JP2003121590A - Aluminium-base complex material, production method therefor and complex product therewith - Google Patents

Aluminium-base complex material, production method therefor and complex product therewith

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JP2003121590A
JP2003121590A JP2001311978A JP2001311978A JP2003121590A JP 2003121590 A JP2003121590 A JP 2003121590A JP 2001311978 A JP2001311978 A JP 2001311978A JP 2001311978 A JP2001311978 A JP 2001311978A JP 2003121590 A JP2003121590 A JP 2003121590A
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aluminum
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based composite
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Yasuhiro Sakaguchi
康弘 坂口
Tomikane Saida
富兼 斉田
Kazumi Ogura
佳積 小倉
Masashi Ishii
真史 石井
Hisahiro Matsuoka
寿浩 松岡
Akira Kojima
陽 小島
Shigeharu Kamatsuchi
重晴 鎌土
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminium alloy base complex material which is light and superior in high-temperature strength and neutron absorption, its production method and complex products totally or partly, using the complex material for the member constituting the products. SOLUTION: The aluminium alloy base complex material is constituted of a matrix of aluminium alloy, ceramics body and neutron absorber materials. For the aluminium alloy base complex material is produced, by making aluminium alloy molten metal impregnated and coagulated in ceramics preform, and the complex material is used as constituting member of a complex product.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム基複
合材料およびその製造方法、ならびにそれを用いた複合
体製品に関する。特に、本発明は、軽量で、高温強度と
中性子吸収能に優れたアルミニウム基複合材料である。
また、これを用いた複合体製品は、原子力関連設備や放
射性物質の輸送・貯蔵容器などの構造部材および遮へい
材であり、使用済核燃料集合体を収容するためのバスケ
ットまたは使用済核燃料集合体の貯蔵または輸送用とし
て使用するキャスクなどに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum-based composite material, a method for producing the same, and a composite product using the same. In particular, the present invention is an aluminum-based composite material that is lightweight and has excellent high temperature strength and neutron absorption capacity.
In addition, composite products using this are structural members such as nuclear power related facilities and transport / storage containers for radioactive materials and shielding materials, and are used as baskets for storing spent nuclear fuel assemblies or spent nuclear fuel assemblies. The present invention relates to casks used for storage or transportation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ボロン(B:ホウ素)は中性子吸
収能を有するために、ボロン添加したステンレス鋼やア
ルミニウム合金が、中性子などの放射線を発する使用済
核燃料の収納容器など原子力関連設備の構造部材として
用いられていた。ボロンを添加したアルミニウム合金を
溶解・鋳造により製造する場合には、図7に示すよう
に、アルミニウム合金地金に粉末状の金属ボロンを添加
し(ステップS11)、それを溶融、溶解し(ステップ
S12)、鋳造する(ステップS13)方法が採用され
ていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, since boron (B: boron) has a neutron-absorption capability, the structure of nuclear-related equipment such as a storage container for spent nuclear fuel that emits radiation such as neutrons is produced by boron-added stainless steel or aluminum alloy. It was used as a member. When an aluminum alloy containing boron is manufactured by melting and casting, as shown in FIG. 7, powdery metal boron is added to an aluminum alloy base metal (step S11), and it is melted and melted (step S11). The method of S12) and casting (step S13) was adopted.

【0003】また、特許第3207840号公報には、
ボロンを添加したアルミニウム合金粉末を製造し、その
成形体を溶解・鋳造してアルミニウム合金材を製造する
技術が提案されている。さらに、特開平10―3191
83号公報には、ボロンを添加した金属素地にボロン繊
維を複合化させた材料も提案されている。
Further, Japanese Patent No. 3207840 discloses that
A technique has been proposed in which an aluminum alloy powder to which boron is added is manufactured, and a molded body thereof is melted and cast to manufacture an aluminum alloy material. Furthermore, JP-A-10-3191
Japanese Patent Publication No. 83 also proposes a material in which boron fibers are compounded with a metal base to which boron is added.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したボロンを添加
したステンレス鋼は、重量が重くかつ熱伝導率が小さい
ために、燃料を高収納化したキャスクに適用する場合、
核燃料から発生した熱が放散しにくくクリープ現象を生
じるという問題等があり、高収納化用の材料としては不
向きであった。さらに、ボロンの分布については、次に
説明するボロン添加のアルミニウム合金と同様の問題を
有していた。アルミニウム合金はステンレス鋼に対し、
比重が3分の1と軽量であり、かつ熱伝導率が10倍と
利点を有しているが、ボロンを添加したアルミニウム合
金を溶解・鋳造により製造する従来技術では、アルミニ
ウム合金溶湯中で比重の異なる多種のボロン化合物が生
成され、それらが沈澱または浮揚する。
Since the above-mentioned boron-added stainless steel is heavy and has low thermal conductivity, when it is applied to a cask containing a high amount of fuel,
There is a problem that the heat generated from nuclear fuel is difficult to dissipate and a creep phenomenon occurs, which makes it unsuitable as a material for high storage. Further, the distribution of boron had the same problem as the boron-added aluminum alloy described below. Aluminum alloy is stainless steel,
It has a specific gravity of 1/3 and a thermal conductivity of 10 times, which is an advantage. However, in the conventional technology for producing an aluminum alloy containing boron by melting and casting, the specific gravity is increased in the molten aluminum alloy. , Various types of boron compounds are produced, and they precipitate or float.

【0005】そのため、得られたアルミニウム合金のボ
ロン含有量は、実際のボロン添加量よりも低くなるとい
う問題があった。また、発生するボロン化合物の大きさ
の多くは数百μm程度であることと、微細なボロン化合
物は凝集して粗大化するため、母材中のボロンの均一性
が得られないという問題もあった。ボロンを添加したア
ルミニウム合金においては、このようにボロン含有量が
低くなったり、ボロンの分布が不均一になって、十分な
中性子吸収能が得られなくなることがある。アルミニウ
ム合金鋳物中のAlB2化合物はネットワーク状に生成
し、脆く、加工性が悪いので、通常ボロンの含有量は1
wt%以下と少なく、商用では0.6wt%である。
Therefore, there is a problem in that the boron content of the obtained aluminum alloy is lower than the actual amount of boron added. In addition, most of the generated boron compounds have a size of about several hundreds of μm, and fine boron compounds agglomerate and coarsen, so that there is a problem that the uniformity of boron in the base material cannot be obtained. It was In an aluminum alloy to which boron is added, the boron content may become low as described above, or the boron distribution may become nonuniform, so that sufficient neutron absorption capacity may not be obtained. The AlB2 compound in an aluminum alloy casting is network-like, brittle, and poor in workability, so the content of boron is usually 1
It is as low as less than wt% and is 0.6 wt% for commercial use.

【0006】上述した特許第3207840号公報に記
載のアルミニウム合金材は、ボロンを添加したアルミニ
ウム合金粉末を製造し、その成形体を溶解・鋳造して製
造するものである。アルミニウム合金粉末自体は小さく
ボロンは均一に分布しているが、その後、成形体は溶解
・鋳造されるために上述した問題を有しており母材に含
有できるボロン量は4wt%が限度であり、この量にお
いても母材中のボロンの分布は不均一になるおそれがあ
る。
The aluminum alloy material described in the above-mentioned Japanese Patent No. 3207840 is manufactured by manufacturing an aluminum alloy powder to which boron is added and melting and casting the molded body. The aluminum alloy powder itself is small and boron is evenly distributed, but since the molded body is melted and cast thereafter, there is the above-mentioned problem, and the amount of boron contained in the base material is limited to 4 wt%. However, even with this amount, the distribution of boron in the base material may become non-uniform.

【0007】また、上述した特開平10−319183
号公報で提案されている技術は、非常に高価なボロン長
繊維を用いるという問題があること、ボロンを3%添加
したAl−Mg−Si合金(JIS6061相当)の記
載はあるが、この合金は展伸材用アルミニウム合金で鋳
造性が悪く、溶解・鋳造されるのでこのボロン含有量に
なると粗大なAl−B化合物が偏析し、中性子吸収能が
不均一となる問題を有している。また、ボロン短繊維を
用いることもできるとの記載はあるが、金属素地中に短
繊維が分散した材料であるので、高温強度が低く実用化
する上で問題となる。
Further, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-319183.
The technique proposed in Japanese Patent Publication has a problem that very expensive boron filaments are used, and there is a description of an Al-Mg-Si alloy (JIS6061 equivalent) containing 3% of boron, but this alloy is Since aluminum alloys for wrought materials have poor castability and are melted and cast, coarse Al-B compounds segregate at this boron content, resulting in non-uniform neutron absorption. Also, although it is described that short boron fibers can be used, since they are materials in which short fibers are dispersed in a metal matrix, they have a low high-temperature strength and pose a problem in practical use.

【0008】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、軽量で、強度とくに高温強度と中性子吸収
能に優れたアルミニウム基複合材料およびその製造方法
を提供することを目的とする。また、本発明は、このア
ルミニウム基複合材料を製品の構成する部材の全部もし
くは一部に用いた複合体製品を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an aluminum-based composite material which is lightweight and has excellent strength, particularly high temperature strength and neutron absorbing ability, and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a composite product in which the aluminum-based composite material is used for all or part of the members constituting the product.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、比重が小さく熱伝導率の高い鋳造性の良い金属を
マトリックスに、強度、特に高温強度に優れた材料を用
いて骨格体とし、中性子吸収材とで構成した金属基複合
材料とするのが有効であるとの知見を得て本発明に至っ
た。
As a result of earnest research, the inventors of the present invention have made a skeleton body by using a metal having a small specific gravity and a high thermal conductivity and good castability as a matrix and a material excellent in strength, particularly high temperature strength. As a result, the inventors of the present invention obtained the knowledge that it is effective to use a metal-based composite material composed of a neutron absorber and have reached the present invention.

【0010】すなわち、本発明のアルミニウム基複合材
料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリッ
クスと、セラミックス骨格体と、中性子吸収材とで構成
したことを特徴とする。本発明のアルミニウム基複合材
料において、セラミックス骨格体と中性子吸収材とが接
合されていることが好ましい。また、セラミックス骨格
体は、セラミックスのウィスカーもしくは短繊維を用い
た多孔質プリフォームから形成される。さらに本発明の
アルミニウム基複合材料において、中性子吸収材は、ボ
ロン化合物粒子であり、アルミニウム合金はAl−Si
系、Al−Si−Mg系、Al−Si−Cu−Mg系、
Al−Si−Cu−Ni−Mg系の鋳物もしくはダイカ
スト用のアルミニウム合金であることが好ましい。さら
にまた、セラミックス骨格体はほう酸アルミニウムウィ
スカーの焼結体であることが好ましい。
That is, the aluminum-based composite material of the present invention is characterized by comprising an aluminum or aluminum alloy matrix, a ceramic skeleton body, and a neutron absorber. In the aluminum-based composite material of the present invention, it is preferable that the ceramic skeleton body and the neutron absorber are joined. The ceramic skeleton body is formed from a porous preform using whiskers of ceramics or short fibers. Furthermore, in the aluminum-based composite material of the present invention, the neutron absorber is a boron compound particle, and the aluminum alloy is Al-Si.
System, Al-Si-Mg system, Al-Si-Cu-Mg system,
It is preferable to use an Al-Si-Cu-Ni-Mg-based casting or an aluminum alloy for die casting. Furthermore, the ceramic skeleton body is preferably a sintered body of aluminum borate whiskers.

【0011】なお、本発明におけるアルミニウム基複合
材料のセラミックス骨格体は、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金のマトリックスと中性子吸収材とで複合材
料を構成し、強度を維持する部材であり、アルミニウム
またはアルミニウム合金溶湯を含浸する前の多孔質セラ
ミックスプリフォームから形成されるものである。
The ceramic skeleton body of the aluminum-based composite material in the present invention is a member that forms a composite material with a matrix of aluminum or an aluminum alloy and a neutron absorber and maintains strength. It is formed from a porous ceramics preform before impregnation.

【0012】以上のアルミニウム基複合材料は、以下の
製造方法によって得ることができる。すなわち本発明の
アルミニウム基複合材料の製造方法は、中性子吸収材と
接合した多孔質セラミックスプリフォームを製造する工
程と、該多孔質セラミックスプリフォームにアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金溶湯を含浸する工程と、含浸
したアルミニウムまたはアルミニウム合金溶湯を凝固す
る工程と、を含むことを特徴とする。本発明の製造方法
において、好ましくは、多孔質セラミックスプリフォー
ムはセラミックスのウィスカーもしくは短繊維を用いた
ものである。また、中性子吸収材はボロン化合物粒子で
あることが好ましい。
The above aluminum-based composite material can be obtained by the following manufacturing method. That is, the method for producing an aluminum-based composite material of the present invention, a step of producing a porous ceramics preform bonded with a neutron absorber, a step of impregnating the porous ceramics preform with molten aluminum or aluminum alloy, and impregnated Solidifying the molten aluminum or aluminum alloy. In the production method of the present invention, preferably, the porous ceramic preform uses whiskers or short fibers of ceramics. The neutron absorber is preferably boron compound particles.

【0013】本発明のアルミニウム基複合材料の製造方
法において、好ましくは、セラミックスのウィスカーも
しくは短繊維とボロン化合物粒子を含有混合したスラリ
ーを作製し、このスラリーを脱水・加圧後、焼結して多
孔質プリフォームを作製し、この多孔質プリフォームに
アルミニウムまたはアルミニウム合金溶湯を高圧含浸し
鋳造凝固して複合材料を製造する。
In the method for producing an aluminum-based composite material of the present invention, preferably, a slurry containing ceramic whiskers or short fibers and boron compound particles is prepared, and the slurry is dehydrated, pressurized, and then sintered. A porous preform is produced, and this porous preform is impregnated with a molten aluminum or aluminum alloy under high pressure and is cast and solidified to produce a composite material.

【0014】本発明はさらに、製品を構成する部材の全
部もしくは一部がアルミニウムまたはアルミニウム合金
のマトリックスとセラミックス骨格体と中性子吸収材と
で構成されたアルミニウム基複合材料で形成したことを
特徴する複合体製品を提供する。この複合体製品とし
て、当該製品を構成する部材の全部がアルミニウム基複
合材料であるバスケット、さらには当該製品を構成する
部材の一部がアルミニウム基複合材料であるキャスクに
適用することができる。このアルミニウム基複合材料に
おいて、セラミックス骨格体がほう酸アルミニウムウィ
スカーの焼結体であり、中性子吸収材がボロン化合物粒
子であることが好ましい。
The present invention is further characterized in that all or a part of the members constituting the product are formed of an aluminum-based composite material composed of an aluminum or aluminum alloy matrix, a ceramic skeleton body and a neutron absorbing material. Providing body products. This composite product can be applied to a basket in which all the members constituting the product are aluminum-based composite materials, and further to a cask in which a part of the members constituting the product is an aluminum-based composite material. In this aluminum-based composite material, the ceramic skeleton is preferably a sintered body of aluminum borate whiskers, and the neutron absorber is preferably a boron compound particle.

【0015】本発明において、多孔質セラミックスプリ
フォームを形成する強化材としてセラミックスのウィス
カーもしくは短繊維が強度が高く、簡便な製造プロセス
を適用できるので望ましいが、これらに限定されるもの
ではなく、セラミックス粒子を用いたもので焼結して作
製してもよい。強化材のウィスカーや短繊維としては、
炭化珪素ウィスカー、アルミナ繊維、チタン酸カリウム
ウィスカーなども適用できるが、ほう酸アルミニウムウ
ィスカーは、ウィスカーとしての高温における機械的特
性に優れると同時に、低価格で工業的に入手できるもの
で、本発明のアルミニウム基複合材料の骨格体を形成す
るプリフォームを形成する強化材としては好適である。
In the present invention, whiskers or short fibers of ceramics are preferable as a reinforcing material for forming a porous ceramics preform because they have high strength and a simple manufacturing process can be applied, but the invention is not limited thereto. It may be produced by sintering using particles. For reinforcement whiskers and short fibers,
Although silicon carbide whiskers, alumina fibers, potassium titanate whiskers and the like can also be applied, aluminum borate whiskers have excellent mechanical properties at high temperatures as whiskers, and at the same time are industrially available at a low price. It is suitable as a reinforcing material for forming a preform that forms the skeleton of the base composite material.

【0016】また、強化材のセラミックスの種類として
は、酸化物系でも非酸化物系でもよく、複合材料のマト
リックスとなるアルミニウムまたはアルミニウム合金よ
り高温で熱安定性と高温強度に優れた性質を有している
材料であればよく、この材料中にボロンなどの中性子吸
収能を有する物質を含有していてもよい。さらに、プリ
フォームを形成する強化材としては、同一材料もしくは
同一形状に限定されるものではなく、異なる材料や異な
る形状の組み合わせでもよい。
Further, the type of ceramic of the reinforcing material may be an oxide type or a non-oxide type, and has the property of excellent thermal stability and high temperature strength at high temperature than aluminum or aluminum alloy which is the matrix of the composite material. The material may be any of the above materials, and this material may contain a substance having a neutron absorbing ability such as boron. Further, the reinforcing material forming the preform is not limited to the same material or the same shape, and may be a combination of different materials or different shapes.

【0017】本発明では、セラミックス骨格体と中性子
吸収材は接合されていてよい。さらに、中性子吸収材と
しては、ボロンや炭化ホウ素、窒化ホウ素、酸化ホウ素
などのボロン化合物の他に、ガドリニウム、酸化ガドリ
ニウム、サマリウム、酸化サマリウムなど中性子吸収能
を有するものが適用できる。とくに、炭化ホウ素(B4
C)は、中性子吸収能力に優れたボロンの含有量が高
く、高温まで安定であること、および工業的製造方法が
確立されているので、炭化ホウ素粒子が好ましい。
In the present invention, the ceramic skeleton body and the neutron absorbing material may be joined together. Further, as the neutron absorbing material, in addition to boron and boron compounds such as boron carbide, boron nitride and boron oxide, those having a neutron absorbing ability such as gadolinium, gadolinium oxide, samarium and samarium oxide can be applied. In particular, boron carbide (B4
Boron carbide particles are preferable as C) because the content of boron, which has an excellent neutron absorption capability, is high, is stable up to a high temperature, and the industrial manufacturing method is established.

【0018】なお、中性子吸収材の使用形態としては、
とくに限定されないが、強化材としてウィスカーや短繊
維を用いる場合に、これらの強化材の直径より大きい平
均粒径の中性子吸収粒子を用いると、プリフォームを形
成する強化材と一緒に混合してスラリーとし、焼結して
プリフォームを作製したときに、中性子吸収粒子がプリ
フォームに均一に分布して接合されるので好ましい。な
お、中性子吸収材は、セラミックスプリフォームと接合
された状態で、マトリックスとなるアルミニウム合金溶
湯が含浸され、製造された複合材料において強化材とし
ての機能を兼備していてもよい。
The neutron absorbing material can be used in the following manners.
Although not particularly limited, when using whiskers or short fibers as a reinforcing material, if neutron-absorbing particles having an average particle diameter larger than the diameter of these reinforcing materials are used, they are mixed with the reinforcing material forming the preform to form a slurry. It is preferable that the neutron absorbing particles are evenly distributed and bonded to the preform when the preform is produced by sintering. The neutron absorbing material may be combined with the ceramics preform and impregnated with a molten aluminum alloy serving as a matrix, and may also serve as a reinforcing material in the manufactured composite material.

【0019】本発明のアルミニウム基複合材料のボロン
量としては1〜15wt%含有することができる。アル
ミニウム合金としては、とくに限定はされないが、鋳造
性を考慮しJISのAC1,2,3,4,5,7,8,
9系とADC系のAl−Si系、Al−Si−Mg系、
Al−Si−Cu−Mg系、Al−Si−Cu−Ni−
Mg系の鋳物もしくはダイカスト用合金が望ましく、と
くに鋳造性、熱伝導度と伸びなどの機械的特性に優れた
JIS AC4CH合金が好適である。
The aluminum-based composite material of the present invention may contain 1 to 15 wt% of boron. The aluminum alloy is not particularly limited, but in consideration of castability, JIS AC1, 2, 3, 4, 5, 7, 8,
9 system and ADC system Al-Si system, Al-Si-Mg system,
Al-Si-Cu-Mg system, Al-Si-Cu-Ni-
Mg-based castings or die-casting alloys are preferable, and JIS AC4CH alloys, which are particularly excellent in castability, mechanical properties such as thermal conductivity and elongation, are preferable.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明のアルミニウム基複
合材料およびその製造方法、ならびにそれを用いた複合
体製品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本発明が限定
されるものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the aluminum-based composite material, the method for producing the same, and the composite product using the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to this embodiment.

【0021】図1は、本発明にかかるアルミニウム基複
合材料の製造方法の一例を示す工程図である。まず、ほ
う酸アルミニウムウィスカーとボロン化合物である炭化
ホウ素(B4C)粒子を混合し(ステップS21)、こ
の混合物を水や無機バインダーなどと混合してスラリー
とする(ステップS22)。スラリーをプリフォーム成
形型に流し込み(ステップS23)、その後、脱水・加
圧成形(ステップS24)し、焼結(ステップS25)
してB4C粒子が接合された多孔質セラミックスプリフ
ォームを作製する(ステップS26)。
FIG. 1 is a process chart showing an example of a method for producing an aluminum-based composite material according to the present invention. First, aluminum borate whiskers and boron carbide (B4C) particles that are boron compounds are mixed (step S21), and this mixture is mixed with water, an inorganic binder, or the like to form a slurry (step S22). The slurry is poured into a preform mold (step S23), and then dehydration / pressure molding (step S24) and sintering (step S25).
Then, a porous ceramics preform to which B4C particles are bonded is produced (step S26).

【0022】次に、アルミニウムまたはアルミニウム合
金溶湯を多孔質セラミックプリフォーム内に加圧して含
浸(ステップS27)し、含浸したアルミニウムまたは
アルミニウム合金溶湯が凝固してアルミニウム基複合材
料(ステップS28)が製造される。製造されたアルミ
ニウム基複合材料は、アルミニウムまたはアルミニウム
合金のマトリックスとほう酸アルミニウムウィスカーの
焼結体であるセラミックス骨格体と中性子吸収材である
炭化ホウ素粒子とで構成されている。
Next, the molten aluminum or aluminum alloy is pressurized and impregnated into the porous ceramic preform (step S27), and the impregnated molten aluminum or aluminum alloy is solidified to produce an aluminum-based composite material (step S28). To be done. The produced aluminum-based composite material is composed of a matrix of aluminum or an aluminum alloy, a ceramic skeleton which is a sintered body of aluminum borate whiskers, and boron carbide particles which is a neutron absorber.

【0023】上述したアルミニウムまたはアルミニウム
合金溶湯を多孔質セラミックスプリフォーム内に加圧し
て含浸(ステップS27)する方法について、図2を用
いて説明する。まず、最初にウィスカーを焼結したプリ
フォームPを高圧鋳造機の金型Dにセット(図2
a))した後、直ちにアルミニウムまたはアルミニウム
合金溶湯Alを注湯する(図2 b))。次いで、適度
な圧力で含浸させ(図2 c))、短時間内に加圧凝固
させる方法である。アルミニウムまたはアルミニウム合
金Al凝固後に、アルミニウム合金Alが含浸されたプ
リフォームPは、金型Dから取り出される(図2
d))。高圧鋳造法は製造の容易さ、量産性、部分複合
化が可能であることから経済的な製造方法である。
A method of pressurizing and impregnating the above-mentioned molten aluminum or aluminum alloy into the porous ceramic preform (step S27) will be described with reference to FIG. First, the preform P obtained by sintering the whiskers is set in the mold D of the high-pressure casting machine (see FIG. 2).
Immediately after a)), aluminum or molten aluminum alloy Al is poured (FIG. 2b)). Then, it is a method of impregnating with an appropriate pressure (FIG. 2C) and solidifying under pressure within a short time. After solidification of aluminum or aluminum alloy Al, the preform P impregnated with aluminum alloy Al is taken out from the mold D (FIG. 2).
d)). The high-pressure casting method is an economical manufacturing method because it is easy to manufacture, mass producibility and partial compounding are possible.

【0024】アルミニウムまたはアルミニウム合金溶湯
を多孔質セラミックスプリフォーム内に含浸する方法と
しては、上述した高圧鋳造法に限定されるものではな
く、低圧鋳造法、非加圧鋳造法、他の溶融金属含浸法な
どの公知の方法でもよい。
The method of impregnating the molten aluminum or aluminum alloy into the porous ceramics preform is not limited to the above-mentioned high-pressure casting method, but includes a low-pressure casting method, a non-pressurizing casting method, and other molten metal impregnation. A known method such as a method may be used.

【0025】つぎに、本発明のアルミニウム基複合材料
を製品の構成部材として適用した複合体製品の具体的な
使用例について説明する。図3は、製品を構成する部材
の一部に本発明のアルミニウム基複合材料を用いたキャ
スクを示す斜視図である。図4は、図3に示したキャス
クの径方向断面図である。このキャスク100は、胴本
体101のキャビティ102内面をバスケット130の
外周形状に合わせて機械加工したものである。
Next, a specific example of use of a composite product to which the aluminum-based composite material of the present invention is applied as a constituent member of the product will be described. FIG. 3 is a perspective view showing a cask using the aluminum-based composite material of the present invention as a part of the members constituting the product. FIG. 4 is a radial cross-sectional view of the cask shown in FIG. In this cask 100, the inner surface of the cavity 102 of the body 101 is machined to match the outer peripheral shape of the basket 130.

【0026】胴本体101および底板104は、γ線遮
蔽機能を有する炭素鋼製の鍛造品である。なお、炭素鋼
の代わりにステンレス鋼を用いることもできる。前記胴
本体101と底板104は、溶接により結合する。ま
た、耐圧容器としての密閉性能を確保するため、一次蓋
110と胴本体101との間には金属ガスケットを設け
ておく。
The body 101 and the bottom plate 104 are carbon steel forged products having a γ-ray shielding function. Note that stainless steel can be used instead of carbon steel. The body 101 and the bottom plate 104 are joined by welding. In addition, a metal gasket is provided between the primary lid 110 and the body 101 in order to ensure the sealing performance as a pressure-resistant container.

【0027】胴本体101と外筒105との間には、水
素を多く含有する高分子材料であって中性子遮蔽機能を
有するレジン106が充填されている。また、胴本体1
01と外筒105との間には熱伝導を行う複数の銅製内
部フィン107が溶接されており、前記レジン106
は、この内部フィン107によって形成される空間に流
動状態で注入され、冷却固化される。なお、内部フィン
107は、放熱を均一に行うため、熱量の多い部分に高
い密度で設けるようにするのが好ましい。また、レジン
106と外筒105との間には、数mmの熱膨張しろ1
08が設けられる。
A resin 106, which is a polymer material containing a large amount of hydrogen and has a neutron shielding function, is filled between the body 101 and the outer cylinder 105. Also, the body 1
01 and the outer cylinder 105, a plurality of copper inner fins 107 for heat conduction are welded, and the resin 106
Is injected in a fluidized state into the space formed by the internal fins 107, and is cooled and solidified. In addition, it is preferable that the internal fins 107 are provided with high density in a portion having a large amount of heat in order to uniformly dissipate heat. In addition, between the resin 106 and the outer cylinder 105, a thermal expansion margin of several mm is required.
08 is provided.

【0028】蓋部109は、一次蓋110と二次蓋11
1により構成される。この一次蓋110は、γ線を遮蔽
するステンレス鋼または炭素鋼からなる円盤形状であ
る。また、二次蓋111もステンレス鋼製または炭素鋼
製の円盤形状であるが、その上面には中性子遮蔽体とし
てレジン112が封入されている。一次蓋110および
二次蓋111は、ステンレス鋼製または炭素鋼製のボル
ト113によって胴本体101に取り付けられている。
さらに、一次蓋110および二次蓋111と胴本体10
1との間にはそれぞれ金属ガスケットが設けられ、内部
の密封性を保持している。また、蓋部109の周囲に
は、レジン114を封入した補助遮蔽体115が設けら
れている。
The lid 109 includes a primary lid 110 and a secondary lid 11.
It is composed of 1. The primary lid 110 has a disc shape made of stainless steel or carbon steel that shields γ rays. The secondary lid 111 also has a disk shape made of stainless steel or carbon steel, and a resin 112 is enclosed as a neutron shield on the upper surface thereof. The primary lid 110 and the secondary lid 111 are attached to the body 101 by bolts 113 made of stainless steel or carbon steel.
Further, the primary lid 110 and the secondary lid 111 and the body 10
A metal gasket is provided between each of them and 1 to keep the internal sealing property. In addition, an auxiliary shield 115 enclosing the resin 114 is provided around the lid 109.

【0029】キャスク本体116の両側には、キャスク
100を吊り下げるためのトラニオン117が設けられ
ている。なお、図3では、補助遮蔽体115を設けたも
のを示したが、キャスク100の搬送時には補助遮蔽体
115を取り外して緩衝体(図示省略)を取り付ける。
緩衝体は、ステンレス鋼材により作成した外筒(図示省
略)内にレッドウッド材などの緩衝材を組み込んだ構造
である。
A trunnion 117 for suspending the cask 100 is provided on both sides of the cask body 116. Although the auxiliary shield 115 is shown in FIG. 3, the auxiliary shield 115 is removed and a buffer (not shown) is attached when the cask 100 is transported.
The cushioning body has a structure in which a cushioning material such as redwood material is incorporated in an outer cylinder (not shown) made of stainless steel.

【0030】バスケット130は、使用済核燃料集合体
を収容するセル131を構成する例えば69本の角パイ
プ132からなる。当該角パイプ132には、本発明の
アルミニウム基複合材料を用いる。
The basket 130 is composed of, for example, 69 square pipes 132 which constitute a cell 131 for containing a spent nuclear fuel assembly. The aluminum pipe composite material of the present invention is used for the square pipe 132.

【0031】また、キャビティ102のうちセル数が5
個または7個となる角パイプ列の両側には、それぞれダ
ミーパイプ133が挿入されている。このダミーパイプ
133は、胴本体101の重量を軽減すると共に胴本体
101の厚みを均一化すること、角パイプ132を確実
に固定することを目的とする。このダミーパイプ133
にも本発明のアルミニウム基複合材料を用い、上記同様
の工程により製作する。なお、このダミーパイプ133
は省略することもできる。
The number of cells in the cavity 102 is 5
Dummy pipes 133 are inserted on both sides of the square pipe row of 7 or 7. The dummy pipe 133 is intended to reduce the weight of the body 101, to make the body 101 uniform in thickness, and to securely fix the square pipe 132. This dummy pipe 133
Also, the aluminum-based composite material of the present invention is used, and the aluminum-based composite material is manufactured by the same steps as described above. In addition, this dummy pipe 133
Can be omitted.

【0032】キャスク100に収容する使用済核燃料集
合体は、核分裂性物質および核分裂生成物などを含み、
放射線を発生すると共に崩壊熱を伴うため、キャスク1
00の除熱機能、遮蔽機能および臨界防止機能を貯蔵期
間中(60年程度)、確実に維持する必要がある。キャ
スク100では、胴本体101のキャビティ102内を
機械加工して角パイプ132で構成したバスケット13
0の外側を略密着状態(大きな隙間なし)で挿入するよ
うにしており、さらに、胴本体101と外筒105との
間に内部フィン107を設けている。このため、燃料棒
からの熱は、角パイプ132或いは充填したヘリウムガ
スを通じて胴本体101に伝導し、主に内部フィン10
7を通じて外筒105から放出されることになる。
The spent nuclear fuel assembly housed in the cask 100 contains fissile material and fission products,
Cask 1 because it generates radiation and decay heat
It is necessary to surely maintain the heat removal function, the shielding function and the criticality prevention function of 00 during the storage period (about 60 years). In the cask 100, the basket 13 in which the inside of the cavity 102 of the trunk body 101 is machined to form the square pipe 132
The outer side of 0 is inserted in a close contact state (without a large gap), and an internal fin 107 is provided between the body 101 and the outer cylinder 105. Therefore, the heat from the fuel rods is conducted to the body 101 through the square pipes 132 or the filled helium gas, and the heat is mainly transferred to the inner fins 10.
It will be discharged from the outer cylinder 105 through 7.

【0033】また、使用済核燃料集合体から発生するγ
線は、炭素鋼あるいはステンレス鋼からなる胴本体10
1、外筒105、蓋部109などにおいて遮蔽される。
また、中性子はレジン106によって遮蔽され、放射線
業務従事者に対する被ばく上の影響をなくすようにして
いる。具体的には、表面線当量率が2mSv/h以下、
表面から1mの線量当量率が100μSv/h以下にな
るような遮蔽機能が得られるように設計する。さらに、
セル131を構成する角パイプ132には、本発明のア
ルミニウム基複合材料を用いているので、中性子を吸収
して臨界に達するのを防止することができる。
Γ generated from the spent nuclear fuel assembly
The wire is a body 10 made of carbon steel or stainless steel.
1, the outer cylinder 105, the lid 109 and the like are shielded.
Further, the neutrons are shielded by the resin 106 so that the radiation workers are not affected by the exposure. Specifically, the surface linear equivalent rate is 2 mSv / h or less,
It is designed to obtain a shielding function such that the dose equivalent rate of 1 m from the surface is 100 μSv / h or less. further,
Since the aluminum pipe composite material of the present invention is used for the square pipe 132 that constitutes the cell 131, it is possible to prevent neutrons from being absorbed and reaching criticality.

【0034】さらに、このキャスク100によれば、胴
本体101のキャビティ102内を機械加工しバスケッ
ト130の外周を構成する角パイプ132を略密着状態
で挿入するようにしたので、角パイプ132とキャビテ
ィ102との対面する面積が広くなり、角パイプ132
からの熱伝導を良好にできる。また、キャビティ102
内の空間領域をなくすことができるから、角パイプ13
2の収容数が同じであれば、胴本体101をコンパクト
かつ軽量にすることができる。逆に、胴本体101の外
径を変えない場合、それだけセル数を確保できるから、
使用済核燃料集合体の収納数を増加することができる。
具体的に当該キャスク100では、使用済核燃料集合体
の収容数を69体にでき、かつキャスク本体116の外
径を2560mm、重量を120tonに抑えることが
できる。
Further, according to the cask 100, the inside of the cavity 102 of the body 101 is machined so that the square pipe 132 forming the outer periphery of the basket 130 is inserted in a substantially tight contact state. The area facing 102 becomes wider, and the square pipe 132
The heat conduction from can be improved. Also, the cavity 102
Since the internal space area can be eliminated, the square pipe 13
If the two accommodated are the same, the body 101 can be made compact and lightweight. On the contrary, if the outer diameter of the body 101 is not changed, the number of cells can be secured accordingly,
The number of stored nuclear fuel assemblies can be increased.
Specifically, in the cask 100, the number of spent nuclear fuel assemblies that can be accommodated can be 69, and the outer diameter of the cask body 116 can be suppressed to 2560 mm and the weight can be suppressed to 120 tons.

【0035】図5は、製品を構成する部材の全部に本発
明のアルミニウム基複合材料を適用した本発明の複合体
製品であるバスケットの構造の一例を示す部分斜視図で
ある。バスケット130は、鋳造法により作製されたほ
ぼ矩形断面の長さ1m程度の管材135を、互いの外面
どうしを接触させて多数結束したバスケット分割体13
6a、136b、136c、・・・からなり、それらバ
スケット分割体136a、136b、136c、・・・
を複数段積み上げて一体化させた構造となっている。各
管材135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。
FIG. 5 is a partial perspective view showing an example of the structure of a basket which is a composite product of the present invention in which the aluminum-based composite material of the present invention is applied to all the members constituting the product. The basket 130 is a basket divided body 13 in which a plurality of pipe materials 135 each having a substantially rectangular cross section and having a length of about 1 m, which are produced by a casting method, are bundled by bringing their outer surfaces into contact with each other.
6a, 136b, 136c, ..., And these basket divided bodies 136a, 136b, 136c ,.
It has a structure in which multiple stages are stacked and integrated. A method for binding the pipe members 135 may be appropriately selected from known methods such as welding, brazing, and fixing with screws or rivets via a connecting member.

【0036】なお、このバスケット130は、製品を構
成する部材のほぼ全部が前述した本発明のアルミニウム
基複合材料から製造されたものであり、従って、全体が
中性子吸収能を有したものとなる。キャスク100のバ
スケット130は、使用時に200℃程度まで高温にな
るので、高温強度が要求されており、250℃で200
MPa以上の高温強度を有している本発明のアルミニウ
ム基複合材料は実用上有用である。
In this basket 130, almost all of the members constituting the product are manufactured from the above-mentioned aluminum-based composite material of the present invention, so that the whole basket has a neutron absorbing ability. Since the basket 130 of the cask 100 has a high temperature of about 200 ° C. during use, high temperature strength is required.
The aluminum-based composite material of the present invention having a high temperature strength of MPa or more is practically useful.

【0037】また、本発明の実施の形態としての複合体
製品として、本発明のアルミニウム基複合材料を製品の
構成部材の一部であるバスケット130に適用したキャ
スク100と製品の構成部材の全部に適用した角パイプ
132から構成されるバスケット130の例を説明した
が、これらに限定されるものではない。使用済燃料プー
ルのラックにも適用でき、形状としても、角パイプ13
2以外に、スリットを有する板状部材をこのスリット部
分で縦横交互に係合させて菓子折り構造としたバスケッ
ト130やラックに適用することもできる。また、構造
部材に限定されず、中性子の遮蔽用として貼り付け使用
される板状の遮蔽材としても適用でき、製品を構成する
部材の全部もしくは一部が本発明のアルミニウム基複合
材料で形成されたものは本発明の複合体製品であり、上
述した製品に限定されるものではない。
In addition, as a composite product as an embodiment of the present invention, the aluminum-based composite material of the present invention is applied to the basket 130 which is a part of the component member of the product and all of the component members of the product. Although the example of the basket 130 configured by the applied square pipe 132 has been described, the present invention is not limited to these. It can be applied to racks of spent fuel pools, and its shape is square pipe 13
Besides 2, the plate-shaped member having slits can be applied to the basket 130 and the rack having the confectionery folding structure by engaging the slit portions alternately in the vertical and horizontal directions. Further, it is not limited to the structural member, it can also be applied as a plate-shaped shielding material that is used by pasting for shielding neutrons, and all or part of the members constituting the product are formed of the aluminum-based composite material of the present invention. The product is a composite product of the present invention, and is not limited to the products described above.

【0038】[0038]

【実施例】上記実施の形態にかかるアルミニウム基複合
材料について、その具体的な実施例を説明する。直径が
0.5〜1.0μmで長さが約20μmのほう酸アルミ
ニウムウィスカーと該ウィスカーの直径より大きい平均
粒径が約8μmの炭化ホウ素のB4C粒子を、水と無機
バインダーなどに混合してスラリーとした後に、プリフ
ォーム成形型に流し込み、脱水・加圧して所定体積率
(プリフォーム体積に対するプリフォームを形成するウ
ィスカーなどの体積の割合)の焼結前プリフォーム体を
成形した。
EXAMPLE A concrete example of the aluminum-based composite material according to the above embodiment will be described. Aluminum borate whiskers having a diameter of 0.5 to 1.0 μm and a length of about 20 μm, and B4C particles of boron carbide having an average particle size larger than the diameter of the whiskers of about 8 μm are mixed with water and an inorganic binder to form a slurry. After that, it was poured into a preform molding die, dehydrated and pressurized to form a pre-sintered preform body having a predetermined volume ratio (volume ratio of whiskers forming the preform to the preform volume).

【0039】次に、アルゴン雰囲気中にて1250℃で
4時間焼結を行って強固なセラミックスプリフォームを
作製した。セラミックスプリフォームに含浸し複合材料
のマトリックスを形成するアルミニウム合金として、鋳
造性と機械的特性に優れたJISのAC4CH合金(組
成を表1に示す)を使用した。なお、セラミックスプリ
フォームとしては、マトリックスとなるアルミニウム合
金溶湯の含浸抵抗に耐える強度が必要であり、圧縮試験
機で圧縮強度の確認を行った。
Next, a strong ceramic preform was produced by sintering at 1250 ° C. for 4 hours in an argon atmosphere. A JIS AC4CH alloy (composition is shown in Table 1) having excellent castability and mechanical properties was used as an aluminum alloy for impregnating a ceramics preform to form a matrix of a composite material. It should be noted that the ceramic preform needs to have a strength to withstand the impregnation resistance of the molten aluminum alloy serving as a matrix, and the compression strength was confirmed with a compression tester.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】セラミックスプリフォームはあらかじめ予
熱炉内、アルゴン雰囲気中で500℃に予熱しておい
た。予熱したプリフォームを高圧鋳造機の型温度が35
0℃の金型にセットし、直ちに750℃のAC4CHア
ルミニウム合金溶湯を注湯し、プランジャーチップを降
下させて加圧し、セラミックスプリフォーム内にアルミ
ニウム合金溶湯を含浸凝固させて複合材料を製造した。
加圧力、加圧速度、加圧保持時間はそれぞれ49MP
a、0.05m/秒、30秒である。
The ceramic preform was preheated to 500 ° C. in an argon atmosphere in a preheating furnace in advance. The preheated preform has a mold temperature of 35 on the high-pressure casting machine.
The composite material was manufactured by setting the mold in 0 ° C., immediately pouring the 750 ° C. AC4CH aluminum alloy melt, and lowering and pressing the plunger tip to impregnate and solidify the aluminum alloy melt in the ceramic preform. .
Pressing force, pressurizing speed, pressurizing holding time are 49MP each
a, 0.05 m / sec, 30 sec.

【0042】この際、ほう酸アルミニウムウィスカーの
体積率を20%とし、B4C粒子の体積率(Vf)を4
%と8%の2種類のプリフォームを作製し、AC4CH
アルミニウム合金溶湯を含浸して本発明のアルミニウム
基複合材料を製造した。本発明のアルミニウム基複合材
料について、セラミックス骨格体、中性子吸収材および
マトリックスの状態をマクロ組織の観察ならびに走査型
電子顕微鏡で観察を行った。同様に、マトリックスとな
るアルミニウム合金溶湯を含浸する前のセラミックスプ
リフォームについても観察を行った。
At this time, the volume ratio of the aluminum borate whiskers is set to 20%, and the volume ratio (Vf) of the B4C particles is set to 4.
% 4 and 8% preforms are made, and AC4CH
The aluminum-based composite material of the present invention was manufactured by impregnating the molten aluminum alloy. With respect to the aluminum-based composite material of the present invention, the states of the ceramic skeleton body, the neutron absorber and the matrix were observed with a macrostructure and with a scanning electron microscope. Similarly, the ceramic preform before being impregnated with the molten aluminum alloy serving as the matrix was also observed.

【0043】本実施例のプリフォームについては、ほう
酸アルミニウムウィスカーが焼結されて多孔質プリフォ
ームを形成していること、中性子吸収材であるB4C粒
子が均一に分布してプリフォームに接合されていること
が観察された。本発明のアルミニウム基複合材料につい
ての観察によっても、ほう酸アルミニウムウィスカーが
焼結されて形成された多孔質セラミックス骨格体とこれ
に接合されたB4C粒子と、多孔質セラミックス骨格体
にAC4CHアルミニウム合金溶湯が含浸されてマトリ
ックスを形成していることが確認された。
Regarding the preform of this example, aluminum borate whiskers were sintered to form a porous preform, and B4C particles as the neutron absorber were evenly distributed and bonded to the preform. It was observed that According to the observation of the aluminum-based composite material of the present invention, the porous ceramic skeleton body formed by sintering aluminum borate whiskers, the B4C particles bonded to the porous ceramic skeleton body, and the AC4CH aluminum alloy molten metal were added to the porous ceramic skeleton body. It was confirmed that they were impregnated to form a matrix.

【0044】セラミックスプリフォームはマトリックス
となるアルミニウム合金溶湯の含浸加圧に耐える強度を
有しているので、本発明のアルミニウム基複合材料にお
いて、多孔質セラミックス骨格体の形状を維持し、B4
C粒子はこのセラミックス骨格体に接合されて、複合材
料中に均一に分布している。
Since the ceramics preform has the strength to withstand the impregnation and pressurization of the molten aluminum alloy serving as the matrix, in the aluminum-based composite material of the present invention, the shape of the porous ceramic skeleton is maintained, and B4
The C particles are bonded to this ceramic skeleton and are evenly distributed in the composite material.

【0045】図6に本発明のアルミニウム基複合材料の
高温強度として高温引張特性を示す。引張試験は、大気
中にて350℃に100時間の熱処理を施し、過時効さ
せた試験片を用いて行った。B4Cの体積率が4%およ
び8%の高ボロン含有量でも複合材料が製造でき中性子
吸収能が優れている。室温における引張強さはそれぞれ
366MPaおよび373MPaとともに高い強度を示
しているが、とくに250℃での高温引張強さは複合材
料中のセラミックス骨格体の存在によりそれぞれ211
MPaおよび222MPaと高い優れた特性を有してい
る。
FIG. 6 shows high temperature tensile properties as high temperature strength of the aluminum-based composite material of the present invention. The tensile test was performed using a test piece that was overaged by heat treatment at 350 ° C. for 100 hours in the atmosphere. A composite material can be produced even with a high boron content of 4% by volume of B4C and 8% by volume, and the neutron absorbing ability is excellent. The tensile strengths at room temperature are as high as 366 MPa and 373 MPa, respectively, but the high temperature tensile strength at 250 ° C. is 211% respectively due to the presence of the ceramic skeleton body in the composite material.
It has excellent characteristics such as MPa and 222 MPa.

【0046】本実施例では、中性子吸収材としてB4C
粒子を体積率で4%と8%添加したが、セラミックス骨
格体を形成する強化材としてボロンを含有するほう酸ア
ルミニウムウィスカーを体積率で20%添加している。
従って、本発明のアルミニウム基複合材料中のトータル
ボロン含有量はそれぞれ約7wt%、10wt%とな
り、従来材料よりボロンの含有量を高くでき、かつボロ
ンの分布が均一であり中性子吸収能にも優れた材料であ
る。本発明の複合材料としては必要な中性子吸収能を得
るためにボロン量が1〜15wt%であり、より優れた
中性子吸収能を得るためには4〜10wt%が好適であ
る。
In this embodiment, B4C is used as the neutron absorber.
The particles were added at 4% and 8% by volume, but aluminum borate whiskers containing boron as a reinforcing material forming the ceramic skeleton were added at 20% by volume.
Therefore, the total boron content in the aluminum-based composite material of the present invention is about 7 wt% and 10 wt%, respectively, and the boron content can be made higher than that of the conventional material, and the distribution of boron is uniform and the neutron absorbing ability is excellent. It is a material. In the composite material of the present invention, the amount of boron is 1 to 15 wt% in order to obtain the necessary neutron absorbing ability, and 4 to 10 wt% is preferable in order to obtain more excellent neutron absorbing ability.

【0047】本発明の製造方法によれば、中性子吸収能
を有する物質をアルミニウム合金溶湯中に溶解するので
はなく、複合材料のマトリックスを形成するためのアル
ミニウム合金溶湯が含浸されるセラミックスプリフォー
ムと接合された中性子吸収材として添加できる。従っ
て、従来法より添加量を多くできると同時に鋳造時に中
性子吸収材とアルミニウムとの化合物がネットワーク状
に析出したり、凝集して偏析したりする問題がなく、均
一に分布させることができる。B4C粒子の形で0〜1
0Vol%添加することができる。
According to the production method of the present invention, a ceramic preform impregnated with a molten aluminum alloy for forming a matrix of a composite material, instead of dissolving a substance having a neutron absorbing ability in the molten aluminum alloy, It can be added as a bonded neutron absorber. Therefore, the amount of addition can be made larger than in the conventional method, and at the same time, there is no problem that the compound of the neutron absorber and aluminum is precipitated in the form of a network or aggregated and segregated during casting, and can be uniformly distributed. 0 to 1 in the form of B4C particles
0 Vol% can be added.

【0048】キャスクのバスケットは、使用時に200
℃程度まで高温になるので、高温強度が要求されてお
り、250℃で200MPa以上の高温強度を有してい
る本発明のアルミニウム基複合材料は有用である。本実
施例では、強化材がほう酸アルミニウムウィスカーの場
合として焼結温度が1250℃の例を示したが、焼結温
度としては1100〜1400℃が望ましい。セラミッ
クスプリフォームを形成するための強化材の焼結温度と
しては、焼結後のプリフォームがアルミニウム合金溶湯
の含浸加圧などに耐える強度が得られる温度以上であ
り、焼結温度が高くなるとプリフォームの強度は増加す
るが、強化材や中性子吸収材の構成成分の分解や酸化な
どの問題が出てくるので、これらの問題が生じない温度
以下で選択する。
The cask basket contains 200
Since the temperature rises to about 0 ° C., high temperature strength is required, and the aluminum-based composite material of the present invention having a high temperature strength of 200 MPa or more at 250 ° C. is useful. In this example, the sintering temperature is 1250 ° C. when the reinforcing material is aluminum borate whiskers, but the sintering temperature is preferably 1100 to 1400 ° C. The sintering temperature of the reinforcing material for forming the ceramics preform is not less than the temperature at which the preform after sintering is strong enough to withstand pressurization of molten aluminum alloy, etc. Although the strength of the reform increases, problems such as decomposition and oxidation of the constituents of the reinforcing material and neutron absorbing material will occur, so select at temperatures below the temperature at which these problems do not occur.

【0049】上述した実施例の本発明のアルミニウム基
複合材料を製品の構成する部材の全部または一部に適用
して、軽量で高温で使用できる中性子吸収能に優れたバ
スケットまたはキャスクの複合体製品を製造した。
By applying the aluminum-based composite material of the present invention of the above-mentioned embodiment to all or a part of the members constituting the product, a composite product of a basket or cask which is lightweight and can be used at high temperature and has an excellent neutron absorbing ability. Was manufactured.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によれ
ば、軽量で、ボロンの含有量が高くボロンの分布が均一
であることにより中性子吸収能に優れ、かつ強度とくに
高温強度に優れたアルミニウム基複合材料が得られる。
また、そのアルミニウム基複合材料を適用したバスケッ
トやキャスクほかの実用性に優れた複合体製品を得るこ
とができる。
As described above, according to the present invention, aluminum which is light in weight, has a high boron content, and has a uniform boron distribution, is excellent in neutron absorbing ability and is excellent in strength, particularly high temperature strength. A matrix composite material is obtained.
Further, it is possible to obtain a highly practical composite product such as a basket or a cask to which the aluminum-based composite material is applied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明にかかるアルミニウム基複合材料の製
造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing an example of a method for producing an aluminum-based composite material according to the present invention.

【図2】 プリフォームへアルミニウム合金溶湯を含浸
する製造方法の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a manufacturing method of impregnating a preform with a molten aluminum alloy.

【図3】 本発明にかかるキャスクの構造の一例を示す
部分断面斜視図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional perspective view showing an example of the structure of the cask according to the present invention.

【図4】 図3に示したキャスクの径方向断面図であ
る。
FIG. 4 is a radial cross-sectional view of the cask shown in FIG.

【図5】 本発明にかかるバスケットの構造の一例を示
す部分斜視図である。
FIG. 5 is a partial perspective view showing an example of the structure of a basket according to the present invention.

【図6】 本発明にかかるアルミニウム基複合材料の実
施例の材料特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing material characteristics of an example of an aluminum-based composite material according to the present invention.

【図7】 従来におけるアルミニウム合金材の製造方法
を示す工程図である。
FIG. 7 is a process drawing showing a conventional method for manufacturing an aluminum alloy material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…キャスク、101…胴本体、109…蓋部、1
15…補助遮蔽体、116…キャスク本体、130…バ
スケット、131…セル、132…角パイプ、133…
ダミーパイプ、135…管材、136a〜136c…バ
スケット分割体
100 ... Cask, 101 ... Body, 109 ... Lid, 1
15 ... Auxiliary shield, 116 ... Cask body, 130 ... Basket, 131 ... Cell, 132 ... Square pipe, 133 ...
Dummy pipe, 135 ... Pipe material 136a to 136c ... Basket division body

───────────────────────────────────────────────────── 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) C22C 49/06 C22C 49/06 G21C 19/06 G21F 3/00 N G21F 3/00 G21C 19/06 S (72)発明者 小倉 佳積 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 石井 真史 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 松岡 寿浩 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 小島 陽 新潟県長岡市深沢町1769番地1 深沢町宿 舎2の204 (72)発明者 鎌土 重晴 新潟県長岡市深沢町1769番地1 深沢町宿 舎2の101 Fターム(参考) 4K020 AA05 AC01 BB02 BB07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C22C 49/06 C22C 49/06 G21C 19/06 G21F 3/00 N G21F 3/00 G21C 19/06 S ( 72) Inventor Kazumi 1-1-1, Wadazaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Kobe Shipyard (72) Inventor Masashi Ishii 1-1-1, Wadasaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo No. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Kobe Shipyard (72) Inventor Toshihiro Matsuoka 1-1-1, Wadasaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Mitsubishi Heavy Industries Ltd., Kobe Shipyard (72) Inventor Kojima Yo Fukasawa-cho, Nagaoka-shi, Niigata Prefecture No. 1769 1 204, Fukasawa Town 2 (72) Inventor Shigeharu Kamachi 1769, Fukasawa Town, Nagaoka City, Niigata Prefecture 101 F Term of Fukasawa Town 2 (reference) 4K020 AA0 5 AC01 BB02 BB07

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウムまたはアルミニウム合金の
マトリックスと、 セラミックス骨格体と、 中性子吸収材と、を備えたことを特徴とするアルミニウ
ム基複合材料。
1. An aluminum-based composite material comprising an aluminum or aluminum alloy matrix, a ceramic skeleton body, and a neutron absorber.
【請求項2】 前記セラミックス骨格体と前記中性子吸
収材とが接合されていることを特徴とする請求項1記載
のアルミニウム基複合材料。
2. The aluminum-based composite material according to claim 1, wherein the ceramic skeleton body and the neutron absorbing material are bonded to each other.
【請求項3】 前記セラミックス骨格体は、 マトリックスとなるアルミニウムまたはアルミニウム合
金が含浸される前のセラミックスのウィスカーもしくは
短繊維を用いた多孔質プリフォームから形成されること
を特徴とする請求項1または請求項2記載のアルミニウ
ム基複合材料。
3. The ceramic skeleton body is formed from a porous preform using whiskers or short fibers of ceramics before being impregnated with aluminum or an aluminum alloy serving as a matrix. The aluminum-based composite material according to claim 2.
【請求項4】 前記中性子吸収材は、ボロン化合物粒子
から構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
かに記載のアルミニウム基複合材料。
4. The aluminum-based composite material according to claim 1, wherein the neutron absorber is composed of boron compound particles.
【請求項5】 前記アルミニウム合金は、Al−Si
系、Al−Si−Mg系、Al−Si−Cu−Mg系、
Al−Si−Cu−Ni−Mg系の鋳物もしくはダイカ
スト用のアルミニウム合金であることを特徴とする請求
項1〜4のいずれかに記載のアルミニウム基複合材料。
5. The aluminum alloy is Al--Si.
System, Al-Si-Mg system, Al-Si-Cu-Mg system,
The aluminum-based composite material according to any one of claims 1 to 4, which is an Al-Si-Cu-Ni-Mg-based casting or an aluminum alloy for die casting.
【請求項6】 前記セラミックス骨格体は、ほう酸アル
ミニウムウィスカーの焼結体であることを特徴とする請
求項1〜5のいずれかに記載のアルミニウム基複合材
料。
6. The aluminum-based composite material according to claim 1, wherein the ceramic skeleton body is a sintered body of aluminum borate whiskers.
【請求項7】 炭化ホウ素粒子が接合されたほう酸アル
ミニウムウィスカーの焼結体からなる多孔質プリフォー
ムと、 該多孔質プリフォーム中に含浸されたアルミニウムまた
はアルミニウム合金と、を備え、 前記炭化ホウ素粒子によるボロン量が1〜15wt%で
あることを特徴とするアルミニウム基複合材料。
7. A boron preform comprising a sintered body of aluminum borate whiskers to which boron carbide particles are bonded, and aluminum or an aluminum alloy impregnated in the porous preform. An aluminum-based composite material, wherein the boron content is 1 to 15 wt%.
【請求項8】 中性子吸収材を接合した多孔質セラミッ
クスプリフォームを製造する工程と、 該多孔質セラミックスプリフォームにアルミニウムまた
はアルミニウム合金溶湯を含浸する工程と、 含浸したアルミニウムまたはアルミニウム合金溶湯を凝
固する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム基
複合材料の製造方法。
8. A step of producing a porous ceramics preform bonded with a neutron absorber, a step of impregnating the porous ceramics preform with a molten aluminum or aluminum alloy melt, and solidifying the impregnated molten aluminum or aluminum alloy melt. And a step of manufacturing an aluminum-based composite material.
【請求項9】 前記多孔質セラミックスプリフォーム
は、セラミックスのウィスカーもしくは短繊維を用いた
ものであることを特徴とする請求項8記載のアルミニウ
ム基複合材料の製造方法。
9. The method for manufacturing an aluminum-based composite material according to claim 8, wherein the porous ceramics preform uses whiskers or short fibers of ceramics.
【請求項10】 前記中性子吸収材は、ボロン化合物粒
子であることを特徴とする請求項8または請求項9記載
のアルミニウム基複合材料の製造方法。
10. The method for producing an aluminum-based composite material according to claim 8, wherein the neutron absorbing material is boron compound particles.
【請求項11】 セラミックスのウィスカーもしくは短
繊維とボロン化合物粒子を含有混合したスラリーを作製
する工程と、 該スラリーを脱水・加圧する工程と、 焼結して多孔質プリフォームを作製する工程と、 該多孔質プリフォームにアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金溶湯を高圧含浸する工程と、 含浸したアルミニウムまたはアルミニウム合金溶湯を凝
固する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム基
複合材料の製造方法。
11. A step of producing a slurry containing a mixture of ceramic whiskers or short fibers and boron compound particles, a step of dehydrating / pressurizing the slurry, and a step of producing a porous preform by sintering. A method for producing an aluminum-based composite material, comprising: a step of impregnating the porous preform with an aluminum or aluminum alloy melt under high pressure; and a step of solidifying the impregnated aluminum or aluminum alloy melt.
【請求項12】 複合体製品を構成する部材の全部もし
くは一部がアルミニウムまたはアルミニウム合金のマト
リックスと、セラミックス骨格体と、中性子吸収材とで
構成されたアルミニウム基複合材料で形成したことを特
徴とする複合体製品。
12. A composite product, wherein all or part of members constituting the composite product are formed of an aluminum-based composite material composed of a matrix of aluminum or an aluminum alloy, a ceramic skeleton body, and a neutron absorbing material. Complex product to do.
【請求項13】 前記複合体製品が、使用済核燃料集合
体を収容するバスケットであることを特徴とする請求項
12記載の複合体製品。
13. The composite product according to claim 12, wherein the composite product is a basket containing a spent nuclear fuel assembly.
【請求項14】 前記複合体製品が、使用済核燃料集合
体の貯蔵または輸送用キャスクであって、その構成部材
の少なくとも一部がアルミニウムまたはアルミニウム合
金のマトリックスとセラミックス骨格体と中性子吸収材
とで構成されたアルミニウム基複合材料であることを特
徴とする請求項12記載の複合体製品。
14. The composite product is a cask for storing or transporting a spent nuclear fuel assembly, and at least a part of its constituent members is a matrix of aluminum or aluminum alloy, a ceramic skeleton body and a neutron absorbing material. 13. A composite product according to claim 12, which is a structured aluminum-based composite material.
【請求項15】 前記セラミックス骨格体が、ほう酸ア
ルミニウムウィスカーの焼結体であり、前記中性子吸収
材がボロン化合物粒子であることを特徴とする請求項1
2〜14のいずれかに記載の複合体製品。
15. The ceramic skeleton body is a sintered body of aluminum borate whiskers, and the neutron absorbing material is a boron compound particle.
The composite product according to any one of 2 to 14.
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