JP5322754B2 - 金属基複合材 - Google Patents
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Description
(1)母相となるアルミニウム粉末に、強化材となるAl2O3、SiCやB4C、BN、窒化アルミ、窒化ケイ素等のセラミックス粒子を混合し、
(2)この後、混合粉体を缶封入したり、冷間圧縮成形し、
(3)この後、脱ガスや焼結等を行い、
(4)目的とする形状に成形する、
事が知られていた。
母材のアルミニウム粉末
本体部の母材となるアルミニウム粉末は、好適する実施例においては、Al系合金、具体的には、JIS規格によるA 1100 (A.A.規格によるAA 1100)で規定されるアルミニウム合金から形成されている。詳細には、シリコンSi:0.25重量%以下、鉄Fe:0,40重量%以下、銅Cu:0.05重量%以下、マンガンMn:0.05重量%以下、マグネシウムMg:0.05重量%以下、クロムCr:0.05重量%以下、亜鉛Zn:0.05重量%以下、バナジウムV:0.05重量%以下、チタニウムTi:0.03重量%以下、残余をアルミニウム及び不可避不純物とする組成成分を有する材料から形成されている。
アルミニウム粉末と混合されて本体部の形成に用いられるセラミックスとしては、Al2O3、SiCやB4C、BN、窒化アルミ、窒化ケイ素等がある。これらセラミックスは、粉末形状として用いられ、これらを単独で又は混合物として使用することができ、複合材の用途によって選択される。ここで、ホウ素(B)には中性子を吸収する性能(即ち、中性子の透過を阻害する性能)。があるので、ホウ素系セラミックス粒子を用いた場合は、アルミニウム複合材は中性子吸収材としても使用できる。その場合、ホウ素系セラミックスとしては、例えばB4C、TiB2、B2O3、FeB、FeB2等を挙げることができる。これらホウ素系セラミックスは、粉末の形状として用いられ、これらを単独で又は混合物として使用することができる。特に、中性子を良く吸収するBの同位体である10Bを多く含む炭化ホウ素B4Cを使用するのが好ましい。
本発明に係る製造方法において用いられる金属製ケース、上ケース及び下ケース、ケース本体及びプラグ部材としては、混合材との密着性に優れかつ圧延加工に適した金属であれば如何なる金属でも用いることができるが、好適にはアルミニウム製又はステンレス鋼製である。例えば、アルミニウム製のケースの場合、純アルミニウム(JIS1050、1070等)が好適に用いられる。他方、ケース材料として、Al−Cu系合金(JIS2017等)、Al−Mg系合金(JIS5052等)、Al−Mg−Si系合金(JIS6061等)、Al−Zn−Mg系合金(JIS7075等)、Al−Mn系合金等、種々のタイプの合金素材も使用することができる。
2−1:混合材調整工程
アルミニウム粉末とセラミックス粒子とが用意され、これら粉末が均一に混合される。アルミニウム粉末は一種のみでもよいし複数種を混合してもよい。セラミックス粒子についても一種のみでもよいし、複数種、例えばB4C及びAl2O3を混合してもよい。アルミニウム粉末とセラミックス粒子との混合の方法は、公知の方法でよく、例えばVブレンダー、クロスロータリーミキサー等の各種ミキサー、振動ミル、遊星ミル等を使用し、所定の時間(例えば10分〜10時間程度)混合すればよい。また、混合は、乾式又は湿式の何れであってもよい。また、混合の際に解砕の目的で、アルミナやSUSボール等の研磨メディアを適宜加えてもよい。
このケース準備工程においては、上述した混合材調整工程で製造された混合材を充填する中空扁平状の金属製ケースが準備される。
後に説明する充填工程を経た後、ケース10の外周、詳細には、図2Aに示すように、圧延時の姿勢における外周面を補強するための補強枠16が準備される。ここで、ケース10の圧延時の姿勢とは、ケース10の長手方向(ケースの平面形状が正方形である場合には、何れかの中心軸線)が圧延方向に沿うと共に、これの延出面が水平方向に沿う姿勢を意味する。
次に、上述した混合材調製工程で調整した混合材Mが下ケース12内に充填される。この充填工程は、混合材Mを均一投入する作業で実施される。この際、均一投入作業と同時並行的に下ケース12に対してタッピング、即ち、機械的詰め込み作業を実施し、粉体としての充填密度を上げる。このタッピングにより、混合材の理論充填率35%から65%の範囲となるようにする。
このように補強枠16で補強された被圧延体18を、圧延する前に、予熱する。この予熱は、加熱炉において、300℃〜600℃の範囲の大気中の雰囲気で2時間以上放置することにより実施する。ここで、予熱雰囲気としては、大気中で行うことに限定されることなく、アルゴン等の不活性ガス中で行うことはより好ましいものであり、また、より好ましくは、5Pa以下の真空雰囲気中で行われるものである。
この圧延工程は、被圧延体18に圧延という塑性加工を実施するものであるが、この被圧延体18において本願発明において特有の効果をもたらす状況を、先ず、説明する。
各材料の組成を、ICP発光分光分析法により分析した。
商品名「マイクロトラック」(日機装製)を使用し、レーザー回折式粒度分布測定法により実施した。平均粒径は、体積基準メジアン径である。
試料を圧延加工したときの割れの有無や表面性状を評価した。板面上に表面割れの発生があったもの、及び、表面に割れはないが、しわ状の凹凸のあるものを「×」、表面割れや凹凸の発生がなかったものを「◎」とした。
試料を切断した小片を樹脂に埋め込み、エメリー研磨、バフ研磨を行なった後、光学顕微鏡により、組織を観察した。
サイクロトンで加速した陽子をBeターゲットに衝突させると、9Be(p,n)9B反応により、速中性子が発生する。その後、速中性子をエネルギー減速材により熱中性子化した後に、平行ビームとして本願発明の金属基複合材に照射する。この照射時に、金属基複合材の表裏に夫々金箔(直径10mm、重さ200mg、純度99.997%)を置いておくと、197Au(n,γ)198Au反応により、金箔が夫々放射化する。そして、両金箔の放射化率の比から、中性子透過率が決定される。尚、図4に、10B面積密度(mg/cm2)と中性子透過率との間の検量線を示す。(この検量線は、本願発明者の依頼に基づき、中性子透過試験を実施する住重試験検査株式会社において作成されたものである。)
(6)SEM撮影
日本電子社製の電子顕微鏡(型式JSM−5400)を用い、加速電圧10kVで撮影した。
表1に示す組成のアルミニウム合金粉末に、B4Cセラミックス粉末を、30質量%になるように均一に混合して混合材Mを調製した。尚、アルミニウム合金粉末の平均粒度(D50)は、10μmであり、B4Cセラミックス粉末の平均粒度(D50)は、33μmであった。
また、タッピング後の嵩密度は1.36g/cm3であった。図6A乃至図6Cに、タッピング後の混合材Mの表面状態をSEM撮影した写真を示す(夫々の図は、同一の混合材Mを異なる位置で、750倍の倍率で拡大して撮影した写真を示している。)
この結果から、タッピングにより、嵩密度が増し、充填密度が約77%増加したことが明白に確認される。
となる。
10B面積密度=(0.57)×(83.2/100)×(2.64)×(99/100)×(30/100)×(78/100)×(18.4/100)×(90/100)=0.469g/cm2=46.9mg/cm2
となる、
ここで、この10B面積密度値が47.9mg/cm2であることの妥当性について、検証する。
14 上ケース
18 被圧延体
20 スリーブ
22 スクレーパー
24 回収箱
M 混合材
Claims (6)
- 間に混合材が挟み込まれた一対の金属板を有し、前記混合材が金属粉末と中性子吸収機能を有するセラミックス粒子とを備え、前記セラミックス粒子が、B4C粒子を含み、このB4C粒子に含まれる10B面積密度が43.3mg/cm 2 〜49.1mg/cm 2 、厚さ5.7mm、クラッド率15%〜25%に設定され、前記B4C粒子により達成される中性子吸収率が90%以上である金属基複合材の製造方法であって、
(a)前記金属粉末と前記セラミックス粒子とを混合して、混合材を調整する工程と、
(b)下ケースとこの下ケースにシール可能に形成された上ケースとを有する金属製ケースを準備する工程と、
(c)前記下ケース内に前記混合材を投入すると共に、タッピングにより充填する工程と、
(d)前記下ケースに前記上ケースを被せてシールすることにより、前記混合材が充填された前記金属製ケースから、被圧延体を準備する工程と、
(e)前記被圧延体を、前記混合材が粉状態を維持するように予熱する工程と、
(f)前記予熱工程で予熱された前記被圧延体を冷間圧延して、金属複合材を得る工程と、を有することを特徴とする金属基複合材の製造方法。 - 前記金属板は、アルミニウム又はステンレス鋼製であり、
前記金属粉末は、アルミニウム粉末であることを特徴とする請求項1に記載の金属基複合材の製造方法。 - 金属粉末と中性子吸収機能を有するセラミックス粒子とを備えた中間層と、この中間層の一方の表面に密接して形成された金属製の第1のスキン層と、前記中間層の他方の表面に密接して形成された金属製の第2のスキン層とを具備し、前記セラミックス粒子が、B4C粒子を含み、このB4C粒子に含まれる10B面積密度が43.3mg/cm 2 〜49.1mg/cm 2 、厚さ5.7mm、クラッド率15%〜25%に設定され、前記B4C粒子により達成される中性子吸収率が90%以上である金属基複合材の製造方法であって、
(a)前記金属粉末と前記セラミックス粒子とを混合して、混合材を調整する工程と、
(b)下ケースとこの下ケースにシール可能に形成された上ケースとを有する金属製ケースを準備する工程と、
(c)前記下ケース内に前記混合材を投入すると共に、タッピングにより充填する工程と、
(d)前記下ケースに前記上ケースを被せてシールすることにより、前記混合材が充填された前記金属製ケースから、被圧延体を準備する工程と、
(e)前記被圧延体を、前記混合材が粉状態を維持するように予熱する工程と、
(f)前記予熱工程で予熱された前記被圧延体を冷間圧延して、金属複合材を得る工程と、を有することを特徴とする金属基複合材の製造方法。 - 前記スキン層は、各々、アルミニウム又はステンレス鋼製であり、
前記金属粉末は、アルミニウム粉末であることを特徴とする請求項3に記載の金属基複合材の製造方法。 - 前記充填工程は、前記金属板を形成する下ケースの上縁に全周に渡り密着するスリーブ本体を下ケース上に重ね合わせた状態で、前記混合材を投入すると共に、タッピングにより充填する工程であることを特徴とする請求項3に記載の金属基複合材の製造方法。
- 前記充填工程において、前記混合材は、その上面が、前記下ケースの上縁と面一の状態になされるように充填されることを特徴とする請求項3に記載の金属基複合材の製造方法。
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