KR101261188B1 - 연료전지분리판의 제조방법 및 제조시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지분리판의 제조방법 및 제조시스템에 관한 것으로, 스테인레스스틸을 소재로 하고, 그 표면에 CrN, TiN, TaN, CrC, TiC, TaC, CrB, TiB, TaB층 등의 전도성 및 내식성 피막 층을 형성하되, 종래 질화 공정과는 달리, 고체 금속 타깃 자체를 소스로 삼아, 이에 전력을 인가하여 소스를 가열하면서, 가스 공급하에 플라즈마를 이용하여 순간적으로 승화(증발)시켜 승화물을 이용하여 전도성 및 내식성 피막 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 따르면, 코팅 시스템을 극히 간소화하여 양산설비비를 최소화하여 품질 대비 가격경쟁력을 갖춘 연료전지분리판을 제공한다.

Description

연료전지분리판의 제조방법 및 제조시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MANUFACTURING FUEL CELL BIPOLAR PLATE}
본 발명은 연료전지분리판의 제조방법 및 제조시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 수소연료전지 자동차에 사용되는 연료전지분리판의 제조방법 및 제조시스템에 관한 것이다.
화석연료의 고갈과 환경문제의 심각성으로 인하여 현재 가솔린이나 중유 이용 차량에 대해 전기차 또는 수소연료전지 자동차 등으로 탈바꿈시키기 위한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다. 수소연료전지 자동차의 경우, 자동차의 가격은 거의 연료전지의 가격이 차지하고 있다고 하여도 과언이 아니며, 특히 자동차 1대당 연료전지 분리판 1,000장 정도를 사용하게 되고, 그에 따라 제조사는 60억 장 수준의 양산 규모를 갖추어야 하므로, 연료전지 자동차의 실용화는 곧 연료전지 분리판의 생산성 있는 제작과 직결된다고 볼 수 있다.
한편, 연료전지 분리판은 양호한 전도성과 더불어 내식성을 갖추어야 하므로, 소재의 선정과 원하는 물성을 구비하게 하는 가공 공정 또한 중요하다.
기존의 연료전지 분리판의 소재로는 그라파이트가 있으며, 전도성과 내식성을 모두 갖추고 있으나, 취약성(brittleness)이 문제되어, 고강도 화하는 과정에서 단가가 올라간다.
이에 비해, 스테인레스스틸 소재는 전도성과 견고성을 지니고 있어 내식성을 부여하는 표면처리를 통해 연료전지분리판으로 제조되고 있다. 내식성 부여를 위한 표면처리 기술로서 질화 공정이 있으나, 실제 자동차에 적용함에 있어서는 만족한 결과를 내지 못하고 있다.
즉, 스테인레스스틸은 철과 니켈 합금을 주원료로 하고 표층에 크롬을 첨가하여 CrO를 포함하고 있어 내식성을 강화한 것으로, 내식성이 좋아지는 만큼 전도성은 떨어지게 되어, 이를 질화 처리로 CrN을 형성하여 내식성과 전도성을 모두 향상시키고자 한 것이나, 질화에 의해 생성된 CrN층은 자동차에 실제 적용하면, 진동에 의해 크랙(crack)이 생기고 황산이 침투하여 부식이 속히 진행되어 문제된다.
스테인레스스틸의 표층에 생성하는 CrN 층은 거시적으로는 평탄하여야 하고, 미시적으로는 미세조직의 치밀성을 요하면서도 일정 수준의 거칠기(조도)가 있어야 바람직한데, 이러한 최적화된 표층 구현은 실제로 매우 어렵다.
따라서 연료전지 분리판의 소재 선택, 필요한 물성을 구비하게 하는 공정 개발 및 양산에 적합하면서도 생산비를 낮출 수 있는 새로운 제조시스템 등이 제공될 필요가 있다.
상기 필요에 따라 본 발명의 목적은 연료전지 분리판을 전도성, 내식성 및 내취약성을 구비할 수 있는 표면처리 공정을 제공하면서, 생산단가를 낮출 수 있는 연료전지 분리판의 새로운 제조방법 및 제조시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 스테인레스스틸을 소재로 하고, 그 표면에 CrN층 등의 전도성 및 내식성 피막층을 형성하되, 종래 질화 공정과는 달리, 고체 Cr 등의 금속 타깃 자체를 소스(일종의 증발원)으로 삼아, 반응성 질소 가스 공급하에 플라즈마를 이용하여 순간적으로 승화(증발이라는 용어를 사용하기도 함)시켜 승화물을 이용하여 피막 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법을 제공한다. 특히, 금속 타깃 소스의 승화를 이용하되, 불균일 과도 용융이 발생하여 소스의 기계적 구조가 변형되지 않도록 하기 위하여는, 공정 중 금속 타깃의 온도를 측정하여 이를 피드백으로 인가 전력을 제어함으로써 지속적이고 균일한 승화반응을 일으키는 것이 중요하며, 본 발명은 이와 같은 피드백 제어 시스템을 구성하였다.
또한, 본 발명은, 스테인레스스틸 기판의 표면처리를 위하여, 기판을 로드하여 코팅 챔버로 이송하는 로드/록(load/lock) 챔버;
상기 로드/록 챔버로부터 기판을 이송받아 코팅(표면처리)하는 코팅 챔버; 및
상기 코팅 챔버에서 코팅을 마친 기판을 이송받아 턴오버(뒤집기) 하여 다시 상기 코팅 챔버로 이송하여 기판의 다른 면을 코팅하게 하는 턴오버 챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스테인레스스틸 표면에 CrN, TiN, TaN, CrC, TiC, TaC, CrB, TiB, TaB층 등의 전도성 및 내식성 피막 층을 형성함에 있어서, 플라즈마를 이용한 금속 타깃의 승화를 이용하므로 순수한 스퍼터링법에 비해 저비용 공정으로 실시할 수 있으면서도, 금속 타깃의 기하학적 형상, 인가전력, 내부 압력 등을 종합적으로 조절하여 승화 속도를 제어함으로써, 표층의 조직을 치밀하면서도 최적의 조도와 평탄도를 구비하게 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 상기와 같은 전도성 및 내식성 피막 층 형성을 위한 코팅 시스템을 양산에 맞게 단순화하여 생산성을 극대화함으로써 연료전지자동차의 가격에 부담을 덜어줄 수 있는 연료전지분리판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연료전지분리판을 제작함에 있어, 스테인레스스틸 기판에 Cr 타깃을 소스로 하여 플라즈마를 이용하여 CrN 피막을 형성하는 제조장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 연료전지분리판을 제조하는 도 1의 제조장치를 양산체제로 구성한 제조시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 제조시스템에 대한 변형 실시예를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 1의 제조장치에 대한 변형 실시예에 해당하는 제조장치의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 스테인레스스틸재의 기판(100)의 표면에 CrN 피막을 형성하기 위한 장치 구성도가 개략적으로 나와 있다.
Cr 타깃을 하나의 소스로 하되, 승화물을 별도의 도가니 등을 이용하지 않고 마치 스퍼터링법의 타깃과 같이 진공 챔버 안에 설치한다. 이와 같이 설치된 크롬 소스(200) 주변에는 플라즈마 발생용 안테나(450)가 설치되고, 여기에 RF 제너레이터(Radio Ferquency Generator) 또는 직류전원으로 된 플라즈마 발생전원(400)이 연결된다.
크롬 소스(200)의 기하학적 형상은 공정상 중요한 변수로 작용하며, 코일형상, 얇은 플레이트 형상, 얇은 플레이트를 'ㄹ'자가 연속되게 만든 형상, 메쉬 형상, 얇은 플레이트에 다수의 간극을 형성한 형상 등으로 구성하여 승화속도 조절 및 균일한 승화 증착을 도울 수 있다. 상기 크롬 소스(200)에는 바이어스 전원(300)을 인가하여 크롬 소스(200)에 열을 가하면서, 안테나(450)로부터 발생한 플라즈마에 포함된 이온과 전자들을 끌어당겨 크롬 소스(200)의 승화를 활발히 진행시킨다.
플라즈마 발생용 안테나(450) 형상 역시 다양하게 구성하여 승화속도 및 균일한 승화 증착을 도울 수 있으며, 코일형상, 메쉬 형상, 얇은 플레이트를 'ㄹ'자가 연속되게 만든 형상 등으로 구성할 수 있다.
또한, 발생한 플라즈마를 크롬 소스(200) 쪽에서 기판(100)으로 더욱 가속화하여 당기기 위해, 또 다른 직류 바이어스 전압을 기판(100)에 더 인가하여 줄 수도 있다.
진공 챔버 내에 기판(100), 소스(200) 및 안테나(450) 외에 증착 공정을 모니터링하기 위한 모니터용 센서(110)(QCM(Quartz Crystal Monitor))를 설치하여 증착 속도를 감시하게 한다.
초기에, 기판(100), 소스(200), 안테나(450) 등을 세정하며, 이는 당업자 상식에 따른다.
챔버 내를 1 Pa 정도로 진공화하고, 바이어스 전원(300)과 플라즈마 발생전원(400) 전력을 인가함과 동시에 챔버 내에 반응성 질소 가스를 주입한다. 주입하는 가스는 반응성 질소 외에 플라즈마 발생에 도움을 주는 비활성 가스, 예를 들면 아르곤(Ar) 등을 혼합하여 사용함이 바람직하며, 암모니아(NH3)도 혼합할 수 있다.
챔버 내 진공도는 고진공일수록 소스의 승화에 유리하나, 플라즈마 생성을 위해서는 일정 수준 이상의 가스압력이 필요하므로 이에 대한 최적화가 필요하며, 그에 따라 가스 유량 제어장치(350)를 제어하여 플라즈마 발생 후 기압을 0.1Pa 정도로 낮추는 것이 유리하다.
크롬 소스(200)는 인가되는 바이어스 전압에 의해 가열되어 승화할 준비가 되거나 승화하기 시작하며, 이 무렵 반응성 질소와 아르곤 또한 플라즈마 발생전원(400)의 전력에 의해 크롬 소스(200) 주변의 안테나(450) 근처에서 플라즈마 방전을 일으키게 된다. 발생 된 플라즈마는 크롬 소스(200)에 충돌하면서 크롬 소스(200)의 승화현상을 가속화하여 크롬 소스(200)는 활발히 승화되며, 주변의 반응성 질소와 화학적으로 결합하면서 기판(100)에 CrN 피막을 형성한다. 이때, 기판(100)을 스캔하여 좀 더 균일한 피막을 형성하게 할 수 있다.
공정에서 일어나는 반응을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 크롬 소스(200) 표면에서는, 안테나(450)(플라즈마 발생원)에 의해서 생성된 Ar+이온이 승화 속도 제어용 바이어스 전원(300)에 의해서 가속되어 크롬 소스(200)의 표면에 충돌하면 W=qV의 에너지 대부분은 운동에너지에서 열에너지로 전환되어 크롬 소스(200)의 표면 온도가 상승한다. 이때 운동 에너지 일부는 크롬 소스(200)의 표면에서 크롬 원자를 스퍼터링 시킬 수 있다. 크롬 소스(200)의 승화(증발) 속도 제어 바이어스 전원(300)의 전력이 증가하면 크롬 소스(200) 표면 온도가 증가하여 증발 속도와 스퍼터링 수율을 향상시키게 된다. 이때 방출되는 크롬은 대개 원자 상이며 중성 상태로 볼 수 있다.
한편, 연료전지 분리판의 모재 기판(100) 표면에서는 다음과 같은 반응이 일어남을 예측할 수 있다.
즉, 기판(100) 표면에 입사하는 중성 입자들과 플라즈마에 의해서 일부 이온화 내지는 해리된 질소 원자, 질소 분자, 질소 분자 이온들이 표면에 흡착된 크롬 원자들과 활발히 반응하여 기판(100)의 가열 없이도 내식성이 좋은 치밀한 CrN 피막 구조를 형성한다. 이때 입사 이온의 에너지는 기판에 바이어스를 전혀 인가하지 않는 경우에는 플라즈마 물리학에 의해 결정되는 공간 전위에 상당하는 에너지가 되며, 기판에 바이어스를 인가하는 경우 상기 에너지는 이온의 전하량×(플라즈마 공간 전위-기판 바이어스 전위)가 된다. 발생 된 플라즈마는 크롬 소스(200)와 기판(100)을 가열하는 기능과 더불어 장입 된 기판(100) 표면의 이물질을 제거하고 표면을 활성화시켜서 내식성에 큰 영향을 끼치는 밀착력을 향상시키는 역할을 한다.
플라즈마 밀도를 증착 공정 공간에서 높게 유지하기 위하여, 외부 자기장을 인가할 수 있으며, 이는 값싼 영구자석 배열체를 챔버 외벽에 설치하는 것이 바람직하나, 편리성에 따라 전자석을 설치할 수도 있다.
CrN 피막의 형성은 거시적으로는 높은 평탄도를 나타내야 하며, 미시적으로는 치밀한 조직과 더불어 적당한 거칠기를 가지고 있어야 연료전지 분리판으로서 내식성과 더불어 반응효율을 좋게 할 수 있다. 따라서 이러한 우수한 물성을 얻기 위해, 크롬(Cr) 소스의 기하학적 크기나 형상에 대한 인가 전력의 최적화가 필요하다. 특히, 인가 전력의 과다로 과열될 경우, 크롬(Cr) 소스(200)는 승화(증발) 아닌 용융 현상이 발생할 위험이 있어 유의해야 한다. 용융이 일어날 경우, 원하는 CrN 피막을 얻지 못함은 자명하다. 균일한 승화 속도를 갖도록 전력을 제어함과 기판(100)의 스캔으로 거시적인 피막의 평탄도를 얻을 수 있으나, 미시적인 조직의 최적화는 매우 어려운 문제가 된다. 본 발명자들은 이에 연구를 거듭하여, 크롬(Cr) 소스(200)의 전 표면적 대비 플라즈마 발생전원(400) 인가 전력과 바이어스 전원(300) 및 반응성 질소가스압력을 상호 조합하여 최적의 조건을 찾아내었다. 이는 제어방식을 피드백(feedback:되먹임) 구조로 하여 이루어질 수 있다.
즉, 크롬 소스(200)의 공정 진행 중 온도 측정은 적외선을 이용한 측정 또는 광 파이로미터(optical pyrometer)에 의한 측정이 가능하며, 소스의 용융이 일어나지 않고 승화가 가능한 범위의 온도를 유지하도록 피드백 제어장치(370)에서 제어신호 1 및 제어신호 2를 각각 플라즈마 발생전원(400)과 바이어스 전원(300)에 인가하여, 플라즈마 발생전원(400)의 전력과 바이어스 전원(300)의 전력을 제어한다. 비접촉식 온도 측정으로부터 인가 전력을 제어하는 방식으로, 인가 전력의 변화에 따라 내부 온도가 변화하면, 이를 피드백 신호로 하여 다시 인가 전력을 제어하게 한 것이다. 이와 같이 하여, 급격한 온도 상승으로 크롬 소스가 용융되는 것을 방지하면서 일정 속도로 승화하게 할 수 있다.
또한, 소스의 승화 속도의 제어는 제어신호 3을 발생시켜 가스 유량 제어장치(350)의 유량 제어에 의해서도 이루어질 수 있다.
또한, 크롬(Cr) 소스(200)의 형상을 승화가 빨리 일어나는 부분에 대하여 더 두껍게 또는 더 큰 면적으로 만들어 전체 반응시간 동안 균일한 승화가 일어나도록 기하학적 형상을 디자인할 수도 있다.
한편, 도 4와 같이, 플라즈마 발생전원(400)를 유도결합 플라즈마 발생용 안테나(450)에 연결하지 않고, 크롬 소스(200)에 직접 연결하고, 스테인레스스틸 기판(100)에 바이어스 전원(300)을 연결하여, 피막을 형성하는 연료전지분리판 제조장치를 구현할 수도 있다. 이 같은 제조장치는 더욱 저비용이 될 수 있다.
상기 실시예에서 하나의 연료전지 분리판의 피막 형성시, 인가한 플라즈마 발생 전원(400)과 바이어스 전원(300)의 인가 전력은 수백 와트(w) 범위 내에서 제어되었으나, 이러한 수치는 한정적이지 않고 상항에 따라 탄력적으로 운용될 수 있다.
한편, 크롬 소스(200)에 바이어스 전원(300)을 인가하지 않고 플라즈마 발생전원(400)만 전원을 인가하여 플라즈마 전처리를 실시할 수 있으며, 이때 플라즈마 발생전원(400)에 인가되는 전력 구성 형태를 조절하거나, 기판(100)에 별도의 바이어스 전원을 인가하면 플라즈마 전처리 상태를 자유롭게 조절할 수 있어 고품질 박막을 형성하는 데 유리하다. 또한, 크롬 소스(200)에 바이어스 전원(300)을 인가하지 않고 플라즈마 발생전원(400)만 전원을 인가하여 플라즈마 질화처리도 가능하며, 기판(100)에 바이어스 인가 없이 플라즈마 발생전원(400)의 전력 제어만으로 플라즈마 전위를 조절하여 질화속도를 크게 향상시킬 수 있다.
다음은, 상기와 같은 피막형성을 위한 코팅 시스템에 관하여 설명한다.
연료전지 분리판의 생산단가를 낮추기 위하여, 최대한 저비용 공정으로 설비와 운용을 설계할 필요가 있다.
그에 따라 본 발명자들은 도 2에서와 같이, 선형 코팅시스템을 설계하였다.
즉, 먼저 로딩/록 챔버(500)에서 기판(100)을 로딩하여 코팅을 위한 준비(세정 등)를 하고 코팅 챔버(600)로 들어가게 된다. 코팅 챔버(600)에는 다수의 크롬(Cr) 소스(200)을 배치하여 놓고 이에 플라즈마 발생 전원(400)을 연결하고, 진공화 후, 반응성 질소 가스를 주입한다. 기판(100)이 로딩/록 챔버(500)로부터 들어오면, 전력을 인가하여 단시간에 크롬(Cr) 소스(200)들의 승화시켜 반응성 질소와 함께 기판(100) 표면에 CrN 피막을 형성한다. 일면에 코팅을 마친 기판(100)은 다음에 배치되어 있는 턴오버(turn over) 챔버(700)로 들어가, 여기서 기판 면을 뒤집는 작업을 하게 된다. 미 코팅 면을 위로 한 상태에서 다시 코팅 챔버(600)에 들어와 코팅을 마친 후, 로딩/록 챔버(500)로 나가 공정을 마친다.
챔버 수를 더욱 줄이기 위하여는, 도 3과 같이 변형된 실시예를 고려할 수 있다. 도 3에서는 로딩/록 챔버(500)와 코팅 챔버(600), 단지 두 개의 챔버 만을 설치하고, 코팅 챔버(600) 안에 기판(100)을 양면 코팅할 수 있도록 크롬(Cr) 소스(200)을 이중으로 배열한다. 그에 따라 기판(100)은 로딩/록 챔버(500)에서 코팅 챔버(600)로 들어와 한 번의 코팅으로 양면 코팅되고, 다시 로딩/록 챔버(500)로 나가 공정을 마치게 된다.
이와 같이 하면, 매우 적은 설비비로도 우수한 품질의 연료전지 분리판을 저가로 양산할 수 있다.
상기 실시예는 연료전지 분리판의 표면처리에 있어서, CrN으로 피막을 형성함에 대하여 설명하였으나, 이에 대한 응용으로, 반응성 질소 없이 비활성 가스만으로 Cr을 입히고 그 위에 상기 실시예에 따라 CrN 피막을 입히는 것도 가능하다.
또한, CrN과 비슷한 물성을 갖는, 소스만 바꾸어 Ti/TiN 또는 Ta/TaN 피막을 동일한 방식으로 입히는 것도 물론 가능하다.
뿐만 아니라, 반응성 질소가 아닌, 탄화수소를 이용한 Cr/CrC, Ti/TiC 또는 Ta/TaC 피막, 붕소를 이용한 Cr/CrB, Ti/TiB 또는 Ta/TaB 피막도 동일한 방식으로 입힐 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
100: 기판 110: 모니터용 센서
200: 소스 250: 직류전원
300: 바이어스 전원 350: 가스 유량 제어장치
370: 피드백 제어장치
400: 플라즈마 발생 전원 450: 안테나
500: 로딩/록 챔버
600: 코팅 챔버
700: 턴오버 챔버

Claims (17)

  1. 스테인레스스틸 기판에 CrN, TiN 또는 TaN층을 형성하기 위하여, 고체 Cr 타깃, Ti 타깃 또는 Ta 타깃을 소스로 삼아, 상기 소스를 가열하되, 상기 고체 타깃 소스에 바이어스 전원을 연결하여, 반응성 질소가스에 비활성 가스 또는 NH3 가스를 혼합한 가스를 공급하여 플라즈마를 발생 및 작용시켜, 상기 고체 타깃 소스가 용융되지 않고 크롬, 티타늄 또는 탈륨 승화물로 승화되어 상기 가스와 반응하는 것을 이용하여 상기 스테인레스스틸 기판에 CrN, TiN 또는 TaN 피막 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 스테인레스스틸 기판에 CrN, TiN 또는 TaN층을 각각 형성하기 전에, 고체 Cr 타깃, Ti 타깃 또는 Ta 타깃을 소스로 삼아, 상기 소스를 가열하고, 비활성 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시켜 상기 소스를 승화시켜 Cr, Ti 또는 Ta 층을 각각 먼저 형성하여, Cr/CrN, Ti/TiN 또는 Ta/TaN층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  3. 스테인레스스틸 기판에 CrC, TiC 또는 TaC층을 형성하기 위하여, 고체 Cr 타깃, Ti 타깃 또는 Ta 타깃을 소스로 삼아, 상기 소스를 가열하되, 상기 고체 타깃 소스에 바이어스 전원을 연결하여, 탄화수소 가스에 비활성 가스를 혼합한 가스를 공급하여 플라즈마를 발생 및 작용시켜 상기 고체 타깃 소스가 용융되지 않고, 크롬, 티타늄 또는 탈륨 승화물로 승화되어 상기 가스와 반응하는 것을 이용하여 상기 스테인레스스틸 기판에 CrC, TiC 또는 TaC층 피막 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 스테인레스스틸 기판에 CrC, TiC 또는 TaC층을 각각 형성하기 전에, 고체 Cr 타깃, Ti 타깃 또는 Ta 타깃을 소스로 삼아, 상기 소스를 가열하고, 비활성 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시켜 상기 소스를 승화시켜 Cr, Ti 또는 Ta 층을 각각 먼저 형성하여, Cr/CrC, Ti/TiC 또는 Ta/TaC층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  5. 스테인레스스틸 기판에 CrB, TiB 또는 TaB층을 형성하기 위하여, 고체 Cr 타깃, Ti 타깃 또는 Ta 타깃을 소스로 삼아, 상기 소스를 가열하되, 상기 고체 타깃 소스에 바이어스 전원을 연결하여, 붕소 가스에 비활성 가스를 혼합한 가스를 공급하여 플라즈마를 발생 및 작용시켜 상기 고체 타깃 소스가 용융되지 않고, 크롬, 티타늄 또는 탈륨 승화물로 승화되어 상기 가스와 반응하는 것을 이용하여 상기 스테인레스스틸 기판에 CrB, TiB 또는 TaB 피막 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 스테인레스스틸 기판에 CrB, TiB 또는 TaB층을 각각 형성하기 전에, 고체 Cr 타깃, Ti 타깃 또는 Ta 타깃을 소스로 삼아, 상기 소스를 가열하고, 비활성 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시켜 상기 소스를 승화시켜 Cr, Ti 또는 Ta 층을 각각 먼저 형성하여, Cr/CrB, Ti/TiB 또는 Ta/TaB층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  7. 제1항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소스에 바이어스 전원이 인가된 상태에서, 상기 소스 주변에 안테나를 설치하고 상기 안테나에 플라즈마 발생 전원으로 직류 또는 교류 전원을 연결하여 상기 안테나를 플라즈마 발생원으로 하여 플라즈마를 발생시켜 상기 플라즈마의 작용 및 상기 바이어스 전원에 의한 가열로 상기 소스를 승화시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  8. 제1항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소스에 플라즈마 발생 전원으로 직류 또는 교류 전원을 연결하여 상기 소스 주변에서 플라즈마를 발생시켜 상기 소스를 승화시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  9. 제1항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스테인레스스틸 기판에 별도의 바이어스 전원을 더 인가하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  10. 제1항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전원 및 소스에 인가된 바이어스 전원은 소스의 온도에 따라 피드백으로 공급전력이 제어되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  11. 제1항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피막 층 형성 공정은 진공 챔버 내에서 이루어지고, 상기 진공 챔버 안에는 피막 층 형성 속도를 측정하는 센서를 구비하며, 가스를 공급함에 있어서, 상기 센서 응답을 피드백으로 하여 가스 공급 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 가스공급 유량을 제어함에 있어서, 상기 센서 응답 외에 소스의 온도를 추가적인 피드백으로 하여 가스 공급 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조방법.
  13. 진공 챔버로 이루어진 코팅 챔버;
    상기 코팅 챔버 내에 설치되는, Cr, Ti 또는 Ta 고체 타깃 소스;
    상기 코팅 챔버 내에 설치되는, CrN, TiN, TaN, CrC, TiC, TaC, CrB, TiB 또는 TaB 피막을 형성하기 위한 스테인레스스틸 기판;
    상기 소스 주변에 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 소스에 주변에 설치되는 안테나 및 안테나에 인가되는 플라즈마 발생 전원;
    상기 소스에 인가되는 바이어스 전원;및
    상기 챔버 내에 가스를 공급하기 위한 가스공급장치;를 포함하고,
    상기 코팅 챔버 내에 반응성 질소가스, 비활성 가스, 탄화수소 가스, 또는 붕소가스를 주입하고,
    상기 바이어스 전원과 플라즈마 발생 전원에 전력을 인가하고, 상기 안테나 주변에 플라즈마를 발생시켜 플라즈마로 상기 소스를 충격하여 상기 소스를 플라즈마로 가열하되, 상기 소스가 용융되지 않고 승화되는 승화물을 상기 가스와 함께 반응시켜 스테인레스스틸 기판 표면에 전도성 및 내식성 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 코팅 챔버 내에는 고체 타깃 소스의 온도를 측정하는 온도 측정 장치; 및
    플라즈마 발생 전원 및 바이어스 전원의 전력을 제어하는 피드백 제어장치;가 더 포함되고,
    상기 피드백 제어장치는, 상기 온도 측정 장치의 온도 측정치를 피드백으로 하여 플라즈마 발생 전원 또는 바이어스 전원의 전력, 또는 플라즈마 발생 전원 및 바이어스 전원의 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 피드백 제어장치는 상기 가스공급장치의 가스 유량을 상기 온도 측정 장치의 온도 측정치를 피드백으로 하여 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조시스템.
  16. 제13항 또는 제14항의 코팅 챔버에 스테인레스스틸 기판을 로딩하여 주는 로딩/록 챔버;
    상기 로딩/록 챔버로부터 스테인레스스틸 기판을 받아 피막 층을 형성하는 제13항 또는 제14항의 코팅 챔버;및
    상기 코팅 챔버로부터 일면이 코팅된 스테인레스스틸 기판을 받아 상기 기판을 뒤집어 다시 상기 코팅 챔버로 넣어주는 턴오버 챔버;를 포함하여 스테인레스스틸 기판 표면에 피막 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조시스템.
  17. 제13항 또는 제14항의 코팅 챔버에 스테인레스스틸 기판을 로딩하여 주는 로딩/록 챔버;및
    상기 로딩/록 챔버로부터 스테인레스스틸 기판을 받아 CrN 피막을 형성하는 제13항 또는 제14항의 코팅 챔버;를 포함하고,
    상기 코팅 챔버는 배열된 다수의 크롬(Cr) 소스가 이중으로 배치되어 상기 스테인레스스틸 기판은 양면 코팅되는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판의 제조시스템.














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