松制造。


圖I是用于說明取向性非晶碳膜的形成機理的示意圖。圖2是非晶碳膜的13C NMR譜圖的一例。圖3是說明用于確認取向性非晶碳膜的取向性的面內(nèi)X射線衍射(散射)測定法的示意圖。圖4是本發(fā)明的燃料電池用隔板的結(jié)構(gòu)的示意截面圖。圖5是直流等離子體CVD成膜裝置的概略圖。圖6是說明在體積電阻率的測定中使用的試片的制作步驟的示意圖。圖7是用于測定導(dǎo)電部件和碳紙之間的接觸電阻的裝置結(jié)構(gòu)的示意截面8A是顯示取向性非晶碳膜的X射線衍射結(jié)果的圖，顯示的是使用面外衍射測定法得到的X射線衍射圖案。圖SB是顯示取向性非晶碳膜的X射線衍射結(jié)果的圖，顯示的是使用面內(nèi)衍射測定法得到的X射線衍射圖案。圖9是在腐蝕試驗中使用的測定裝置的示意截面圖。圖10是顯示用透射電鏡(TEM)觀察本發(fā)明的燃料電池用隔板的結(jié)果的頂替圖的照片圖11是顯示利用TEM觀察本發(fā)明的燃料電池用隔板的截面的結(jié)果的頂替圖的照片。圖12是圖11的低倍率的TEM照片。
圖13是示意性示出單電池的固體高分子型燃料電池的一例的截面圖。
具體實施例方式下文中將對本發(fā)明的燃料電池用隔板和實施其制造方法的最佳方式進行說明。需說明的是，只要沒有特殊說明，關(guān)于本說明書中記載的數(shù)值范圍“X y”，下限X和上限y也包含在該范圍內(nèi)。此外，可以將本說明書中記載的數(shù)值在該數(shù)值范圍內(nèi)任意組合，來構(gòu)成數(shù)值范圍。通常，具有非晶碳膜的燃料電池用隔板包含金屬制的基材和覆蓋基材的至少與電極對向的表面的非晶碳膜。燃料電池的隔板，通常具有與疊層在固體電解質(zhì)上的電極局部接觸的表面，在電極之間劃分形成氣體流路。非晶碳膜通過覆蓋在金屬制的基材的表面上，來發(fā)揮作為燃料電池用隔板所必要的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。下面具體說明的本發(fā)明的燃料電池用隔板可以適用于通常的燃料電池。需說明的是，通常的燃料電池具有由固體電解質(zhì)和從兩側(cè)夾持固體電解質(zhì)的ー對電極構(gòu)成的單電池。電極包含催化劑層和氣體擴散層，所述催化劑層以擔載金屬催化劑的碳粉末作為主成分，其在高分子電解質(zhì)膜的表面上形成，所述氣體擴散層位于該催化劑層的外面，其具有透氣性和導(dǎo)電性。在構(gòu)成催化劑層的碳粉末上擔載有鉬、鎳、鈀等催化劑。此外，作為氣體擴散層，通常使用采用碳纖維的織造布(碳布)、無紡布(碳紙)等。《燃料電池用隔板》本發(fā)明的燃料電池用隔板具備基材、取向性非晶碳膜、混合層和多個突起。下面對它們分別說明?！椿摹祷氖遣讳P鋼制的。如前面所說，不銹鋼是含有12質(zhì)量％以上鉻(Cr)的低碳的鐵基合金。即、基材主要含有鐵(Fe)和Cr。進而，還可以含有鎳(Ni)、鑰(Mo)、- (Cu)、硅(Si)等。如果是Cr 一 Ni系不銹鋼，還可以含有14 40質(zhì)量％的Cr、0. I 16質(zhì)量％的Ni。此外，對不銹鋼的組織沒有特別限定，只要選自馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼或雙相不銹鋼即可。依照JIS的規(guī)定，是SUS430、SUS447J1、SUS304、SUS303、SUS316、SUS316L、SUS440C等?；牡男螤钪灰凑杖剂想姵氐臉幼觼磉m宜地選擇即可?！慈∠蛐苑蔷寄ぁ等∠蛐苑蔷寄ぴ诨牡闹辽倥c電極對向的表面上形成。取向性非晶碳膜以碳(C)為主成分，含有3 20原子％的氮(N)、大于0原子％且為20原子％以下的氫⑶，且在將該碳的總量設(shè)為100原子％時，具有SP2雜化軌道的碳量(Csp2量)為70原子％以上且小于100原子％。本說明書中，作為Csp2、Csp3的定量法，采用在許多有機材料、無機材料等的構(gòu)造確定中定量性最高的核磁共振法(NMR)。Csp2量、Csp3量的測定使用作為固體NMR的、具有定量性的、進行魔角旋轉(zhuǎn)(Magic Angle Spinning)的高功率去f禹法(HD — MAS)。圖2示出了非晶碳膜的13C NMR譜圖的一例。如圖2所示，在130ppm附近、30ppm附近分別發(fā)現(xiàn)了歸因于Csp2、Csp3的峰。根據(jù)各峰和基線圍起來的部分的面積比，計算所有碳中的Csp2、Csp3的含有比例。以上述方式計算的取向性非晶碳膜的Csp2量為，在將總碳量設(shè)為100原子％時為70原子以上且小于100原子。在Csp2量為70原子以上時，Ti電子的尚域化被促進，顯示出高導(dǎo)電性。但在Csp2量為100原子％時，盡管具有導(dǎo)電性，但非晶碳變?yōu)榉勰?，難以得到取向性非晶碳膜。取向性非晶碳膜的Csp2量優(yōu)選為80原子％以上、更優(yōu)選90原子％以上、還優(yōu)選92原子％以上，進而優(yōu)選為94原子％以上，此外優(yōu)選為99. 5原子％以下，進 而優(yōu)選為99原子％以下。需說明的是，構(gòu)成取向性非晶碳膜的碳被認為是Csp2和Csp3這兩種。因此，取向性非晶碳膜的Csp3量，在將總碳量設(shè)為100原子％時，為30原子％以下(0原子％除外)。取向性非晶碳膜含有3 20原子％的氮(N)。通過后述的成膜方法生成的含有3原子％以上的氮的非晶碳膜，石墨的(002)面在厚度方向上取向。此外，氮原子在取向性非晶碳膜中發(fā)揮n型供體的作用，將被束縛在供體能級上的電子有效向傳導(dǎo)帶激發(fā)，所以取向性非晶碳膜的導(dǎo)電性進ー步變高。N含量優(yōu)選為5原子％以上、進而優(yōu)選為7原子％以上。但在N含量變多時，由于通過C = N鍵的形成,分子的終端化(molecular termination)被促進，所以要將N含量抑制在20原子％以下。取向性非晶碳膜的N含量優(yōu)選為11原子％以上，進而優(yōu)選為11. 5原子％以上，此外，優(yōu)選為17原子％以下、還優(yōu)選為15原子％以下，進而優(yōu)選為13. 5原子％以下。取向性非晶碳膜的氫⑶的含量為大于0原子％且為20原子％以下。通過降低H含量，抑制了 C 一 H鍵(0鍵)造成的分子的終端化，所以電子增加，顯示高導(dǎo)電性。因此，取向性非晶碳膜的H含量變得越少，則導(dǎo)電性的提高效果越高，所以H含量優(yōu)選為19原子％以下，更優(yōu)選為18原子％以下。此外，雖然H含量越少，導(dǎo)電性越高，但如果要加以規(guī)定，則可以為5原子％以上、8原子％以上、10原子％以上,還可以為12原子％以上。取向性非晶碳膜還可以含有硅。取向性非晶碳膜中，I原子％以下的硅(Si)對取向性非晶碳膜的取向性和導(dǎo)電性幾乎沒有影響，但隨著取向性非晶碳膜的密度提高，取向性非晶碳膜和基材之間的附著性提高。取向性非晶碳膜的Si含量優(yōu)選為0. 5原子％以上，更優(yōu)選為0. 75原子％以上,此外優(yōu)選小于I原子％。如上所述，取向性非晶碳膜含有氫、氮，井根據(jù)需要含有硅，其余是碳和不可避免的雜質(zhì)，優(yōu)選實質(zhì)上不含其它元素。但在將取向性非晶碳膜全體設(shè)為100原子％吋，還可以含有3原子％以下的氧(O)。由于如果使歸咎于在取向性非晶碳膜的形成時混入的氧氣等的氧的含量為3原子％以下，則可以抑制氧化硅等氧化物的形成，所以允許含有氧。0含量為優(yōu)選為2原子％以下，更優(yōu)選為I原子％以下。并且，取向性非晶碳膜中，石墨的(002)面沿厚度方向取向。石墨的(002)面沿著取向性非晶碳膜的厚度方向取向，這可以通過以下說明的X射線衍射測定來確認。下文中將對面內(nèi)衍射測定法予以說明。X射線衍射法，根據(jù)要測定的晶格面方向上的幾何學的配置，大致分為面外衍射測定(Out — of — Plane測定)和面內(nèi)衍射測定(In — Plane測定)這兩種測定方法。面外衍射測定法是入射角固定的2 0掃描，觀察的晶面是平行于試樣表面的結(jié)晶面。另ー方面，面內(nèi)衍射測定法是精密控制入射X射線，以幾乎平行試樣的表面的方式入射來進行的。使用圖3來說明，入射角a通常為0.5°以下，相對 于入射X射線能量12keV為0.1°以下。用于檢測面內(nèi)衍射X射線的檢測器并不是象測定面外衍射X射線的0 — 20法那樣相對于試樣的表面挺起，而是象匍匐在試樣的表面上那樣來測定衍射X射線的強度。S卩，在測定中，使相對于試樣表面的照射部的視線角a’固定。有助于面內(nèi)衍射的結(jié)晶面(衍射面)是垂直試樣表面的面。在石墨的(002)面沿著膜厚方向取向的情形，在面內(nèi)衍射的衍射譜圖中相當于
(002)面的峰明顯顯現(xiàn)。例如，20 =17°附近的峰比2 0 = 29°附近的峰顯得更強(參照圖SB)。2 0 = 17°附近的峰相當于石墨的(002)面，2 0 = 29°附近的峰相當于石墨的
(100)面。如果將取向性用數(shù)值更具體地示出，則可以使用取向指數(shù)。本說明書中，作為取向指數(shù)，使用以下說明的取向指數(shù)D、取向指數(shù)r和r’。D — (1(102,IlOO), (1002 ,エ100 )其中，ITO2、I■、しM’和I1:分別是對非晶碳膜進行X射線衍射測定得到的峰強度。Iqq2是來自(002)面的面內(nèi)衍射峰強度，I■是來自(001)面的面內(nèi)衍射峰強度，I002 是來自(002)面的面外衍射峰強度，I1:是來自(100)面的面外衍射峰強度。上述任一個強度都是在出現(xiàn)(002)面或(100)面的衍射峰的角度(2 0 )附近的最大強度。取向性非晶碳膜的取向指數(shù)D優(yōu)選為9以上、10以上、20以上、30以上、50以上，更優(yōu)選為500以上。對取向指數(shù)D的上限值沒有特殊規(guī)定，優(yōu)選為1000以下，更優(yōu)選為800以下。如果要精密規(guī)定取向指數(shù)，還可以使2H石墨(六方晶系石墨)的粉末X射線衍射模擬相對于從(002)面取向狀態(tài)、經(jīng)無取向狀態(tài)、直至(100)面取向狀態(tài)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行，求出衍射圖案(即峰強度)和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)兩者的關(guān)系計算出相對于上述I002/Ii00的取向指數(shù)r和相對于Itltl2 VI1。。’的取向指數(shù)r’。需說明的是，粉末X射線衍射模擬使用通常的全譜擬合(rietveld)解析軟件即可。此時，在結(jié)構(gòu)參數(shù)中，相當于取向指數(shù)的是選擇取向參數(shù)，無取向狀態(tài)時是I。在實施例的欄目中對取向指數(shù)的計算方法進行了具體說明，取向性非晶碳膜的取向指數(shù)r優(yōu)選為0.9 I. 6，進而優(yōu)選為I I. 5，取向指數(shù) 優(yōu)選為2以上、3. 5以上，進而優(yōu)選為4. 5以上。對取向指數(shù)r’的上限值沒有特別規(guī)定，優(yōu)選為10以下，更優(yōu)選為7以下。上述峰強度需要求出從X射線衍射譜圖除去背景后的值。背景的除去既可以使用市售的軟件，也可以使用實施例的欄目中具體說明的方法。需說明的是，取向性非晶碳膜是以碳作為主成分的非晶質(zhì)的碳膜。這是由于，在碳之外還含有規(guī)定量的氮和氫，造成結(jié)晶性降低。取向性非晶碳膜是非晶質(zhì)可以通過使取向性非晶碳膜為粉末狀，再進行X射線衍射測定來確認。通過X射線衍射測定，檢測不到表示結(jié)晶存在的尖銳的衍射峰，相當于石墨的(002)面的衍射峰是較寬的光圈圖案(halopattern)。此外,在對取向性非晶碳膜的全體進行電子束衍射時也同樣。
此時優(yōu)選由布拉格定律(bragg law)計算出的(002)面的平均面間隔為0. 34 0. 50nm。在(002)面的平均面間隔為0. 50nm以下時，面間隔變窄，由此使得面間的電子相互作用増大，同時導(dǎo)電性提高。需說明的是，石墨的(002)面的平均面間隔為0.34nm。需說明的是，本說明書中的“具有導(dǎo)電性”是指顯示出IO2Q -cm以下體積電阻率。本發(fā)明的非晶碳膜的導(dǎo)電性，沒有特別限定，但優(yōu)選體積電阻率為IO2Q-cm以下、5X 10 — 1Q cm以下、10 — 1Q cm以下,更優(yōu)選為10 —2 Q cm以下。但本說明書中，取向性非晶碳膜的體積電阻率是通過四探針法對膜表面測定得到的值。取向性非晶碳膜中，石墨的(002)面沿厚度方向取向。因此可以推測，在沿著取向性非晶碳膜的厚度方向流通電流測定時，電阻進ー步降低。例如，高取向熱解石墨(HOPG)的體積電阻率在層間方向上為約10 —1Q cm,在層方向上為約10 —3Q cm。需說明的是，本說明書中，取向性非晶碳膜的致密程度是用膜的密度評價的。密度 的測定使用通常進行的測定方法即可，具體的步驟將在實施例的欄目中進行具體說明。本發(fā)明的取向性非晶碳膜的密度為1.6g/cm3以上、1.8g/cm3以上，進ー步為2. Og/cm3以上。如果規(guī)定膜密度的上限，則優(yōu)選為3g/cm3以下，更優(yōu)選為2. 4g/cm3以下。此外，對取向性非晶碳膜的膜厚沒有特別限定，優(yōu)選為5nm以上、IOnm以上、50nm以上，更優(yōu)選為IOOnm以上。雖然膜厚較厚時在耐腐蝕性方面有利，但由于取向性非晶碳膜致密，所以越厚，則越會發(fā)生剝離、皸裂。因此，優(yōu)選膜厚為IOOOnm以下、750nm以下，進而優(yōu)選為600nm以下。需說明的是，取向性非晶碳膜的膜厚是從混合層的表面到取向性非晶碳膜的表面之間的膜厚，是對觀察取向性非晶碳膜的截面得到的顯微鏡照片測定多處位置得到的值的平均值?！椿旌蠈印祷旌蠈釉诨暮腿∠蛐苑蔷寄さ慕缑嬷猩伞Ｒ虼?，混合層含有基材和取向性非晶碳膜的構(gòu)成原子各ー種以上?；旌蠈舆€可以具有在基材的表層中至少擴散進C和N而成的擴散層。此外，混合層還可以含有化合物層，所述化合物層含有選自以下化合物中的至少ー種由選自基材的構(gòu)成原子中的ー種以上、和選自取向性非晶碳膜的構(gòu)成原子和氧中的ー種以上組合成的化合物。下文中使用圖4來對混合層進行說明。圖4是示意性示出本發(fā)明的燃料電池用隔板的局部的截面圖。需說明的是，圖4所示的燃料電池用隔板是本發(fā)明的一例，并不受該結(jié)構(gòu)限定。燃料電池用隔板40具備不銹鋼制的基材41和在基材41的表面形成的取向性非晶碳膜42?；旌蠈?3在基材41和取向性非晶碳膜42的界面生成，多個突起44(后述)從混合層43朝向取向性非晶碳膜42突出?；旌蠈?3是通過基材41的構(gòu)成原子向取向性非晶碳膜42側(cè)移動，取向性非晶碳膜42的構(gòu)成原子向基材41側(cè)移動，在基材中擴散，彼此結(jié)合，從而生成的。例如，由于取向性非晶碳膜42主要含有C和N，所以這些原子向基材41擴散形成擴散層431。此外，由于基材主要含有Fe和Cr，所以這些中的ー種以上原子與取向性非晶碳膜42的構(gòu)成原子和氧中的一種以上原子結(jié)合，形成化合物。這種混合層的生成在取向性非晶碳膜的成膜中發(fā)生。需說明的是，關(guān)于氧，由于在取向性非晶碳膜幾乎不含有，但在成膜氣氛中含有，所以氧有時會在成膜時進入膜中，形成氧化物。即，燃料電池用隔板的截面結(jié)構(gòu)是，構(gòu)成了基材(擴散層)/化合物層/突起/取向性非晶碳膜依次連續(xù)的疊層體。對混合層的厚度沒有特別限定。但在化合物層過度生成時，基材的Cr量降低，耐腐蝕性降低，所以該膜厚優(yōu)選為IOOOnm以下、500nm以下、200nm以下，更優(yōu)選為150nm以下。對化合物層的膜厚的下限沒有特別限定，但已經(jīng)明白了，在沒有形成化合物層時，突起(后述)難以成長。因此以0.5nm以上、2.5nm以上、進而為4nm以上為宜。此外，如果對擴散層的厚度(距離基材表面的擴散距離)加以規(guī)定，則為IOnm以上20iim以下、0. I 1011111，進而為0.5 411111為宜。化合物層和擴散層的厚度是對燃料電池用隔板的表面部進行截面觀察，從得到的顯微鏡照片中測定多處位置，從而得到的值的平均值。例如，如果是透射電鏡(TEM)，則可以在基材側(cè)確認襯度不同的2個層?；衔飳拥暮穸瓤梢匀菀椎貜腡EM照片判斷。擴散層的厚度只要是測定通過電子探針顯微分析法(EPMA)測定的碳濃度大于基材基體的碳濃度的范圍即可。即、基材的不銹鋼中含有的碳量為I原子％吋，EPMA測定的碳濃度大于I原子％的范圍為擴散層。
化合物層含有Fe和/或Cr、與C、N和0中的ー種以上組合而成的化合物中的至少ー種為宜。即、作為化合物中含有的化合物，可以列舉出鉻的碳化物、鐵的碳化物、鉻的碳氮化物、鐵的碳氮化物、鐵的氧化物等，化合物層含有這些中的ー種以上。但在不銹鋼中含有Ni等其它合金元素的情形、以及在取向性非晶碳膜中含有Si等其它添加元素的情形，有時在化合物層中含有具有這些元素的化合物。此外，擴散層，在基材的不銹鋼的基體中，C和N合計含有0. 01原子％以上、進而0. I原子％以上較好。如前所述，通常在不銹鋼中擴散進C吋，耐腐蝕性降低。但推測本發(fā)明的燃料電池用隔板，不是僅僅C，而是N與C 一起也擴散進不銹鋼中，由此抑制了耐腐蝕性的降低。雖然該機理尚不明確，但推測這是由干，即使在取向性非晶碳膜的針孔中侵入了腐蝕液，但針孔(pin hole)附近的銨離子濃度提高，成為孔蝕原因的氯化物離子、氟化物離子等局部性減少的緣故。因此即使在不銹鋼制的基材的表面上直接形成取向性非晶碳膜，基材的耐腐蝕性仍然保持較高?；衔飳雍蛿U散中含有的元素可以通過例如電子探針顯微分析法(EPMA)、X射線光電子能譜法(XPS)、俄歇電子能譜法(AES)、盧瑟福背散射法(RBS)、能量色散型X射線光譜法(EDX)確認。前述的取向性非晶碳膜的組成也同樣。此外，化合物的確定可以通過X射線衍射、電子束衍射等來進行?！炊鄠€突起〉多個突起從混合層突出到取向性非晶碳膜內(nèi)。雖然這些突起的成長機理尚不明確，但推測基材構(gòu)成原子從比較容易擴散的位置優(yōu)選侵入到取向性非晶碳膜中結(jié)合。這是由于，取向性非晶碳膜沿厚度方向取向，進而是非晶質(zhì)的，所以構(gòu)成原子之間的間隔不固定。由于多個突起從混合層突出，所以可以認為多個突起具有與混合層(或化合物層)同樣的組成。多個突起，其平均長度為10 150nm。在平均長度小于IOnm時，取向性非晶碳膜容易剝離。突起長，從附著性的觀點來看優(yōu)選，但在突起變長時，有化合物層變厚的傾向。因此，在突起的平均長度大于150nm時，化合物層也變?yōu)楹衲?，基材的Cr減少，耐腐蝕性大大降低。突起的優(yōu)選平均長度為15 70nm，進而為20 55nm。但可以預(yù)測在突起突到取向性非晶碳膜的表面附近，或者進而向取向性非晶碳膜外突出時，容易從突起開始進行腐蝕。因此，還可以將突起的長度相對于取向性非晶碳膜的厚度加以規(guī)定。取向性非晶碳膜的厚度(T)相對于多個所述突起的平均長度(L)的比(T/L)為I 30、I. 5 20、2 17、進而為5. 5 11為宜。此外，對I個突起的寬度沒有特別限定，但平均寬度為5 30nm、進而為10 25nm為宜。需說明的是，突起的平均長度和平均寬度是根據(jù)觀察燃料電池用隔板的截面得到的顯微鏡照片，測定多處位置得到的值的平均值。以上說明的本發(fā)明的燃料電池用隔板，可以通過以下說明的燃料電池用隔板的制造方法，僅用在基材上形成取向性非晶碳膜這ーエ序，就容易地制作出。《燃料電池用隔板的制造方法》以上說明的本發(fā)明的燃料電池用隔板可以通過直流等離子體CVD法制作。通過在取向性非晶碳膜的形成中采用直流方式，可以形成取向性 高的非晶碳膜。此外，如果是直流等離子體CVD法，則具有以下優(yōu)點可以提高反應(yīng)氣體濃度，即使成膜壓カ為IOOPa以上，也可以得到穩(wěn)定放電。在通過直流等離子體CVD法制作本發(fā)明的燃料電池用隔板時，首先將基材配置在真空容器內(nèi)，導(dǎo)入反應(yīng)氣體(根據(jù)需要采用的載氣)。接下來，通過放電生成等離子體，使等離子體化的碳等沉積在基材上即可。但為了形成如上述取向性非晶碳膜那樣的、總碳中存在的Csp2的比例較多、具有特定取向的非晶碳膜，需要選擇使用后面詳細說明的特定的反應(yīng)氣體。此外，為了在基材和取向性非晶碳膜的界面生成混合層和多個突起，需要在特定的放電電壓和成膜溫度下形成取向性非晶碳膜。即、本發(fā)明的燃料電池用隔板的制造方法，是將基材配置在反應(yīng)容器內(nèi)，向該反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入特定的反應(yīng)氣體，使該反應(yīng)氣體以特定的放電電壓放電，從而在特定溫度的基材上形成取向性非晶碳膜。本發(fā)明的燃料電池用隔板的制造方法，在取向性非晶碳膜的成膜中生成前面所說的混合層和多個突起。因此，不需要對基材進行氮化處理等前處理。但從進一步提高取向性非晶碳膜和基材之間的附著性的觀點來看，也可以預(yù)先對基材的表面通過離子沖擊法實施凹凸形成處理。具體地說，首先，將基材設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)，使反應(yīng)容器內(nèi)的氣體排出，變?yōu)橐?guī)定的氣壓。接下來，向反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為凹凸形成用氣體的稀有氣體。接下來，利用輝光放電或離子束進行離子沖擊，在基材的表面上形成凹凸。反應(yīng)氣體使用含有以下詳述的化合物氣體和氮氣的反應(yīng)氣體。氮氣使用市售的高純度氮氣、高品質(zhì)氮氣等(例如純度99%以上)為宜。化合物氣體使用選自含具有sp2雜化軌道的碳的碳環(huán)式化合物氣體、和含具有SP2雜化軌道的碳和氮的含氮雜環(huán)式化合物氣體中的ー種以上。需說明的是“碳環(huán)式化合物”是指形成環(huán)的原子全都是碳原子的環(huán)式化合物。此外，與此相対，“雜環(huán)式化合物”是指由2種或更多種的原子構(gòu)成環(huán)的環(huán)式化合物。作為含有Csp2的碳環(huán)式化合物、換而言之、作為具有碳ー碳雙鍵的碳環(huán)式化合物，可以列舉出苯、甲苯、ニ甲苯和萘等的芳香族烴化合物、以及環(huán)己烯等。此外，還可以使用同時含有Csp2和氮的碳環(huán)式化合物，可以列舉出苯胺、偶氮苯等含N的芳香族化合物。作為雜環(huán)式化合物，可以列舉出例如，由碳和氮形成環(huán)的吡啶、批嗪、吡咯、咪唑和吡唑等的含氮雜環(huán)式化合物。根據(jù)取向性非晶碳膜的膜組成，可以將這些碳環(huán)式化合物氣體和雜環(huán)式化合物氣體中的任一種單獨使用，或?qū)煞N以上混合使用。特別是，從取向性的觀點來看，優(yōu)選使用吡啶作為化合物氣體。在形成含有硅的取向性非晶碳膜的情形，作為化合物氣體，也可以使用含有Csp2和Si的苯基硅烷、苯基甲基硅烷等的碳環(huán)式化合物氣體、含有Csp2和Si的含硅雜環(huán)式化合物氣體。此外，反應(yīng)氣體也可以含有飽和有機硅化合物氣體。具體地說，可以列舉出Si (CH3)4(TMS), Si (CH3) 3H、Si (CH3) 2H2、Si (CH3)H3, SiH4, SiCl4, SiH2F4 等。特別是 TMS，由于在空氣中化學性穩(wěn)定，操作容易，所以優(yōu)選。反應(yīng)氣體，只要將上述化合物氣體和氮氣一起使用即可，對它們的流量比沒有特別限定。但通過使氮氣的流量為化合物氣體的流量以上，容易以得到高取向性的、氮含量高的取向性非晶碳膜。此外，還可以與反應(yīng)氣體一起導(dǎo)入載氣。在使用載氣的情形，由反應(yīng)氣體和載氣形成了薄膜形成氣氛。作為載氣使用氬氣、氦氣等較好。需說明的是，在以往的非晶碳膜的成膜時，有時使用氫氣作為載氣。但在要形成氫含量為20原子％以下的取向性非晶碳膜的情形，在不使用氫氣的情況下進行成膜較好。載氣的流量為反應(yīng)氣體的流量以下較好。如果對反應(yīng)氣體和載氣的優(yōu)選流量進行具體規(guī)定，則優(yōu)選載氣為0 1200sCCm(標準cc/分鐘)、反應(yīng)氣體為I 2500sccm(化合物氣體1 1500sccm、氣氣1 1600sccm)。薄膜形成氣氛的壓カ為0. IPa以上1300Pa以下較好。優(yōu)選IPa以上500Pa以下，更優(yōu)選為3Pa以上IOOPa以下。如果提高成膜壓力，則反應(yīng)氣體的濃度變高。所以成膜速度變大，可以以實用的速度形成厚膜。此外，通過使放電時的電壓(放電電壓)為1500V以上，可以形成高取向的取向性非晶碳膜。優(yōu)選放電電壓為1750V以上、進而優(yōu)選為1900V以上。放電電壓越高，則取向性越高，可更有效形成致密的膜，但在大于IOkV吋，基材的溫度大大提高，突起過度成長，所以耐腐蝕性可能會降低。但如果進行使基材冷卻等操作，來抑制基材的溫度上升，也可以抑制耐腐蝕性降低。通過使取向性非晶碳膜的成膜時的基材的表面溫度(成膜溫度)為300°C以上，可以在成膜時在基材的表層中生成混合層和突起。在成膜溫度小于300°C時，突起不能充分成長，取向性非晶碳膜變得容易剝離。優(yōu)選的成膜溫度為350°C以上、375°C以上、更優(yōu)選為390°C以上。成膜溫度越高，則取向性非晶碳膜中含有的氫的含量越低，導(dǎo)電性提高，但在成膜溫度大于520°C時，突起過度成長，所以耐腐蝕性降低。在突起過度成長的情形，化合物層也厚厚地成長，這成為不銹鋼的Cr量降低的原因。優(yōu)選的成膜溫度為500°C以下、490°C以下、更優(yōu)選為440°C以下。需說明的是，成膜溫度，只要使用熱電偶、紅外線輻射溫度計等來測定成膜時基材的表面溫度即可。此外，成膜時間與取向性非晶碳膜的膜厚和突起的成長程度相關(guān)。突起的成長程度還與混合層的厚度有夫。所以成膜時間為10秒以上I小時以下、30秒 30分鐘、進而為I 5分鐘較好。如果在該范圍，在300 520°C的成膜溫度下可形成適合燃料電池用隔板的膜厚的取向性非晶碳膜和混合層、合適長度的多個突起。但成膜溫度越高，混合層和突起越容易成長。因此，通過以以下方式控制成膜時間，可以抑制突起和化合物層的過度成長、保持燃料電池用隔板的耐腐蝕性在成膜溫度為300 350°C時為3小時以下、進而為I小時以下，在成膜溫度大于350°C且為400°C以下時為2小時以下、進而為30分鐘以下，在成膜溫度大于400°C且為520°C以下時為I小時以下、進而為15分鐘以下。
以上、對本發(fā)明的燃料電池用隔板和其制造方法的實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不受上述實施方式限定。例如，關(guān)于本發(fā)明的燃料電池用隔板中的取向性非晶質(zhì)硬質(zhì)碳膜的形態(tài)、被覆位置、和隔板的形狀等可以適宜地采用。實施例
下文中將列舉本發(fā)明的燃料電池用隔板和其制造方法的實施例來對本發(fā)明進行具體說明。首先，作為參考例，具體示出取向性非晶碳膜的特性?！秴⒖祭∠蛐苑蔷寄さ脑u價》使用圖5來說明在取向性非晶碳膜的形成時使用的直流等離子體CVD成膜裝置(簡寫成“PCVD成膜裝置”)和取向性非晶碳膜的成膜步驟?！睵CVD成膜裝置〕如圖5所示，PCVD成膜裝置9具備具有圓筒形主體部的不銹鋼制的箱室90、基座91、氣體導(dǎo)入管92和氣體導(dǎo)出管93、高電壓電源裝置99。氣體導(dǎo)入管92介由閥(圖中省略)與各種氣泵(圖中省略)連接。氣體導(dǎo)出管93介由閥(圖中省略)與旋轉(zhuǎn)泵(圖中省略)和擴散泵(圖中省略)連接。在箱室90內(nèi)配置了用于保持基材100的基座91和圓筒形狀的陽極板94?；?91設(shè)置在箱室90的中央部。陽極板94沿著箱室90的內(nèi)壁與箱室90同軸配置?；?1和陽極板94都是不銹鋼制，它們分別與高電壓電源裝置99連接。(參考例I)使用上述PCVD成膜裝置在基材(冷軋鋼板SPCC)的表面形成取向性的非晶碳膜，制作出試樣# Rlo首先，將基材(50mmX80mmX厚度I. 5mm)配置在基座91上。接下來，將箱室90密閉，通過與氣體導(dǎo)出管93連接的旋轉(zhuǎn)泵和擴散泵使箱室90內(nèi)的氣體排出。排氣到約1X10 —3Pa,然后從氣體導(dǎo)入管92導(dǎo)入120sccm氬氣，使氣壓為llPa。在基座91(陰極)和陽極板94之間施加200V的直流電壓，就開始放電。借助伴隨放電的離子沖擊，使基材表面的溫度升溫到規(guī)定的溫度。需說明的是，基材的表面溫度的測定是利用紅外輻射溫度計進行的。接下來，從氣體導(dǎo)入管92導(dǎo)入氬氣、以及作為反應(yīng)氣體的10. 7sccm的吡啶氣體和120sccm的氮氣。此時的氣壓為llPa。在基座91 (陰極)和陽極板94之間施加3000V的直流電壓(電流0. 4A)，在基座91和基材的周圍就開始放電95。此時基材的表面溫度為400。。。在放電開始過了規(guī)定時間后，停止放電。根據(jù)膜厚來控制成膜時間。這樣就得到了在基材的表面上具有厚度I y m左右的非晶碳I旲的試梓# Rlo(參考例2)使導(dǎo)入反應(yīng)氣體后的直流電壓為2000V(電流0. 35A)，除此以外，與參考例I同樣來制作試樣# R2。需說明的是，成膜中的基材的表面溫度為350°C。(參考例3)作為反應(yīng)氣體，使用吡啶氣體和氮氣以及四甲基硅烷(TMS)，并使導(dǎo)入反應(yīng)氣體后的直流電壓為3000V(電流0. 35A)，除此以外，與參考例I同樣來制作試樣# R3。需說明的是，成膜中的基材的表面溫度為400°C。(參考例4)使導(dǎo)入反應(yīng)氣體后的直流電壓為1000V(電流0. 2A)，除此以外，與參考例I同樣來制作試樣# R4。需說明的是，成膜中的基材的表面溫度為280°C。(參考例5)
使用上述PCVD成膜裝置在基材(冷軋鋼板SPCC)的表面形成取向性的非晶碳膜，制作出導(dǎo)電性部件# 04。首先，將基材(50mmX80mmX厚度1.5mm)放置在基座91上。接下來，使箱室90密閉，借助與氣體導(dǎo)出管93連接的旋轉(zhuǎn)泵和擴散泵使箱室90內(nèi)的氣體排出。排氣到約1X10 —3Pa,然后從氣體導(dǎo)入管92導(dǎo)入120sccm氬氣，使氣壓為llPa。在基座91 (陰極)和陽極板94之間施加200V的直流電壓，就開始放電。借助伴隨放電的離子沖擊，使基材表面的溫度升溫到規(guī)定的溫度。需說明的是，基材的表面溫度的測定是使用紅外線放射溫度計進行的。接下來，停止氬氣的流入，從氣體導(dǎo)入管92導(dǎo)入作為反應(yīng)氣體的35sccm的吡啶氣體和60sccm的氮氣。此時的氣壓為llPa。在基座91 (陰極)和陽極板94之間施加3000V的直流電壓(電流0. 4A)，就在基座91和基材的周圍開始放電95。此時基材的表面溫度為 560 0C o
在放電開始過了規(guī)定時間后，停止放電。成膜時間根據(jù)膜厚來控制。這樣就得到了在基材的表面上具有厚度I Pm左右的非晶碳膜的導(dǎo)電性部件# R5。
權(quán)利要求
1.ー種燃料電池用隔板，其特征在于，具備基材、取向性非晶碳膜、混合層和多個突起，其中， 所述基材由不銹鋼制成， 所述取向性非晶碳膜在所述基材的至少與電極對向的表面上形成，以碳(C)作為主成分，含有3 20原子％的氮(N)以及大于0原子％且20原子％以下的氫⑶，在將該碳的總量設(shè)為100原子％吋，具有Sp2雜化軌道的碳量為70原子％以上且小于100原子％，石墨的(002)面沿厚度方向取向， 所述混合層在所述基材和所述取向性非晶碳膜的界面上生成，含有該兩者的構(gòu)成原子各ー種以上， 所述多個突起從所述混合層向所述取向性非晶碳膜內(nèi)突出，平均長度為10 150nm。
2.如權(quán)利要求I所述的燃料電池用隔板，所述混合層具有至少碳(C)和氮(N)向所述基材的表層擴散而成的擴散層。
3.如權(quán)利要求I或2所述的燃料電池用隔板，混合層具有化合物層，所述化合物層含有選自以下化合物中的至少ー種由選自所述基材的構(gòu)成原子中的ー種以上與、選自所述取向性非晶碳膜的構(gòu)成原子和氧中的ー種以上組合而成的化合物。
4.如權(quán)利要求I 3的任一項所述的燃料電池用隔板，所述取向性非晶碳膜的厚度(T)相對于多個所述突起的平均長度(L)的比(T/L)為I 30。
5.如權(quán)利要求I 4的任一項所述的燃料電池用隔板，所述基材由鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼或雙相不銹鋼制成。
6.ー種燃料電池，其特征在于，含有權(quán)利要求I 5的任一項所述的燃料電池用隔板。
7.ー種燃料電池用隔板的制造方法，是通過直流等離子體CVD法來制造權(quán)利要求I 5的任一項所述的燃料電池用隔板的方法，該制造方法的特征在干， 將所述基材配置在反應(yīng)容器內(nèi)，向所述反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入反應(yīng)氣體，在1500V以上放電，在300 520°C的所述基材上成膜，所述反應(yīng)氣體含有化合物氣體和氮氣，所述化合物氣體是選自含有具有SP2雜化軌道的碳的碳環(huán)式化合物氣體、和含有具有SP2雜化軌道的碳和氮的含氮雜環(huán)式化合物氣體中的ー種以上。
全文摘要
燃料電池用隔板具備不銹鋼制基材、取向性非晶碳膜、混合層和多個突起，其中，所述取向性非晶碳膜在該基材的至少與電極對向的表面上形成，以C為主成分，含有3～20原子％的N、大于0原子％且為20原子％以下的H，且在將該C的總量設(shè)為100原子%時，具有sp2雜化軌道的碳Csp2為70原子％以上且小于100原子％，石墨的(002)面沿厚度方向取向，所述混合層在所述基材和所述取向性非晶碳膜的界面上生成，含有該兩者的構(gòu)成原子各一種以上，所述多個突起從所述混合層突出到所述取向性非晶碳膜內(nèi)，平均長度為10～150nm。
文檔編號H01M8/02GK102668208SQ20108005903
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者上田直樹, 中西和之, 久野裕彥, 伊關(guān)崇, 小泉雅史, 小澤康弘, 山田由香, 藤澤克利, 長谷川元 申請人:豐田自動車株式會社