JP2001083287A

JP2001083287A - アルミニウム複合材およびその製造方法、並びにそれを用いたバスケットおよびキャスク

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Publication number: JP2001083287A
Application number: JP25640799A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Murakami; 和夫村上; Tomikane Saida; 富兼斉田; Yasuhiro Sakaguchi; 康弘坂口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2001-03-30
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: EP1083240A1; US7177384B2; EP1083240B1; KR100422208B1; US20030179846A1; JP3122436B1; DE60008655T2; KR20010050427A; DE60008655D1; ES2216787T3; ATE260999T1; TW459248B

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｂの含有量を高くして中性子吸収能を向上さ
せ、しかも、ＺｒやＴｉの添加により機械的性質や加工
性の面でも優れている、アルミニウム複合材およびそれ
を構造部材として使用し低コストで製造できるバスケッ
トを提供する。【解決手段】本発明によるアルミニウム複合材は、Ａ
ｌまたはＡｌ合金母相中に中性子吸収能を有するＢまた
はＢ化合物と、高強度性を付与するための添加元素、た
とえばＺｒやＴｉを含有し、加圧焼結されたものであ
る。また、このアルミニウム複合材を使用して、個々の
使用済み核燃料集合体５をキャスク１０内部の所定位置
に収納するための格子状断面を有するバスケット２０を
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中性子吸収能を具
えたアルミニウム（Ａｌ）複合材およびその製造方法に
関するものである。また、本発明は、中性子吸収能を具
えたアルミニウム複合材で製造された、使用済み核燃料
集合体を収容するバスケットおよびそのバスケットを備
えたキャスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉で所定の燃焼を終えた核燃料集合
体、いわゆる使用済み核燃料集合体は、原子力発電所の
冷却ピットで所定期間冷却された後、輸送用の容器であ
るキャスクに収納されて貯蔵および再処理設備へ運ば
れ、そこで貯蔵される。使用済み核燃料集合体をキャス
ク内に収容するには、バスケットと称する格子状断面を
有する保持容器を使用し、その複数の収納空間であるセ
ルに１体ずつ挿入し、輸送中の振動等に対し適切な保持
力を確保している。

【０００３】上述した従来のバスケットは、図１６に示
すように、板状部材１に設けたスリット２を係合させて
縦横交互に結合することで、使用済み核燃料集合体を挿
入するための格子状断面を形成している。この板状部材
１には、たとえばＪＩＳ２２１９に規定されるＡｌ−Ｃ
ｕ系アルミニウム合金やＪＩＳ５０８３に規定されるＡ
ｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金などのように、強度面に優
れた特性を有している厚さ１０ｍｍ程度のアルミニウム
合金を母材１ａとして、表面に中性子吸収能を有するＡ
ｌ−Ｂ合金よりなる厚さ１ｍｍ程度の板材（中性子吸収
材）を貼り付けたものが使用されている。

【０００４】このような貼り付け構造を採用するのは、
中性子吸収材が加工性に乏しいため、構造部材として単
独で使用することが困難なためである。なお、この板状
部材１の幅は、一般的には３００〜３５０ｍｍ程度のも
のが使用されている。

【０００５】上述したように、従来のバスケットは、ア
ルミニウム合金の母材１ａに中性子吸収材３が貼り付け
られた板状部材１を使用しているため、素材を製造する
のに多大の手間とコストを必要とする。ちなみに、中性
子吸収材３の母材への貼り付けは、スポット溶接、ビス
止め、またはリベット止めによってなされ、通常１台の
キャスクに収納されるバスケットを製造するためには数
千枚の板状部材１が必要となる。

【０００６】また、従来の板状部材１には、母材１ａと
これに貼り付けられた中性子吸収材３との間に段差が生
じることがあり、従って、使用済み核燃料集合体を出し
入れする際に引っかかるという問題がある。さらに、ス
ポット溶接による貼り付けをした場合、長期間の使用に
より劣化して中性子吸収材３が剥がれてしまうという問
題もある。そこで、中性子吸収能を有するＡｌ−Ｂ合金
をバスケットの構造部材として単独で使用することが望
まれている。

【０００７】従来、Ａｌ−Ｂ合金を製造する場合には、
通常の溶解法が採用されており、Ｂ添加量の増加にした
がって液相線温度が急激に上昇するため、Ａｌ合金中に
Ｂを粉末状またはＡｌ−Ｂ合金の形で添加する、Ａｌ溶
湯中にＫＢＦ₄等のホウ弗化物の形で添加してＡｌ−Ｂ
金属間化合物を生成する、液相線温度以下の固液共存域
から鋳造する、あるいは、加圧鋳造法を用いる、といっ
た方法が用いられているが、強度や延性等の機械的性質
を高めるために種々の改良が加えられている。

【０００８】これらの改良については、たとえば特開昭
５９−５０１６７２号、特開昭６１−２３５５２３号、
特開昭６２−７０７９９号、特開昭６２−２３５４３７
号、特開昭６２−２４３７３３号、特開昭６３−３１２
９４３号、特開平１−３１２０４３号、特開平１−３１
２０４４号、特開平９−１６５６３７号等、多くの例を
挙げることができる。

【０００９】このような溶解法によるＡｌ−Ｂ合金は、
中性子を吸収するＢを添加すると、Ｂ化合物としてＡｌ
Ｂ₂およびＡｌＢ₁₂の金属間化合物が存在し、特に、Ａ
ｌＢ ₁₂が多く存在すると加工性が低下する。しかし、こ
のＡｌＢ₁₂の量を制御するのは技術的にも困難であるた
め、実用材としてはＢの量を１．５重量％まで添加する
のが限度であり、従って中性子吸収の効果はそれほど大
きくない。

【００１０】また、中性子吸収作用を有する材料として
は、上述した溶解法によるＡｌ−Ｂ合金の他にも、ボラ
ール（Ｂｏｒａｌ）と呼ばれているものがある。このボ
ラールは、Ａｌ母材に３０〜４０重量％のＢ₄Ｃを配合
した粉末をサンドイッチにして圧延した材料である。し
かし、このボラールは、引張強さが４０ＭＰａ程度と低
いだけでなく、伸びも１％程度と低く、また、成形加工
が困難なため、構造材としては用いられていないのが現
状である。

【００１１】Ａｌ−Ｂ₄Ｃ複合材の今一つの製造法とし
て、粉末冶金法の利用が挙げられる。Ａｌ合金とＢ₄Ｃ
を、共に粉末の状態で均一に混合してから固化成形しよ
うというものであり、前記した溶解に伴うトラブルを回
避できるほか、マトリックス組成をより自由に選択でき
る等のメリットを有する。

【００１２】米国特許ＵＳ５４８６２２３およびそれに
続く同一発明者による一連の発明においては、粉末冶金
法を用いて強度特性に優れるＡｌ−Ｂ₄Ｃ複合材を得る
方法が述べられている。なかでも、ＵＳ５７００９６２
は中性子遮蔽材料の製作を主眼においたものとなってい
る。

【００１３】しかしながら、これらの発明においては、
マトリックスとの結合性を高めるために特定元素を添加
した特殊なＢ₄Ｃを使用する上、工程も複雑で、工業レ
ベルでの実用化にはコスト面で大きな問題があった。ま
た、粉末をＣＩＰで固めたのみの多孔質な成形体を加熱
・押出するためにガスの巻き込みが生じる、マトリック
スの組成によってはビレット焼結時に６２５℃以上とい
う高温に曝すことで特性が著しく劣化する、といった性
能上の懸念事項も多かった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、溶解
法で製造したＡｌ合金は、Ｂ等の中性子吸収能を有する
化合物を添加する量に限界があるため、その中性子吸収
効果は小さいものであった。その解決のため、前述のと
おり多くの発明がなされてきたが、それらの実施には、
内包する化合物相（ＡｌＢ₂、ＡｌＢ₁₂他）の存在比ま
でをコントロールした母合金を溶解する、極めて高価な
濃縮ボロンを使用するなど、生産コストを大幅に上昇さ
せる前提条件が多く、工業レベルでの実用化は困難であ
った。

【００１５】また、操業面においても、炉内の汚染（高
Ｂ濃度のドロスを除去する炉洗いが必要となる、投入し
たフッ化物等が残留してコンタミネーションとなる、
等）や高い溶解温度（１２００℃以上を必要とするもの
も有り）による炉材へのダメージ等の問題から、通常の
Ａｌ用溶解設備での実施は事実上不可能に近かった。

【００１６】また、Ｂ₄Ｃの含有量が３０〜４０重量％
と高いボラールは、加工性に問題があって構造材として
は使用できない状況にある。

【００１７】このような背景から、Ｂの含有量を増して
高い中性子吸収能を有するのは勿論のこと、引張強さや
伸び等の機械的性質にも優れていて、加工が容易で構造
材として使用可能な中性子吸収能を具えたアルミニウム
複合材およびその製造方法が望まれていた。

【００１８】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、Ｂの含有量を増して中性子吸収能を向上させるこ
とができ、しかも、ＺｒやＴｉの添加により機械的性質
や加工性の面でも優れている、アルミニウム複合材およ
びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１９】また、本発明は、構造部材として中性子吸
収能に優れ、かつ機械的性質や加工性に優れたアルミニ
ウム複合材を使用し低コストで製造できるバスケット、
およびこのようなバスケットを備えたキャスクを提供す
ることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記のよう
な現状に鑑み、研磨材あるいは耐火物材料として市中で
安価に流通している通常のＢ₄Ｃを使用するとともに、
ＺｒやＴｉ等を添加することによって、必要な中性子遮
蔽能と強度特性をバランスよく満たすＡｌ基複合材料を
安価に製造する方法を創出すると共に、同法が最大の効
果を発揮する合金組成（Ｂ₄Ｃ添加量も含む）を見出し
たものである。

【００２１】本発明は、上記課題を解決するため以下の
手段を採用した。すなわち、本発明にかかるアルミニウ
ム複合材は、ＡｌまたはＡｌ合金母相中に中性子吸収能
を有するＢまたはＢ化合物と、高強度性を付与するため
の添加元素を含有し、加圧焼結したことを特徴とするも
のである。

【００２２】この発明において、ＢまたはＢ化合物の含
有量は、Ｂ量として１．５重量％以上９重量％以下であ
るのがよく、より好ましくはＢ量として２重量％以上５
重量％以下とするのがよい。また、高強度性を付与する
ための添加元素はＺｒであってもよく、この場合、Ｚｒ
の含有量は０．２重量％以上２．０重量％以下、より好
ましくは０．５重量％以上０．８重量％以下であるとよ
い。あるいは、高強度性を付与するための添加元素はＴ
ｉであってもよく、この場合、Ｔｉの含有量は０．２重
量％以上４．０重量％以下であるとよい。

【００２３】このようなアルミニウム複合材によれば、
ＢまたはＢ化合物の添加量が高く、またＺｒやＴｉ等の
添加元素により引張特性などの機械的性質にも優れたア
ルミニウム複合材となる。また、その製造コストも安価
に抑えることができる。

【００２４】また、本発明にかかるアルミニウム複合材
の製造方法は、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収能
を有するＢまたはＢ化合物の粉末と、高強度性を付与す
るための添加元素の粉末を添加後、加圧焼結することを
特徴とするものである。

【００２５】この発明において、ＡｌまたはＡｌ合金粉
末としては、均一で微細な組織を有する急冷凝固粉を使
用するのが好ましい。ＢまたはＢ化合物の含有量は、Ｂ
量として１．５重量％以上９重量％以下であるのが好ま
しい。Ｂ化合物粉末としては、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）粒
子を使用するのが好ましい。そして、前記ＡｌまたはＡ
ｌ合金粉末の平均粒径を５〜１５０μｍとし、かつ、使
用するＢ化合物粉末を平均粒径１〜６０μｍのＢ₄Ｃ粒
子とするのが好ましい。

【００２６】また、この発明において、高強度性を付与
するための添加元素粉末をＺｒの粉末とし、Ｚｒの含有
量を０．２重量％以上２．０重量％以下、より好ましく
は０．５重量％以上０．８重量％以下とするとよい。あ
るいは、高強度性を付与するための添加元素粉末をＴｉ
の粉末とし、Ｔｉの含有量を０．２重量％以上４．０重
量％以下としてもよい。

【００２７】さらに、この発明において、加圧焼結の方
法としては、熱間押出、熱間圧延、熱間静水圧プレスま
たはホットプレスのいずれかまたは組合せで行うことが
できる。これらの加圧焼結方法は、いずれも粉末を缶内
に封入（キャニング）した後、加熱下において真空引き
することにより缶内の粉末表面に吸着したガス成分およ
び水分を除去し、しかる後に缶を封止することを特徴と
する。そして、このキャニングされた粉末を、缶内を真
空に保ったままで熱間加工に供する。さらに、前記加圧
焼結を実施した後には、必要に応じて適宜熱処理を施す
ことが好ましい。

【００２８】このようなアルミニウム複合材の製造方法
によれば、加圧焼結による粉末冶金法を採用すること
で、ＢまたはＢ化合物の添加量を増やすとともに、Ｚｒ
やＴｉ等を添加することができるので、引張特性などの
機械的性質にも優れたアルミニウム複合材が製造でき
る。従って、中性子吸収能を向上させることができ、か
つ、加工性にも優れたアルミニウム複合材を提供でき
る。

【００２９】また、本発明にかかるバスケットは、個々
の使用済み核燃料集合体をキャスク内部の所定位置に収
納するための格子状断面を有するバスケットであって、
ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収能を有するＢまた
はＢ化合物の粉末と、高強度性を付与するための添加元
素の粉末を添加後、加圧焼結してなる中性子吸収能を具
えたアルミニウム複合材で製造したことを特徴とするも
のである。

【００３０】この発明において、ＢまたはＢ化合物の含
有量は、Ｂ量として１．５重量％以上９重量％以下であ
るのがよく、より好ましくはＢ量として２重量％以上５
重量％以下とするのがよい。また、高強度性を付与する
ための添加元素粉末はＺｒの粉末であってもよく、この
場合、Ｚｒの含有量は０．２重量％以上２．０重量％以
下、より好ましくは０．５重量％以上０．８重量％以下
であるとよい。あるいは、高強度性を付与するための添
加元素粉末はＴｉの粉末であってもよく、この場合、Ｔ
ｉの含有量は０．２重量％以上４．０重量％以下である
とよい。

【００３１】また、この発明において、バスケットの格
子状断面は、アルミニウム複合材よりなる板材を格子状
に結合したものでもよいし、あるいは、アルミニウム複
合材を押出成形してなる管材を結束して形成したもので
もよい。この結束方法としては、ロウ付けが好ましい。

【００３２】このようなバスケットによれば、アルミニ
ウム複合材自体が高い中性子吸収能を具え、しかも加工
性にも優れているので、この複合材を構造部材として使
用しバスケット全体を製造することができる。

【００３３】本発明にかかるキャスクは、個々の使用済
み核燃料集合体をキャスク内部の所定位置に収納するた
めの格子状断面を有し、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性
子吸収能を有するＢまたはＢ化合物の粉末と、高強度性
を付与するための添加元素の粉末を添加後、加圧焼結し
てなる中性子吸収能を具えたアルミニウム複合材で製造
したバスケットと、耐圧を受け持つ胴本体とその外側を
取り巻く中性子遮蔽部とを備え、前記バスケットを内部
に収納する中空のキャスク本体と、前記使用済み核燃料
集合体を前記バスケットに出入れするために設けられた
前記キャスク本体の開口部に着脱可能な蓋とを具備して
構成したことを特徴とするものである。

【００３４】この発明において、ＢまたはＢ化合物の含
有量は、Ｂ量として１．５重量％以上９重量％以下であ
るのがよく、より好ましくはＢ量として２重量％以上５
重量％以下とするのがよい。また、高強度性を付与する
ための添加元素粉末はＺｒの粉末であってもよく、この
場合、Ｚｒの含有量は０．２重量％以上２．０重量％以
下、より好ましくは０．５重量％以上０．８重量％以下
であるとよい。あるいは、高強度性を付与するための添
加元素粉末はＴｉの粉末であってもよく、この場合、Ｔ
ｉの含有量は０．２重量％以上４．０重量％以下である
とよい。

【００３５】また、この発明において、バスケットの格
子状断面は、アルミニウム複合材よりなる板材を格子状
に結合したものでもよいし、あるいは、アルミニウム複
合材を押出成形してなる管材を結束して形成したもので
もよい。この結束方法としては、ロウ付けが好ましい。

【００３６】このようなキャスクによれば、中性子吸収
納に優れ、しかも安価に製造できるバスケットを備えた
ので、キャスク自体の中性子遮蔽機能が増すと共に、安
価に製造できるようになる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるアルミニウ
ム複合材およびその製造方法、並びにそれを用いたバス
ケットおよびキャスクの実施の形態について、添付図面
を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によ
りこの発明が限定されるものではない。

【００３８】本発明にかかるアルミニウム複合材は、Ａ
ｌまたはＡｌ合金母相中に中性子吸収能を有するＢまた
はＢ化合物と、高強度性を付与するための添加元素を含
有し、加圧焼結したものである。ここで、ＢまたはＢ化
合物の含有量は、Ｂ量として１．５重量％以上９重量％
以下、より好ましくは２重量％以上５重量％以下である
のがよい。

【００３９】また、高強度性を付与するための添加元素
はたとえばＺｒである。この場合、Ｚｒの含有量は０．
２重量％以上２．０重量％以下、より好ましくは０．５
重量％以上０．８重量％以下であるとよい。あるいは、
高強度性を付与するための添加元素はたとえばＴｉであ
ってもよい。この場合には、Ｔｉの含有量は０．２重量
％以上４．０重量％以下であるとよい。なお、ＺｒとＴ
ｉの両方を添加してもよい。

【００４０】このようなアルミニウム複合材は、Ｂまた
はＢ化合物の添加量が高いため中性子吸収能に優れ、し
かもＺｒやＴｉ等の添加により引張特性などの機械的性
質にも優れているため高い加工性を具える。したがっ
て、このアルミニウム複合材を、たとえば原子力関連設
備の構造部材として使用することができる。

【００４１】上述したアルミニウム複合材を製造するに
あたっては、アトマイズ法などの急冷凝固法で作製した
ＡｌまたはＡｌ合金粉末と、中性子吸収能を有するＢま
たはＢ化合物の粉末と、高強度性を付与するための添加
元素（たとえばＺｒまたはＴｉの一方または両方）の粉
末を混合して、加圧焼結を行う。

【００４２】ここで添加するＢ量は、１．５重量％以上
９重量％以下の範囲であるが、好適には２重量％以上５
重量％以下である。また、Ｚｒのみを添加する場合の添
加量は、０．２重量％以上２．０重量％以下、より好ま
しくは０．５重量％以上０．８重量％以下である。Ｔｉ
のみを添加する場合の添加量は、０．２重量％以上４．
０重量％以下である。なお、ＺｒとＴｉの両方を添加し
てもよい。

【００４３】べースとして使用できるＡｌまたはＡｌ合
金粉末は、純アルミニウム地金（ＪＩＳ１ｘｘｘ
系）、Ａｌ−Ｃｕ系アルミニウム合金（ＪＩＳ２ｘｘ
ｘ系）、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金（ＪＩＳ５ｘ
ｘｘ系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ６ｘｘｘ系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合
金（ＪＩＳ７ｘｘｘ系）、Ａｌ−Ｆｅ系アルミニウム
合金（Ｆｅ含有率が１〜１０重量％）の他にも、たとえ
ばＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金（ＪＩＳ３ｘｘｘ
系）などがあり、強度、延性、加工性、耐熱性など必要
とする特性に応じて選択することが可能で、特に限定さ
れるものではない。

【００４４】これらのＡｌまたはＡｌ合金としては、均
一で微細な組織を持つ急冷凝固粉を使用する。この急冷
凝固粉を得るための急冷凝固法としては、単ロール法、
双ロール法、エアアトマイズやガスアトマイズなどのア
トマイズ法といった周知技術を採用できる。このような
急冷凝固法によって得られたＡｌ合金粉末は、好適には
平均粒径が５〜１５０μｍの粉末を使用する。

【００４５】その理由は、平均粒径が５μｍ未満では微
粉のために各粒子が擬集をするので、結局大きな粒子の
塊になることとアトマイズ法による製造の限界（微細な
粉末だけを分け取る必要があり、粉末製造歩留が極端に
悪化して、コストを急増させる）のためであり、平均粒
径が１５０μｍを超えると急冷凝固でなくなるなどのア
トマイズ法による製造の限界と、微細な添加粒子との均
一混合が困難になるといった問題とのためである。最も
望ましい平均粒径は５０〜１２０μｍである。急冷擬固
の急冷速度は、１０²℃／ｓｅｃ以上、望ましくは１０
³℃／ｓｅｃ以上である。

【００４６】一方、上記ＡｌまたはＡｌ合金粉末と混合
するＢまたはＢ化合物は、特に高速中性子の吸収能が大
きいという特徴を有している。なお、本発明で使用可能
な好適なＢ化合物としては、Ｂ₄Ｃ，Ｂ₂Ｏ₃などがあ
る。なかでもＢ₄Ｃは、単位量当たりのＢ含有量が多く
少量の添加で大きな中性子吸収能を得られる他、非常に
高い硬度を有するなど構造材への添加粒子として特に好
適である。

【００４７】このようなＢまたはＢ化合物の添加量は、
Ｂ量としての重量％で１．５以上９以下、好適には重量
％で２以上５以下とする。この理由は以下の通りであ
る。

【００４８】アルミニウム合金（およびアルミニウム基
複合材）を原子力分野における構造材、より具体的には
使用済核燃料の貯蔵・輸送用容器の構造材として使用す
ることを考えた場合、その部材厚さは必然的に５ｍｍか
ら３０ｍｍ程度となる。これは、該範囲を超えた厚肉材
では軽量なアルミニウム合金を使用する意味が薄れ、一
方、構造材に要求される信頼性を確保するためには、常
識的なアルミニウム合金の強度を想定すれば極端な薄肉
化が困難なことは明らかなためである。

【００４９】言い換えれば、このような用途に使用する
アルミニウム合金の中性子遮蔽能力は、上記の範囲の厚
さにおいて必要充分な値であればよく、一部の先行発明
に述べられているような極端に多量のＢやＢ₄Ｃの添加
は、いたずらに加工性の悪化や延性の低下をもたらすの
みとなる。

【００５０】発明者らの実験によれば、市場に安価に流
通する通常のＢ₄ＣをＢ源として使用した場合、目的と
する用途に最適な特性を得られるのは、Ｂ₄Ｃ添加量が
２〜１２重量％、Ｂ量換算で１．５〜９重量％の場合の
みである。Ｂ₄Ｃ量がこれを下回ると、必要な中性子吸
収能が得られず、一方、上記範囲を超えて添加された場
合には、押出等の成型時に割れが発生するなどして製作
が困難となるのみならず、得られた材料も延性が低く、
構造材として要求される信頼性を確保することができな
い。

【００５１】また、ＢまたはＢ化合物の粉末は、好適に
は平均粒径が１μｍ〜６０μｍのものを使用する。その
理由は、平均粒径が１μｍ未満では微粉のために各粒子
が凝集するので、結局大きな粒子の塊になって均一な分
散が得られなくなることと歩留が極端に悪くなるためで
あり、６０μｍを超えると、それらが異物となって材料
強度や押出性を低下させるのみならず、さらには材料の
切削加工性も悪化するためである。

【００５２】上記ＡｌまたはＡｌ合金粉末と混合するＺ
ｒやＴｉは、常温または高温のいずれの環境下において
もアルミニウム複合材に高強度性を付与する特性を有す
る。ＺｒやＴｉを添加する際の粉末として、金属Ｚｒや
金属Ｔｉの粉末を用いていもよいし、Ｚｒの化合物やＴ
ｉの化合物の粉末を用いてもよい。たとえば、Ｚｒの化
合物として、たとえば、Ｚｒの酸化物を用いることがで
きる。また、Ｔｉの化合物として、たとえば、Ｔｉの酸
化物を用いることができる。

【００５３】このようなＺｒやＴｉの添加量が上述した
範囲の量である理由は、以下の通りである。すなわち、
Ｚｒの場合、０．２重量％未満では、強度向上の効果が
小さく、反対に、２．０重量％を越えると延性、靱性が
低下し、強度向上の効果も飽和する。また、Ｔｉの場
合、０．２重量％未満では、強度向上の効果が十分では
なく、４．０重量％を越えて含有すると、微細な金属間
化合物の形成が困難となって、靱性の低下が生じ易くな
り、強度向上の効果も飽和する傾向にある。

【００５４】また、ＺｒまたはＺｒ化合物については、
たとえば、スポンジ状のものを用いる。ＴｉまたはＴｉ
化合物についても同様である。

【００５５】上述したＡｌまたはＡｌ合金粉末と、Ｂま
たはＢ化合物の粉末と、ＺｒまたはＺｒ化合物（Ｔｉま
たはＴｉ化合物）の粉末とを混合した後には、混合した
粉末をＡｌ合金製の缶内に封入して真空加熱脱ガスを施
す。この工程を省略すると、最終的に得られる材料中の
ガス量が多くなり、所期の機械的性質が得られなかった
り、熱処理時に表面にフクレが発生したりする。真空加
熱脱ガスに好適な温度範囲は３５０℃〜５５０℃であ
り、下限値以下では充分な脱ガス効果が得られず、上限
以上の高温にさらすと、材質によってはその特性劣化が
著しくなる。

【００５６】そして脱ガス処理後に、加圧焼結を施して
Ａｌ合金複合材を製造する。加圧焼結の製造法として
は、熱間押出、熱間圧延、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）
またはホットプレスのいずれかまたは組合せを採用して
もよい。なお、加圧焼結時における好適な加熱温度は３
５０℃〜５５０℃、時間は５〜１０分である。

【００５７】加圧焼結後には、必要に応じて熱処理を実
施する。たとえばＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＡｌ合金粉末を
ベースとして使用した場合にはＪＩＳのＴ６処理を、Ａ
ｌ−Ｃｕ系のＡｌ合金粉末をべースとして使用した場合
も同様にＴ６処理を施すが、純ＡｌやＡｌ−Ｆｅ系Ａｌ
合金などの粉末をべースとして使用した場合には熱処理
は不要であり、この場合はＪＩＳのＴ１処理に該当す
る。

【００５８】このような製造方法により、ＡｌまたはＡ
ｌ合金母相中に、中性子吸収能を有するＢまたはＢ化合
物をＢ量として１．５重量％以上９重量％以下、かつＺ
ｒまたはＺｒ化合物をＺｒ量として０．２重量％以上
２．０重量％以下含有し、加圧焼結されたアルミニウム
複合材を得ることができる。あるいは、Ｚｒの代わりに
Ｔｉを０．２重量％以上４．０重量％以下含有するアル
ミニウム複合材を得ることができる。なお、ＺｒとＴｉ
の両方を含有させてもよい。

【００５９】なお、ＢまたはＢ化合物は高速中性子吸収
能に優れていることが知られているが、必要に応じて低
速中性子吸収能に優れたＧｄまたはＧｄ化合物を適宜添
加して含有させた複合材としてもよい。

【００６０】つぎに、本発明にかかるバスケットおよび
キャスクの実施の形態を、図１〜図３を参照しながら説
明する。図１は、キャスクの構成を示す部分断面斜視図
であり、図中の符号の１０はキャスク、２０はバスケッ
ト、３０はキャスク本体、４０は蓋である。

【００６１】図示のキャスク１０は、全体がほぼ円筒形
状の収納容器であり、使用済み核燃料集合体（以後、核
燃料集合体という）５をキャスク内部の所定位置に収納
するためのバスケット２０と、耐圧を受け持つ胴本体３
１およびその外側を取り巻く中性子遮蔽部３２とを備え
たキャスク本体３０と、同キャスク本体３０の開口部３
３に着脱可態な蓋４０とを主な構成要素としている。

【００６２】キャスク本体３０は中空円筒形状の容器
で、内部にバスケット２０が設置され、核燃料集合体５
をバスケット２０に出入れするための開口部３３が一方
の端面に設けられている。

【００６３】バスケット２０は、細長い棒状の使用済み
核燃料集合体５を多数キャスク内部に収納できるように
した構造体で、キャスク本体３０の軸方向に長くかつ格
子状断面を有するものであり、各格子状断面により形成
される収納空間がセル２１と呼ばれ、それぞれ１本の核
燃料集合体５を収納することができる。

【００６４】バスケット２０は、キャスク本体３０の開
口部３３に格子状の一端が面しており、蓋４０を取り外
した状態で、各セル２１に核燃料集合体５を収納した
り、あるいは取り出したりできるようになっている。こ
のバスケット２０は、前述したアルミニウム複合材によ
り製造されたものである。

【００６５】ここで、バスケット２０の構造にかかる第
１の実施例を図２に示して説明する。この実施例では、
バスケット２０の構成部材として板状部材２２を使用
し、井桁状に結合して格子状断面を形成している。各板
状部材２２の長辺にはそれぞれ結合用のスリット２３が
設けられ、隣接する板状部材間で互いのスリット２３ど
うしを係合させて結合する構造となっている。この場合
の板状部材２２は、全体が同一組成よりなるアルミニウ
ム複合材の押出成形品であり、従って、バスケット２０
全体が中性子吸収能を具えたものとなる。

【００６６】続いて、バスケット２０の構造にかかる第
２の実施例を図３に示して説明する。この実施例では、
前述したアルミニウム複合材を押出成形してなるほぼ矩
形断面の管材２４を使用し、互いの外面どうしを接触さ
せて多数結束した構造にしてある。各管材の結束方法と
しては、溶接、ロウ付け、連結部材を介してビスやリベ
ットで固定するなど、公知の方法から適宜選択すればよ
い。この場合も、バスケット２０のほぼ全体が中性子吸
収能を具えたものとなる。なお、結束方法としてロウ付
けを採用すると、歪みが軽減されるという利点がある。

【００６７】キャスク本体３０は、炭素鋼またはステン
レス鋼などよりなる耐圧を受け持つ胴本体３１を内筒と
して、たとえば樹脂などの中性子遮蔽材よりなる中性子
遮蔽部３２がその外周を取り巻いた構造となっている。
胴本体３１はまた、γ線遮蔽体としての機能も具えてい
る。また、開口部３３を閉鎖する蓋４０は、キャスク本
体３０にボルトを用いてフランジ結合させる構造となっ
ており、公知技術により充分なシール性を確保するよう
にしてある。なお、図中の符号１１は、キャスク１０を
吊り上げて移動させる際にフックをかけるトラニオンで
ある。

【００６８】上述した実施の形態によれば、中性子吸収
能に優れ、かつ機械的特性にも優れた高い加工性を有す
るアルミニウム複合材を構造部材として使用することが
可能となり、加圧焼結が完了した後必要に応じて熱処理
を施してから、所望形状の構造部材を得るため押出成形
を実施して、たとえば上述した板状部材２２または管状
部材２４を得る。そして、このような板状部材２２また
は管状部材２４によってバスケット２０を製造すれば、
従来例で説明した中性子吸収材を母材に貼り付けるとい
った作業が不要になるので、大幅に作業工数を低減でき
る。また、バスケット２０が同一組成の部材により製造
されているので、構造部材に起因してセル２１内に段差
が生じたり、あるいは、中性子吸収部材が剥離するとい
った問題の発生は解消される。

【００６９】

【実施例】以下に、具体的な実験例を示して詳細に説明
する。まず初めに、ＡｌまたはＡｌ合金母相中に中性子
吸収能を有するＢまたはＢ化合物を含有したアルミニウ
ム複合材（ＺｒやＴｉを含まない）について実験を行っ
た。この実験では、粉末冶金法によりＡｌ−Ｂ₄Ｃ粒子
複合材を製造し、その機械的性質を調べた。

【００７０】［使用材料］（１）べースとなるアルミニウムまたはアルミニウム
合金粉末として、下記の４種類を使用した。べース／粒
径２５０μｍ以下の粉末を得た。これを、種々の粒度に
分級して使用した。以後、「純Ａｌ」という。ベース／
ｇ−０．２５Ｃｒ（ＪＩＳ６０６１）のＡｌ合金を使
用し、Ｎ₂ガスアトマイズ法により粉末を得た。これを
１５０μｍ以下（平均９５μｍ）に分級して使用した。
以後、「６０６１Ａｌ（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）」とい
う。ベース／ｉ−０．１Ｖ−０．１８Ｚｒ（ＪＩＳ２
２１９）のＡｌ合金を使用し、Ｎ₂ガスアトマイズ法に
より粉末を得た。これを１５０μｍ以下（平均９５μ
ｍ）に分級して使用した。以後「２２１９Ａｌ（Ａｌ−
Ｃｕ系）」という。べース／Ｆｅ系Ａｌ合金を使用し、
Ｎ₂ガスアトマイズ法により粉末を得た。これを１５０
μｍ以下（平均９５μｍ）に分級して使用した。以後、
「Ｆｅ系Ａｌ」という。

【００７１】（２）添加粒子として、市販されている
Ｂ₄Ｃを使用した。表１および表２にその仕様の抜粋を
示す。

【００７２】

【表１】

【００７３】

【表２】

【００７４】（実施例１）［使用粉末］ここでは、２５０μｍ以下に分級した純Ａ
ｌ粉末（平均１１８μｍ）と、１５０μｍ以下に分級し
た６０６１Ａｌ、２２１９Ａｌ、Ｆｅ系Ａｌの各粉末
（平均９５μｍ）を使用した。また、添加粒子として
は、平均粒径２３μｍの金属添加用Ｂ₄Ｃを使用した。

【００７５】［試料作製］（１）ビレット製作第１段階として、クロスロータリーミキサーを使用し
て、上記粉末および添加粒子を１０〜１５分混合した。
なお、この実験では１２種類の試料を作製したが、ベー
スとＢ添加量（Ｂの重量％を計算した値で表示）との組
合せは、表３に示す通りである。

【００７６】

【表３】

【００７７】第２段階として、ベース粉末および添加粒
子の混合物を缶へ封入してキャニングを実施した。ここ
で使用した缶の仕様は、下記の通りである。材質：ＪＩＳ６０６３（アルミニウム合金継目無管に
同材質の底板を全周溶接）直径：９０ｍｍ長さ：３００ｍｍ缶厚：２ｍｍ

【００７８】第３段階として、真空加熱脱ガスを実施し
た。この工程では、キャニングされた粉末混合物を４８
０℃まで昇温し、缶内部を１Ｔorr 以下まで真空引きし
て２ｈ保持した。この脱ガス工程を実施したことで缶内
の粉末表面に吸着したガス成分および水分が除去され、
押出用素材（以下ビレットという）の製作が完了する。

【００７９】（２）押出この工程では、上記手順で製作されたビレットを５００
ｔｏｎの押出機を使用して熱間で押出す。この場合の温
度は４３０℃であり、押出比を約１２として下記に示す
平板状の押出形状に成形した。また、この押出成形にお
ける押出時間は４３０秒であった。

【００８０】（３）熱処理（Ｔ６処理）この実験では、押出成形後、表３に示した試料Ｆおよび
試料Ｇについてのみ熱処理を実施した。試料Ｆの熱処理
では、５３０℃で２時間の固溶化熱処理をした後水冷
し、さらに１７５℃で８時間の時効処理をしてから空冷
した。また、試料Ｇの熱処理は、５３０℃で２時間の固
溶化熱処理をした後水冷し、さらに１９０℃で２６時間
の時効処理をしてから空冷した。この熱処理を経て、試
料の製作は終了する。なお、他の試料については、熱間
での押出加工から冷却後自然時効させるＴ１処理を施し
た。

【００８１】［評価］上述した各工程を経て製作された
試料Ａ〜Ｌについて、下記に示す要領で評価を行った。
なお、試料Ｆ，Ｇについては、上述した熱処理を施した
Ｔ６材を用いて評価を行い、他の試料（Ａ〜Ｅ，Ｈ〜
Ｌ）については、熱処理なしのＴ１材を用いて評価を行
った。

【００８２】（１）ミクロ組織観察全試料Ａ〜Ｌについて、押出材中央部のＬ断面（押出方
向に平行）、Ｔ断面（押出方向と直角）で実施した。こ
の結果、いずれの試料についてもアルミニウム合金マト
リックス中にＢ₄Ｃ粒子が均一に微細分散した組織にな
っていることが確認できた。

【００８３】（２）引張試験この引張試験は、常温および２５０℃の二つの温度条件
で実施した。常温での引張試験は、全試料Ａ〜Ｌについ
てそれぞれ試験片の数ｎを２（ｎ＝２）として実施し２
本の平均値とし、また、２５０℃での引張試験は、試料
ＡおよびＣ〜Ｅを除く８種類の試料についてそれぞれｎ
＝２として実施し２本の平均値とした。なお、いずれの
引張試験においても、平行部の直径６ｍｍの丸棒試験片
を使用して試験を行ったが、２５０℃の引張試験の場合
は、この試験片を２５０℃で１００時間保持した後、試
験を実施した。この試験結果を表４に示す。

【００８４】

【表４】

【００８５】表４の実験結果を見ると、０．２％耐力に
ついては、室温では５６ＭＰａ（試料Ａ）〜２９１ＭＰ
ａ（試料Ｇ）の範囲にあり、２５０℃の高温では３２Ｍ
Ｐａ（試料Ｂ）〜１３４ＭＰａ（試料Ｇ）の範囲にあ
る。

【００８６】また、引張強さについては、室温では１０
５ＭＰａ（試料Ａ）〜４２６ＭＰａ（試料Ｇ）の範囲に
あり、２５０℃の高温では４８ＭＰａ（試料Ｂ）〜１８
５ＭＰａ（試料Ｇ）の範囲にあって、室温時はもとより
高温時においても、室温におけるボラールの引張強さ４
１ＭＰａ（表５参照）より優れていることがわかる。

【００８７】続いて、破断伸びについて見ると、室温で
は５％（試料Ｌ）〜６０％（試料Ｈ）の範囲にあり、２
５０℃の高温では１０％（試料Ｌ）〜３６％（試料Ｂ）
の範囲にあって、いずれの温度条件においてもボラール
の伸び１．２％（表５参照）より優れた結果を示してい
る。

【００８８】図４および図５は、引張特性に対する温度
の影響を示したグラフであり、両グラフ共、表４に示し
た試験結果から試料Ｆ，Ｇ，Ｉ（いずれもＢ量２．３重
量％）の数値をプロットしたものである。このグラフを
見ると、試料Ｇが０．２％耐力および引張強さ共に最も
高い値を示しているが、傾斜が比較的大きいことから温
度上昇による影響をうけやすいことがわかる。

【００８９】また、試料Ｉは、０．２％耐力および引張
強さ共に室温では３試料中で最も低い値となっている
が、温度上昇に伴う傾斜は最も小さい。このため、２５
０℃の高温では試料Ｆと逆転しており、すなわち、３試
料中では温度の影響が最も小さいことを示している。な
お、試料Ｆは、特に０．２％耐力の傾斜が大きくなって
おり、温度上昇の影響を受けやすいことを示している。

【００９０】続いて、図６〜図８のグラフには、Ｂ添加
量（重量％）が引張試験結果に及ぼす影響が示されてい
る。図６は、純Ａｌベースの試料Ａ〜Ｅについて、温度
条件を室温として、０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ
（ＭＰａ）、および破断伸び（％）の値（表４参照）を
それぞれプロットして示したものである。このグラフを
見ると、Ｂ添加量が増加するにつれて、細破線で示した
０．２％耐力（ＭＰａ）および実線で示した引張強さ
（ＭＰａ）が大きくなり、反対に、破線で示した破断伸
び（％）は小さくなることがわかる。

【００９１】図７は、Ｆｅ系Ａｌ（Ａｌ−６Ｆｅ）べー
スの試料Ｈ〜Ｌについて、温度条件を室温として、０．
２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ（ＭＰａ）、および破断
伸び（％）の値（表４参照）をそれぞれプロットして示
したものである。このグラフを見ると、Ｂ添加量が増加
するにつれて、細破線で示した０．２％耐力（ＭＰａ）
および実線で示した引張強さ（ＭＰａ）が図６と同様に
大きくなっている。しかし、破線で示した破断伸び
（％）については、Ｂを２．３重量％添加することによ
り無添加時と比較して急激に低下するものの、２．３重
量％から４．７重量％までＢ量を増加させてもその低下
量は小さいものであることがわかる。

【００９２】図８は、図７と同様のＦｅ系Ａｌ（Ａｌ−
６Ｆｅ）ベースの試料Ｈ〜Ｌについて、温度条件を２５
０℃の高温として、０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ
（ＭＰａ）、および破断伸び（％）の値（表４参照）を
それぞれプロットして示したものである。このグラフを
見ると、Ｂ添加量が増加するにつれて、細破線で示した
０．２％耐力（ＭＰａ）および実線で示した引張強さ
（ＭＰａ）が図６および図７と同様に大きくなってい
る。また、破線で示した破断伸び（％）については、Ｂ
を２．３重量％添加することにより無添加時と比較して
急激に低下する図７の現象が解消され、全体としての数
値は低いものの、図６に示したものと同様にＢ量の増加
につれて緩やかに低下する傾向を示している。

【００９３】以上、三つのグラフ（図６〜図８）から確
認できるのは、マトリックスの組成に関わらず、Ｂ₄Ｃ
粒子の添加量がＢ換算で９％を超えると、０．２％耐力
がほとんど向上しない一方で破断伸びが急激に低下し、
それに伴って引張強さもまた低下するという共通の傾向
である。いずれの材料もたとえばボラールよりは高い伸
びを示している（表５参照）ものの、たとえば現実に原
子炉や使用済核燃料用容器の構造材として使用すること
を想定した場合、信頼性の点で常温伸び１０％以上は最
低限必要な値であり、これを満たしうるＢ₄Ｃ添加量は
Ｂ換算で９％以下であると結論できる。

【００９４】Ｂ量の少ないものについては、強度、延性
の面での問題は認められないが、添加量の下限値は、必
要とされる中性子吸収能からおのずと定まるものであ
り、先に述べたとおりその値はＢ換算で１．５重量％で
ある。

【００９５】上述した表４の試験結果のうち、試料Ｂ，
Ｃ，Ｆ，Ｇ，Ｊ（いずれもＢ量２．３または４．７重量
％）の６種類について、そのＢ量（重量％）、引張強さ
（ＭＰａ）、および伸び（％）を下記の表５に抜粋して
示し、溶解法による従来品の各値と比較する。なお、表
５に示す引張強さおよび伸びは室温での値である。

【００９６】

【表５】

【００９７】最初にＢ添加量について比較すると、上記
製造方法により製造したアルミニウム複合材では２．３
または４．７重量％の添加がなされており、０．９重量
％の各Ａｌ合金よりＢ添加量が大きい分だけ高い中性子
吸収能を有する複合材であることがわかる。また、ボラ
ールのＢ添加量は２７．３重量％と非常に高い値になっ
ているが、後述する引張強さおよび伸びの値が極めて低
いものであるため、加工性に乏しいことがわかる。

【００９８】つぎに、引張強さを比較すると、アルミニ
ウム複合材ではＢ量２．３重量％の純Ａｌ複合材（試料
Ｂ）が最も低い１１２ＭＰａとなっており、従来品では
Ａｌ−Ｍｎ系合金の１５０ＭＰａが最も低い値になって
いる。しかし、この試料Ｂは、従来品と比較してＢ添加
量が高いため中性子吸収能に優れており、また、伸びも
従来品で最大の２０％より大幅に高い値を示しているの
で、加工性の面でも実用に耐えうるものである。特に、
ボラールと比較した場合には、引張強さや伸びの特性が
極めて高いため、加工性の面で優れていることがわか
る。

【００９９】なお、ベースをＡｌ合金と限定した場合、
引張強さが最低値となるのは、Ｂ量４．７重量％のＡｌ
−Ｆｅ系複合材（試料Ｊ）であり、その値は２７０ＭＰ
ａとなる。

【０１００】また、アルミニウム複合材で最も引張強さ
に優れているのはＢ量２．３重量％のＡｌ−Ｃｕ系複合
材（試料Ｇ）であり、その値は４２９ＭＰａとなってい
る。これに対して、従来品で最も引張強さに優れている
のはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金の５００ＭＰａであるが、
この場合の伸びは１１％と、表５中に示したアルミニウ
ム複合材の最低値である１８％より低い。この傾向、す
なわち引張強さのわりには伸びが低い（１１〜２０％）
という傾向は従来品であるＢ添加アルミニウム合金に共
通しており、Ｂ含有量をも勘案すれば、全体的にアルミ
ニウム複合材の伸び（１８〜４９％）と比較して低いも
のとなっているといえる。

【０１０１】今度は、表５に基づき、同系のアルミニウ
ム複合材とアルミニウム合金（従来品）とを比較してみ
る。最初に、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系複合材（試料Ｆ）とＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金とを比較すると、Ｂ量、引張強さ
および伸びのいずれの面でも複合材が優れた値を示して
いる。すなわち、Ｂ量は２．３重量％に対し０．９重量
％、引張強さは３０７ＭＰａに対し２７０ＭＰａ、そし
て、伸びは４９％に対し１２％となっており、いずれの
値も複合材が高くなっている。

【０１０２】続いて、Ａｌ−Ｃｕ系複合材（試料Ｇ）と
Ａｌ−Ｃｕ系合金とを比較すると、この場合においても
Ｂ量、引張強さおよび伸びのいずれの面でも複合材が優
れた値を示している。すなわち、Ｂ量は２．３重量％に
対し０．９重量％、引張強さは４２９ＭＰａに対し３７
０ＭＰａ、そして、伸びは２７％に対し１５％となって
おり、いずれの値も複合材が高くなっている。

【０１０３】このように、アルミニウム複合材は、高い
Ｂ量を添加でき、しかも、引張強さや伸びなどの引張特
性にも優れているので、高い加工性を得ることができ
る。特に、使用済み核燃料の輸送容器や貯蔵容器等の構
造部材として用いることを考えると、２５０℃において
引張強さ９８ＭＰａ、伸び１０％以上という機械的性質
を有することが望ましいが、２５０℃の試験結果から、
べースとして純Ａｌ粉末以外のアルミニウム合金粉末を
使用することで、ほぼ達成可能であることを確認でき
た。

【０１０４】（実施例２）［粉末分級］エアアトマイズで製作したＪＩＳ６Ｎ０１
組成の粉末を、種々のサイズの篩で分級した。使用した
篩サイズと、それぞれの場合における「篩下」の平均粒
径、分級歩留を表６に示す。

【０１０５】

【表６】

【０１０６】粒度分布は合金組成やアトマイズ条件で若
干変動する可能性があるものの、篩サイズを小さくする
ことで分級歩留が急激に低下することが確認できる。工
業レベルでの使用を前提にすれば、歩留が一桁となる４
５μｍ以下の粉末は非現実的であると判断せざるを得な
い。

【０１０７】［試料作製］表６に示した各粒度の６Ｎ０
１粉末と、表２に示した５種類のＢ₄Ｃ粒子を、表７に
示す組合せで混合した。Ｂ₄Ｃの添加量はいずれも３重
量％（Ｂ換算で２．３重量％）、混合時間は実施例１と
同様１０〜１５分とした。混合の完了した粉末は、実施
例１と同様の手順にて缶封入、真空加熱脱ガス、押出を
行い、断面形状４８ｍｍ×１２ｍｍの押出材を得た。熱
処理は実施しなかった。

【０１０８】

【表７】

【０１０９】［評価］（１）ミクロ組織観察各押出材の頭部、中間部、尾部、それぞれの断面中央
部、外周部（計６箇所）において、Ｌ断面（押出方向と
平行）ミクロ組織の画像解析を行い、Ｂ₄Ｃ粒子につい
てその局所的な擬集の有無と、全体的な分布の均一性を
調査した。

【０１１０】具体的には、各観察位置においてＢ₄Ｃ粒
子の面積率測定を５視野（１視野は１ｍｍ×１ｍｍ）ず
つ行った（Ｂ₄Ｃの比重が約２．５１であることから、
純Ａｌの比重を２．７として、Ａｌ合金中におけるＢ₄
Ｃの重量％は、Ｖol．％×２．５１／２．７と概算でき
る。一方、断面におけるＢ₄Ｃの面積率は、Ｖol．％に
ほぼ等しいとみなすことができる。よって、ここではＢ
₄Ｃの面積率の標準値を３％×２．７／２．５１＝２．
８％とした）。

【０１１１】単一視野中のＢ₄Ｃ面積率が標準値の２倍
（すなわち５．６％）に達するものが１点でもあった場
合には「凝集あり」、各位置における５視野の面積率の
平均が基準値＋／−０．５％（すなわち２．３〜３．３
％の範囲）をはずれた場合には「分布不均一」と判断し
た。その結果を、表８に示す。

【０１１２】

【表８】

【０１１３】６Ｎ０１粉末の平均粒径が５〜１５０μｍ
であり、かつＢ₄Ｃ粒子の平均粒径が１〜６０μｍの合
金Ｎｏ．１〜１２においては、いずれも良好なＢ₄Ｃの
分布が得られていたのに対し、平均０．８μｍと微細な
Ｂ₄Ｃ粒子を使用した合金Ｎｏ．１３，Ｎｏ．１５では
局部的な凝集が生じていた。また、平均５μｍの微細Ａ
ｌ合金粉末に平均７２μｍの粗大Ｂ₄Ｃを添加したＮ
ｏ．１４では、押出材内の各位置間で、粒子の分布に不
均一が生じていた。

【０１１４】（２）常温引張試験製作した各押出材を、常温での引張試験に供試した。試
験片形状は、実施例１と同じ、平行部径６ｍｍの丸棒試
験片である。結果を表９に示す。合否の基準値を実施例
１で述べたとおり「破断伸び１０％以上」とすると、合
金Ｎｏ．１〜１２はいずれもこれを満たしていることが
わかる。これに対して平均７２μｍという粗大Ｂ₄Ｃを
添加したＮｏ．１４やＮｏ．１６、さらには母材粉末の
平均粒径が１６２μｍと大きいＮｏ．１７およびＮｏ．
１８では延性の低下が著しく、前記基準を満足すること
ができなかった。

【０１１５】以上の結果を総合すると、Ｂ₄Ｃの凝集等
がない均一な組織（すなわち均一な中性子吸収能）と構
造材としての信頼性確保に必要な延性を兼ね備えた材料
を得るためには、母材粉末粒径および添加粒子の粒径
を、本発明の範囲内に制御することが必要不可欠である
ことが確認できる。

【０１１６】

【表９】

【０１１７】（実施例３）［試料作製］表１０に示す組成とプロセスにてビレット
を製作し、４３０℃での押出に供した。ここで使用した
純ＡｌおよびＡｌ−６Ｆｅ合金粉末は、実施例１で使用
したものと同じであり、前者は２５０μｍ以下（平均１
１８μｍ）に分級したエアアトマイズ粉末、後者は１５
０μｍ以下（平均９５μｍ）に分級したＮ₂ガスアトマ
イズ粉末である。また、使用したＢ₄Ｃ粒子は、平均２
３μｍのものである。

【０１１８】各組成に配合した粉末は、クロスロータリ
ーミキサーで２０分間混合した。その後プロセスＡ〜Ｅ
では、実施例１、２と同様の手順で缶封入・真空加熱脱
ガスを行ってビレットとし、押出に供した。このとき真
空脱ガスの温度をＡでは３５０℃、Ｂでは４８０℃、Ｃ
では５５０℃、Ｄでは３００℃、Ｅでは６００℃とし、
押出は全て４３０℃で行った。押出形状は、実施例１と
同じく４８ｍｍ×１２ｍｍである。

【０１１９】プロセスＦでは、混合した粉末を４〜５Ｔ
orr に減圧した２００℃の炉中で２時間加熱後、大気中
でゴム型に充填してＣＩＰ（冷間静水圧圧縮）成形し
た。得られた成形体は密度約７５％（空孔率２５％）で
あり、これを大気中で４３０℃まで加熱して、押出に供
した。押出形状は４８ｍｍ×１２ｍｍである。プロセス
Ｇでは、混合した粉末をそのままＣＩＰ成形し、大気中
で４３０℃に加熱して押出した。押出形状は４８ｍｍ×
１２ｍｍとした。

【０１２０】

【表１０】

【０１２１】［評価］各押出材について、押出材表面の
観察、長手方向での常温引張試験、水素ガス量測定を実
施した。ガス量測定は、ＬＩＳＡ０６に準拠し、真空
溶融抽出−質量分析法で行った。

【０１２２】結果を表１１に示す。本発明の請求範囲に
相当するプロセスＡ〜Ｃを用いて製作した材料では、押
出材表面性状や機械的性質、水素ガス量ともに良好な結
果が得られたのに対し、本発明の請求範囲から逸脱する
プロセスでは以下のような問題が生じた。

【０１２３】脱ガスを本発明の範囲よりも低い温度で実
施したプロセスＤでは、除去できなかった粉末表面の水
素が押出時に放出され、押出材表皮の直下に気泡が生じ
る、いわゆる「フクレ」不良の原因となった。

【０１２４】Ａｌ−Ｆｅ系合金の高強度は急冷凝固効果
で金属間化合物粒子が微細・均一に分散して実現される
ものであるが、極端に高い温度で脱ガスを実施したプロ
セスＥでは、これらの化合物が粗大化し、強度および延
性の急激な低下を引き起こした。

【０１２５】缶に封入せず脱ガスを行ったプロセスＦで
は、押出までに空気にさらされる工程を避け得ないう
え、その脱ガス温度も極めて低いため、水素ガス量は
「脱ガスなし」に近く、押出材表面にフクレが生じたほ
か、強度・延性も低い値となった脱ガスを行わないプロ
セスＧでは、水素ガスの残留が極めて多くフクレが生じ
たほか、強度・延性も低い値となった。

【０１２６】以上より、いずれのマトリックス合金を用
いた場合にも良好な特性を有するＡｌ合金複合材を製作
するためには、本発明で述べた製造方法を用いることが
必要不可欠であることが確認された。

【０１２７】

【表１１】

【０１２８】（実施例４）エアアトマイズで製作し、２
５０μｍ以下に分級した純Ａｌ粉末に、平均粒径２３μ
ｍのＢ₄Ｃ粒子を３重量％（Ｂ換算で２．３重量％）添
加し、実施例１、２と同様の方法にて断面形状４８ｍｍ
×１２ｍｍの押出材を製作した。得られた押出材の引張
特性は、耐力６２ＭＰａ、引張強さ１１２ＭＰａ、破断
伸び３９％であった。

【０１２９】高周波溶解炉で熔解した９９．７％純度の
純Ａｌ溶湯中に３重量％のＢ₄Ｃをアルミ箔に包んで投
入し、直ちに良く攪拌して複合材の製作を試みたが、Ｂ
₄Ｃ粒子は濡れ性が極めて悪く、大部分が湯面上に浮上
した。よって、溶湯攪拌法によるＡｌ−Ｂ₄Ｃ複合材の
製作は困難と判断された。

【０１３０】９９．７％純度の純Ａｌ地金と純Ｂを、Ｂ
量が２．３重量％となるように配合し、高周波溶解炉で
熔解して直径９０ｍｍのビレットに鋳造して押出に供し
た。押出形状は４８ｍｍ×１２ｍｍとした。Ｂの融点が
２０９２℃と極めて高く、通常のＡｌ合金用設備では取
り扱いが困難と判断された（Ａｌ−Ｂの中間合金を使用
しても、程度の差はあれ、問題は同じである）。また、
得られた押出材は伸びが３．１％と低く、横造材として
の使用は困難と判断された。

【０１３１】以上の結果より、高濃度のＢを含有し、し
かも高強度かつ高延性の材料を得るためには、本発明で
述べたとおり、粉末法による複合材製作が最も適当であ
ることが確認できる。

【０１３２】（実施例５）つぎに、上述したアルミニウ
ム複合材にＺｒを添加した複合材について実験を行っ
た。この実験では、粉末冶金法によりＺｒ添加Ａｌ−Ｂ
₄Ｃ粒子複合材およびＡｌ−Ｂ₄Ｃ粒子複合材（Ｚｒの
添加なし）を製造し、その機械的性質を比較した。

【０１３３】［使用粉末］Ｚｒ添加Ａｌ−Ｂ₄Ｃ粒子複
合材を作製するために、ＪＩＳ６Ｎ０１組成にＺｒを
０．８重量％の割合で添加した粉末（試料Ｐ）、または
０．５重量％の割合で添加した粉末（試料Ｑ）を、エア
アトマイズで製作し、２５０μｍ以下に分級して使用し
た。これらの粉末の湿式分析結果を表１２に示す。比較
としてＪＩＳ６Ｎ０１組成の粉末（試料Ｒ）の湿式分析
結果を表１２に併せて示す。また、各粉末に添加する添
加粒子として、平均粒径８．７μｍのＢ₄Ｃを使用し
た。

【０１３４】

【表１２】

【０１３５】［試料作製］試料の作製手順を図９に示
す。（１）ビレット製作第１段階として、クロスロータリーミキサーを使用し
て、上記粉末および添加粒子を１０〜１５分混合した。
なお、この実験では５種類の試料を作製したが、マトリ
ックスとＢ添加量（Ｂの重量％を計算した値で表示）と
の組合せは、表１３に示す通りである。

【０１３６】

【表１３】

【０１３７】第２段階として、マトリックス粉末および
添加粒子の混合物を缶へ封入してキャニングを実施し
た。ここで使用した缶の仕様は、下記の通りである。材質：ＪＩＳ６０６３（アルミニウム合金継目無管に
同材質の底板を全周溶接）直径：９０ｍｍ長さ：３００ｍｍ缶厚：２ｍｍ

【０１３８】第３段階として、真空加熱脱ガスを実施し
た。この工程では、キャニングされた粉末混合物を４８
０℃まで昇温し、缶内部を１Ｔorr 以下まで真空引きし
て２ｈ保持した。この脱ガス工程を実施したことで缶内
の粉末表面に吸着したガス成分および水分が除去され
る。

【０１３９】第４段階として、ホットプレスを行った。
このホットプレスは、４００〜４５０℃で３０秒間、６
０００トン・プレスを行なう。ホットプレス後、缶を除
去し、おおよそ直径８５ｍｍで長さ１５０ｍｍの丸棒が
得られ、押出用素材すなわちビレットの製作が完了し
た。

【０１４０】（２）押出この工程では、上記手順で製作されたビレットを５００
ｔｏｎの押出機を使用して熱間で押出す。この場合の温
度は５１０℃〜５５０℃であり、押出比を約２５として
直径２０ｍｍの丸棒に成形した。押出加工後、自然時効
させるＴ１処理を施した。

【０１４１】［評価］上述した各工程を経て製作された
試料Ｐ３，Ｐ５，Ｑ５，Ｒ３，Ｒ５について、下記に示
す要領で評価を行った。

【０１４２】（１）ミクロ組織観察全試料Ａ〜Ｌについて、押出材中央部のＴ断面（押出方
向と直角）にて、前処理としてエッチングを行わずに実
施した。この結果、いずれの試料についてもマトリック
ス中にＢ₄Ｃ粒子が均一に微細分散した組織になってい
ることが確認できた。

【０１４３】（２）引張試験この引張試験は、常温、および２００℃で１００ｈ保持
した後の２００℃の二つの温度条件で実施した。Ｐ３、
Ｑ５およびＲ５の各試料については、１８０℃で１００
ｈ保持した後の１８０℃、および３５０℃で１００ｈ保
持した後の２００℃の温度条件でも引張試験を実施し
た。なお、いずれの引張試験においても、平行部の直径
８ｍｍの丸棒試験片を使用し、標点間距離を３０ｍｍと
して試験を行った。この試験結果を表１４に示す。

【０１４４】

【表１４】

【０１４５】表１４の実験結果を見ると、０．２％耐力
については、以下の結果である。室温では、Ｚｒを添加
したもの（試料Ｐ３，Ｐ５，Ｑ５）が１３５ＭＰａ〜１
５１ＭＰａの範囲にあり、Ｚｒを添加していないもの
（試料Ｒ３，Ｒ５）が７９ＭＰａ〜８１ＭＰａの範囲に
ある。１８０℃で１００ｈ保持した後の１８０℃では、
Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｑ５）が１０１ＭＰａ
〜１１０ＭＰａの範囲にあり、Ｚｒを添加していないも
の（試料Ｒ５）が７２ＭＰａである。２００℃で１００
ｈ保持した後の２００℃では、Ｚｒを添加したもの（試
料Ｐ３，Ｐ５，Ｑ５）が９０ＭＰａ〜９９ＭＰａの範囲
にあり、Ｚｒを添加していないもの（試料Ｒ３，Ｒ５）
が６２ＭＰａである。３５０℃で１００ｈ保持した後の
２００℃では、Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｑ５）
が９１ＭＰａ〜９４ＭＰａの範囲にあり、Ｚｒを添加し
ていないもの（試料Ｒ５）が５２ＭＰａである。

【０１４６】いずれもＺｒを添加したものの方が０．２
％耐力の点で優れており、上述したバスケットに使用す
る場合の要求特性を十分に満足する。

【０１４７】また、引張強さについては、以下の結果で
ある。室温では、Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｐ
５，Ｑ５）が２０１ＭＰａ〜２１５ＭＰａの範囲にあ
り、Ｚｒを添加していないもの（試料Ｒ３，Ｒ５）が１
５７ＭＰａである。１８０℃で１００ｈ保持した後の１
８０℃では、Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｑ５）が
１２４ＭＰａ〜１３３ＭＰａの範囲にあり、Ｚｒを添加
していないもの（試料Ｒ５）が９３ＭＰａである。２０
０℃で１００ｈ保持した後の２００℃では、Ｚｒを添加
したもの（試料Ｐ３，Ｐ５，Ｑ５）が１１０ＭＰａ〜１
１６ＭＰａの範囲にあり、Ｚｒを添加していないもの
（試料Ｒ３，Ｒ５）が７８ＭＰａ〜８０ＭＰａの範囲に
ある。３５０℃で１００ｈ保持した後の２００℃では、
Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｑ５）が１１２ＭＰａ
〜１１５ＭＰａの範囲にあり、Ｚｒを添加していないも
の（試料Ｒ５）が７３ＭＰａである。

【０１４８】いずれもＺｒを添加したものの方が引張強
さの点で優れており、上述したバスケットに使用する場
合の要求特性を十分に満足する。

【０１４９】続いて、破断伸びについては、以下の結果
である。室温では、Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｐ
５，Ｑ５）が２３．７％〜２５．０％の範囲にあり、Ｚ
ｒを添加していないもの（試料Ｒ３，Ｒ５）が３０．３
％〜３１．７％の範囲にある。１８０℃で１００ｈ保持
した後の１８０℃では、Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ
３，Ｑ５）が３４．７％〜４１．７％の範囲にあり、Ｚ
ｒを添加していないもの（試料Ｒ５）が４６．７％であ
る。２００℃で１００ｈ保持した後の２００℃では、Ｚ
ｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｐ５，Ｑ５）が３３．７
％〜３９．０％の範囲にあり、Ｚｒを添加していないも
の（試料Ｒ３，Ｒ５）が４６．７％〜４８．７％の範囲
にある。３５０℃で１００ｈ保持した後の２００℃で
は、Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｑ５）が３７．３
％〜４１．７％の範囲にあり、Ｚｒを添加していないも
の（試料Ｒ５）が５３．７％である。

【０１５０】Ｚｒを添加したものは、破断伸びの点で、
いずれの温度条件においてもボラールの伸び１．２％
（表５参照）より優れた結果を示している。

【０１５１】図１０および図１１のグラフには、Ｚｒ添
加量（重量％）が引張試験結果に及ぼす影響が示されて
いる。図１０は、試料Ｐ３，Ｑ５，Ｒ３について、温度
条件を室温として、０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ
（ＭＰａ）、および破断伸び（％）の値（表１４参照）
をそれぞれプロットして示したものである。このグラフ
を見ると、Ｚｒ添加量が増加するにつれて、０．２％耐
力（ＭＰａ）および引張強さ（ＭＰａ）が大きくなるこ
とがわかる。ただし、Ｚｒの添加量が０．５重量％のも
の（試料Ｑ５）と、０．８重量％のもの（試料Ｐ３）と
の差は小さいことがわかる。また、破断伸び（％）はＺ
ｒの添加により小さくなるが、Ｚｒの添加量が０．５重
量％のものと０．８重量％のものとでは違いはない。

【０１５２】図１１は、試料Ｐ３，Ｑ５，Ｒ３につい
て、温度条件を２００℃で１００時間保持した後の２０
０℃として、０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ（ＭＰ
ａ）、および破断伸び（％）の値（表１４参照）をそれ
ぞれプロットして示したものである。このグラフを見る
と、Ｚｒ添加量が増加するにつれて、０．２％耐力（Ｍ
Ｐａ）および引張強さ（ＭＰａ）が図１０と同様に大き
くなっている。また、破断伸び（％）はＺｒの添加によ
り小さくなるが、Ｚｒの添加量が０．５重量％のものよ
りも０．８重量％の方が大きくなっている。ただし、Ｚ
ｒの添加量が０．５重量％のもの（試料Ｑ５）と、０．
８重量％のもの（試料Ｐ３）との差は小さいことがわか
る。

【０１５３】（３）ヤング率およびポアソン比の測定試料Ｐ５，Ｑ５，Ｒ３について、ヤング率およびポアソ
ン比を固有振動共振法により測定した。測定に供する試
験片を幅１０ｍｍ、長さ６０ｍｍで厚さ２ｍｍの形状と
し、２００℃で１００時間保持した試料から採取した。
測定温度は、室温（２５℃）、１５０℃、１８０℃、２
００℃および２５０℃とした。この測定結果を表１５に
示すとともに、ヤング率の測定結果を図１２にグラフに
して示す。なお、表１５において、ポアソン比を括弧内
に示す。

【０１５４】

【表１５】

【０１５５】表１５および図１２のグラフより、いずれ
の温度においても、Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ５，Ｑ
５）はＺｒを添加していないもの（試料Ｒ３）よりもヤ
ング率が高い値となっていることがわかる。ただし、１
８０℃までの温度域では、Ｚｒの添加量が０．５重量％
のもの（試料Ｑ５）と、０．８重量％のもの（試料Ｐ
５）との差は殆どないが、それよりも高い温度域では、
０．８重量％のもの（試料Ｐ５）のヤング率が低下して
いる。また、表１５より、Ｚｒ添加の有無にかかわら
ず、ポアソン比は殆ど同じである。

【０１５６】（４）導電率の測定Ｐ３、Ｐ５、Ｑ５、Ｒ３、Ｒ５の各試料について、熱伝
導度の簡易評価法として、押出材中央部のＴ断面（押出
方向と直角）における導電率を渦電流式導電率計により
測定した。各試料について、押し出したまま常温で導電
率を測定するとともに、２００℃で１００時間保持して
から常温で導電率を測定した。この測定結果を表１６に
示すとともに、図１３および図１４にグラフにして示
す。

【０１５７】

【表１６】

【０１５８】表１６、図１３および図１４のグラフよ
り、導電率は、Ｚｒを添加したもの（試料Ｐ３，Ｐ５，
Ｑ５）が４７．５ＩＡＣＳ％〜５１．６ＩＡＣＳ％の範
囲にあり、Ｚｒを添加していないもの（試料Ｒ３，Ｒ
５）が４８．８ＩＡＣＳ％〜５３．０ＩＡＣＳ％の範囲
にある。また、押し出したままのものでも２００℃で１
００時間保持したものでも、Ｂの添加またはＺｒの添加
により導電率が低下することがわかる。特に、Ｚｒの添
加による影響よりもＢの添加による影響の方が大きい。

【０１５９】図１５は、各種Ａｌ材料の導電率と熱伝導
度との関係を表すグラフである。このグラフおよび表１
６の結果より、熱伝導度は、Ｚｒを添加したもの（試料
Ｐ３，Ｐ５，Ｑ５）が０．１８ｋＷ／ｍ・℃〜０．１９
ｋＷ／ｍ・℃の範囲にあり、Ｚｒを添加していないもの
（試料Ｒ３，Ｒ５）が０．１９ｋＷ／ｍ・℃〜０．２０
ｋＷ／ｍ・℃の範囲にある。したがって、熱伝導度の点
で、Ｚｒの添加の有無による違いは殆どないといえる。
すなわち、Ｚｒを添加しても熱伝導度が低下することは
ない。

【０１６０】このように、上述したＺｒ添加アルミニウ
ム複合材は、高いＢ量を添加できるため中性子吸収能に
優れ、しかも、引張強さや伸びなどの引張特性にも優れ
ているため高い加工性を得ることができる。したがっ
て、使用済み核燃料集合体を収容するバスケットおよび
そのバスケットを備えたキャスクを構成する構造材に適
用して好適である。

【０１６１】

【発明の効果】上述した本発明のアルミニウム複合材お
よびその製造方法によれば、以下の効果を奏する。

【０１６２】アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末
に中性子吸収能を有するＢまたはＢ化合物の粉末を添加
して混合した後、加圧焼結するという粉末冶金法を用い
て製造したアルミニウム複合材は、従来の溶解法に比べ
て多量（１．５〜９重量％）のＢまたはＢ化合物を添加
することが可能になる。このため、Ｂ添加量の増加によ
って特に高速中性子の吸収能を向上させることができ
る。

【０１６３】また、このアルミニウム複合材は、Ｚｒや
Ｔｉ等の高強度性を付与するための添加元素が添加され
ているため、高い中性子吸収能を有するのみならず、強
度と延性のバランスにも優れている。したがって、構造
部材として好適なアルミニウム複合材を得ることができ
る。

【０１６４】また、上述した本発明のアルミニウム複合
材をバスケットの構造材として使用することによって、
バスケット自体が高い中性子吸収能を有し、また、製造
に要する工数も低減されるのでコスト的にも安価にな
る。そして、中性子吸収能が向上し、しかもコスト的に
も安価に製造できるバスケットを備えたことにより、キ
ャスクの性能や信頼性が向上し、しかも安価に製造でき
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるキャスクの構造を示す部分断面
斜視図である。

【図２】本発明にかかるバスケットの構造を示す第１の
実施例の部分組立斜視図である。

【図３】本発明にかかるバスケットの構造を示す第２の
実施例の部分組立斜視図である。

【図４】Ａｌ複合材の機械的性質に関するグラフで、表
３の試料Ｆ，Ｇ，Ｉについて、０．２％耐力（ＭＰａ）
と温度（℃）との関係を示している。

【図５】Ａｌ複合材の機械的性質に関するグラフで、表
３の試料Ｆ，Ｇ，Ｉについて、引張強さ（ＭＰａ）と温
度（℃）との関係を示している。

【図６】Ａｌ複合材の機械的性質に関するグラフで、純
Ａｌベース（表３の試料Ａ〜Ｅ）の複合材について、室
温におけるＢ添加量の影響を示している。

【図７】Ａｌ複合材の機械的性質に関するグラフで、Ａ
ｌ−６Ｆｅべース（表３の試料Ｈ〜Ｌ）の複合材につい
て、室温におけるＢ添加量の影響を示している。

【図８】Ａｌ複合材の機械的性質に関するグラフで、Ａ
ｌ−６Ｆｅベース（表３の試料Ｈ〜Ｌ）の複合材につい
て、２５０℃におけるＢ添加量の影響を示している。

【図９】本発明にかかるＺｒ添加Ａｌ複合材の試料作製
手順を示すフローチャートである。

【図１０】本発明にかかるＡｌ複合材の機械的性質に関
するグラフで、室温におけるＺｒ添加量の影響を示して
いる。

【図１１】本発明にかかるＡｌ複合材の機械的性質に関
するグラフで、２００℃で１００時間保持した後の２０
０℃におけるＺｒ添加量の影響を示している。

【図１２】本発明にかかるＡｌ複合材のヤング率を種々
の温度で測定した結果を示すグラフである。

【図１３】本発明にかかるＡｌ複合材の導電率を測定し
た結果を示すグラフで、押し出したままの試料について
ＢおよびＺｒ添加量の影響を示している。

【図１４】本発明にかかるＡｌ複合材の導電率を測定し
た結果を示すグラフで、２００℃で１００時間保持した
試料についてＢおよびＺｒ添加量の影響を示している。

【図１５】各種Ａｌ材料の導電率と熱伝導度との関係を
表すグラフである。

【図１６】従来におけるバスケット構造を示す部分組立
斜視図である。

【符号の説明】

５使用済み核燃料集合体（核燃料集合体）１０キャスク２０バスケット２１セル２２板状部材２３スリット２４管材３０キャスク本体３１胴本体３２中性子遮蔽材３３開口部４０蓋

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年７月４日（２０００．７．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】上記ＡｌまたはＡｌ合金粉末に添加される
ＺｒやＴｉは、常温または高温のいずれの環境下におい
てもアルミニウム複合材に高強度性を付与する特性を有
する。ＺｒやＴｉを添加する際の粉末として、金属Ｚｒ
や金属Ｔｉの粉末を用いていもよいし、Ｚｒの化合物や
Ｔｉの化合物の粉末を用いてもよい。たとえば、Ｚｒの
化合物として、たとえば、Ｚｒの酸化物を用いることが
できる。また、Ｔｉの化合物として、たとえば、Ｔｉの
酸化物を用いることができる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５４】また、Ｚｒ添加については、たとえば、ス
ポンジ状のものを用いる。Ｔｉ添加についても同様であ
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１４０】（２）押出この工程では、上記手順で製作されたビレットを５００
ｔｏｎの押出機を使用して熱間で押出す。この場合の温
度は５１０℃〜５５０℃であり、押出比を約２５として
直径２０ｍｍの丸棒に成形した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｆ 5/005

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡｌまたはＡｌ合金母相中に中性子吸収
能を有するＢまたはＢ化合物と、高強度性を付与するた
めの添加元素を含有し、加圧焼結したことを特徴とする
アルミニウム複合材。
【請求項２】前記ＢまたはＢ化合物の含有量は、Ｂ量
として１．５重量％以上９重量％以下であることを特徴
とする請求項１に記載のアルミニウム複合材。
【請求項３】前記高強度性を付与するための添加元素
はＺｒであることを特徴とする請求項１または２に記載
のアルミニウム複合材。
【請求項４】前記Ｚｒの含有量は０．２重量％以上
２．０重量％以下であることを特徴とする請求項３に記
載のアルミニウム複合材。
【請求項５】前記Ｚｒの含有量は０．５重量％以上
０．８重量％以下であることを特徴とする請求項３に記
載のアルミニウム複合材。
【請求項６】前記高強度性を付与するための添加元素
はＴｉであることを特徴とする請求項１または２に記載
のアルミニウム複合材。
【請求項７】前記Ｔｉの含有量は０．２重量％以上
４．０重量％以下であることを特徴とする請求項６に記
載のアルミニウム複合材。
【請求項８】ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収能
を有するＢまたはＢ化合物の粉末と、高強度性を付与す
るための添加元素の粉末を添加後、加圧焼結することを
特徴とするアルミニウム複合材の製造方法。
【請求項９】前記ＡｌまたはＡｌ合金粉末が急冷凝固
粉であることを特徴とする請求項８記載のアルミニウム
複合材の製造方法。
【請求項１０】前記ＢまたはＢ化合物の含有量は、Ｂ
量として１．５重量％以上９重量％以下であることを特
徴とする請求項８または９に記載のアルミニウム複合材
の製造方法。
【請求項１１】前記Ｂ化合物粉末として、炭化ホウ素
（Ｂ₄Ｃ）粒子を使用することを特徴とする請求項８〜
１０のいずれか一つに記載のアルミニウム複合材の製造
方法。
【請求項１２】前記ＡｌまたはＡｌ合金粉末の平均粒
径が５〜１５０μｍであり、かつ、使用するＢ化合物粉
末が平均粒径１〜６０μｍのＢ₄Ｃ粒子であることを特
徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載のアルミ
ニウム複合材の製造方法。
【請求項１３】前記高強度性を付与するための添加元
素粉末はＺｒの粉末であることを特徴とする請求項８〜
１２のいずれか一つに記載のアルミニウム複合材の製造
方法。
【請求項１４】前記Ｚｒの含有量は０．２重量％以上
２．０重量％以下であることを特徴とする請求項１３に
記載のアルミニウム複合材の製造方法。
【請求項１５】前記Ｚｒの含有量は０．５重量％以上
０．８重量％以下であることを特徴とする請求項１３に
記載のアルミニウム複合材の製造方法。
【請求項１６】前記高強度性を付与するための添加元
素粉末はＴｉの粉末であることを特徴とする請求項８〜
１２のいずれか一つに記載のアルミニウム複合材の製造
方法。
【請求項１７】前記Ｔｉの含有量は０．２重量％以上
４．０重量％以下であることを特徴とする請求項１６に
記載のアルミニウム複合材の製造方法。
【請求項１８】前記加圧焼結が、熱間押出、熱間圧
延、熱間静水圧プレスまたはホットプレスのいずれか１
種、または２種以上の組合せで行うことを特徴とする請
求項８〜１７のいずれか一つに記載のアルミニウム複合
材の製造方法。
【請求項１９】粉末を収容する缶内を３５０℃〜５５
０℃の加熱下で真空脱ガスした後に缶を封止し、しかる
後に内部を真空に保ったままの状態で加圧焼結すること
を特徴とする請求項８〜１８のいずれか一つに記載のア
ルミニウム複合材の製造方法。
【請求項２０】前記加圧焼結後に熱処理を施すことを
特徴とする請求項８〜１９のいずれか一つに記載のアル
ミニウム複合材の製造方法。
【請求項２１】個々の使用済み核燃料集合体をキャス
ク内部の所定位置に収納するための格子状断面を有する
バスケットであって、ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子
吸収能を有するＢまたはＢ化合物の粉末と、高強度性を
付与するための添加元素の粉末を添加後、加圧焼結して
なる中性子吸収能を具えたアルミニウム複合材で製造し
たことを特徴とするバスケット。
【請求項２２】前記ＢまたはＢ化合物の含有量は、Ｂ
量として１．５重量％以上９重量％以下であることを特
徴とする請求項２１に記載のバスケット。
【請求項２３】前記高強度性を付与するための添加元
素粉末はＺｒの粉末であることを特徴とする請求項２１
または２２に記載のバスケット。
【請求項２４】前記Ｚｒの含有量は０．２重量％以上
２．０重量％以下であることを特徴とする請求項２３に
記載のバスケット。
【請求項２５】前記Ｚｒの含有量は０．５重量％以上
０．８重量％以下であることを特徴とする請求項２３に
記載のバスケット。
【請求項２６】前記高強度性を付与するための添加元
素粉末はＴｉの粉末であることを特徴とする請求項２１
または２２に記載のバスケット。
【請求項２７】前記Ｔｉの含有量は０．２重量％以上
４．０重量％以下であることを特徴とする請求項２６に
記載のバスケット。
【請求項２８】前記格子状断面が、前記アルミニウム
複合材の板材を格子状に結合してなることを特徴とする
請求項２１〜２７のいずれか一つに記載のバスケット。
【請求項２９】前記格子状断面が、前記アルミニウム
複合材を押出成形してなる管材を結束して形成したこと
を特徴とする請求項２１〜２７のいずれか一つに記載の
バスケット。
【請求項３０】前記管材の結束がロウ付けによりなさ
れることを特徴とする請求項２９に記載のバスケット。
【請求項３１】個々の使用済み核燃料集合体をキャス
ク内部の所定位置に収納するための格子状断面を有し、
ＡｌまたはＡｌ合金粉末に中性子吸収能を有するＢまた
はＢ化合物の粉末と、高強度性を付与するための添加元
素の粉末を添加後、加圧焼結してなる中性子吸収能を具
えたアルミニウム複合材で製造したバスケットと、耐圧
を受け持つ胴本体とその外側を取り巻く中性子遮蔽部と
を備え、前記バスケットを内部に収納する中空のキャス
ク本体と、前記使用済み核燃料集合体を前記バスケット
に出入れするために設けられた前記キャスク本体の開口
部に着脱可能な蓋と、を具備して構成したことを特徴と
するキャスク。
【請求項３２】前記ＢまたはＢ化合物の含有量は、Ｂ
量として１．５重量％以上９重量％以下であることを特
徴とする請求項３１に記載のキャスク。
【請求項３３】前記高強度性を付与するための添加元
素粉末はＺｒの粉末であることを特徴とする請求項３１
または３２に記載のキャスク。
【請求項３４】前記Ｚｒの含有量は０．２重量％以上
２．０重量％以下であることを特徴とする請求項３３に
記載のキャスク。
【請求項３５】前記Ｚｒの含有量は０．５重量％以上
０．８重量％以下であることを特徴とする請求項３３に
記載のキャスク。
【請求項３６】前記高強度性を付与するための添加元
素粉末はＴｉの粉末であることを特徴とする請求項３１
または３２に記載のキャスク。
【請求項３７】前記Ｔｉの含有量は０．２重量％以上
４．０重量％以下であることを特徴とする請求項３６に
記載のキャスク。
【請求項３８】前記格子状断面が、前記アルミニウム
複合材の板材を格子状に結合してなることを特徴とする
請求項３１に記載のキャスク。
【請求項３９】前記格子状断面が、前記アルミニウム
複合材を押出成形してなる管材を結束して形成したこと
を特徴とする請求項３１に記載のキャスク。
【請求項４０】前記管材の結束がロウ付けによりなさ
れることを特徴とする請求項３９に記載のキャスク。