CN114174551A

CN114174551A - 涂覆燃料电池堆的一个或多个金属部件的方法、燃料电池堆的部件及用于涂覆其部件的设备

Info

Publication number: CN114174551A
Application number: CN202080053823.4A
Authority: CN
Inventors: R·雅各布斯; K·渊上; R·博世; D·德瓦尔德; P·伊米希
Original assignee: Hauzer Techno Coating BV
Current assignee: IHI Hauzer Techno Coating BV
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2022-03-11
Also published as: KR20220040459A; JP2022547793A; US20220384820A1; EP3778982A1; EP3969632A1; WO2021028399A1; EP3778982B1

Abstract

本发明涉及一种涂覆燃料电池堆的一个或多个诸如双极板、电极、垫圈等的金属部件的方法，所述方法包括以下步骤：提供未涂覆金属部件；蚀刻所述未涂覆金属部件；任选地，在经蚀刻的未涂覆金属部件上沉积粘附层；以及在所述粘附层上或在所述经蚀刻的未涂覆金属部件上沉积碳涂层，其中所述粘附层和所述碳涂层分别通过物理气相沉积工艺、电弧离子镀工艺、溅射工艺和Hipims工艺中的一种来沉积。本发明还涉及燃料电池堆的部件和用于涂覆燃料电池堆的一个或多个部件的设备。

Description

涂覆燃料电池堆的一个或多个金属部件的方法、燃料电池堆的部件及用于涂覆其部件的设备

技术领域

本发明涉及一种涂覆燃料电池堆的一个或多个诸如双极板、电极、垫圈等的金属部件的方法，该方法包括以下步骤：提供未涂覆金属部件；蚀刻所述未涂覆金属部件；任选地，在经蚀刻的未涂覆金属部件上沉积粘附层；以及在粘附层上沉积碳涂层，其中粘附层和碳涂层分别通过物理气相沉积工艺、电弧离子镀工艺、溅射工艺和Hipims工艺中的一种来沉积。本发明还涉及燃料电池堆的部件和用于涂覆燃料电池堆的一个或多个部件的设备。

背景技术

汽车行业正在寻求用于开发和制造燃料电池汽车的低成本、高容量解决方案。燃料电池堆中的主要部件之一是双极板(BPP)。低成本钢罐可以相对容易地机械成型为所谓的具有高质量流场的半板(注意两个焊接的半板构成双极板)。然而，由于在低PH值和电压水平下的侵蚀性操作环境，需要在钢上涂覆导电和保护性涂层，以提供至少5000小时的燃料电池寿命。

分别从DE 10 2017 202679 A1；US 2014/227631 A1；DE 20 2014 113736 A1；EP2 628 817 A1；和DE 10 2005 003769 A1中已知涂覆金属基底的进一步的现有技术方法和设备。

发明内容

为此，本发明的目的是提供一种制造燃料电池堆的部件的方法，该方法可以在短时间段内进行来生产大量的燃料电池，这些燃料电池耐受燃料电池将经受的化学环境，并且在操作条件下具有超过5000小时的寿命。

这个目的通过根据权利要求1所述的方法来满足。

这种涂覆燃料电池堆的一个或多个诸如双极板、电极、垫圈等的金属部件的方法包括以下步骤：

-提供未涂覆金属部件；

-蚀刻所述未涂覆金属部件；

-任选地，通过物理气相沉积工艺(PVD工艺)、电弧物理气相沉积工艺(电弧-PVD工艺)、电弧离子镀工艺、溅射工艺和Hipims工艺中的一种在经蚀刻的未涂覆金属部件上沉积粘附层；以及

-通过电弧物理气相沉积工艺、电弧离子镀工艺和Hipims工艺中的一种在粘附层(如果提供的话)上或在经蚀刻的未涂覆金属部件上沉积碳涂层。

前面提到的现有技术没有教导包括具有至少基本上不含氢的DLC层的碳涂层的方法、制品或设备，该碳涂层可以通过电弧物理气相沉积工艺、电弧离子镀工艺和Hipims工艺中的一种来沉积。

通过这种方法，可以在相对较短的时间段内涂覆燃料电池堆的部件，从而允许生产大量的燃料电池。此外，如果提供粘附层，则燃料电池可以更耐受使用燃料电池的化学环境。

在这一点上，应注意的是，该部件可以是双极板(任选地涂覆在1侧或2侧上)、半板(也任选地涂覆在1侧或2侧上)。一般来说，由于不锈钢的低成本，金属部件将是包含不锈钢作为材料的部件。其他材料可以是包含Ti的金属部件，则这可以仅需要单个碳涂层而不需要粘附层，使得此类部件的制造更简单，但由于Ti的成本，该部件更昂贵。由于铝产品的低成本和低重量，部件可以使用的其他材料是铝。

粘附层可以提高碳层在基底处的粘附力，可以减少离子从部件扩散到燃料电池膜中，这种扩散可能导致电解液中毒和燃料电池性能降低。

在这一点上，应注意的是，在粘附层中使用Ti通常比使用Cr更优选，因为Ti的过钝化电位比Cr高得多(2eV相比于1.2eV)，这意味着Ti粘附层将在比Cr高得多的电压下氧化。Cr氧化不稳定，并且可以导致涂层朝向双极板基底的不稳定性。相比之下，Ti氧化物非常稳定，并且在没有碳的位置处(针孔处)导致表面钝化。

在这一点上，应注意的是，碳涂层可以被称为DLC层、不含h的DLC层、a-C层和ta-C层。层的优选选择是其中氢含量几乎为零的不含氢的DLC层。

在这一点上，不含氢的DLC层的密度通常在2.1至2.3±0.1g/cm³的范围内选择。

基于至少基本上不含氢的DLC层的100原子％，不含氢的DLC层的优选氩含量小于1原子％氩，优选地在0.05和0.5原子％氩之间。

与此相比，基于至少基本上不含氢的DLC层的100原子％，溅射碳涂层具有2.2原子％氩的氩含量，使得形成电弧-PVD涂层导致不含氢的DLC层的氩含量显著降低。

使用这种方法，可以形成在操作条件下寿命超过5000小时的燃料电池堆，所述操作条件即当这些燃料电池堆存在于电解液中时，在燃料电池堆处建立电压。

此外，通过此类涂覆工艺可以制造成本相对较低的部件。

碳涂层的使用一方面确保了例如双极板活性侧的电特性，并且还在燃料电池堆的部件上提供了机械稳定和耐用的涂层。在这一点上，应注意的是，碳涂层的目的是为平测试板提供腐蚀减少和0.1至2mΩ·cm²范围内的电导率。对于具有流动通道的双极板或半板，电导率在0.1至2mΩ·cm²的范围内。

沉积碳的常用方法是通过溅射或非平衡磁控(UBM)溅射。这是一种熟知的直列式涂覆方法，因为溅射提供了良好的均匀性、可控性和长的靶寿命，这是工业生产(例如玻璃涂覆机、显示器玻璃涂覆的PVD生产线和卷对卷涂覆机溅射)最需要的。

此外，UBM提供了干净和光滑的涂层，而没有来自目标材料的任何液滴。另一方面，电弧PVD或电弧离子镀是一种非常快速的沉积技术，但由于在这种情况下使用的电弧PVD是点工艺而不是线工艺，因此对于稳健的工业加工来说更难实施。

为了提供可靠、可控和统一的工业过程，机器的复杂性和设计难度也更高。然而，与实施更常规的UBM技术相比，最终解决方案为用户提供了高得多的生产率，并因此降低了拥有成本。

另外，电弧PVD或电弧离子镀工艺产生比UBM更多的液滴。然而，对于这种需要施加相对薄的涂层的应用，液滴的数量显著减少。此外，用电弧PVD碳涂层获得的测试结果没有显示出来自碳表面上存在液滴的任何缺点或负面影响。

蚀刻步骤可以是在-0至-350V的偏压下进行范围在1分钟与60分钟之间的时间段的等离子体蚀刻工艺。

可替代地，蚀刻步骤可以包括以0至-1200V的偏压进行范围在1分钟与60分钟之间的时间段的金属离子蚀刻工艺。蚀刻工艺可以是氩等离子体蚀刻工艺，其偏压在0至-350V的范围内选择。可替代地，蚀刻工艺可以是金属离子蚀刻工艺，其偏压在-800V至-1200V的范围内选择。

使用蚀刻工艺来去除基底上存在的氧化物层。氧化物层导致涂层的导电性和粘附性降低，因此希望将其去除以增加燃料电池堆的一个或多个金属部件的导电性以及涂层对燃料电池堆的一个或多个金属部件的粘附性。

沉积粘附层的步骤可以包括在-0至-350V范围内选择的偏压下沉积具有在25至500nm、优选75至300nm范围内的厚度的层。

这种粘附层可以进一步提高碳层在基底上的粘附力，可以影响被涂覆部件的单个层之间的离子扩散，并且可以为被涂覆部件提供另外的腐蚀保护。

粘附层可以包含Ti、Cr、Ta、Nb、Zr、TiN、CrN、NbN、ZrN、TaN及其组合的至少一个层，特别是其中粘附层包含Ti。已发现此类材料提供了特别有益类型的粘附层。

粘附层可以包括构成粘附层的一种或多种材料的层和一个或多个梯度层，该一个或多个梯度层包括：

与粘附层的所述一种或多种材料混合的金属的第一梯度层，其中金属的量在第一梯度层的高度上减少，并且粘附层的所述一种或多种材料的量在第一梯度层的高度上增加，直到包含该粘附层的所述一种或多种材料的层；和/或

包含与碳涂层的碳混合的粘附层的一种或多种材料的第二梯度层，其中粘附层的所述一种或多种材料的量在第二梯度层的高度上减少，并且碳的量在第二梯度层的高度上增加直到碳涂层。

碳涂层可以在-20至-200V的偏压下以在5至500nm范围内选择的层厚度来沉积。已发现此类碳涂层是机械稳定的，并且还耐受燃料电池堆中存在的化学环境。

碳涂层可以包括至少基本上不含氢的DLC层，其通过电弧-PVD工艺、电弧离子镀工艺和Hipims工艺中的一种来沉积。此类工艺能够在粘附层上沉积特别有利和高质量的碳涂层。特别是在使用电弧-PVD时，已在金属部件上产生了特别稳定的涂层，该涂层在燃料电池中存在的操作环境中机械、化学和电稳定。

至少基本上不含氢的DLC层可以包括其中存在掺杂剂的顶层，或者可以遍及至少基本上不含氢的DLC层包含掺杂剂，任选地：

其中掺杂剂可以选自由钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、氮、硅以及前述物质的组合组成的群组；和/或其中分别基于包含掺杂剂的顶层和至少基本上不含氢的DLC层的100原子％，掺杂剂的百分比可以是0.2至10原子％，特别是0.5至6原子％。在DLC层中或在DLC层的顶部上使用掺杂剂可以影响被涂覆部件或DLC层中的内应力，从而提高不同层之间的粘附力，并且由此提高此类部件的寿命。

所述方法可以在真空腔室中进行，并且在用碳涂层涂覆所述部件的所述步骤期间，所述真空腔室的温度可以被调节至在120℃至400℃，特别是160℃至250℃范围内的温度。以这种方式，可以形成特别坚硬和耐用的层结构。

在用至少基本上不含氢的DLC层涂覆所述双极板或半板的所述步骤期间，所述真空腔室中的压力可以被调节至10^-2至10^-4毫巴的压力。这种压力适于以有效的方式形成所需的结构。

根据另一方面，本发明涉及燃料电池堆的部件，诸如双极板、半板、电极和垫圈，其任选地使用根据前述权利要求中至少一项所述的方法形成，该燃料电池部件包括：

金属部件，

在所述金属部件上任选地形成的粘附层，以及

在所述粘附层(如果提供的话)上或直接在所述金属部件上形成的碳涂层，所述碳涂层包括至少基本上不含氢的DLC层，其任选地具有在20至70GPa范围内选择的硬度和/或小于基于至少基本上不含氢的DLC层的100原子％为1原子％氩的氩含量。

这种部件可以可靠地用在用于超过5000小时的操作条件的燃料电池中。此外，可以通过使用如本文所述方法形成部件来实现的前面讨论的优点也适用于本文讨论的部件。

燃料电池堆的部件还包括布置在金属部件和至少基本上不含氢的DLC层之间的粘附层，其中该粘附层任选地包含选自由钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、氮、硅、碳以及前述物质的组合组成的群组中的至少一种材料，并且优选地包含钛，特别地，其中粘附层具有25至500nm，优选75至300nm的层厚度。在金属部件和DLC层之间提供粘附层可以提高碳层在基底处的粘附力，可以减少离子从部件扩散到燃料电池膜中。该扩散可能导致电解液中毒和燃料电池性能降低。此外，粘附层可以为被涂覆的部件提供另外的腐蚀保护，并因此提高燃料电池堆部件的耐久性。

此外，至少基本上不含氢的DLC层具有相对较高的硬度，这使得这些层所存在的表面更耐刮擦。还发现不含氢的DLC层对化学环境(如燃料电池中存在的化学环境)不太敏感，这增加了涂覆有这种层结构的产品的寿命。

此外，至少基本上不含氢的DLC层具有相对较好的涂层粘附力和高硬度，并且因此原因也导致燃料电池堆部件的寿命增加。

在这一点上，应注意的是，至少基本上不含氢的DLC层是包含少于基于至少基本上不含氢的DLC层的100原子％为1原子％氢的DLC层。

基于至少基本上不含氢的DLC层的100％，至少基本上不含氢的DLC层的sp2比sp3含量的比例在80％至30％sp2比20％至70％sp3的范围内，特别是其中sp3含量大于30％sp3，特别是大于40％。在这一点上，对于经由电弧-PVD施加的碳涂层，sp2/sp3的优选比率范围在36％至46％sp2和64％至54％sp3的36％至46％S sp2/sp3比率范围内。至少基本上不含氢的DLC层可以包括一个或多个ta-C层和/或一个或多个a-C层。这些是至少基本上不含氢的DLC层的有益特征。

与此相比，溅射的碳涂层包含在29％至39％sp2和71％至61％sp3范围内的sp2/sp3比率范围。

在这一点上，应注意的是，至少基本上不含氢的DLC层可以由具有前述特征的单个DLC层形成，或者包括多个DLC层，每个DLC层的以上特征的绝对值彼此相比略有变化，例如在硬度方面。从降低层结构内的内应力的角度来看，提供几个具有例如不同硬度的DLC层是有益的，因此导致DLC层与粘附层的粘附性提高，由此提高以这种方式涂覆的部件的寿命。

金属部件可以包括一个或多个金属层，其选自由铝层、铝合金层、钛层、钛合金层、不锈钢层以及前述物质的组合组成的群组。此类金属层对于例如燃料电池堆的双极板是特别适用的层，其中双极板的特别优选的材料包括钢和不锈钢，因为这些材料可以用合理的努力和成本需求以所需的体积生产。

至少基本上不含氢的DLC层可以具有在30至50GPa范围内选择的硬度；和/或

至少基本上不含氢的DLC层可以包括一个或多个ta-C层和/或一个或多个a-C层；和/或

至少基本上不含氢的DLC层的sp2比sp3含量的比例可以在30％至80％sp2比70％至20％sp3的范围内，特别是其中sp3含量可以大于至少基本上不含氢的DLC层的30％sp3，特别是大于40％；和/或

和/或

其中所述至少基本上不含氢的DLC层可以是基于至少基本上不含氢的DLC层的100原子％含有少于1原子％氢的DLC层。

其中掺杂剂可以选自由钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、氮、硅以及前述物质的组合组成的群组；和/或其中分别基于包含掺杂剂的顶层和至少基本上不含氢的DLC层的100原子％，掺杂剂的百分比可以是0.2至10原子％，特别是0.5至6原子％。

粘附层可以包括一个或多个梯度层，所述一个或多个梯度层或者直接形成在至少基本上不含氢的DLC层下方，或者直接形成在金属部件的顶部上；特别地，其中梯度层包含形成梯度层任一侧的层的至少一些组分的材料的混合物，特别地，其中所述一个或多个梯度层的层厚度在2至200nm的范围内选择。

梯度层可以直接形成在粘附层的顶部上，并且直接布置在梯度层下方的层的材料可以是粘附层的材料，并且在梯度层顶部上的层可以是至少基本上不含氢的DLC层，和/或梯度层直接形成在金属部件的顶部上，并且直接布置在梯度层下方的层的材料可以是金属部件的材料，并且直接布置在梯度层顶部上的层的材料是粘附层的材料。

这种梯度层导致各个层之间，即金属部件和粘附层之间和/或粘附层和碳涂层之间的结合强度提高。这种改进的结合强度增加了部件的耐久性，也使得这些部件不易受到化学侵蚀。

使用电弧-PVD工艺施加的碳涂层在椭偏测量中对于2eV的能量可以具有在2.25至2.4范围内的折射率n；和/或在椭偏测量中对于4eV的能量可以具有在1.6至1.8范围内的折射率n。相对于使用溅射技术施加的碳涂层，这种碳涂层具有增加的密度。

类似地，使用电弧-pVD工艺施加的碳涂层在椭偏测量中对于4eV的能量可以具有0.95至1.1的吸收值k，因此与使用溅射施加的碳涂层相比，产生具有改善的导电性的碳涂层。

碳涂层可以具有对于1μm²的扫描面积在0.9至1.5nm(即算术平均高度)，特别是对于1μm² Sa的扫描面积在1至1.3nm范围内选择的表面粗糙度。碳涂层还可以具有对于1μm²的扫描面积在2至4％Sdr，特别是对于1μm²的扫描面积在2.5至3.1％Sdr范围内选择的表面积。具有如以上详述的此类特性的碳涂层比使用溅射技术施加的类似涂层更致密。它们还表明，与溅射碳涂层相比，该碳涂层具有降低的表面粗糙度和表面积，从而对于使用电弧-PVD施加的碳涂层，产生对燃料电池环境中的化学侵蚀较不敏感的碳涂层，导致燃料电池堆的更耐用的部件。

根据另一方面，本发明涉及一种用于涂覆燃料电池堆的一个或多个部件的设备，所述一个或多个部件诸如一个或多个双极板、一个或多个半板、一个或多个电极、一个或多个垫圈等，所述设备配置成进行如本文所述的方法，该设备是直列式涂覆系统，其包括：

-一个接一个串联布置的多个真空腔室；

-布置在多个真空腔室中的至少一些中的一个或多个阴极，这些阴极是用于物理气相沉积工艺、电弧物理气相沉积工艺、电弧离子镀工艺、溅射工艺和Hipims工艺中的至少一种的阴极；以及

-一个或多个夹具，分别配置成接收多个未涂覆金属部件，其中待涂覆的侧部面向该一个或多个阴极；

其中所述一个或多个夹具布置成在相应的真空腔室内以及从真空腔室到真空腔室线性移动，其中每个真空腔室配置成进行工艺，其中该工艺选自：加热、抽空、蚀刻、沉积一个或多个粘附层、涂覆、去除和/或前述工艺的组合。

借助于这种设备，前面讨论的燃料电池堆的部件可以涂覆有耐用的涂层。

此外，这种涂层可以在直列式PVD涂覆系统中以具有吸引力的每个零件成本大量生产。

此外，如果直列式系统中使用电弧-PVD工艺，则与溅射相比，涂覆速度可以提高，从而降低汽车工业、建筑工业、航空工业、定置型应用、重型运输、海洋应用、叉车等的设备复杂性和成本。

从从属权利要求、说明书和附图中，本发明的其他益处和有利实施例将变得显而易见。

附图说明

在以下的附图描述中描述本发明的其他实施例。以下将通过实施例并参考附图详细解释本发明，其中示出：

图1金属部件的示意性剖视图；

图2另一个部件的示意性剖视图；

图3另一个部件的示意性剖视图；

图4另一个部件的示意性剖视图；

图5另一个部件的示意性剖视图；

图6另一个部件的示意性剖视图；

图7a双极板及其活性侧的照片；

图7b双极板及其背侧的照片；

图8a被涂覆的平测试板和碳涂层在进行一小时腐蚀测试后的照片；

图8b被涂覆的平测试板和碳涂层在进行四小时腐蚀测试后的照片；

图8c被涂覆的平测试板和碳涂层在进行一小时腐蚀测试后的照片；

图9被涂覆部件的EDX光谱，其中一个光谱示出用电弧-PVD涂覆的部件，并且另一个部件已用非平衡磁控溅射工艺涂覆；

图10a和图10b示出a)使用非平衡磁控溅射工艺涂覆的涂覆部件和b)使用电弧-PVD工艺涂覆的被涂覆部件的sp2/sp3比率的光谱；

图11直列式涂覆设备的示意图；

图12使用溅射碳工艺涂覆的被涂覆部件表面的两个不同扫描位置处的AFM图像；

图13使用电弧-PVD工艺涂覆的被涂覆部件表面的两个不同扫描位置处的AFM图像；以及

图14椭偏测量的结果，其示出了用电弧-PVD工艺涂覆的样品和使用溅射碳工艺涂覆的样品的折射率n和吸收因子k相比于能量/波长的关系。

具体实施方式

在下文中，相同的附图标记将用于具有相同或等效功能的零件。关于部件方向所作的任何陈述都是相对于图中所示的位置进行的，并且在实际应用位置上自然会有所不同。

图1示出了燃料电池堆(未示出)的部件10，如双极板10'(参图7a和7b)的示意性剖视图。该部件包括其上沉积有粘附层14的金属部件12。碳涂层16存在于粘附层14的顶部上。

在生产部件10时，未涂覆金属部件12经受蚀刻步骤，该蚀刻步骤可以例如是等离子体蚀刻工艺或离子蚀刻工艺。举例来说，等离子体蚀刻工艺通常进行范围为1至60分钟的时间段，其中在未涂覆金属部件12上施加-0至-1200V的偏压。蚀刻工艺可以是氩等离子体蚀刻工艺，其偏压在0至-350V的范围内选择。可替代地，蚀刻工艺可以是金属离子蚀刻工艺，其偏压在-800V至-1200V的范围内选择。

粘附层14使用PVD工艺、例如电弧-PVD工艺来沉积，在该工艺期间沉积25至500nm厚的粘附层14，同时在金属部件12处施加在-0至-200V范围内选择的偏压。

粘附层14可以包含Ti、Cr、Ta、Nb、Zr、TiN、CrN、NbN、ZrN及其组合中的至少一种，特别是其中粘附层14可以包含Ti或Cr。在这一点上，应注意的是，粘附层的优选材料是Ti。

碳涂层16以在5至500nm范围内选择的层厚度沉积在粘附层14的顶部上。在沉积过程中，在金属部件12处施加-20至-200V的偏压。碳涂层16优选地包括一个或多个DLC层16。

本文讨论的DLC层16是通过电弧-PVD工艺沉积的至少基本上不含氢的DLC层16。除了图8c中施加的DLC涂层之外，图8c示出了使用非平衡磁控溅射而不是电弧-PVD施加的PVD涂层。

如本文所讨论的至少基本上不含氢的DLC层具有以下特征中的至少一种：

-在20至70GPa，特别是30至50GPa的范围内选择的硬度。这种硬度使用维氏金刚石的表面纳米压痕测量。在这一点上，应注意的是，硬度测量根据DIN EN ISO 14577-1(标准化纳米压痕)进行。

-至少基本上不含氢的DLC层18的sp2比sp3含量的比例在30％至80％sp2比70％至20％sp3的范围内，特别是其中sp3含量大于至少基本上不含氢的DLC层18的30％sp3，特别是大于40％；

-至少基本上不含氢的DLC层包括一个或多个ta-C层和/或一个或多个a-C层，和/或

-基于不含氢的DLC层18的100原子％，至少基本上不含氢的DLC层18包含小于1原子％的氩含量。

图2示出了另一个部件10的示意性剖视图。梯度层18设置在金属部件12和粘附层14之间。梯度层18是混合材料层，其包含与粘附层14的所述一种或多种材料混合的金属部件12的金属，其中金属的量在梯度层18的高度上朝向粘附层14减少，并且粘附层14的一种或多种材料的量在梯度层18的高度上增加，直到包含粘附层14的所述一种或多种材料的层。

图3示出了另一个部件10的示意性剖视图。与图2相比，第二梯度层20就设置在粘附层14和碳涂层16之间。第二梯度层20包含与碳涂层16的碳混合的粘附层14的一种或多种材料，其中粘附层14的一种或多种材料的量在第二梯度层20的高度上减少，并且碳的量在第二梯度层20的高度上增加直到碳涂层16。

图4示出了另一个部件10的示意性剖视图。此部件12仅包括布置在粘附层14和碳涂层16之间的一个梯度层。

图5示出了另一个部件10的示意性剖视图。与图1所示部件的不同之处在于，提供了顶层22，此顶层可以是覆盖碳涂层16的涂层，或者是包含掺杂的DLC层16的混合层。

图6示出了另一个部件10的示意性剖视图。类似于图3所示的部件，此部件10包括第一梯度层18和第二梯度层20以及顶层22。

在这一点上，应注意的是，图2和4所示的部件10也可以设置有这样的顶层22。

在这一点上，应注意的是，至少基本上不含氢的DLC层16可以遍及至少基本上不含氢的DLC层16包含掺杂剂，而不是具有掺杂剂存在于其中的顶层22，并且如果提供的话，布置在粘附层14和碳涂层16之间的梯度层20也可以包含掺杂剂。

掺杂剂可以选自由钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、氮、硅以及前述物质的组合组成的群组。优选的掺杂剂是钛和锆。

分别基于包含掺杂剂的顶层和至少基本上不含氢的DLC层的100原子％，掺杂剂的百分比是0.5至10原子％，特别是1至4原子％。

图7a示出了双极板10'及其活性侧24的照片。图7b示出了双极板10'及其背侧26的照片。双极板包括在活性侧24和背侧26上延伸的几个通道。通常，活性侧24和背侧以本文所述的方式涂覆，但也有可能以本文所述的方式仅涂覆侧部24、26中的一个。双极板为基本上方形板状的形状。在这一点上，应注意的是，也可以使用矩形双极板。

图8a示出了具有碳涂层16的被涂覆的平测试板10'在进行一小时腐蚀测试后的照片。碳涂层16具有黑色，并且使用电弧-PVD提供。

腐蚀测试是在施加于测试板10'上的1.4V的高电压下进行的，该涂层仍然完好无损。与此相比，溅射到粘附层14上或使用标准PVD工艺沉积的碳涂层显示，在相同的一小时腐蚀测试后，碳涂层完全降解。

图8b示出了被涂覆的测试板10'及其碳涂层16在腐蚀测试已进行了四小时后的照片。该涂层仍然完好无损。据信，电弧-PVD涂覆的碳涂层16的稳定性是由于这些层的氩含量(参见图9)和sp2/sp3比率的降低(参见图10b与图10a的比较)。可能导致改善结果的另一个因素是可能更高的涂层密度。与标准PVD工艺(UBM)相比，使用这种电弧-PVD工艺可以实现这些差异。

与示出经由电弧-PVD施加的碳涂层的图8a和8b形成对照，图8c示出了使用溅射的PVD层施加的碳涂层进行一小时的腐蚀测试后，被涂覆的平测试板和碳涂层的照片。金属部件14作为硬币形状的物品是清晰可见的，因此涂层已被完全破坏并且不可用。在进一步检查测试板时，发现仅碳涂层完全溶解，而粘附涂层仍然存在。碳层的溶解大概是由于氧化作用。

图9示出了被涂覆部件10的EDX光谱。光谱36示出了用电弧PVD工艺涂覆的被涂覆部件10的EDX光谱。光谱21示出了使用非平衡磁控溅射工艺用标准PVD工艺涂覆的被涂覆部件10的EDX光谱。

EDX光谱之间的主要差异是在光谱21中存在氩峰28，其是用标准PVD工艺涂覆的部件产生的。而使用电弧PVD工艺的涂层没有显示氩峰(参见光谱36)。使用标准PVD技术沉积的碳涂层中的这种氩含量被认为导致碳涂层质量下降，因此与使用电弧-PVD施加的碳涂层16相比，其腐蚀稳定性较差。

图10a和图10b示出了2D光谱，其示出a)使用非平衡磁控溅射工艺涂覆的被涂覆部件和b)使用电弧-PVD工艺涂覆的被涂覆部件的sp2/sp3比率。

在这一点上，用电弧-PVD施加的涂层的sp2/sp3的比率范围在35.6％至45.8％sp2和64.4％至54.2％sp3的范围内，而使用非平衡磁控溅射涂覆的被涂覆部件具有29％至39％sp2和71％至61％sp3的sp2/sp3比率范围。

使用电弧-PVD提供的不含氢的DLC层16中sp3键数量的大约5％的增加被认为是由电弧-PVD提供的碳涂层质量与使用非平衡磁控溅射施加的涂层相比增加的部分原因。

此外，已发现使用Ti代替Cr作为粘附层14的材料在电压峰值下提供了更好的稳定性，并且充分阻止了离子的扩散。Ti是优选的，因为Ti的过钝化电位比Cr高得多。

C在Ti上粘附力弱的问题通过对碳使用电弧-PVD来解决(注意Ti仍然可以是被溅射的或者也可以使用电弧-PVD来施加)。

此外，Ti+C(电弧-PVD)涂层在高电压性能方面也优于Ti+C。预计这些差异可以通过电弧-PVD(与溅射相比)的几种涂层特性来解释：

这些是大约2.1至2.3±0.1g/cm³，优选2.2±0.1g/cm³的涂层密度。

与基于不含氢的DLC层的100原子％的2.2原子％氩(溅射碳)相比，与用标准溅射技术提供的碳涂层相比减少的氩含量低至0.1原子％氩(电弧-PVD)。

使用电弧-PVD增加的碳离子动能可以导致碳扩散到粘附层14的Ti材料和/或TiOx(如果存在的话)中，即在粘附层14和碳涂层16之间形成厚度在2至200nm范围内的第二梯度层20。类似地，第一梯度层16的厚度也可以在2至200nm的范围内选择。这种第二梯度层20导致碳涂层16和粘附层14之间的粘附性提高。

此外，电弧-PVD涂覆部件和PVD涂覆部件之间的sp2/sp3比率不同，该不同的比率提供更好的抗氧化性。

还应注意的是，电弧-PVD是比标准PVD溅射工艺快得多的工艺，因此降低了汽车工业的设备复杂性、设备投资成本并且降低拥有成本。

如果粘附层14也使用电弧-PVD技术提供，则蚀刻步骤必须包括离子蚀刻步骤而不是等离子体蚀刻步骤。此外，此类设计更易于制造，因为可以简化涂覆设备，从而降低成本和客户投资水平。

图11示出了用于涂覆燃料电池堆的部件10的包括多个真空腔室60、100、102、104、108的设备50的顶视图。真空腔室60的侧壁66分别包括多个电弧和/或溅射阴极68、68'。多个电弧和/或溅射阴极68、68'用于沉积先前讨论的各种层和层结构14、16、18、20。

侧壁66'的一个包括门70，其用于进入真空腔室60，以初始装载未涂覆的部件10和随后卸载完成的部件10。

设备50包括多个夹具56，其在腔室内平行于真空腔室60的轴线58延伸，真空腔室60的顶侧62和底侧64之间容纳部件10(参见图6b)。

夹具56各自包括每个部件10的一个或多个固定构件74。一个或多个固定构件74配置成使得它们将部件10保持在它们各自的背侧26，使得其活性侧24面向外朝向沉积设备50的侧壁66、66'。

使用带有固定构件74的夹具56来涂覆部件10意味着这些部件可以使用本文所述的各种PVD工艺在设备50中涂覆。

在已经进行涂覆工艺之后，夹具56从腔室60中移除，并且具有新批次未涂覆部件10的新夹具56被引入真空腔室60中，或者具有燃料电池堆的部件10的新批次未涂覆物品的先前夹具56被重新引入真空腔室60中，以便涂覆燃料电池堆的部件10的新批次未涂覆物品。

夹具56在相应的腔室60内线性移动。在图11的例子中，部件10在箭头方向上从右向左移动，即从真空腔室100移动至真空腔室102、真空腔室104，最后移动至真空腔室108。

部件10在第一腔室100处被装载到沉积设备50中。然后，第一腔室100被加热至100℃至300℃范围内的温度，用于加热未涂覆金属部件12，以便脱气，同时将腔室抽空至在10^-4至10^-5毫巴范围内选择的压力。

在第一腔室100抽空和未涂覆金属部件12脱气之后，这些金属部件然后被移动到第二腔室102中，在那里它们被使用蚀刻源76蚀刻。

在它们的蚀刻之后，未涂覆金属部件被移动到第三腔室104中，用于涂覆粘附层14。如所示，第三腔室104也是真空腔室60，其可以使用真空泵106像第一腔室100和第二腔室102一样被抽空。本文讨论的PVD设备的电弧和/或溅射和/或Hipims源68、68'布置在侧壁66处。

在沉积粘附层14之后，在粘附层14的顶部上设置碳涂层16。在这一点上，应注意的是，还可以为此目的提供另外的涂覆腔室，它们可以例如布置在真空腔室104和108之间。

在涂覆工艺之后，包括被涂覆部件10的夹具56可以经由腔室108移除。为此，使最后一个腔室108的真空腔室60达到标准压力。单个腔室100、102、104、108经由负载锁定系统110彼此分离，负载锁定系统110锁定相应的腔室，使得可以在相应的腔室100、102、104、108内实现所需的气氛和压力。

图11中所示的夹具56布置在工作台(未示出)上，经由该工作台它们从真空腔室100、102、104、108被移动到下一个真空腔室。夹具56可以相对于工作台静止，即它们不相对于工作台旋转。可替代地，夹具56可以配置成相对于工作台旋转，以便涂覆部件10。如果夹具56旋转，则溅射和/或电弧阴极68、68'可能仅需要出现在一个壁66处，如果夹具56不旋转，则有必要将溅射和/或电弧阴极68、68'布置在两个侧壁66处。

用于形成DLC层16的阴极68、68'可以是形成其中不存在掺杂剂的DLC层16的纯石墨靶68。

在下文中，将讨论如前所讨论的涂覆部件10的方法。该方法包括以下步骤，

-将多个未涂覆金属部件12放置在框架上，并在真空腔室60、100中运输框架，并且将所述真空腔室60、100抽空至所需压力。任选地将所述未涂覆金属部件12加热至预定温度；

-在同一真空腔室60中或在第二腔室102中至少蚀刻所述未涂覆金属部件12的活性侧24；

-用粘附层14涂覆所述活性侧24，粘附层12的提供可以在与进行蚀刻相同的真空腔室102中进行，或者可替代地在第三腔室104中进行；以及

-通过电弧-PVD工艺用至少基本上不含氢的DLC层16涂覆粘附层14。电弧-PVD工艺可以在与进行粘附层涂覆相同的真空腔室60中进行，或者可替代地在另一个腔室104中进行。

在这一点上，应注意的是，在电弧-PVD涂覆工艺过程中，金属部件(即双极板)的两侧，和/或半板的活性侧24和背侧26必须被涂覆。

还应注意的是，如果被涂覆的金属部件10是半板，则它具有活性侧24和背侧26。

如果提供了梯度层18、20，则这是通过在各个沉积步骤期间改变操作电压和电流来产生的，以确保以本身已知的方式建立各个梯度层18、20。

图12示出了使用溅射碳工艺涂覆的碳涂覆部件表面的两个不同扫描位置处的AFM图像。图13还示出了碳涂覆部件表面的两个不同扫描位置处的AFM图像，在这种情况下，碳涂层是使用电弧-PVD工艺施加的。

在图12和13两者中记录的AFM图像是使用装配有尖端为5nm半径的Si探针(Fastscan-A)的Bruker FastScan AFM，在扫描敲击模式下以每行1Hz的扫描速率记录的。使用AFM探针，在两个不同且分开的位置处测量表面粗糙度(Sa)，即表面的算术平均高度，以及相应样品的增加的表面积(Sdr)，即展开界面面积比。此参数表示为与平面定义区域相比，由纹理贡献的定义区域附加表面积的百分比。

作为两个图12和13的比较显示，与使用电弧-PVD施加的碳涂层16相比，使用溅射施加的碳涂层具有增加的表面粗糙度和增加的表面积。表面积的这种增加可能是溅射碳涂层比使用电弧-PVD施加的更光滑碳涂层16对腐蚀更敏感的原因，因为相应部件的表面积更大。

在这一点上，应注意的是，电弧-PVD碳涂层的表面粗糙度对于1μm²的扫描面积优选地在0.9至1.5nm Sa(即算术平均高度)，特别是对于1μm² Sa的扫描面积在1至1.3nm的范围内选择，并且在图13的AFM图像中，对于1μm²的扫描面积为1.1nm Sa。与此形成对照，对于1μm²的扫描面积，图12的溅射碳涂层的表面粗糙度是2.9nm Sa。

在这一点上，还应注意的是，电弧-PVD碳涂层16的表面积Sdr对于1μm²的扫描面积优选地在2％至4％Sdr，特别是对于1μm²的扫描面积在2.5％至3.1％Sdr的范围内选择，并且在图13的AFM图像中，对于1μm²的扫描面积为2.7％Sdr。与此形成对照，对于1μm²的扫描面积，图12的溅射碳涂层的表面积分别是10.6％Sdr和11.4％Sdr。

图14示出了椭偏测量的结果，其示出了用电弧-PVD工艺涂覆的样品和使用溅射碳工艺涂覆的样品的折射率n和吸收因子k相比于能量/波长的关系。椭偏测量用WoollamM2000DI光谱椭偏仪进行。波长间隔选择为192至1689nm。测量是在相对于表面法线从50至80度(以5度的步长)的7个入射角下进行的。为了进行椭偏测量，必须首先确定实际碳涂层16的层厚度。对于这种碳涂层16，典型的层厚度在5至500nm的范围内。举例来说，可以进行透射电子显微镜(TEM)来确定层厚度。然后将用TEM确定的层厚度输入到用于椭圆测量的软件模型中。

进行测量以确定涂覆有碳的样品的折射率n和吸收k相比于能量/波长的关系。在这一点上，已经发现，使用电弧-PVD工艺施加的碳涂层16在椭偏测量中对于2eV的能量具有在2.25至2.4范围内的折射率n；和/或在椭偏测量中对于4eV的能量具有在1.6至1.8的范围内的折射率n，和/或在椭偏测量中对于4eV的能量具有0.95至1.1的吸收值k。

如图14所示，电弧涂覆碳涂层16在椭偏测量中在4eV下的折射率n为1.71，并且对于2eV的能量为2.33。与此相比，溅射碳涂层在4eV下的折射率n为1.58，并且对于2eV的能量，其折射率n为2.16。

这表明，由于折射率n的数量增加，电弧-PVD碳涂层16比溅射碳涂层具有更高的密度。

对于椭偏测量，使用电弧-PVD施加的碳涂层16对于4eV的能量具有1.05的吸收值k，而溅射碳涂层具有0.9的吸收值k。电弧PVD涂层的较高k值也表明了与溅射碳涂层相比提高的导电性。

附图标记列表：

10，10' 燃料电池的部件，双极板

12 金属部件

14 粘附层

16 碳涂层

18 第一梯度层

20 第二梯度层

22 顶层

24 活性侧

26 背侧

28 氩峰

50 沉积设备

56 夹具

60 真空腔室

62 60的顶侧

64 60的底侧

66，66' 侧壁，带有70的侧壁

68，68' 电弧和/或溅射阴极，电弧和/或溅射阴极

70 门

72 电机

74 固定构件

76 等离子体源

100 腔室

102 腔室

104 腔室

106 真空泵

108 腔室

110 负载锁定系统。

Claims

1.一种涂覆燃料电池堆的一个或多个部件(10)的方法，所述部件(10)诸如双极板、半板(10')、电极、垫圈等，所述方法包括以下步骤：

-提供未涂覆金属部件(12)；

-蚀刻所述未涂覆金属部件(12)；

-任选地，通过物理气相沉积工艺、电弧物理气相沉积工艺、电弧离子镀工艺、溅射工艺和Hipims工艺中的一种在经蚀刻的未涂覆金属部件(12)上沉积粘附层(14)；以及

-在所述粘附层(14)(如果提供的话)上沉积碳涂层(16)或直接在所述经蚀刻的未涂覆金属部件(12)上沉积碳涂层(16)，

其中在-0V至-200V的偏压下以选自5nm至500nm范围内的层厚度沉积所述碳涂层(16)，并且

其中所述碳涂层(16)包括至少基本上不含氢的DLC层(16)，所述至少基本上不含氢的DLC层(16)通过电弧物理气相沉积工艺、电弧离子镀工艺和Hipims工艺中的一种来沉积。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中蚀刻步骤是以0V至-1200V的偏压进行范围在1分钟与60分钟之间的时间段的等离子体蚀刻工艺或金属离子蚀刻工艺中的一种。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中蚀刻工艺是具有选自0V至-350V范围内的偏压的氩等离子体蚀刻和具有选自-800V至-1200V范围内的偏压的金属离子蚀刻工艺中的一种。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，

还包括所述粘附层(14)，并且其中沉积粘附层(14)的步骤包括在选自-0V至-350V范围内的偏压下沉积具有在25至500nm范围内的厚度的层。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中使用电弧-PVD工艺在选自-0V至-350V范围内的偏压下沉积所述粘附层(14)。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，

还包括所述粘附层(14)，并且其中所述粘附层(14)包含Ti、Cr、Ta、Nb、Zr、TiN、CrN、NbN、ZrN及其组合中的至少一种。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，

其中所述粘附层(14)包含Ti和Cr中的一种。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，

还包括所述粘附层(14)，并且其中所述粘附层(14)包括构成所述粘附层(14)的一种或多种材料的层和一个或多个梯度层(18；18，20)，所述一个或多个梯度层(18；18，20)包括：

与所述粘附层(14)的所述一种或多种材料混合的金属的第一梯度层(18)，其中金属的量在所述第一梯度层(18)的高度上减少，并且所述粘附层(14)的所述一种或多种材料的量在所述第一梯度层(18)的高度上增加，直到包含所述粘附层(14)的所述一种或多种材料的层。

9.根据前述权利要求中至少一项、任选地根据权利要求8所述的方法，

还包括所述粘附层(14)，并且其中所述粘附层(14)包括构成所述粘附层(14)的一种或多种材料的层和一个或多个梯度层(20；18，20)，所述一个或多个梯度层(20；18，20)包括：

第二梯度层(20)，所述第二梯度层(20)包含与所述碳涂层(16)的碳混合的所述粘附层(14)的所述一种或多种材料，其中所述粘附层(14)的所述一种或多种材料的量在所述第二梯度层(20)的高度上减少，并且碳的量在所述第二梯度层(20)的高度上增加直到所述碳涂层(16)。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，

其中所述至少基本上不含氢的DLC层(16)包括其中存在掺杂剂的顶层(22)，或者遍及所述至少基本上不含氢的DLC层(16)包含掺杂剂。

11.根据权利要求10所述的方法，

其中所述掺杂剂选自由钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、氮、硅以及前述物质的组合组成的群组。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，

其中分别基于包含所述掺杂剂的所述顶层和所述至少基本上不含氢的DLC层(16)的100原子％，所述掺杂剂的百分比是0.2原子％至10原子％，特别是0.5原子％至6原子％。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，

其中所述方法在真空腔室(60)中进行，并且在用所述碳涂层(16)涂覆所述部件的所述步骤期间，所述真空腔室(60)的温度被调节至120℃至400℃，特别是120℃至250℃范围内的温度。

14.一种燃料电池堆的部件，诸如双极板(10')、半板、电极和垫圈，其任选地能够使用根据前述权利要求中至少一项所述的方法来获得，所述燃料电池部件(10)包括：

金属部件(12)，

在所述金属部件(12)上任选地形成的粘附层(14)，以及

在所述粘附层(14)(如果提供的话)上或在所述金属部件(12)上形成的碳涂层(16)，所述碳涂层(16)包括至少基本上不含氢的DLC层(16)，所述至少基本上不含氢的DLC层(16)具有选自20GPa至70GPa范围内的硬度和小于基于所述至少基本上不含氢的DLC层的100原子％为1原子％氩的氩含量。

15.根据权利要求14所述的部件，

其中所述至少基本上不含氢的DLC层(16)具有选自30GPa至50GPa范围内的硬度。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的部件，

其中所述至少基本上不含氢的DLC层(16)包括一个或多个ta-C层和/或一个或多个a-C层。

17.根据权利要求14至16之一所述的部件，

其中所述至少基本上不含氢的DLC层(16)的sp2含量与sp3含量的比例在30％至80％sp2比70％至20％sp3的范围内，特别是其中所述sp3含量大于所述至少基本上不含氢的DLC层(16)的30％sp3，特别是大于40％。

18.根据权利要求14至17之一所述的部件，

其中所述至少基本上不含氢的DLC层(16)是基于所述至少基本上不含氢的DLC层(16)的100原子％含有少于1原子％氢的DLC层。

19.根据权利要求14至18之一所述的部件，

20.根据权利要求19所述的部件，

21.根据权利要求19或权利要求20所述的部件，

其中分别基于包含所述掺杂剂的所述顶层(22)和所述至少基本上不含氢的DLC层(16)的100原子％，所述掺杂剂的百分比是0.2原子％至10原子％，特别是0.5原子％至6原子％。

22.根据权利要求14至21之一所述的部件，

还包括所述粘附层(14)，其中所述粘附层(14)包含选自由钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、氮、硅以及前述物质的组合组成的群组的至少一种材料，并且优选地包含钛。

23.根据权利要求14至22之一所述的部件，

还包括所述粘附层(14)，其中所述粘附层(14)具有25nm至500nm，优选75nm至300nm的层厚度。

24.根据权利要求14至23之一所述的部件，

还包括所述粘附层(14)，其中所述粘附层(14)包括一个或多个梯度层(18，20)，所述一个或多个梯度层(18，20)直接形成在所述至少基本上不含氢的DLC层(16)下方，和/或直接形成在所述金属部件(12)的顶部上。

25.根据权利要求24所述的部件，

其中所述一个或多个梯度层(18，20)包含在所述一个或多个梯度层(18，20)的任一侧形成的层(12，14，16)的至少一些组分的材料的混合物。

26.根据权利要求24或权利要求25所述的部件，

其中所述一个或多个梯度层(18，20)的层厚度选自2nm至200nm的范围内。

27.根据权利要求24至26之一所述的部件，

其中所述梯度层(20)直接形成在所述粘附层(14)的顶部上，并且直接布置在所述梯度层(20)下方的所述层(12)的材料是所述粘附层(14)的材料，并且在所述梯度层(20)的顶部上的所述层(14)是所述至少基本上不含氢的DLC层(16)，和/或所述梯度层(18)直接形成在所述金属部件(12)的顶部上，并且直接布置在所述梯度层(18)下方的所述层(12)的材料是所述金属部件(12)的材料，并且直接布置在所述梯度层(18)的顶部上的所述层(14)的材料是所述粘附层(14)的材料。

28.根据权利要求14至27之一所述的部件，

其中所述碳涂层(16)在椭偏测量中对于2eV的能量具有在2.25至2.4范围内的折射率n。

29.根据权利要求14至28之一所述的部件，

其中所述碳涂层(16)在椭偏测量中对于4eV的能量具有在1.6至1.8范围内的折射率n。

30.根据权利要求14至29之一所述的部件，

其中所述碳涂层(16)在椭偏测量中对于4eV的能量具有0.95至1.1的吸收值k。

31.根据权利要求14至30之一所述的部件，

其中所述碳涂层(16)具有对于1μm²的扫描面积选自0.9nm至1.5nm(即算术平均高度)，特别是对于1μm²的扫描面积选自1nm至1.3nm范围内的表面粗糙度(Sa)。

32.根据权利要求14至31之一所述的部件，

其中所述碳涂层(16)具有对于1μm²的扫描面积选自2％Sdr至4％Sdr，特别是对于1μm²的扫描面积选自2.5％Sdr至3.1％Sdr范围内的表面积(Sdr)(即展开界面面积比)。

33.一种用于涂覆燃料电池堆的一个或多个部件(10)的设备(50)，所述一个或多个部件(10)诸如一个或多个双极板(10')、一个或多个半板、一个或多个电极、一个或多个垫圈等，特别是根据权利要求14至32中的至少一项所述，所述设备(50)配置成进行根据权利要求1至13中的一项所述的方法，所述设备(50)是直列式涂覆系统，其包括：

-一个接一个串联布置的多个真空腔室(60)；

-布置在所述多个真空腔室的至少一些中的一个或多个阴极(68，68')；以及

-一个或多个夹具(56)，其分别配置成接收多个未涂覆金属部件(12)，其中待涂覆的侧部面向所述一个或多个阴极，所述阴极(68，68')是用于物理气相沉积工艺、电弧物理气相沉积工艺、电弧离子镀工艺、溅射工艺和Hipims工艺中的至少一种的阴极；

其中所述一个或多个夹具(56)布置成在相应的真空腔室(60)内以及从真空腔室(60)到真空腔室(60)线性移动，其中每个真空腔室(60)配置成进行工艺，其中所述工艺选自由加热、抽空、蚀刻、沉积一个或多个粘附层、涂覆、去除和/或前述工艺的组合组成的群组。