JP2978169B1 - 中性子吸収材料 - Google Patents
中性子吸収材料Info
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Abstract
【要約】
【課題】熱応力による中性子吸収材料の割れによる原子
炉制御棒の炉内寿命の短縮を招きにくい、熱衝撃性を改
善した中性子吸収材料を提供する。 【解決手段】窒化ホウ素（ＢＮ）で表面被覆された炭化
ケイ素（ＳｉＣ）繊維を１０〜３０体積％含有した炭化
ホウ素（Ｂ4 Ｃ）からなる炭化ホウ素／炭化ケイ素繊維
複合焼結体で中性子吸収材料を構成する。ＢＮ被覆層は
ＳｉＣ繊維と炭化ホウ素との界面で化学的安定相とな
り、焼結温度域でも両者間の焼結を防止するため、高温
下での熱応力に対してもＳｉＣ繊維が強化材としての機
能を発現でき、複合焼結体の割れを効果的に低減でき
る。
炉制御棒の炉内寿命の短縮を招きにくい、熱衝撃性を改
善した中性子吸収材料を提供する。 【解決手段】窒化ホウ素（ＢＮ）で表面被覆された炭化
ケイ素（ＳｉＣ）繊維を１０〜３０体積％含有した炭化
ホウ素（Ｂ4 Ｃ）からなる炭化ホウ素／炭化ケイ素繊維
複合焼結体で中性子吸収材料を構成する。ＢＮ被覆層は
ＳｉＣ繊維と炭化ホウ素との界面で化学的安定相とな
り、焼結温度域でも両者間の焼結を防止するため、高温
下での熱応力に対してもＳｉＣ繊維が強化材としての機
能を発現でき、複合焼結体の割れを効果的に低減でき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中性子照射環境下
での安全性を改良した原子炉制御棒用の中性子吸収材料
に関するものである。
での安全性を改良した原子炉制御棒用の中性子吸収材料
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】天然のホウ素中に１９．８％含まれる10
Ｂは極めて大きな中性子吸収断面積を有する。ホウ素化
合物の中で、炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）は、単位体積当たり
のホウ素含有量が高く、高温まで安定で、工業的製法が
確立されており、10Ｂは熱中性子領域で大きな中性子吸
収断面積を有し、かつ高速中性子領域までかなりの吸収
能を有することから、10Ｂ濃度を天然の１９．８％から
９０％程度まで濃縮した炭化ホウ素材料が、原子炉の制
御棒用中性子吸収材料として広く使用されている。
Ｂは極めて大きな中性子吸収断面積を有する。ホウ素化
合物の中で、炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）は、単位体積当たり
のホウ素含有量が高く、高温まで安定で、工業的製法が
確立されており、10Ｂは熱中性子領域で大きな中性子吸
収断面積を有し、かつ高速中性子領域までかなりの吸収
能を有することから、10Ｂ濃度を天然の１９．８％から
９０％程度まで濃縮した炭化ホウ素材料が、原子炉の制
御棒用中性子吸収材料として広く使用されている。
【０００３】高速炉において制御捧は、中性子吸収材料
となる炭化ホウ素の円柱形状の焼結体ぺレットを、ステ
ンレス鋼製被覆管内に積み重ねて充填した構造を一般に
有している。ここで、炭化ホウ素の焼結体は、一般にホ
ットプレス法により製造されるが、高硬度である一方、
靭性が低く、耐熱衝撃性が低い等の欠点を有している。
となる炭化ホウ素の円柱形状の焼結体ぺレットを、ステ
ンレス鋼製被覆管内に積み重ねて充填した構造を一般に
有している。ここで、炭化ホウ素の焼結体は、一般にホ
ットプレス法により製造されるが、高硬度である一方、
靭性が低く、耐熱衝撃性が低い等の欠点を有している。
【０００４】10Ｂの中性子吸収反応は（ｎ，α）反応で
あり、中性子の吸収に伴い、ヘリウム（Ｈｅ）が炭化ホ
ウ素の結晶中に保持されてくるため、炭化ホウ素焼結体
にスエリング（膨れ）が発生するという本質的な問題を
有している。スエリングにより体積膨張を生じた炭化ホ
ウ素焼結体ペレットは、ペレットと被覆管とのギャップ
を閉塞させ、被覆管と機械的に相互作用するため、制御
棒本来の炉内使用寿命を短縮させることになる。
あり、中性子の吸収に伴い、ヘリウム（Ｈｅ）が炭化ホ
ウ素の結晶中に保持されてくるため、炭化ホウ素焼結体
にスエリング（膨れ）が発生するという本質的な問題を
有している。スエリングにより体積膨張を生じた炭化ホ
ウ素焼結体ペレットは、ペレットと被覆管とのギャップ
を閉塞させ、被覆管と機械的に相互作用するため、制御
棒本来の炉内使用寿命を短縮させることになる。
【０００５】また、炭化ホウ素焼結体は中性子吸収時に
大きな発熱を伴うため、発生する熱応力によって炭化ホ
ウ素焼結体ペレットが細かく割れてしまう。このため、
ペレットの破片が被覆管内で移動再配置（リロケーショ
ン）し、ぺレットと被覆管のギャップを狭め、または閉
塞させてしまう。また、小さな破片はぺレットと被覆管
のギャップに入り込む場合もあり、これらの結果、ペレ
ットと被覆管との機械的相互作用が発生しやすくなる。
このように、中性子照射中の炭化ホウ素焼結体ペレット
の割れは被覆管に悪影響を与え、制御棒本来の設計寿命
を更に短縮してしまうという問題点をも抱えている。
大きな発熱を伴うため、発生する熱応力によって炭化ホ
ウ素焼結体ペレットが細かく割れてしまう。このため、
ペレットの破片が被覆管内で移動再配置（リロケーショ
ン）し、ぺレットと被覆管のギャップを狭め、または閉
塞させてしまう。また、小さな破片はぺレットと被覆管
のギャップに入り込む場合もあり、これらの結果、ペレ
ットと被覆管との機械的相互作用が発生しやすくなる。
このように、中性子照射中の炭化ホウ素焼結体ペレット
の割れは被覆管に悪影響を与え、制御棒本来の設計寿命
を更に短縮してしまうという問題点をも抱えている。
【０００６】炭化ホウ素焼結体が有するこれらの問題点
に対し、以下のような改良技術が提案されている。すな
わち、Ｂ／Ｃ原子比及び一次粒子の大きさを特定した炭
化ホウ素原料を用い、焼結過程における結晶粒成長を制
御することによって従来の炭化ホウ素焼結体に比べてス
エリング性を抑える方法（特公平４−７８１５９号公
報）、窒化ホウ素材を被覆管内に緩衝部として設けるこ
とによって炭化ホウ素焼結体ペレットと被覆管との機械
的相互作用を低減する方法（特開昭５９−１５０３６９
号公報）、被覆管内に炭化ホウ素の焼結現象を妨げるガ
ラス粉末または窒化ホウ素粉末を充填することによって
炭化ホウ素焼結体ペレットの破損を抑える方法（特開昭
５９−５７１９５号公報）、炭化ホウ素に３０体積％以
下の窒化ホウ素を添加することにより、炭化ホウ素焼結
体の熱衝撃性を向上させて炭化ホウ素焼結体ペレットの
割れを抑える方法（Proc. 11th Inst. Symp. Boron, Bo
ridesand Related Compounds, Tsukuba, 1993 JJAP Ser
ies 10 (1994), pp.216-219）などが提案されている。
に対し、以下のような改良技術が提案されている。すな
わち、Ｂ／Ｃ原子比及び一次粒子の大きさを特定した炭
化ホウ素原料を用い、焼結過程における結晶粒成長を制
御することによって従来の炭化ホウ素焼結体に比べてス
エリング性を抑える方法（特公平４−７８１５９号公
報）、窒化ホウ素材を被覆管内に緩衝部として設けるこ
とによって炭化ホウ素焼結体ペレットと被覆管との機械
的相互作用を低減する方法（特開昭５９−１５０３６９
号公報）、被覆管内に炭化ホウ素の焼結現象を妨げるガ
ラス粉末または窒化ホウ素粉末を充填することによって
炭化ホウ素焼結体ペレットの破損を抑える方法（特開昭
５９−５７１９５号公報）、炭化ホウ素に３０体積％以
下の窒化ホウ素を添加することにより、炭化ホウ素焼結
体の熱衝撃性を向上させて炭化ホウ素焼結体ペレットの
割れを抑える方法（Proc. 11th Inst. Symp. Boron, Bo
ridesand Related Compounds, Tsukuba, 1993 JJAP Ser
ies 10 (1994), pp.216-219）などが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては以下に示す問題があり、必ずしも満足
しうるものではない。結晶粒成長を制御する方法は、熱
応力の発生によって炭化ホウ素焼結体が崩れるという課
題が依然として存在し、窒化ホウ素材からなる緩衝部を
設ける方法は制御棒の構造が複雑になる。また、ガラス
粉末や窒化ホウ素粉末を用いる方法は中性子吸収材料で
ある炭化ホウ素焼結体の被覆管内における充填密度が低
くなってしまい、中性子吸収能が低下してしまう。
来技術においては以下に示す問題があり、必ずしも満足
しうるものではない。結晶粒成長を制御する方法は、熱
応力の発生によって炭化ホウ素焼結体が崩れるという課
題が依然として存在し、窒化ホウ素材からなる緩衝部を
設ける方法は制御棒の構造が複雑になる。また、ガラス
粉末や窒化ホウ素粉末を用いる方法は中性子吸収材料で
ある炭化ホウ素焼結体の被覆管内における充填密度が低
くなってしまい、中性子吸収能が低下してしまう。
【０００８】本発明は以上のような課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、特に熱応力による中性子吸収
材料の割れによる原子炉制御棒の炉内寿命の短縮を招き
にくい中性子吸収材料を提供することにある。具体的に
は、材料の熱衝撃性を改善し、中性子吸収時に発生する
熱応力による中性子吸収材料の破壊とそれに伴う被覆管
の損傷が生じ難く、中性子の照射安定性に優れた中性子
吸収材料を提供することにある。
ものであり、その目的は、特に熱応力による中性子吸収
材料の割れによる原子炉制御棒の炉内寿命の短縮を招き
にくい中性子吸収材料を提供することにある。具体的に
は、材料の熱衝撃性を改善し、中性子吸収時に発生する
熱応力による中性子吸収材料の破壊とそれに伴う被覆管
の損傷が生じ難く、中性子の照射安定性に優れた中性子
吸収材料を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の中
性子吸収材料の熱応力による割れに伴う被覆管との機械
的相互作用を低減させ、安全性を向上させた材料を提供
すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
性子吸収材料の熱応力による割れに伴う被覆管との機械
的相互作用を低減させ、安全性を向上させた材料を提供
すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【００１０】すなわち本発明による中性子吸収材料は、
窒化ホウ素（ＢＮ）で表面被覆された炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）繊維を１０〜３０体積％含有した炭化ホウ素（Ｂ4
Ｃ）からなる炭化ホウ素／炭化ケイ素繊維複合焼結体で
構成されてなることを特徴とするものである。なおこの
複合焼結体中には、炭化ホウ素、ＳｉＣおよびＢＮの各
成分以外に不可避不純物も当然に含有されることにな
る。
窒化ホウ素（ＢＮ）で表面被覆された炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）繊維を１０〜３０体積％含有した炭化ホウ素（Ｂ4
Ｃ）からなる炭化ホウ素／炭化ケイ素繊維複合焼結体で
構成されてなることを特徴とするものである。なおこの
複合焼結体中には、炭化ホウ素、ＳｉＣおよびＢＮの各
成分以外に不可避不純物も当然に含有されることにな
る。
【００１１】ＳｉＣ繊維は、ＢＮの表面被覆層の厚みが
０．３〜２μｍ、繊維の平均径が５〜２０μｍ、長さが
０．５〜２ｍｍであることが好ましい。
０．３〜２μｍ、繊維の平均径が５〜２０μｍ、長さが
０．５〜２ｍｍであることが好ましい。
【００１２】本発明においては、ＢＮで表面被覆された
ＳｉＣ繊維を炭化ホウ素と複合化させて焼結体とするこ
とにより、炭化ケイ素単一材の焼結体では２００℃を越
える温度域で発生していた熱応力による割れを、より高
温域まで発生させないようにすることが可能となる。
ＳｉＣ繊維を炭化ホウ素と複合化させて焼結体とするこ
とにより、炭化ケイ素単一材の焼結体では２００℃を越
える温度域で発生していた熱応力による割れを、より高
温域まで発生させないようにすることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明で用いる繊維材としてのＳ
ｉＣは、それ自身強化材としての機能を有するが、その
ままで炭化ホウ素と複合させる場合には、焼結体を作製
する段階で両者間で焼結が進んでしまうために、強化材
として十分な機能を発現できない状況になってしまう。
本発明者らはこの現象を踏まえ、鋭意検討した結果、Ｓ
ｉＣ繊維と炭化ホウ素との界面に、両者と反応せず、焼
結温度域でも化学的に安定相として存在し得る層を導入
することにより、ＳｉＣ繊維の強化材としての機能を十
分に発現でき、炭化ホウ素焼結体の割れ防止効果が得ら
れるであろうとの予想のもとに、各種の被覆材により表
面被覆したＳｉＣ繊維を炭化ホウ素と複合化させる試験
を行った。その結果、ＳｉＣ繊維をＢＮで表面被覆した
場合に、ＳｉＣ繊維と炭化ホウ素との界面でＢＮ層が焼
結温度域でも化学的安定相として存在し、高温下での熱
応力に対してもＳｉＣ繊維が強化材としての機能を発現
して複合焼結体の割れを効果的に低減できることを見い
だした。
ｉＣは、それ自身強化材としての機能を有するが、その
ままで炭化ホウ素と複合させる場合には、焼結体を作製
する段階で両者間で焼結が進んでしまうために、強化材
として十分な機能を発現できない状況になってしまう。
本発明者らはこの現象を踏まえ、鋭意検討した結果、Ｓ
ｉＣ繊維と炭化ホウ素との界面に、両者と反応せず、焼
結温度域でも化学的に安定相として存在し得る層を導入
することにより、ＳｉＣ繊維の強化材としての機能を十
分に発現でき、炭化ホウ素焼結体の割れ防止効果が得ら
れるであろうとの予想のもとに、各種の被覆材により表
面被覆したＳｉＣ繊維を炭化ホウ素と複合化させる試験
を行った。その結果、ＳｉＣ繊維をＢＮで表面被覆した
場合に、ＳｉＣ繊維と炭化ホウ素との界面でＢＮ層が焼
結温度域でも化学的安定相として存在し、高温下での熱
応力に対してもＳｉＣ繊維が強化材としての機能を発現
して複合焼結体の割れを効果的に低減できることを見い
だした。
【００１４】本発明においてＳｉＣ繊維の表面に被覆す
るＢＮ層は好ましくは０．３〜２μｍの厚みとする。こ
れ以上厚くなるとＳｉＣ繊維からＢＮ層が剥離しやすく
なり、またこれ以下に薄くすると炭化ホウ素との複合化
時にＳｉＣ繊維と炭化ホウ素との界面で安定相としての
機能を十分に発現しなくなり、両者問での焼結が進行す
る場合があるので好ましくない。ＳｉＣ繊維表面にＢＮ
被覆層を形成する手段としては、化学蒸着法を用いるこ
とができる。化学蒸着法としては、例えばＢＣｌ3 ＋Ｎ
Ｈ3 のガスを１ｔｏｒｒ以下の減圧容器に導入し、１９
００〜２０００℃付近に加熱して、ＳｉＣ繊維表面に蒸
着させることにより、ＢＮ被覆層を形成できる。
るＢＮ層は好ましくは０．３〜２μｍの厚みとする。こ
れ以上厚くなるとＳｉＣ繊維からＢＮ層が剥離しやすく
なり、またこれ以下に薄くすると炭化ホウ素との複合化
時にＳｉＣ繊維と炭化ホウ素との界面で安定相としての
機能を十分に発現しなくなり、両者問での焼結が進行す
る場合があるので好ましくない。ＳｉＣ繊維表面にＢＮ
被覆層を形成する手段としては、化学蒸着法を用いるこ
とができる。化学蒸着法としては、例えばＢＣｌ3 ＋Ｎ
Ｈ3 のガスを１ｔｏｒｒ以下の減圧容器に導入し、１９
００〜２０００℃付近に加熱して、ＳｉＣ繊維表面に蒸
着させることにより、ＢＮ被覆層を形成できる。
【００１５】ＳｉＣ繊維はその形状によっては炭化ホウ
素との複合時に、炭化ホウ素と均一に分散できず、緻密
な焼結体体を作製することが困難となるので、適切な長
さに裁断して使用する。その長さは０．５〜２ｍｍが好
ましい。また、繊維の平均径としては５〜２０μｍが適
当である。
素との複合時に、炭化ホウ素と均一に分散できず、緻密
な焼結体体を作製することが困難となるので、適切な長
さに裁断して使用する。その長さは０．５〜２ｍｍが好
ましい。また、繊維の平均径としては５〜２０μｍが適
当である。
【００１６】ＢＮで表面被覆されたＳｉＣ繊維を炭化ホ
ウ素中に均一に分散させて、複合焼結体を作製する際の
両者の配合比率は、ＢＮで表面被覆されたＳｉＣ繊維を
全体の１０〜３０体積％の範囲で配合する。１０体積％
未満では熱応力等による焼結体破損を防止することが困
難となり、また３０体積％よりも多くすると緻密質な焼
結体の作製が困難となると共に、焼結体中の炭化ホウ素
比率が低下することで中性子吸収効果を低減させること
になる。
ウ素中に均一に分散させて、複合焼結体を作製する際の
両者の配合比率は、ＢＮで表面被覆されたＳｉＣ繊維を
全体の１０〜３０体積％の範囲で配合する。１０体積％
未満では熱応力等による焼結体破損を防止することが困
難となり、また３０体積％よりも多くすると緻密質な焼
結体の作製が困難となると共に、焼結体中の炭化ホウ素
比率が低下することで中性子吸収効果を低減させること
になる。
【００１７】本発明の複合焼結体を作製するに際して
は、炭化ホウ素中にＢＮ被覆されたＳｉＣ繊維を所定の
配合比率で均一分散させた後、これをホットプレス法に
より緻密質焼結体とする。代表的なホットプレス法とし
ては、温度１７００〜２２００℃、圧力２０〜４０ＭＰ
ａの条件下で行うことができる。
は、炭化ホウ素中にＢＮ被覆されたＳｉＣ繊維を所定の
配合比率で均一分散させた後、これをホットプレス法に
より緻密質焼結体とする。代表的なホットプレス法とし
ては、温度１７００〜２２００℃、圧力２０〜４０ＭＰ
ａの条件下で行うことができる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。 ［実施例１〜５、比較例１〜４］炭化ホウ素粉末（マイ
クロトラック法で測定した平均粒子径３μｍ、Ｂ／Ｃモ
ル比４、10Ｂ濃縮度１９．８％（天然））に対し、化学
蒸着法でＢＮを表面被覆したＳｉＣ繊維（商品名“ＢＮ
コートハイニカロン”、（株）日本カーボン製、ＢＮ被
覆層厚さ１μｍ、繊維長１ｍｍ、平均繊維径１４μｍ）
を、表１に記載の配合比で配合し、水を添加して湿式で
均一混合した。次いでこの混合物を真空中で乾燥し、乳
鉢で解砕した後、ホットプレス法により直径５０ｍｍ×
長さ２０ｍｍの複合焼結体を作製した。ホットプレス条
件は１９００℃×１ｈｒ、圧力３４ＭＰａで処理した。
本発明を説明する。 ［実施例１〜５、比較例１〜４］炭化ホウ素粉末（マイ
クロトラック法で測定した平均粒子径３μｍ、Ｂ／Ｃモ
ル比４、10Ｂ濃縮度１９．８％（天然））に対し、化学
蒸着法でＢＮを表面被覆したＳｉＣ繊維（商品名“ＢＮ
コートハイニカロン”、（株）日本カーボン製、ＢＮ被
覆層厚さ１μｍ、繊維長１ｍｍ、平均繊維径１４μｍ）
を、表１に記載の配合比で配合し、水を添加して湿式で
均一混合した。次いでこの混合物を真空中で乾燥し、乳
鉢で解砕した後、ホットプレス法により直径５０ｍｍ×
長さ２０ｍｍの複合焼結体を作製した。ホットプレス条
件は１９００℃×１ｈｒ、圧力３４ＭＰａで処理した。
【００１９】得られた焼結体より３７ｍｍ×４ｍｍ×３
ｍｍサイズの試験片を切り出し、所定温度に保持した大
気圧炉内に入れ、試験片が所定の温度（以下“熱衝撃温
度”という）に達するまで１０分間保持した後、試験片
を取り出し約１５℃の水中に落下させて急冷し、熱衝撃
を加えた。
ｍｍサイズの試験片を切り出し、所定温度に保持した大
気圧炉内に入れ、試験片が所定の温度（以下“熱衝撃温
度”という）に達するまで１０分間保持した後、試験片
を取り出し約１５℃の水中に落下させて急冷し、熱衝撃
を加えた。
【００２０】このようにして熱衝撃を加えた試験片に対
し、４点曲げ試験を行って曲げ強度を測定した。４点曲
げ強度測定はＪＩＳ Ｒ １６０１に準拠して行った。
測定装置は“オートグラフＡＧ−２０００Ｄ”（（株）
島津製作所製）を使用し、測定条件は荷重点問距離＝１
０ｍｍ、支点間距離＝３０ｍｍ、へッド押し込み速度＝
０．１ｍｍ／ｍｉｎとした。
し、４点曲げ試験を行って曲げ強度を測定した。４点曲
げ強度測定はＪＩＳ Ｒ １６０１に準拠して行った。
測定装置は“オートグラフＡＧ−２０００Ｄ”（（株）
島津製作所製）を使用し、測定条件は荷重点問距離＝１
０ｍｍ、支点間距離＝３０ｍｍ、へッド押し込み速度＝
０．１ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００２１】表１は各実施例及び比較例におけるＳｉＣ
繊維と炭化ホウ素の配合比を示したものであり、得られ
た焼結体試験片について各熱衝撃温度下での曲げ強度測
定結果を表２に示す。実施例１〜５は、ＢＮ被覆ＳｉＣ
繊維を１０〜３０体積％の範囲で含有する炭化ホウ素の
複合焼結体についての結果である。比較例１と２は、Ｂ
Ｎ被覆ＳｉＣ繊維をそれぞれ５体積％及び３５体積％
（いずれも本発明の範囲外の配合比率）含有する炭化ホ
ウ素の複合焼結体についての結果である。比較例３はＢ
Ｎ被覆のないＳｉＣ繊維を用いた焼結体についての結果
であり、比較例４はＳｉＣ繊維を含まない炭化ホウ素の
みの焼結体についての結果である。
繊維と炭化ホウ素の配合比を示したものであり、得られ
た焼結体試験片について各熱衝撃温度下での曲げ強度測
定結果を表２に示す。実施例１〜５は、ＢＮ被覆ＳｉＣ
繊維を１０〜３０体積％の範囲で含有する炭化ホウ素の
複合焼結体についての結果である。比較例１と２は、Ｂ
Ｎ被覆ＳｉＣ繊維をそれぞれ５体積％及び３５体積％
（いずれも本発明の範囲外の配合比率）含有する炭化ホ
ウ素の複合焼結体についての結果である。比較例３はＢ
Ｎ被覆のないＳｉＣ繊維を用いた焼結体についての結果
であり、比較例４はＳｉＣ繊維を含まない炭化ホウ素の
みの焼結体についての結果である。
【００２２】炭化ホウ素のみの焼結体（比較例４）及び
ＢＮ被覆なしのＳｉＣ繊維／炭化ホウ素複合焼結体で
は、熱衝撃により強度低下するまでの温度は概ね２００
℃であるのに対し、ＢＮ被覆ＳｉＣ繊維を１０〜３０体
積％含有する複合焼結体（実施例１〜５）ではいずれも
３００℃を上回るまで強度低下が起こらず、優れた耐熱
衝撃性を示すことが確認された。また、ＢＮ被覆ＳｉＣ
繊維を５体積％含有する複合焼結体（比較例１）では、
比較例４の炭化ホウ素のみの焼結体と同様に、強度低下
温度が２０O ℃であり、耐熱衝撃性の改善効果が見られ
ない。更に、ＢＮ被覆ＳｉＣ繊維を３５体積％含有する
複合焼結体（比較例２）では、室温強度が低くなりすぎ
て焼結体ペレットとした場合の信頼性に問題がある。
ＢＮ被覆なしのＳｉＣ繊維／炭化ホウ素複合焼結体で
は、熱衝撃により強度低下するまでの温度は概ね２００
℃であるのに対し、ＢＮ被覆ＳｉＣ繊維を１０〜３０体
積％含有する複合焼結体（実施例１〜５）ではいずれも
３００℃を上回るまで強度低下が起こらず、優れた耐熱
衝撃性を示すことが確認された。また、ＢＮ被覆ＳｉＣ
繊維を５体積％含有する複合焼結体（比較例１）では、
比較例４の炭化ホウ素のみの焼結体と同様に、強度低下
温度が２０O ℃であり、耐熱衝撃性の改善効果が見られ
ない。更に、ＢＮ被覆ＳｉＣ繊維を３５体積％含有する
複合焼結体（比較例２）では、室温強度が低くなりすぎ
て焼結体ペレットとした場合の信頼性に問題がある。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】ＢＮ被覆ＳｉＣ繊維を含有する炭化ホウ素
複合焼結体（実施例１）と、ＢＮ被覆のないＳｉＣ繊維
を含有する炭化ホウ素複合焼結体（比較例３）とについ
て、熱衝撃温度３００℃処理後の破断面の微構造電子顕
微鏡写頁をそれぞれ図１及び図２に示す。ＢＮ被覆のな
いＳｉＣ繊維を用いた比較例３の破断面（図２）では炭
化ホウ素とＳｉＣ繊維の界面が強固に結合し、破壊が脆
性的に生じており、ＳｉＣ繊維による強化機構が窺えな
いのに対し、ＢＮ被覆したＳｉＣ繊維を用いた実施例１
の破断面（図１）では、炭化ホウ素の破断面上にＳｉＣ
繊維材の引き抜き跡が存在し、炭化ホウ素複合焼結体の
脆性的破壊機構が弱められている。このように、ＢＮ被
覆ＳｉＣ繊維を含有する炭化ホウ素複合焼結体では、炭
化ホウ素マトリクスとＳｉＣ繊維界面の結合が弱くなる
ことにより、破壊の際にＳｉＣ繊維の引き抜き効果によ
る複合体の強化機構が働き、耐熱衝撃性の向上がもたら
されたことが窺える。
複合焼結体（実施例１）と、ＢＮ被覆のないＳｉＣ繊維
を含有する炭化ホウ素複合焼結体（比較例３）とについ
て、熱衝撃温度３００℃処理後の破断面の微構造電子顕
微鏡写頁をそれぞれ図１及び図２に示す。ＢＮ被覆のな
いＳｉＣ繊維を用いた比較例３の破断面（図２）では炭
化ホウ素とＳｉＣ繊維の界面が強固に結合し、破壊が脆
性的に生じており、ＳｉＣ繊維による強化機構が窺えな
いのに対し、ＢＮ被覆したＳｉＣ繊維を用いた実施例１
の破断面（図１）では、炭化ホウ素の破断面上にＳｉＣ
繊維材の引き抜き跡が存在し、炭化ホウ素複合焼結体の
脆性的破壊機構が弱められている。このように、ＢＮ被
覆ＳｉＣ繊維を含有する炭化ホウ素複合焼結体では、炭
化ホウ素マトリクスとＳｉＣ繊維界面の結合が弱くなる
ことにより、破壊の際にＳｉＣ繊維の引き抜き効果によ
る複合体の強化機構が働き、耐熱衝撃性の向上がもたら
されたことが窺える。
【００２６】
【発明の効果】上述したところからわかるように本発明
によれば、ＢＮ被覆されたＳｉＣ繊維を炭化ホウ素と複
合化させて焼結体とすることにより、耐熱衝撃性を改善
させることができ、中性子吸収時の発熱に伴う熱応力に
も十分耐えうる中性子吸収材料を提供することが可能と
なる。
によれば、ＢＮ被覆されたＳｉＣ繊維を炭化ホウ素と複
合化させて焼結体とすることにより、耐熱衝撃性を改善
させることができ、中性子吸収時の発熱に伴う熱応力に
も十分耐えうる中性子吸収材料を提供することが可能と
なる。
【図１】ＢＮ被覆ＳｉＣ繊維を含有する炭化ホウ素複合
焼結体（実施例１）を熱衝撃温度３００℃で処理した後
の破断面の微構造電子顕微鏡写真。
焼結体（実施例１）を熱衝撃温度３００℃で処理した後
の破断面の微構造電子顕微鏡写真。
【図２】ＢＮ被覆のないＳｉＣ繊維を含有する炭化ホウ
素複合焼結体（比較例３）を熱衝撃温度３００℃で処理
した後の破断面の微構造電子顕微鏡写真。
素複合焼結体（比較例３）を熱衝撃温度３００℃で処理
した後の破断面の微構造電子顕微鏡写真。
フロントページの続き (72)発明者 城所 隆 福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業 株式会社 大牟田工場内 (72)発明者 渡辺 祥二郎 福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業 株式会社 大牟田工場内 (56)参考文献 特開 平７−77594（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−175700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−110022（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 7/24 G21C 7/10 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化ホウ素（ＢＮ）で表面被覆された炭
化ケイ素（ＳｉＣ）繊維を１０〜３０体積％含有した炭
化ホウ素（Ｂ4 Ｃ）からなる炭化ホウ素／炭化ケイ素繊
維複合焼結体で構成されてなることを特徴とする中性子
吸収材料。 - 【請求項２】 前記炭化ケイ素繊維表面の窒化ホウ素被
覆層の厚みが０．３〜２μｍ、炭化ケイ素繊維の平均径
が５〜２０μｍ、長さが０．５〜２ｍｍであることを特
徴とする請求項１記載の中性子吸収材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10330296A JP2978169B1 (ja) | 1998-11-20 | 1998-11-20 | 中性子吸収材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10330296A JP2978169B1 (ja) | 1998-11-20 | 1998-11-20 | 中性子吸収材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2978169B1 true JP2978169B1 (ja) | 1999-11-15 |
| JP2000155189A JP2000155189A (ja) | 2000-06-06 |
Family
ID=18231072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10330296A Expired - Fee Related JP2978169B1 (ja) | 1998-11-20 | 1998-11-20 | 中性子吸収材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978169B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109704771A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-03 | 宁波伏尔肯科技股份有限公司 | 一种高温气冷堆核控制棒用碳化硼多孔陶瓷的制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139668A (ja) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Bussan Nanotech Research Institute Inc | 原子炉用制御棒およびその製造方法 |
| US7700202B2 (en) * | 2006-02-16 | 2010-04-20 | Alliant Techsystems Inc. | Precursor formulation of a silicon carbide material |
-
1998
- 1998-11-20 JP JP10330296A patent/JP2978169B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN109704771A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-03 | 宁波伏尔肯科技股份有限公司 | 一种高温气冷堆核控制棒用碳化硼多孔陶瓷的制备方法 |
| CN109704771B (zh) * | 2019-01-17 | 2021-11-19 | 宁波伏尔肯科技股份有限公司 | 一种高温气冷堆核控制棒用碳化硼多孔陶瓷的制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000155189A (ja) | 2000-06-06 |
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