滲透阻擋層的制作方法

專利名稱：滲透阻擋層的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及阻擋層的領域，阻擋層是在將該層施加到其上時能夠降低材料對 于特定物質的滲透率的層。更特別地，本發明涉及氫滲透阻擋物，其大大降低了該氫滲透阻 擋物施加在其上的物質的氫滲透率。甚至更特別地，本發明涉及氫的儲存和輸送，特別用于 其中產生、轉化、利用或儲存能量的應用。此處所用的術語“氫”包括氫的三種同位素中的任意種=1H^D(氘)和3T(氚)。“氫阻擋層”或“氫滲透阻擋層”是防止或大大妨礙氫通過其輸送的層。
背景技術：
在所有涉及氫制備和利用的潛在的應用領域中氫的擴散都是嚴重的問題。特別需 要的情況存在于核反應堆中，這是由于存在高溫，以及因為其與該反應堆的操作所不可避 免的液態鈉和其他腐蝕性材料的接觸產生了嚴重的問題。在利用氫的內燃機中，也必須考 慮高溫和耐腐蝕性。在與氫的產生和儲存相關的電化學過程中也需要耐化學性(惰性)。在用于產生氫滲透阻擋層的一種已知的方法中，將氫結合在氫化物中，如DE 03130906中所討論。該氫化物主要是基于形成氫化物的稀土(例如釔)或堿土金屬(例如 鈣和鎂)的。這些材料與存在的容器或壁材料形成合金。氫滲透通過核反應堆的各種組件的壁是反應堆操作中的潛在問題。在US 4314880 中，建議通過將其浸漬到熔融鋁中并加熱直到800°C而形成反應堆材料的金屬間化合物層。 通過該方法獲得的該金屬間化合物形成了氫阻擋層。在US 2007/0089764中，描述了氣密性儲存和輸送罐，其也使用對于使用的不同 溫度范圍而不同的金屬氫化物。此外，在US 2007/0089764中，描述了包含氫化物的熱塑性聚合物作為氫的擴散 阻擋層。US 6787007公開了由由電壓電源激活的陽極層、陰極層、電解層和催化層的完整 系統構成的電化學活性氫阻擋層。WO 04057051描述了由脈沖等離子體氮化得到的氫阻擋層。進一步地且與本發明更緊密相關地，建議了以薄膜形式的(特別地以基于陶瓷氧 化物(例如氧化鋁的α相(α-氧化鋁，Ci-Al2O3))的陶瓷氧化物的膜)的滲透阻擋層的 應用[1-4]。這種膜在抑制氫輸送中具有高的效能。這些阻擋層能夠用于其中關注氫在材 料中的擴散和保持的很多領域。這種膜能夠是多功能的，因為其具有還用作承受熱循環的 防腐蝕層、用于承受高的熱和中子通量以及用于可以與侵蝕性介質接觸的可能。滿足大多 數這些需求的最高可能具有α -氧化鋁，因為其具有獨特的高溫熱和機械性質。現有技術中的問題基于聚合物和塑料擴散阻擋層的所有解決方案都限制于相對低的溫度。具有金屬氫化物的方法顯示出兩個固有問題。氫化物的形成通常與在該基體材 料和該氫化物形成材料之間生成合金聯系在一起。在很多情況中，這必須在升高溫度下進行(例如在US 4314880中，在800°C)，對于大的基體這樣做是相當復雜的，而且，基體材料 (應當在其中進行合金化)的選擇自由度受到限制。該氫化物形成材料的選擇能夠影響該 氫化物的生成溫度。然而，通常較低的生成溫度導致較低溫度穩定性的氫化物。等離子體氮化層是用于滲透阻擋層的在經濟上有利的方法，但是尚未顯示該方法 能夠用于在聚變反應堆或內燃機中的高溫擴散阻擋層，這些層的滲透阻擋層性能與現有技 術中已知最好的情況相比也較差。電化學活性擴散阻擋層是精制但昂貴的方案。其基于與電接觸相結合的相對復雜 的層設計，且不能滿足高溫應用的需要。而且，如果用于腐蝕性環境，還需要另外的保護。非常有吸引力且成本有效的產生氫阻擋物的方式是基于在這些與氫接觸的組件 (基體；通常有金屬或陶瓷制成)上沉積薄膜層的。如上討論，由于其高溫穩定性和突出的 機械性質，α-Al2O3(氧化鋁的剛玉結構)是非常有前途的候選方案。然而，對于在工業規 模上合成α -Al2O3，需要高的沉積溫度(約1000°C )，或者仍必須將該工藝方法放大用于涂 覆大的和復雜的表面[6-9]。在低于600°C和甚至500°C的溫度下分別用PECVD[10]和磁控 管濺射[11]沉積氧化鋁得到的最近的結果是有前途的。然而，這些實驗室研究距工業應用 仍很遠。發明目的因此，本發明的一個目的是產生已知氫滲透阻擋物的替代物，特別是不具有上述 問題或至少不是很多這些問題的替代物。進一步地，將提供包括氫滲透阻擋物的裝置和氫 滲透阻擋物的制備方法。此外，將提供層系統的用途。本發明的另一個目的是提供具有至少可與α-Al2O3相當的氫滲透阻擋質量的薄 膜氫滲透阻擋物。本發明的另一個目的是提供具有低于1000°C (優選低于600°C，更優選低于 500°C，甚至更優選低于400°C )的形成溫度或沉積溫度或所需的基體溫度的氫滲透阻擋 物。本發明的另一個目的是提供具有可與α-Al2O3的硬度相當的硬度的薄膜氫滲透 阻擋物。本發明的另一個目的是提供能夠形成包括一個或多個不同相(特別是從無定形 到剛玉型結構)的氫滲透阻擋物。剛玉型結構顯示了非常有吸引力的氫滲透阻擋性能。如 何確定是否存在剛玉型結構是薄膜和/或結晶學領域的技術人員所公知的。本發明的另一個目的是提供包括至少一個高溫相(即至少一個僅在高于1000°C 下才處于熱平衡的相)的氫滲透阻擋物。本發明的另一個目的是提供其性質能夠以相當不復雜的方式進行調節的氫滲透 阻擋物。特別地，其中該層系統的硬度能夠調節。本發明的另一個目的是提供能夠調節用于各種應用(特別是多用途應用，即用于 需要各種不同性質的組合的應用)的氫滲透阻擋物。本發明的另一個目的是提供一方面能夠大大抑制氫的損失且另一方面能夠儲存 氫的氫滲透阻擋物。本發明的另一個目的是提供能夠以工業規模以中等的努力/中等的成本并大量 制備(即具有良好的再現性和均一性)(關于在涂覆有該氫滲透阻擋物的表面上的性質)的氫滲透阻擋物，特別是能夠以所述方式在至少100cm2，更適宜地至少1000cm2，或至少 5000cm2上沉積的氫滲透阻擋物。本發明的另一個目的是形成至少一個氫滲透阻擋層和至少一個能夠形成氫化物 的材料的層的組合。本發明的另一個目的是提供特別是耐磨損的氫滲透阻擋物。本發明的另一個目的是提供特別是耐熱的氫滲透阻擋物。本發明的另一個目的是提供特別是化學惰性的氫滲透阻擋物。本發明的另一個目的是提供用于為否則不能具有氫滲透阻擋物或至少不能具有 相當性質的氫滲透阻擋物的基體提供氫滲透阻擋物的方式。本發明的相應目的分別涉及相應的裝置、方法和用途。依照本專利的權利要求的裝置、方法和用途至少部分實現了這些目的中的至少一 種。發明概述氫滲透阻擋物的制備方法包括以下步驟a)在基體上沉積包括至少一個層的層系統；其特征在于步驟a)包括以下步驟b)沉積至少一個包括至少三元氧化物的氫阻擋層。以略微不同的角度考慮，該方法是包括上述步驟a)和b)的用于降低基體的氫滲 透率的方法。該裝置包括可密封的容積和形成限定所述容積的邊界的至少一部分的壁。所述壁 包括氫滲透阻擋物，其包括包含至少一個層的層系統。所述層系統包括至少一個包括至少 三元氧化物的氫阻擋層。從特別的角度來看，本發明包括系統，其包括第一和第二容積和將所述第一容積 與所述第二容積隔開的氫滲透阻擋物。所述第一容積中的氫密度與所述第二容積中的氫密 度不同，特別地實質不同。所述氫滲透阻擋物包括包含至少一個層的層系統。所述層系統 包括至少一個包括至少三元氧化物的氫阻擋層。所述系統能夠被認為是包括氫的系統。本發明進一步包括依照本發明的裝置的制備方法，所述方法包括以下步驟B)在所述壁上沉積所述氫阻擋層。依照本發明的用途是包括至少一個包括至少三元氧化物的層的層系統作為氫滲 透阻擋物(特別是作為氫滲透阻擋層或涂層)的用途。從略微不同的角度來看，該用途是包括至少一個包括至少三元氧化物的層的層系 統用于降低(特別地顯著降低)基體的氫滲透率的用途。依照本發明的氫滲透阻擋物包括包含至少一個層的層系統，其中所述層系統包括 至少一個包括至少三元氧化物的氫阻擋層。通過本發明，能夠提供替代方式，特別是改進的氫滲透阻擋物，以及改進的氫滲透 阻擋物制備方法。本發明可以為很多類型的基體提供氫滲透阻擋物，特別是提供具有良好 質量和優良性質的氫滲透阻擋物。該氫阻擋層是防止或大大阻擋氫通過其輸送的層。因此，當沉積在基體上時，該氫 阻擋層將至少在很大程度上降低氫對該基體的滲透率。注意甚至在補充涂層之后，基體仍認為是該基體。在其上沉積氫阻擋層的基體能夠是例如-其本身防止(在很大程度上)與氫(存在于在其上沉積該氫阻擋層的該基體的 該側面上)接觸。-避免(在很大程度上)該基體(至少部分)封閉的容積中存在的氫離開所述容 積，即保護所述容積的外部沒有所述容積中存在的氫。-避免(在很大程度上)該基體(至少部分)封閉的容積外部存在的氫進入所述 容積，即保護所述容積的內部沒有所述容積外部存在的氫。至少三元氧化物是三元氧化物(即除0(氧)之外還包括至少兩種其他化學元素 的氧化物)或四元氧化物(即除0(氧)之外還包括至少三種其他化學元素的氧化物)或 除0(氧)之外還包括四種或更多種化學元素的氧化物。在一種實施方案中，所述至少一種氫阻擋層是由至少50at%的程度，更特別地至 少70at %的程度，更特別地至少SOat %的程度的所述至少三元氧化物構成的。在一種實施方案中，所述至少一個氫阻擋層基本上由所述至少三元氧化物構成， 特別地，所述至少一個氫阻擋層由至少90站％的程度，更特別地至少95at%的程度的所述 至少三元氧化物構成的。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，該氫滲透阻擋物 基本由所述層系統構成。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，該氫滲透阻擋物 具有至少5nm，特別地至少10nm，或至少1 μ m的厚度。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，該氫滲透阻擋物 具有至多50 μ m，特別地至多10 μ m，或至多Ιμπ 的厚度。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述至少三元氧 化物包括至少一種金屬性的化學元素。其中，金屬性的包括金屬、半金屬和過渡金屬。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述至少三元氧 化物是三元氧化物。在可以與前述實施方案除最后提及的一種以外的一種或多種相結合的一種實施 方案中，所述至少三元氧化物是四元氧化物。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述至少三元氧 化物基本上具有剛玉型結構。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述至少三元氧 化物包括固溶體或其基本上是固溶體。固溶體是一種或多種溶質在溶劑中的固態溶液，其 中一旦將該一種或多種溶質添加到該容積中，該容積的晶體結構保持不變(其中該晶體點 陣可能會變形)，以及其中該混合物至少基本上保持在單一的均一相中。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述至少三元氧 化物包括鋁。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述至少三元氧 化物包括鉻。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述至少三元氧化物基本上由Al、Cr和0構成，特別是具有16 34at% Al、6 24at% Cr和50 70at% O0在可以與前述實施方案中除最后提及的三種以外的一種或多種相結合的一種實 施方案中，所述至少三元氧化物是基本上由Al和0和由以下構成的組中的至少一種構成的 至少三元氧化物-Au (特另Ij 為 20 30at % )-B (特別為小于3at% )-Be (特另Ij 為 20 30at % )-C (特別為小于3at% )-Cr (特別為大于10或大于25at% )-Fe (特別為 2 15at% )-Hf (特別為 5 IOat % )-Ir (特別為 10 15at% )-La(特別為 10 15at% )
-Mo (特別為 2 5at % )-Nb (特別為 1 3at % )-Ta (特別為 1 3at % )-Ti (特別為 2 6at% )-V(特別為 3 8at% )-W (特別為 5 8at % )-Y(特別為 12 16at% )-Zr (特別為 2 4at % )；或者其中所述至少三元氧化物基本上由以下構成Fe、VafPO;Fe、Cr 禾口 0;或Va 禾口 Cr 禾口 0。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述至少三元氧 化物關于氧略低于化學計量值，特別是比化學計量的氧含量低不超過20%，更特別地低不 超過5%。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的該方法的一種實施方案中，步驟b) 是在低于800°C，特別地低于600°C，更特別地低于500°C的基體溫度下進行的。這可以為該 基體提供可以不加熱到600°C以上的氫滲透阻擋物，如一些其他的已知加氫滲透阻擋物所 需要的那樣。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的該方法的一種實施方案中，所述沉 積所述至少一個氫阻擋層是使用物理氣相沉積方法進行的。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的該方法的一種實施方案中，所述沉 積所述至少一個氫阻擋層是使用陰極電弧蒸發方法，特別地使用未過濾的陰極電弧蒸發方 法進行的。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，沉積所述層系統的至少兩個層沉積，在沉積所述兩個層的第一層和沉積所述兩個層的第二層之間不將所述 基體移動到真空處理腔之外，這樣大大簡化并加速了該氫滲透阻擋層的生成。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的該方法的一種實施方案中，步驟a) 是在真空處理腔中進行的，所述基體不移動到所述真空處理腔之外。這樣大大簡化并加速 了該氫滲透阻擋層的生成。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的該方法的一種實施方案中，在步驟 b)之前，步驟a)包括以下步驟c)在所述基體上沉積用于提高所述至少一個氫阻擋層在所述基體上的粘合性的
粘合層。特別地，在沉積另一層之前，沉積所述粘合層，即直接沉積在該“裸露的”基體上。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，沉積粘合層，所 述粘合層包括由以下構成的組中的至少一種_ 金屬；-氫化物形成金屬；_ 合金；-包括至少一種氫化物形成金屬的合金；-氮化物；_金屬氮化物；-特別是金屬和金屬氮化物的組合。顯然，氫化物形成金屬或合金能夠提高該氫滲透阻擋性能，因此能夠實現雙重的 積極效果。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，沉積粘合層，且 所述沉積所述粘合層是使用物理氣相沉積方法進行的。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，沉積粘合層，且 所述沉積所述粘合層是使用陰極電弧蒸發方法進行的。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，沉積粘合層，且 所述沉積所述粘合層是使用與用于沉積所述氫阻擋層相同類型的方法進行的。這樣簡化了 該沉積過程。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，沉積粘合層，且 所述粘合層包括至少一種也包括在所述基體中和/或也包括在所述氫阻擋層中的化學元 素。這樣能夠改善該氫滲透阻擋物與下面的基體的粘合。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的該方法的一種實施方案中，步驟a) 包括以下步驟e)在所述基體上沉積能夠儲存和釋放氫的氫儲存層。特別地，所述氫儲存層包括或基本上由能夠形成氫化物的金屬構成。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的該方法的一種實施方案中，步驟a) 包括以下步驟d)在所述基體上沉積用于保護所述層系統的至少一個層(特別是位于所述基體 和所述保護層之間的所述層系統的所有其他層或所述層系統的一個或多個層)不受外部影響的保護層。注意所述外部影響能夠是來自所述保護層外部的任意位置的影響。在很多情況中 其將是來自該層系統外部的影響，特別是該涂覆基體外部的，更優選來自該基體的涂覆側 的，但其也能夠是來自該層系統的其他層或來自該基體的影響。在很多情況下，所述保護層 形成了該層系統的最外層(最遠離該基體)。在前述實施方案的一種實施方案中，該所述保護層是由以下構成的組的至少一 種-用于保護所述至少一個層不受熱影響的熱阻擋層，所述熱阻擋層具有比所述層 系統的至少一個其他層更小(特別地實質上更小，或小至少1.3或至少2倍)的導熱率；-用于降低材料在所述層系統內、到其中或其外的輸送的擴散阻擋層，所述擴散阻 擋層提供比層系統的至少一個其他層更強(特別地實質上更強，或強至少1. 3或至少2倍) 的對材料輸送通過其本身的阻礙；-用于保護所述至少一個層不受氧影響的氧化阻擋層，所述氧化阻擋層提供比所 述層系統的至少一個其他層更強(特別地實質上更強，或強至少1. 3或至少2倍)的對氧 輸送通過其本身的阻礙；_用于保護所述至少一個層不發生化學反應的化學阻擋層，所述化學阻擋層具 有比所述層系統的至少一個其他層的化學惰性更高的化學惰性(關于至少一種活性物質 的)；-用于提高待保護的所述至少一個層的耐磨損性的耐磨損層，所述耐磨損層具有 比所述層系統的至少一個其他層更高(特別地實質上更高，或高至少1. 3或至少2倍)的 耐磨損性；所述熱阻擋層降低了(特別地大大降低了)通過其傳遞的熱量。所述擴散阻擋層防止或降低了(特別地大大降低了)材料通過其的輸送。所述氧化阻擋層防止或降低了(特別地大大降低了)氧通過其的輸送，由此防止 其下面的材料受到氧化(至少從其一側)。所述化學阻擋層防止或降低了(特別地大大降低了)該層前面的材料(特別是來 自環境中的)與該層下面的材料(例如該層系統的至少一個層)之間的化學反應。所述耐磨損層防止或降低了(特別地大大降低了)該層系統的機械磨損和/或劣 化。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，所述基體包括或 基本上是由以下構成的組中的至少一種_ 金屬；_ 合金；_ 陶瓷。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的該方法的一種實施方案中，該方法 包括利用所述氫滲透阻擋物在第一和第二容積之間形成邊界的步驟，其中在所述第一容積 內的氫密度與在所述第二容積內的氫密度不同。在可以與前述實施方案的一種或多種相結合的一種實施方案中，該裝置是或包括 由以下構成的組的至少一種
_氫儲存容器；_氫輸送容器；-聚變反應堆(fusion reactor)；-燃料電池；-電池組；-內燃機；-超導電網(electricity-grid)；-電傳輸電纜；-燃料箱。關于氫滲透阻擋物在超導電網和電傳輸電纜中的應用，應當注意氫和/或特定 的氫化合物(特別是與Si的化合物；特定的硅烷)已經顯示出在充分低的溫度和充分 高的壓力下成為低電阻或超導導體的能力。例如參見以下文章^Superconductivity in Hydrogen DominantMaterials :Silane，，，Μ· I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse,Y. Yao。在相應的含氫導體中，能夠利用依照本發明的氫滲透阻擋物降低或避免氫 的逃逸，能夠提高這種導體中的氫密度。本發明包括具有依照本發明的相應方法特征的裝置和用途，反之亦然。該裝置和 用途的優點對應于相應方法的優點，反之亦然。從從屬權利要求和附圖
中呈現了進一步的實施方案和優點。附圖簡述下面，將借助于實施例和所包括的附圖更詳細地描述本發明。附圖顯示了圖Ia橫截面掃描電子顯微照片，顯示了用lOOOsccm氧沉積的Al-Cr-O層的涂層 形態；在圖Ia的下部，復制了該掃描電子顯微照片，存在液滴的位置為豎狀陰影，存在柱狀 結構的位置為水平陰影；圖Ib橫截面掃描電子顯微照片，顯示了用300sCCm氧氣流速沉積的Al-Cr-O層的 涂層形態；圖 2a 用 IOOOsccm 的氧氣流速沉積的樣品的 RBS(RutherfordBackscattering Spectrometry)光譜(參見圖 la)；圖 2b 用 300sccm 的氧氣流速沉積的樣品的 RBS (RutherfordBackscattering Spectrometry)光譜(參見圖 lb)；圖3a用lOOOsccm的氧氣流速沉積的樣品的XRD (X射線衍射)測定；圖3b用300sCCm的氧氣流速沉積的樣品的XRD (X射線衍射)測定；圖4實現多功能層系統的氫滲透阻擋物的涂層構造，示意性的；圖5包括可密封的容積和層系統形式的氫滲透阻擋物的裝置，示意性的。在附圖中所用的參考符號及其含義總結在參考符號列表中。所描述的實施方案表 示為實施例，將不限制本發明。發明詳述下面，將呈現氫滲透阻擋物，其包括或更特別地為通過物理氣相沉積(PVD)(更特 別地通過陰極電弧蒸發)在由鋼制成的基體上沉積的層系統(單一層或至少兩個層的疊 層)。該層系統包括Al-Cr-O層(即由化學元素Al、Cr和0構成的層)，使用由以下兩個子層構成的粘合層(界面)將其沉積在該鋼基體上一個金屬Cr的和一個金屬Al/Cr合金 的。然而，基體材料的選擇不局限于鋼；很多其他材料也能夠用于該基體，例如金屬、合金、 陶瓷和其他。令人驚奇的是，該疊層是優越的氫滲透阻擋物，即其大大抑制了該經涂覆的基 體對于氫的滲透率。而且，其將該性質與優良的氧化阻擋性能相結合，即其防止了下面基體 的氧化。從文獻[11]中已知Al-Cr-O能夠形成剛玉型結構，以及這些結構在高溫下是相當 穩定的。然而，該電弧蒸發層的形態通常顯示出在該層中分布有不同尺寸的液滴，以及完全 未曾預期可以通過陰極電弧蒸發形成如Al-Cr-O層原來的那樣的有效的氫滲透阻擋物。由 于α-Α1203的合成中的一個主要目標是尋找無液滴的沉積方法，因此這也是未曾預期的， 這反映在例如過濾電弧蒸發的利用中以實現光滑且無液滴的涂層[9]。令人驚奇的是，對于該Al-Cr-O層的完全剛玉型結構以及對于該Al-Cr-O層的XRD 無定形結構。該層系統直到至少800°C (這完全是在實驗中可得到的最高溫度)還是溫度 穩定的。因此，必須假設對于Al-Cr-O材料的幾種相共存的情況，仍存在這種令人驚奇的強 氫滲透阻擋性能。下面，將給出該沉積方法和樣品制備的簡要描述。該電弧蒸發方的更詳細描述能 夠參見參考文獻[12]。因此，由此通過參考將參考文獻[12]引入本專利申請中。該Al-Cr-O層(膜)的沉積是在OC Oerlikon Balzers Innova系統中進行的，其結 合了用于標準PVD氮化物涂覆的典型制備能力和用于氧化物層沉積的另外的新特征。該氧 化物層是通過新的陰極電弧蒸發方法(稱作Pulse Enhanced Electron Emission (P3e )) 合成的。這種方法可以在純氧環境中連續操作該陰極電弧源[12]。在裝入該沉積系統中之前，將該樣品用濕法化學清潔。該樣品材料是開發用于熱 核應用的所謂的還原活化鐵素體馬氏體鋼EUR0FER97。該鋼包含9at %的Cr，且預期用作未 來的聚變反應堆的結構材料[13]。在將該系統(沉積腔)抽空之后，進行標準的加熱-蝕刻預處理，設定550°C的基 體溫度。然后，沉積具有約200nm的總厚度的由Cr-Al/Cr構成的界面(首先沉積IOOnm的 Cr,然后沉積IOOnm的Cr和Al)。其中，對于該Cr電弧源，使用140A的電弧電流，然后用 200A的電弧電流操作該Al/Cr合金靶。該界面的選擇最初沒有其他動機，只是為了實現該 Al-Cr-O層與該基體的合理粘合以及將該同樣的靶用于界面(粘合層)和Al-Cr-O層(氫 阻擋層)。然而，我們相信且在此處另外正是了特別是包括氫化物形成金屬或尤其構成的 氫化物形成金屬和/或合金的金屬層可以支持整個層系統的滲透阻擋性質。僅由于實現良 好粘合的原因，也能夠使用很多其他材料，例如氮化物或氧化物；這種氮化物和氧化物層是 PVD技術已知的。在該粘合層(Cr-Al/Cr)和該氧化物(Al-Cr-O)之間的突變是通過引入氧氣流而 實現的。與該金屬粘合層的沉積相反，該Al-Cr-O層是在純氧氣中且在無氬氣的情況下沉 積的。對于該Al/Cr源，在Al-Cr-O氫阻擋層的沉積過程中使用200A的電弧電流。在該實 驗中對于該Al-Cr-O層分別選擇300SCCm和lOOOsccm的氧氣流速。對于該電弧蒸發，使 用具有70at% Al和30at% Cr的標準組成的鋁-鉻合金靶。然而，也能夠選擇其他合金 組成，其將反映在與該靶具有大約相同組成的該層的金屬組成中。該Al和Cr含量為1 99at%，更特別地為5 95&丨％或10 90at%，或甚至15 85at%。
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僅為了比較的原因，將至少一種樣品在沉積之后經過另外的氧等離子體處理以檢 查該處理是否將會提高該阻擋性能。通過不同的分析方法表征分別用300sCCm和lOOOsccm的氧氣流速制成的涂層通過LEO 1530掃描電子顯微鏡(SEM)研究該涂層的層形態和微結構。對在 EUR0FER97基體上沉積的層拍攝橫截面SEM顯微照片(X-SEM)。由于該EUR0FER97基體在 室溫下具有高度的柔性，因此必須將該樣品冷卻到液氮溫度以使其斷裂。通過 Rutherford Backscattering Spectrometry(RBS)分析該制備好的層的組 成。使用2MeV 4He束和硅表面勢壘型探測器在165°進行測試。使用稱作PUMP程序的程 序評價收集的數據[14]。通過Martens硬度測定(Fisherscope HlOOc)遵循IS014577-1準則測定室溫層 硬度[15]。除了該測試的壓痕硬度(HIT)，還測定特定通用塑性硬度(specific universal plastic hardness, HUp 1)，并將其轉化為塑性維氏硬度(HVpl)。通過X射線衍射(XRD)研究合成涂層的結晶度。在具有Gdbel-Mirror和能量擴 散探測器的Bruker-AXS D8衍射計上使用CuK α -輻射以θ-2 θ模式進行測定。使用用于熱核應用的測試樣品的典型實驗裝置進行氫滲透測試。然而，應當注意 到該研究關于針對的氫滲透阻擋物的應用領域不提出任何限制，針對的氫滲透阻擋物的應 用甚至并不限制于本專利申請中體積的應用。用兩個金0形環密封的20mm直徑的薄的圓形樣品將該測試腔分隔為兩個部分上 游和下游容積。能夠通過電路將該樣品加熱直到800°C。工作氣體是氘，通過液氮阱將其引 入該上游容積中以降低水污染。使用壓力計控制該容積中的壓力。在連續抽吸下游容積時 使用四極質譜儀進行該滲透的氘的記錄。在實驗過程中，上游部分中的氘壓力以逐漸方式 提高。在該滲透速率已經達到穩態水平時添加下一部分。在各實驗之后，將該樣品淬火以 釋放聚集在該體積中的氘。安裝該樣品(在一側上涂覆)已將該涂覆朝向施加的氘壓力。由于作為氫滲透阻擋物的層未曾預期的高效能以及由于用測試樣品所得到的長 期的實驗運轉，工作溫度范圍已經限制到600 700°C的窄范圍。較低的溫度將會導致滲透 氫的通量過低以使得其將不足以檢測，在800°C，該實驗的持續時間仍過長以使得該測試達 到了該實驗裝置的溫度接受限制。下面，討論了該氫滲透實驗的層分析和結果如果預期用作擴散阻擋物，特別是用作氫滲透阻擋物，那么該層的形態通常預期 具有決定性的作用。在幾微米厚的薄層中，柱狀生長和液滴會顯著降低該阻擋效能。這對 于使用陰極電弧蒸發的層形成來講是特別重要的，因為公知在該沉積技術中，與濺射和常 規熱蒸發相比更容易發生液滴的形成。這也是對于在電弧蒸發中需要高程度的電離但必須 避免產生液滴的關鍵的現有技術應用而言選擇過濾電弧沉積的原因[16，17]。然而在所有此處討論的實驗中，該層都是在沒有這種過濾器的情況下生成的。換 言之，并不優化沉積條件以減少液滴。更強調使用具有大規模沉積能力的方法并且更強調 對于該制備好的層測試其作為滲透阻擋物的適用性，無論是否形成液滴。因此所有SEM橫 截面顯微照片(圖Ia和lb)都顯示了對于未過濾的陰極電弧蒸發方法所典型的公知液滴。圖Ia和Ib中顯示的X-SEM顯微照片可以比較分別用lOOOsccm氧氣(圖la)和以 300sCCm氧氣流速(圖lb)沉積的Al-Cr-O層(描述為HPBL，表示“氫滲透阻擋層”)。對于這些樣品，所有其他工藝條件都保持相同。在X-SEM上兩種層都顯示出液滴。然而，層的 形態相當不同。在圖Ia的下部，復制了該X-SEM，存在液滴的位置為豎狀陰影，存在柱狀結 構的位置為水平陰影。能夠看到形態的顯著差別。較高的氧氣流速(lOOOsccm;圖la)導 致相當的具有清晰的顆粒邊界的柱狀生長(水平引用)，多個液滴(豎狀陰影)遍布在整個 層上。在圖lb(300sCCm的較低氧氣流速)種，層中的顆粒邊界受到抑制，可以看到層的致 密化。較低的氧氣流速(圖lb)顯示“致密化”該形態的強烈傾向，降低的柱狀生長，在橫 截面中可以看到較少的液滴。用僅1 μ m的降低的Al-Cr-O層厚度沉積另外的層，其顯示對于300sCCm和 lOOOsccm氧氣流速其形態都得以改善。最終，將該氧化物厚度僅降低到lOOnm。對于所有 這些層，測定異常好的氫滲透阻擋性能。因此，總結出該Al-Cr-O層厚度對于氫滲透阻擋性 能并不是關鍵的。因此，該Al-Cr-O層厚度可以更適宜地調整用于優化/調節另外的性質， 例如抗氧化性、耐腐蝕性和/或機械和/或電學和/或光學性質。在圖2a和2b中，顯示了分別用lOOOsccm (圖2a)和300sccm (圖2b)制備的 樣品的 RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry)光譜。該測試分別建議了 Al,42Cra 5802.95 (圖2a)和Ak42Cra 5802.9(1 (圖2b)的組成，這相當符合所用的合金靶中的金屬 比(70% Al和30% Cr)。氧含量的略微不足(分別為2. 90和2. 95，而不是3)可能至少部 分歸因于該層中存在金屬液滴。在測定誤差之內，圖2a和2b的層分別的氧含量沒有顯著 差別。上述在至少一種樣品上進行的另外的氧等離子體后處理既沒有導致RBS光譜的改變 (即組成沒有改變)，也沒有導致作為滲透阻擋物的性能的改變。對于熱核相關應用特別需要該氫滲透阻擋涂層的高溫穩定性。這也是作為阻擋涂 層如此關注剛玉(α-Α1203)的原因。別處研究了此處所用的P3e 技術用于在550°C的PVD典型的基體溫度下(即遠 離該結構的熱平衡(高于IOO(TC))合成剛玉型結構的固溶體的能力[11，12]。在圖3a和3b中，分別呈現了對用lOOOsccm的氧氣流速(圖3a)和用300sCCm的 氧氣流速(圖3b)制備的樣品進行的XRD (X射線衍射)測試。對于這些測試，如上所述以 相同批次并用相同層(約IOOnmCr和約IOOnm AlCr，然后是約3 μ m厚度的Al-Cr-O層)涂 覆硬質合金基體。如果固溶體有5個Bragg峰位于escolaite三價鉻峰(用星號標記的2 θ位置) 和剛玉氧化鋁峰(用點標記的2 θ位置)之間，那么認為該固溶體有剛玉型生長。能夠 將使用lOOOsccm氧氣流速沉積的樣品的XRD圖案(圖3a)與使用300sCCm氧氣流速沉積 的樣品的圖案(圖3b)進行比較。對于用lOOOsccm氧氣流速制備的樣品(圖3a)，該峰 的位置在escolaite (ICDD數據庫的PDF No. 38-1479)和α -氧化鋁(ICDD數據庫的PDF No. 46-1212)之間，這表示了該涂層的剛玉型結構。使用300sCCm氧氣涂覆的樣品沒有顯示 出在表示剛玉結構的位置處的Bragg峰。但這可能是由于不能被XRD分辨的較小的微晶尺 寸所致，其已經被該層的更致密形態所證實。然而，在該光譜中更清晰地顯示處兩個另外的 峰(用虛線標記)，這能夠表示該層中的其他相。測試該樣品的層厚度HVpl，并發現在2000 2400范圍內，這與α -Al203的硬度 相同，并與[12]中對于剛玉型固溶體給出的數值非常匹配。該涂覆樣品的滲透測試顯示滲透降低因子(RPF ；通過未涂覆的樣品和涂覆樣品的滲透率之比)在2000 4000范圍內，這與文獻[4]中對于corimd和氧化鉺的最佳值相 比是顯著的改進。而且，在本專利申請中提出的沉積技術與現有技術的沉積技術(其在文 獻中用于沉積α-A1203)相比是以中等溫度涂覆大基體的制備技術。而且，在前述粘合層 上沉積和直接涂覆到“裸露的”基體上的Al-Cr-O膜都顯示處對鋼和其他金屬基體非常好 的粘合性，如果將基體彎曲不會發生分層。此外，該高的層硬度還導致該涂覆基體表面的磨 損性質的改進。該PVD沉積技術的通用性可以生成多功能的層系統(疊層)，其在一個有多 個不同層構成但在一個單一沉積工藝中沉積的涂層中結合了不同的材料性質，即在該層系 統的沉積過程中不必將樣品移動到該沉積腔之外。參照圖4進一步解釋本發明。圖4顯示了代表氫滲透阻擋物的層系統LS的涂覆 構造(層順序)的實例。該層組合提供了用于實現多功能涂層疊層的各種可能性。由于圖 4中下三年時了不同的可能類型層的目標，因此可以有很多不同的層組合。現在將僅更詳細 地討論這些中的一些。其通常將取決于該層系統將實現的所需的應用。首先沉積在該基體SUB上的層Ll通常是設置在該基體或組件SUB和氫滲透阻擋 層HPBL之間的粘合層AdhL。該粘合層AdhL確保該氫滲透阻擋層HPBL良好粘合到該基體 SUB上，例如通過調節基體SUB和該HPBL之間不同的熱膨脹系數。因此，該粘合層AdhL能 夠認為是梯度層；其中該粘合層AdhL的組成進一步可以垂直于基體表面逐漸變化(更高 或更低光滑性，或逐漸更細或更大)；這給予該術語“梯度層”另一個含義。前述兩個子層 Cr-Al/Al的粘合層能夠認為顯示了這種梯度變化。或者，例如該粘合層AdhL是高粗糙度的 材料，并由此確保了該氫滲透阻擋層HPBL與該基體SUB的良好粘合。該粘合層AdHL能夠是類似現有技術PVD沉積中公知的氮化物層。特別優選用作 該粘合層AdhL的材料是包括或由至少一種氫化物形成金屬構成的金屬或金屬合金，或摻 雜有氫化物形成金屬的金屬或金屬合金，例如本發明中對于Cr-Al/Cr更詳細描述的那樣。 該層將支持通常作為第二層L2沉積在該粘合層Ll頂部的該氫滲透阻擋層HPBL的氫滲透 阻擋性能。第三層L3能夠具有保護功能(保護層ProtL)。其特別能夠是例如關于氧化的 防腐蝕層CRL(氧化阻擋層OxBL)、熱阻擋層ThBL、化學阻擋層ChBL或耐磨損層WRL或用于 氫儲存功能的氫化物形成層HyfL。在最簡化的方法中，在該基體表面上僅沉積由例如如上所述的三元或四元氧化物 構成的氫滲透阻擋層HPBL (僅有層Li)。對于更多需求的應用，作為層Ll的粘合層形成在該基體SUB和該氫滲透阻擋層 HPBL(層L2)之間。在更詳細的形式中，能夠將該粘合層AdhL(作為層Li)與氫滲透阻擋層HPBL(作 為層L2)和頂部的可以作為例如耐腐蝕層CRL、耐磨損層WRL或熱阻擋層ThBL的另外的層 3L3相結合。如前所述，這些層Li、L2、L3之一也可以具有氫儲存功能(氫儲存層HStL)。 例如，可以將氫滲透阻擋層HPBL和氫儲存層HStL分別作為層Ll和L2或作為L2和L3或 作為Ll和L3沉積。這樣，應當可以儲存氫，同時大大避免氫逃逸通過或進入基體SUB。對 于其他應用，然而，可以優選精確交換氫滲透阻擋層HPBL和氫儲存層HStL的前述位置，例 如如果該氫氣將通過基體進入和/或離開該氫儲存層HStL。在一種實例中，氫儲存層HStL位于所述粘合層AdhL和所述氫滲透阻擋層HPBL之 間。
在另一種實例中，氫儲存層HStL交替地或另外地位于氫滲透阻擋層HPBL和保護 層ProtL之間。在另一種實例中，氫儲存層交替地或另外地位于所述保護層ProtL的頂部。在另一種實例中，該層系統包括氫滲透阻擋層HPBL和氫儲存層HStL的至少一個 序列。在另一種實例中，該層系統包括氫滲透阻擋層HPBL、氫儲存層HStL和保護層 ProtL的至少一個序列。應當牢記一個(物理)層(例如L1、L2、L3)可以具有多于一個功能，例如其能夠 同時是氫滲透阻擋層HPBL、熱阻擋層ThBL和化學阻擋層ChBL。圖5示意性地顯示了包括可密封的容積V和形成限制所述容積V的邊界的至少一 部分的壁W。所述壁W包括層系統LS形式的氫滲透阻擋物；因此，壁W實質上相當于上述基 體SUB (加上層系統LS)。層系統LS是上述種類中的一種。顯示了密封件S;作為其替代， 能夠提供閥。在該容積V之外是另一個容積V’，其中該兩個容積V、V’由該壁W彼此隔開。 兩個容積V、V’的氫密度通常將不同。例如，在該裝置A的容積V中包含液態氫或高壓氫 氣，而該外部容積V’僅包含痕量氫氣，通過該層系統LS將使得從裝置A逃逸到容積V’的 氫氣最小化。在本專利申請之前已經給出了該裝置A能夠是的各種實例。注意本發明是關 于氫的任意方面的應用的，特別是氫制備和利用的任意方面。總的來講，本發明可以具有以下優點中的至少一個-其可以在幾乎任何金屬和陶瓷基體上形成薄的氫滲透阻擋物。-該層系統能夠結合具有滲透阻擋性質、耐機械磨損性質、電學性質的層和具有儲 存和釋放氫氣的能力或具有其他性質的層(參見以上)。-該層系統能夠在一個包括大量不同的基體尺寸和材料的單一沉積工藝中沉積。-該層系統能夠在大基體上沉積，例如超過500cm2。-該層系統能夠用高再現性和均一性(厚度)沉積。-可以得到超過1000的PRF。-對于IOnm-IOym的至少三元氧化物的涂層厚度已經證實了有效的氫滲透阻擋 性質。-該氫滲透阻擋物在200°C以上，優選400°C以上，優選600°C以上是熱穩定的。-本發明的滲透阻擋物的機械性質能夠以厚度調節。-該氫滲透阻擋物的形態能夠通過該沉積工藝的參數(特別地通過氧氣流速)調 節。-Al-Cr-O材料系統的所有相(從XRD無定形到剛玉型)都顯示出突出的滲透阻擋 性質。-該PVD沉積技術(尤其是電弧蒸發)的靈活性可使該薄層系統的應用不僅用于 聚變反應堆而且用于上述的其他應用。-該層系統能夠特別好地適用于苛刻環境中(即高溫和/或侵蝕性化學環境)的 應用。在這種環境中，該層系統能夠有效用作氫滲透阻擋物、作為化學阻擋物、作為氧化阻 擋物以及作為擴散阻擋物。-該層系統能夠很好地用于特別關注關于毒性材料(特別是關于氚)的阻擋性質的熱核技術中。與已知的現有技術相比，本發明可以具有一個或多個以下的優點-比任何基于聚合物的技術更高的多的溫度穩定性。-不需要將基體與氫化物形成摻雜劑形成合金以及該合金形成工藝的復雜程序 (高溫，超過IOOO0C ) O-避免了具有復雜層設計的復雜電化學方法。-避免了用于沉積α-Al2O3的高基體溫度和復雜技術。-通過工業PVD制備技術不復雜地合成了多用途疊層(滲透阻擋、氫儲存、耐磨損、 氧化阻擋、擴散阻擋、熱阻擋、……)。-與等離子體氮化法相比更好得多的氫滲透阻擋性質。參考文獻1. K. Verghese, L. R. Zumwalt, C. P. Feng , T. S. Elleman, J. Nucl. Mater. 85&86(1979) 1161.2. K. S. Forcey，D. K. Ross, J. Nuc 1. Mater. 182 (1991) 36.3. G. W. Hol lenberg, Ε. P. Simonen, G. Kalinin, Α. Terlain, FusionEng. Des. 28(1995) 190.4. D. Levchuk, F. Koch, H. Maier，H. Bolt, J. Nuc 1. Mater. 328 (2004) 103.5. D. Levchuk, S. Levchuk, H. Maier, H. Bolt, A. Suzuki , J. Nucl. Mater. 367-370(2007) 1033.6. M. Fink, C. Locker, J. Laimer, C. Mitterer, H. Stori, Surf. Coat. Technol. 188-189(2004)281.7. J. Laimer, M. Fink, C. Mitterer, H. Stori, Vacuum 80 (2005) 141.8. S. Ruppi, A. Larrson, Thin Solid Films 388(2001)50.9. R. Brill, F. Koch, J. Mazurelle, D. Levchuk, M. Balden, Y. Yamada-Takamura, H. Maier, H. Bolt, Surf. Coat. Technol. 174-175 (2003) 606.10. 0. Kyrylov, D. Kurapov, J. M. Schneider, App 1. Phys. A80 (2005) 1657.11. J. Ramm, M. Ante, H. Brandle, A. Neels, A. Dommann, M. Dobeli, Advanced Engineering Materials 9 (2007)604.12. J. Ramm,M. Ante,T. Bachmann,B. ffidrig,H. Brandle, M. Dobeli, Surf. Coat. Technol. 202(2007)876.13. B. van der Schaaf, D. S. Gelles, S. Jitsukawa, A. Kimura, R. L. Klueh, A. Moslang, G. R. Odette, J. Nucl. Mater. 283-287 (2000) 52.14. L. R. Doolittle, Nucl. Instr. and Meth. B 15 (1986) 227.15. International Standard ISO 14577-1, Metallic materials-Instrumented indentation test for hardness and materials parameters, Partl :Test methods, 2002.16. P. J. Martin, A. Bendavid, Thin Solid Films 394(2001) 1.17. R. L. Boxman and V. N. Zhitomirsky，Rev. Sci. Instrum. 77(2006)021101.參考符號列表
A裝置AdhL粘合層ChBL化學阻擋層CRL耐腐蝕層HPBL氫滲透阻擋層，氫阻擋層HyfL氫化物形成層HStL氫儲存層L1，L2，L3 層LS層系統OxBL氧化阻擋層ProtL保護層S密封SUB反應堆、內燃機、燃料電池的基體、壁、部件ThBL熱阻擋層V, V'容積W壁WRL耐磨損層
權利要求
1.氫滲透阻擋物的制備方法，包括以下步驟a)在基體上沉積包括至少一個層(Li；L2 ；L3)的層系統(LS)；其特征在于步驟a)包括以下步驟b)沉積至少一個包括至少三元氧化物的氫阻擋層(HPBL)。
2.權利要求1的方法，其中所述至少一個氫阻擋層(HPBL)基本上由所述至少三元氧化 物構成。
3.權利要求1或2的方法，其中所述至少三元氧化物包括至少一種金屬化學元素。
4.前述權利要求之一的方法，其中所述至少三元氧化物基本上具有剛玉型結構。
5.前述權利要求之一的方法，其中所述至少三元氧化物基本上是固溶體。
6.前述權利要求之一的方法，其中所述至少三元氧化物基本上由Al、Cr和0組成。
7.前述權利要求之一的方法，其中步驟b)是在低于600°C的基體溫度下進行的。
8.前述權利要求之一的方法，其中所述沉積所述至少一個氫阻擋層(HPBL)是使用物 理氣相沉積方法進行的。
9.前述權利要求之一的方法，其中所述沉積所述至少一個氫阻擋層是使用陰極電弧蒸 發方法進行的。
10.前述權利要求之一的方法，其中步驟a)是在真空處理腔中進行的，所述基體不移 動到所述真空處理腔之外。
11.前述權利要求之一的方法，其中在步驟b)之前，步驟a)包括以下步驟c)在所述基體(SUB)上沉積用于提高所述至少一個氫阻擋層(HPBL)在所述基體 (SUB)上的粘合性的粘合層(AdhL)。
12.前述權利要求之一的方法，其中步驟a)包括以下步驟e)在所述基體(SUB)上沉積能夠儲存和釋放氫的氫儲存層(HStL)。
13.前述權利要求之一的方法，其中步驟a)包括以下步驟d)在所述基體(SUB)上沉積用于保護所述層系統(LS)的至少一個層(Li；L2 ；L3)不 受外部影響的保護層(ProtL)。
14.權利要求13的方法，其中所述保護層(ProtL)是由以下構成的組中的至少一種_用于保護所述層系統(LS)的所述至少一個層(Li ；L2 ；L3)不受熱影響的熱阻擋層(ThBL)，所述熱阻擋層(ThBL)具有比所述層系統(LS)的至少一個其他層(Li ；L2 ；L3)更小 的導熱率；_用于降低材料在所述層系統(LS)內、到其中或其外的輸送的擴散阻擋層，所述擴散 阻擋層提供比層系統(LS)的至少一個其他層(Li ；L2 ；L3)更強的對材料輸送通過其本身 的阻礙；_用于保護所述層系統(LS)的所述至少一個層(Li ；L2 ；L3)不受氧影響的氧化阻擋層 (OxBL)，所述氧化阻擋層(OxBL)提供比所述層系統(LS)的至少一個其他層(Li ；L2 ；L3)更 強的對氧輸送通過其本身的阻礙；_用于保護所述層系統(LS)的所述至少一個層(Li ；L2 ；L3)不發生化學反應的化學阻 擋層(ChBL)，所述化學阻擋層(ChBL)具有比所述層系統(LS)的至少一個其他層的化學惰 性更高的化學惰性；_用于提高所述層系統(LS)的所述至少一個層(Li ；L2 ；L3)的耐磨損性的耐磨損層(WRL)，所述耐磨損層(WRL)具有比所述層系統(LS)的至少一個其他層(Li ；L2 ；L3)更高的 耐磨損性。
15.前述權利要求之一的方法，包括利用所述氫滲透阻擋物在第一容積(V)和第二容 積(T)之間形成邊界的步驟，其中在所述第一容積(V)內的氫密度與在所述第二容積(V’) 內的氫密度不同。
16.裝置(A)，包括可密封的容積(V)和形成限定所述容積(V)的邊界的至少一部分的 壁(W)，其中所述壁(W)包括氫滲透阻擋物，其包括包含至少一個層(Li ；L2 ；L3)的層系統 (LS)，其特征在于所述層系統(LS)包括至少一個包括至少三元氧化物的氫阻擋層(HPBL)。
17.權利要求16的裝置(A)，其中所述至少三元氧化物基本上由Al、Cr和0組成。
18.權利要求16或17的裝置(A)，其中所述層系統(LS)包括由以下構成的組中的至 少一種-用于提高所述至少一個氫阻擋層(HPBL)在所述基體(SUB)上的粘合性的粘合層 (AdhL)；-能夠儲存和釋放氫的氫儲存層(HStL)；_用于保護所述層系統(LS)的至少一個層(Li ；L2 ；L3)不受外部影響的保護層 (ProtL)。
19.權利要求16 18之一的裝置(A)，其中所述裝置(A)是或包括由以下構成的組的 至少一種-氫儲存容器； -氫輸送容器； -聚變反應堆； -燃料電池； -電池組； -內燃機； -超導電網； -電傳輸電纜； -燃料箱。
20.包括包含至少三元氧化物的至少一個層(Li；L2 ；L3)的層系統(LS)作為氫滲透阻 擋物的用途。
21.權利要求20的用途，其中所述至少三元氧化物基本上由Al、Cr和0組成。
22.權利要求20或21的用途，其中所述層系統(LS)包括由以下構成的組中的至少一種-用于提高所述至少一個氫阻擋層(HPBL)在所述基體(SUB)上的粘合性的粘合層 (AdhL)；-能夠儲存和釋放氫的氫儲存層(HStL)；_用于保護所述層系統(LS)的至少一個層不受外部影響的保護層(ProtL)。
23.權利要求16 19之一的裝置(A)的制備方法，其特征在于包括以下步驟 B)在所述壁(W)上沉積所述氫阻擋層(HPBL)。
24.氫滲透阻擋物，包括包含至少一個層(Li；L2 ；L3)的層系統(LS)，其中所述層系統(LS)包括包含至少三元氧化物的至少一個氫阻擋層(HPBL)。
25.權利要求24的氫滲透阻擋物，其中所述至少三元氧化物基本上由Al、Cr和0組成。
26.權利要求24或25的氫滲透阻擋物，其中所述層系統(LS)包括由以下構成的組中 的至少一種-用于提高所述至少一個氫阻擋層(HPBL)在所述基體(SUB)上的粘合性的粘合層 (AdhL)；-能夠儲存和釋放氫的氫儲存層(HStL)；_用于保護所述層系統(LS)的至少一個層(Li ；L2 ；L3)不受外部影響的保護層 (ProtL)。
全文摘要
氫滲透阻擋物的制備方法，包括以下步驟a)在基體(SUB)上沉積包括至少一個層(L1；L2；L3)的層系統(LS)；其特征在于步驟a)包括以下步驟b)沉積至少一個包括至少三元氧化物的氫阻擋層(HPBL)。該裝置包括可密封的容積和形成限定所述容積的邊界的至少一部分的壁，其中所述壁包括氫滲透阻擋物，其包括包含至少一個層的層系統，其中所述層系統包括至少一個包括至少三元氧化物的氫阻擋層(HPBL)。優選地，所述至少三元氧化物基本上由Al、Cr和O組成，所述沉積所述至少一個氫阻擋層(HPBL)是使用物理氣相沉積方法(特別是陰極電弧蒸發方法)進行的。優選地，步驟a)包括在所述基體(SUB)上沉積以下中的至少一個粘合層(AdhL)、氫儲存層(HStL)、保護層(ProtL)(特別是熱阻擋層(ThBL)、擴散阻擋層(DBL)、氧化阻擋層(OxBL)、化學阻擋層(ChBL)、耐磨損層(WRL))。能夠實現優良的氫滲透阻擋性質，能夠根據預期應用的需要調節該層系統。
文檔編號C23C14/08GK101999012SQ200980103083
公開日2011年3月30日 申請日期2009年1月26日 優先權日2008年1月25日
發明者J·拉姆 申請人:歐瑞康貿易股份公司(特呂巴赫)