CN112609152B - 用于双极板表面碳材料复合沉积的连续型设备及应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备及应用方法，从左至右依次包括：清洗室、等离子渗碳室、离子轰击室、涂层沉积室和出片过渡室；等离子渗碳室的进口阀门和出口阀门对角设置，内设两条平行的进口传动装置和出口传动装置；3条同步横向传动装置分别与进口传动装置和出口传动装置互相垂直，且将它们分隔成四段；在清洗室、离子轰击室、涂层沉积室以及出片过渡室设有进口阀门、出口阀门和一条极板传动装置；各腔室依次水平对接，将两个相邻腔室互相连接起来；样品架在极板传动装置上，从左至右依次穿过各个腔室，完成涂层的制备。本发明可以在双极板表面连续化沉积碳涂层，提高了涂层和基底之间的结合性能和致密性。

Description

用于双极板表面碳材料复合沉积的连续型设备及应用方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种用于双极板表面碳材料复合沉积的连续型设备及应用方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）采用氢气为燃料进行发电，并且产物为水无污染，对环境十分友好，目前已取得广泛的应用并得到重点关注，其应用范围已经包括汽车，无人机、固定电站等。双极板是PEMFC系统中的重要组件之一，占据了电堆重量的80%以及电堆成本的45%，并且承担着以下功能：（1）分隔氧化剂和还原剂；（2）收集电流并且承担电池系统的散热；（3）为反应气体的流入和水的流出提供通道；（4）支撑膜电极。金属极板具有优异的导电导热性以及良好的机械性能已作为燃料电池极板材料的首选。在燃料电池典型的工作环境中，温度60～90℃，溶液为弱酸性pH=2～3，并且存在0.6～0.95V大小的电位作用在极板上，尤其是在燃料电池的启停工况条件下由于燃料供给不足会产生瞬时的高电位，未经改性的金属极板会发生严重的腐蚀和溶解，析出的金属离子会造成催化剂中毒，造成其活性下降，同时在金属表面会形成致密的钝化层，从而提高了表面的接触电阻，降低燃料电池电堆的输出性能，因此必须对金属极板进行表面改性。
通过物理气相沉积，化学气相沉积以及离子镀等制备的碳基涂层——石墨、类石墨碳、类金刚石碳、富勒烯碳等已被大量学者研究证实能够极大地提高基材的导电性以及耐蚀性，并且其制备工艺简单，成本可控。但是在燃料电池实际工况长时间测试条件下，这些碳基涂层仍然面临着涂层氧化以及涂层剥落两大问题。金属极板所用材料一般为不锈钢，钛合金或者铝合金，如果直接在极板表面沉积碳基涂层，涂层与基体之间的结合能较低而无法实现很好的结合，造成涂层的脱落，因此一般在基体和涂层之间沉积一层或多层金属过渡层来提高两者之间的结合性能，但是经过燃料电池工况长时间测试腐蚀溶液还是会渗透到基材，造成涂层脱落，同时过渡层金属的氧化会加剧涂层的失效。
在金属表面进行渗碳能够改善金属表层及其亚表层的结构和性能，例如专利CN105603359 A中提出一种在不锈钢表面进行辉光离子渗碳的方法来改善不锈钢的表面硬度及其耐蚀性，虽然和基材具有很好的结合性能，但是这种方法难以改善基体表面的导电性，并且会在渗碳层表面形成大量的碳黑削弱性能。专利CN 105420663 A公开了一种间歇性的碳氮复合渗的表面处理方法改善钛合金的性能，但是其复合渗温度高达1000℃，对于极薄的金属双极板来说会产生极大变形。而且目前的真空渗碳装置大部分都是在真空气淬炉上进行改进难以适应连续化的生产，因此本发明旨在设计一种用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，连续化生产具有优异结合性能以及导电耐蚀性的碳基涂层。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于双极板表面碳材料复合沉积的连续型设备及应用方法，以克服现有技术存在的碳涂层连续生产困难，避免传统碳涂层中金属过渡层的氧化和脱落的问题。
本发明的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，包括5个真空腔室，从左至右依次为：清洗室、等离子渗碳室、离子轰击室、涂层沉积室以及出片过渡室；
所述等离子渗碳室的渗碳进口阀门设于该腔室外的一角，而渗碳出口阀门设于与所述渗碳进口阀门呈对角线的另一角处；在所述等离子渗碳室内，从所述渗碳进口阀门开始向内设一条与其垂直的进口传动装置，从所述渗碳出口阀门开始向内设一条与所述进口传动装置互相平行的出口传动装置；3条同步横向传动装置分别与所述进口传动装置和所述出口传动装置互相垂直，且将所述进口传动装置和所述出口传动装置分别分隔成相对应的四段；
在所述清洗室、所述离子轰击室、所述涂层沉积室以及所述出片过渡室各自的进口处设有进口阀门，出口处设有出口阀门，腔室内设有一条从其进口阀门延伸至其出口阀门的极板传动装置；
所述等离子渗碳室的所述渗碳进口阀门与所述清洗室的出口阀门水平对接，所述渗碳出口阀门与所述离子轰击室的进口阀门水平对接；所述离子轰击室、所述涂层沉积室和所述出片过渡室依次按前一个腔室的出口阀门与后一个腔室的进口阀门水平对接，将两个相邻腔室互相连接起来；
带着双极板试件的样品架被输送到所述清洗室的所述极板传动装置上，从左至右依次穿过各个所述清洗室、等离子渗碳室、离子轰击室、涂层沉积室以及出片过渡室，完成涂层的制备。
本发明所述的用于双极板表面碳材料复合沉积的连续型设备的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）带着双极板试件的所述样品架被传送到所述清洗室，进行表面清洗和加热；
（2）将所述样品架传送到所述等离子体渗碳室内的进口传动装置上；此时所述等离子体渗碳室内停止抽真空，并充入碳源气体，当气压达到设定的渗碳气压时，停止通入碳源气体，开始对双极板试件进行渗碳；
（3）渗碳结束后，所述等离子体渗碳室内开始抽真空，使双极板试件的表面碳成分扩散；与此同时，所述样品架被所述同步横向传动装置横移一个位置；
（4）开启所述渗碳进口阀门，下一个所述样品架被送到所述进口传动装置上，重复步骤（2）～（3），进行反复的渗碳和扩散过程；最先进入所述等离子体渗碳室的样品架被传送到所述出口传动装置上，并从所述渗碳出口阀门传送到所述离子轰击室；
（5）所述离子轰击室内通过离子轰击除去双极板试件表面上多余的碳黑成分；
（6）将所述样品架传送到所述涂层沉积室内，通入碳源气体，在双极板试件的表面进行碳涂层或金属碳化物涂层的沉积；再将所述样品架传送到所述出片过渡室进行冷却，出料即完成了双极板表面碳材料的复合沉积。
进一步地，所述清洗室的清洗方式包括射频自偏压清洗、脉冲偏压清洗以及在腔体两侧对称布置的离子源清洗；在所述清洗的过程中通入氩气和/或氢气对极板表面进行刻蚀处理，腔室气压为0.01～10Pa，加热温度为100～200℃。
进一步地，在所述步骤（2）中渗碳的方式为一次渗碳或者脉冲渗碳，渗碳气压为1～1000Pa，室内温度为200～800℃，渗碳时间1～10min；所述碳源气体为甲烷、乙烯、乙炔等碳原子数不大于3的碳氢类气体。
进一步地，所述等离子体渗碳室内的样品架数量为1～20个，相邻两个样品架之间的距离为5～10cm。
进一步地，在所述步骤（5）中离子轰击的离子源电压1000～3000V，轰击时间1～3min。
进一步地，在所述步骤（6）中沉积的方法包括磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、电子束沉积或等同功能的其它方法。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：本发明将等离子体渗碳和涂层复合沉积相结合，不仅有效地改善了金属极板表面的导电耐蚀性，并且提高了涂层与基体之间的结合性能；采用等离子体渗碳方式避免金属过渡层沉积带来的涂层氧化问题造成涂层脱落，并采用脉冲式渗碳扩散和离子轰击方法减少极板表面的碳黑成分；可以完成极板表面渗碳和涂层沉积的连续化运行，缩短了涂层制备的时间，降低成本。
附图说明
图1为本发明的连续型设备的整体结构示意图；
图2为等离子体渗碳室的内部结构俯视示意图；
图3为清洗室的内部结构俯视示意图；
图4为离子轰击室的内部结构俯视示意图；
图5为涂层沉积室的内部结构俯视示意图；
图6为出片过渡室的内部结构俯视示意图；
图7为第一个样品架即将进入等离子体渗碳室的传动示意图；
图8为第二个样品架即将进入等离子体渗碳室的传动示意图；
图9为等离子体渗碳室内的装满样品架时的示意图；
图10为样品架离开等离子体渗碳室的传动示意图；
图中标记说明：1-清洗室，2-等离子体渗碳室，3-离子轰击室，4-涂层沉积室，5-出片过渡室，6-样品架，7-极板传动装置；8-进口阀门，9-出口阀门，10-进样传动装置；11-清洗装置，12-清洗加热器，13-清洗气管；20-光电传感器，21-渗碳进口阀门，22-渗碳出口阀门，23-进口传动装置，24-出口传动装置，25-同步横向传动装置，26-碳源气管，27-渗碳加热装置，28-金属平板电极；31-离子源，32-轰击加热装置，41-涂层沉积设备，50-出样传动装置，51-铜板，52-冷却气管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1至2所示，本发明的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，包括5个真空腔室，从左至右依次为：清洗室1、等离子渗碳室2、离子轰击室3、涂层沉积室4以及出片过渡室5；
所述等离子渗碳室2的渗碳进口阀门21设于该腔室外的一角，而渗碳出口阀门22设于与所述渗碳进口阀门21呈对角线的另一角处；在所述等离子渗碳室2内，从所述渗碳进口阀门21开始向内设一条与其垂直的进口传动装置23，从所述渗碳出口阀门22开始向内设一条与所述进口传动装置23互相平行的出口传动装置24；3条同步横向传动装置25分别与所述进口传动装置23和所述出口传动装置24互相垂直，且将所述进口传动装置23和所述出口传动装置24分别分隔成相对应的四段；
在所述清洗室1、所述离子轰击室3、所述涂层沉积室4以及所述出片过渡室5各自的进口处设有进口阀门8，出口处设有出口阀门9，腔室内设有一条从其进口阀门8延伸至其出口阀门9的极板传动装置7；
所述等离子渗碳室2的所述渗碳进口阀门21与所述清洗室1的出口阀门水平对接，所述渗碳出口阀门22与所述离子轰击室3的进口阀门水平对接；所述离子轰击室3、所述涂层沉积室4和所述出片过渡室5依次按前一个腔室的出口阀门与后一个腔室的进口阀门水平对接，将两个相邻腔室互相连接起来；
带着双极板试件的样品架6被输送到所述清洗室1的所述极板传动装置7上，从左至右依次穿过各个所述清洗室1、等离子渗碳室2、离子轰击室3、涂层沉积室4以及出片过渡室5，完成涂层的制备。
进一步地，如图1所示，在所述清洗室1的进口阀门之外设有进样传动装置10，在所述出片过渡室5的出口阀门之外设有出样传动装置50。
进一步地，如图2所示，所述等离子渗碳室2中，在与所述进口传动装置23互相平行的两侧壁面上分别设有金属平板电极28，在与所述同步横向传动装置25互相平行的两侧壁面上设有间隔排布的碳源气管26和渗碳加热装置27；所述金属平板电极28与外部的射频电源或者脉冲电源相连，用于向所述等离子渗碳室2提供能量，提高等离子体密度，进行双极板的表面渗碳。
进一步地，所述碳源气管26与外部碳源气体相连，并且在所述碳源气管26上开有大小不一的气孔，距离抽气口越远的气孔尺寸越大，以保证腔室内气体的均匀性。
进一步地，如图2所示，所述等离子渗碳室2中，在2条相邻的所述同步横向传动装置25之间，设有至少一个均匀排列的光电传感器20，用于为在所述同步横向传动装置25上移动的所述样品架6指示步进量和定位。
进一步地，如图3所示，所述清洗室1中，与所述极板传动装置7平行的两侧壁面中央分别设有对称的清洗装置11，在所述清洗装置11的两侧分别设有清洗加热器12，用于双极板的清洗和加热；在所述清洗加热器12与所述清洗装置11之间，还分别设有清洗气管13，所述清洗气管13与外部的清洗气体储罐相连接。
进一步地，如图4所示，所述离子轰击室3中，与所述极板传动装置7平行的两侧壁面上分别设有若干个对称分布的离子源31，对极板表面结合不牢靠的碳进行刻蚀处理，提高极板表面的粗糙度；在所述离子源31两侧分别设有轰击加热装置32。
进一步地，如图5所示，所述涂层沉积室4中，所述极板传动装置7的两侧分别设有与其平行且两两相对的涂层沉积设备41，用于在极板表面沉积碳涂层或者金属碳化物涂层；当采用所述磁控溅射的沉积方法时，每侧的所述涂层沉积设备41为1～4个阴极靶材，每对对称的阴极靶材的间距为2～20cm，每个所述阴极靶材上安装金属碳化物靶或者纯石墨靶；当采用所述等离子体增强化学气相的沉积方法时，每侧的所述涂层沉积设备41为至少一个金属网状或板状电极，施加500～5000V高压对碳源气体进行离化沉积；当采用所述电子束的沉积方法时，每侧的所述涂层沉积设备41为1～4个金属碳化物靶或者石墨靶，在靶材两侧装有电子束灯丝，所述电子束灯丝的放电电流为2～50A。
进一步地，如图6所示，所述出片过渡室5中，所述极板传动装置7的两侧分别设有铜板51，用于加速极板样品的冷却；所述铜板51的两侧带有冷却气管52，可通入氩气或者氮气用于极板成品的冷却。
进一步地，所述清洗室1、所述等离子渗碳室2、所述离子轰击室3、所述涂层沉积室4以及所述出片过渡室5内，还分别配有独立的真空系统、电源系统以及气路系统。
实施例1
实施例1是在本发明所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备上进行碳涂层的沉积，并对其耐蚀性能以及导电性能进行评估，采用等离子体渗碳及磁控溅射方法沉积碳涂层，所述的沉积步骤如下：
（1）带着双极板试件的所述样品架6被传送到所述清洗室1，采用射频自偏压清洗方式对双极板试件的表面进行清洗和加热，射频功率为500W，腔室内通入氩气，气压在0.5Pa，加热温度为180℃，清洗时间5min；
（2）将所述样品架6被传送到所述等离子体渗碳室2内的所述进口传动装置23上，如图7所示；等离子渗碳室2中采用脉冲渗碳的方式进行渗碳，金属平板电极28与外部脉冲电源相连；此时所述等离子体渗碳室2内停止抽真空，充入碳源气体乙炔，当气压达到设定的渗碳气压40Pa时，室内温度为600℃，停止通入碳源气体，开始对双极板试件进行渗碳，放电电压1500V，渗碳时间3min；
（3）渗碳结束后，所述等离子体渗碳室2内开始抽真空，进行双极板试件的表面碳成分扩散，扩散时间为1min；与此同时，所述样品架6被所述同步横向传动装置25横移一个位置，由所述光电感应器20指示步进量和定位，如图8所示；
（4）开启所述渗碳进口阀门21，下一个所述样品架6被送到所述进口传动装置23上，重复步骤（2）～（3），进行4次反复的渗碳和扩散过程，等离子体渗碳室内有4个挂满极板的样品架6，各个样品架之间间距为8cm，样品架上偏压大小为-1000V，所述等离子体渗碳室2内被所述样品架6占满，此时最先进入所述等离子体渗碳室2的所述样品架6被传送到所述出口传动装置24上，并从所述渗碳出口阀门传送到所述离子轰击室，如图9所示；
（5）如图10所示，依次送入所述离子轰击室3的所述样品架6，被离子轰击除去双极板试件表面上结合不牢靠的碳黑成分，离子源电压2000V，轰击时间2min；
（6）先将所述样品架6传送到所述涂层沉积室4内，通入碳源气体，在双极板试件的表面采用磁控溅射法进行碳涂层或金属碳化物涂层的沉积，加热温度300℃，沉积气压0.1Pa，沉积时间3min；再将所述样品架6传送到所述出片过渡室5冷却至室温，出料即完成了双极板表面碳材料的复合沉积。
经过表征测量，涂层表面均匀无掉膜现象，0.6MPa压力下涂层初始接触电阻为6mΩ·cm2，在燃料电池酸性环境中经过电位0.84V腐蚀24h后无脱落现象，涂层腐蚀电流密度为2*10-8A/cm2，接触电阻为6.3mΩ·cm2。
实施例2
实施例2是在本发明所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备上进行碳涂层的沉积，并对其耐蚀性能以及导电性能进行评估，采用等离子体渗碳及等离子体增强化学气相沉积方法沉积碳涂层，所述的沉积步骤如下：
（1）带着双极板试件的所述样品架6被传送到所述清洗室1，采用射频自偏压清洗方式对双极板试件的表面进行清洗和加热，射频功率为500W，腔室内通入氩气，气压在1.0Pa，加热温度为100℃，清洗时间10min；
（2）将所述样品架6被传送到所述等离子体渗碳室2内的所述进口传动装置23上；等离子渗碳室2中采用脉冲渗碳的方式进行渗碳，金属平板电极28与外部脉冲电源相连；此时所述等离子体渗碳室2内停止抽真空，充入碳源气体乙炔，当气压达到设定的渗碳气压50Pa时，室内温度为500℃，停止通入碳源气体，开始对双极板试件进行渗碳，放电电压2000V，渗碳时间5min；
（3）渗碳结束后，所述等离子体渗碳室2内开始抽真空，进行双极板试件的表面碳成分扩散，扩散时间为1.5min；与此同时，所述样品架6被所述同步横向传动装置25横移一个位置，由所述光电感应器20指示步进量和定位；
（4）开启所述渗碳进口阀门21，下一个所述样品架6被送到所述进口传动装置23上，重复步骤（2）～（3），进行4次反复的渗碳和扩散过程，等离子体渗碳室内有4个挂满极板的样品架6，各个样品架之间间距为10cm，样品架上偏压大小为-800V，所述等离子体渗碳室2内被所述样品架6占满，此时最先进入所述等离子体渗碳室2的所述样品架6被传送到所述出口传动装置24上，并从所述渗碳出口阀门传送到所述离子轰击室；
（5）依次送入所述离子轰击室3的所述样品架6，被离子轰击除去双极板试件表面上结合不牢靠的碳黑成分，离子源电压1300V，轰击时间3min；
（6）先将所述样品架6传送到所述涂层沉积室4内，通入碳源气体，在双极板试件的表面采用等离子体增强化学气相沉积法进行碳涂层或金属碳化物涂层的沉积，加热温度500℃，沉积气压10Pa，放电电压为3000V，沉积时间3min；再将所述样品架6传送到所述出片过渡室5冷却至室温，出料即完成了双极板表面碳材料的复合沉积。
经过表征测量，涂层表面均匀无掉膜现象，0.6MPa压力下涂层初始接触电阻为4.3mΩ·cm2，在燃料电池酸性环境中经过电位0.84V腐蚀24h后无脱落现象，涂层腐蚀电流密度为7*10-9A/cm2，接触电阻为4.3mΩ·cm2。
实施例3
实施例3是在本发明所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备上进行碳涂层的沉积，并对其耐蚀性能以及导电性能进行评估，采用等离子体渗碳及电子束方法沉积碳涂层，所述的沉积步骤如下：
（1）带着双极板试件的所述样品架6被传送到所述清洗室1，采用射频自偏压清洗方式对双极板试件的表面进行清洗和加热，射频功率为500W，腔室内通入流量比1：1的氩气和氢气，压在0.7Pa，加热温度为150℃，清洗时间3min；
（2）将所述样品架6被传送到所述等离子体渗碳室2内的所述进口传动装置23上；等离子渗碳室2中采用脉冲渗碳的方式进行渗碳，金属平板电极28与外部脉冲电源相连；此时所述等离子体渗碳室2内停止抽真空，充入碳源气体乙炔，当气压达到设定的渗碳气压100Pa时，室内温度为650℃，停止通入碳源气体，开始对双极板试件进行渗碳，放电电压2000V，渗碳时间2min；
（3）渗碳结束后，所述等离子体渗碳室2内开始抽真空，进行双极板试件的表面碳成分扩散，扩散时间为2min；与此同时，所述样品架6被所述同步横向传动装置25横移一个位置，由所述光电感应器20指示步进量和定位；
（4）开启所述渗碳进口阀门21，下一个所述样品架6被送到所述进口传动装置23上，重复步骤（2）～（3），进行6次反复的渗碳和扩散过程，等离子体渗碳室内有6个挂满极板的样品架6，各个样品架之间间距为5cm，样品架上偏压大小为-1000V，所述等离子体渗碳室2内被所述样品架6占满，此时最先进入所述等离子体渗碳室2的所述样品架6被传送到所述出口传动装置24上，并从所述渗碳出口阀门传送到所述离子轰击室；
（5）依次送入所述离子轰击室3的所述样品架6，被离子轰击除去双极板试件表面上结合不牢靠的碳黑成分，离子源电压2800V，轰击时间1min；
（6）先将所述样品架6传送到所述涂层沉积室4内，通入碳源气体，在双极板试件的表面采用电子束沉积法进行碳涂层或金属碳化物涂层的沉积，加热温度500℃，沉积气压1Pa，灯丝电流为20A，沉积时间3min；再将所述样品架6传送到所述出片过渡室5冷却至室温，出料即完成了双极板表面碳材料的复合沉积。
经过表征测量，涂层表面均匀无掉膜现象，0.6MPa压力下涂层初始接触电阻为5mΩ·cm2，在燃料电池酸性环境中经过电位0.84V腐蚀24h后无脱落现象，涂层腐蚀电流密度为1*10-8A/cm2，接触电阻为6.1mΩ·cm2。

Claims (14)

1.用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，包括5个真空腔室，从左至右依次为：清洗室（1）、等离子渗碳室（2）、离子轰击室（3）、涂层沉积室（4）以及出片过渡室（5）；
所述等离子渗碳室（2）的渗碳进口阀门（21）设于该腔室外的一角，而渗碳出口阀门（22）设于与所述渗碳进口阀门（21）呈对角线的另一角处；在所述等离子渗碳室（2）内，从所述渗碳进口阀门（21）开始向内设一条与其垂直的进口传动装置（23），从所述渗碳出口阀门（22）开始向内设一条与所述进口传动装置（23）互相平行的出口传动装置（24）；3条同步横向传动装置（25）分别与所述进口传动装置（23）和所述出口传动装置（24）互相垂直，且将所述进口传动装置（23）和所述出口传动装置（24）分别分隔成相对应的四段；
在所述清洗室（1）、所述离子轰击室（3）、所述涂层沉积室（4）以及所述出片过渡室（5）各自的进口处设有进口阀门（8），出口处设有出口阀门（9），腔室内设有一条从其进口阀门（8）延伸至其出口阀门（9）的极板传动装置（7）；
所述等离子渗碳室（2）的所述渗碳进口阀门（21）与所述清洗室（1）的出口阀门水平对接，所述渗碳出口阀门（22）与所述离子轰击室（3）的进口阀门水平对接；所述离子轰击室（3）、所述涂层沉积室（4）和所述出片过渡室（5）依次按前一个腔室的出口阀门与后一个腔室的进口阀门水平对接，将两个相邻腔室互相连接起来；
带着双极板试件的样品架（6）被输送到所述清洗室（1）的所述极板传动装置（7）上，从左至右依次穿过各个所述清洗室（1）、所述等离子渗碳室（2）、所述离子轰击室（3）、所述涂层沉积室（4）以及所述出片过渡室（5），完成涂层的制备；
所述等离子渗碳室（2）中，在与所述进口传动装置（23）互相平行的两侧壁面上分别设有金属平板电极（28），所述金属平板电极（28）与外部的脉冲电源相连。
2.根据权利要求1所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，在所述清洗室（1）的进口阀门之外设有进样传动装置（10），在所述出片过渡室（5）的出口阀门之外设有出样传动装置（50）。
3.根据权利要求1所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，所述等离子渗碳室（2）中，在与所述同步横向传动装置（25）互相平行的两侧壁面上设有间隔排布的碳源气管（26）和渗碳加热装置（27）。
4.根据权利要求3所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，所述碳源气管（26）与外部碳源气体相连，并且在所述碳源气管（26）上开有大小不一的气孔，距离抽气口越远的气孔尺寸越大。
5.根据权利要求1所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，所述等离子渗碳室（2）中，在2条相邻的所述同步横向传动装置（25）之间，设有至少一个均匀排列的光电传感器（20）。
6.根据权利要求1所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，所述清洗室1中，与所述极板传动装置7平行的两侧壁面中央分别设有对称的清洗装置（11），在所述清洗装置（11）的两侧分别设有清洗加热器（12）；在所述清洗加热器（12）与所述清洗装置（11）之间，还分别设有清洗气管（13），所述清洗气管（13）与外部的清洗气体储罐相连接。
7.根据权利要求1所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，所述离子轰击室（3）中，与所述极板传动装置7平行的两侧壁面上分别设有若干个对称分布的离子源（31），在所述离子源（31）两侧分别设有轰击加热装置（32）。
8.根据权利要求1所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，所述涂层沉积室（4）中，所述极板传动装置（7）的两侧分别设有与其平行且两两相对的涂层沉积设备（41）；当采用磁控溅射的沉积方法时，每侧的所述涂层沉积设备（41）为1～4个阴极靶材，每个所述阴极靶材上安装金属碳化物靶或者纯石墨靶；当采用等离子体增强化学气相的沉积方法时，每侧的所述涂层沉积设备（41）为至少一个金属网状或板状电极；当采用电子束的沉积方法时，每侧的所述涂层沉积设备（41）为1～4个金属碳化物靶或者石墨靶。
9.根据权利要求1所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，所述出片过渡室（5）中，所述极板传动装置7的两侧分别设有铜板（51）；所述铜板（51）的两侧带有冷却气管（52）。
10.根据权利要求1所述的用于双极板表面碳材料扩散及复合沉积的连续型设备，其特征在于，所述清洗室（1）、所述等离子渗碳室（2）、所述离子轰击室（3）、所述涂层沉积室（4）以及所述出片过渡室（5）内，还分别配有独立的真空系统、电源系统以及气路系统。
11.如权利要求1～10任意一项所述的用于双极板表面碳材料复合沉积的连续型设备的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）带着双极板试件的所述样品架被传送到所述清洗室，进行表面清洗和加热；
（2）将所述样品架传送到所述等离子渗碳室内的进口传动装置上；此时所述等离子渗碳室内停止抽真空，并充入碳源气体，当气压达到设定的渗碳气压时，停止通入碳源气体，开始对双极板试件进行渗碳；所述渗碳的方式为脉冲渗碳；
（3）渗碳结束后，所述等离子渗碳室内开始抽真空，使双极板试件的表面碳成分扩散；与此同时，所述样品架被所述同步横向传动装置横移一个位置；
（4）开启所述渗碳进口阀门，下一个所述样品架被送到所述进口传动装置上，重复步骤（2）～（3），进行反复的渗碳和扩散过程；最先进入所述等离子渗碳室的样品架被传送到所述出口传动装置上，并从所述渗碳出口阀门传送到所述离子轰击室；
（5）所述离子轰击室内通过离子轰击除去双极板试件表面上多余的碳黑成分；
（6）将所述样品架传送到所述涂层沉积室内，通入碳源气体，在双极板试件的表面进行碳涂层或金属碳化物涂层的沉积；再将所述样品架传送到所述出片过渡室进行冷却，出料即完成了双极板表面碳材料的复合沉积。
12.根据权利要求11所述的应用方法，其特征在于，所述清洗室的清洗方式包括射频自偏压清洗、脉冲偏压清洗以及在腔体两侧对称布置的离子源清洗；在所述清洗的过程中通入氩气和/或氢气对极板表面进行刻蚀处理，腔室气压为0.01～10Pa，加热温度为100～200℃。
13.根据权利要求11所述的应用方法，其特征在于，在所述步骤（2）中渗碳气压为1～1000Pa，室内温度为200～800℃，渗碳时间1～10min；所述碳源气体为碳原子数不大于3的碳氢类气体。
14.根据权利要求11所述的应用方法，其特征在于，所述等离子渗碳室内的样品架数量为1～20个，相邻两个样品架之间的距离为5～10cm；在所述步骤（5）中离子轰击的离子源电压1000～3000V，轰击时间1～3min；在所述步骤（6）中沉积的方法包括磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、电子束沉积或等同功能的其它方法。
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