KR100422208B1

KR100422208B1 - 알루미늄 복합재 및 그 제조 방법과 그것을 이용한 바스켓및 캐스크

Info

Publication number: KR100422208B1
Application number: KR10-2000-0053808A
Authority: KR
Inventors: 무라카미가즈오; 사이다도미카네; 사카구치야스히로
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 2000-09-09
Publication date: 2004-03-18
Also published as: EP1083240B1; DE60008655D1; US7177384B2; ATE260999T1; TW459248B; EP1083240A1; JP2001083287A; ES2216787T3; KR20010050427A; US20030179846A1; JP3122436B1; DE60008655T2

Abstract

B의 함유량을 높게 하여 중성자 흡수능을 향상시키고, 또한 Zr이나 Ti의 첨가에 의해 기계적 성질이나 가공성면에서도 우수한, 알루미늄 복합재 및 그것을 구조 부재로서 사용하여 저비용으로 제조할 수 있는 바스켓을 제공한다.

본 발명에 따른 알루미늄 복합재는, Al 또는 Al 합금 모상(母相)중에, 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물과 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소, 예컨대 Zr 또는 Ti을 함유하여 가압 소결한 것이다. 또한, 이 알루미늄 복합재를 사용하여, 각각의 사용후 핵연료 집합체(5)를 캐스크(10) 내부의 소정 위치에 수납하기 위한 격자 형상 단면을 갖는 바스켓(20)을 제조한다.

Description

알루미늄 복합재 및 그 제조 방법과 그것을 이용한 바스켓 및 캐스크{ALUMINUM COMPOSITE MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND BASKET AND CASK USING THE SAME}

본 발명은 중성자 흡수능을 갖는 알루미늄(Al) 복합재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 중성자 흡수능을 갖는 알루미늄 복합재로 제조되고 사용후 핵연료 집합체를 수용하는 바스켓(basket) 및 그 바스켓을 구비한 캐스크(cask)에 관한 것이다.

원자로에서 소정의 연소를 마친 핵연료 집합체, 소위 사용후 핵연료 집합체는 원자력 발전소의 냉각 피트(cooling pit)에서 소정 기간 냉각된 후, 수송용 용기인 캐스크에 수납되고 저장 및 재처리 설비로 운반되어, 거기에서 저장된다. 사용후 핵연료 집합체를 캐스크내에 수용하기 위해서는, 바스켓이라고 칭하는 격자 형상 단면을 갖는 유지 용기를 사용하고, 유지 용기의 복수개의 수납 공간인 셀에 1개씩 삽입하여, 수송중 진동 등에 대하여 적절한 유지력을 확보한다.

전술한 종래의 바스켓은, 도 16에 도시하는 바와 같이, 판형상 부재(1)에 형성된 슬릿(2)을 결합시켜 가로세로로 교대로 결합함으로써, 사용후 핵연료 집합체를 삽입하기 위한 격자 형상 단면을 형성하고 있다. 이 판형상 부재(1)에는, 예컨대 JIS2219에 의해 규정된 Al-Cu계 알루미늄 합금이나 JIS5083에 의해 규정된 Al-Mg계 알루미늄 합금 등과 같이, 강도면에서 우수한 특성을 갖고 있는 두께 10㎜ 정도의 알루미늄 합금을 모재(母材)(1a)로 하고, 표면에 중성자 흡수능을 갖는 Al-B 합금재 두께 1㎜ 정도의 판재(중성자 흡수재)를 부착한 것이 사용된다.

이러한 부착 구조를 채용하는 것은, 중성자 흡수재가 가공성이 결핍되어 있으므로, 구조부재로서 단독으로 사용하는 것이 곤란하기 때문이다. 또한, 이 판형상 부재(1)의 폭은 일반적으로는 300 내지 350㎜ 정도인 것이 사용된다.

전술한 바와 같이, 종래의 바스켓은 알루미늄 합금의 모재(1a)에 중성자 흡수재(3)가 부착된 판형상 부재(1)를 사용하기 때문에, 소재를 제조함에 있어서 많은 시간과 비용을 필요로 한다. 게다가, 중성자 흡수재(3)의 모재에 스폿 용접, 비스 고정 또는 리벳 고정에 의해 부착이 이루어지며, 통상 1대의 캐스크에 수납되는 바스켓을 제조하기 위해서는 수천매의 판형상 부재(1)가 필요하다.

또한, 종래의 판형상 부재(1)에는 모재(1a)와 이것에 부착된 중성자 흡수재(3) 사이에 단차가 발생하는 경우가 있어서 사용후 핵연료 집합체를 넣고 뺄 때 걸리는 문제가 있다. 또한, 스폿 용접에 의해 부착한 경우, 장기간 사용에 의해 열화되어 중성자 흡수재(3)가 박리되는 문제도 있다. 따라서 중성자 흡수능을 갖는 Al-B 합금을 바스켓의 구조부재로서 단독으로 사용하는 것이 바람직하다.

종래에 Al-B 합금을 제조하는 경우에 통상의 용해법이 채용되었지만, B 첨가량의 증가에 따라서 액상선(液相線) 온도가 급격히 상승하기 때문에, Al 합금중에 B를 분말상 또는 Al-B 합금 형태로 첨가하는 방법, Al 용탕(溶湯)중에 KBF₄등의 붕소불화물 형태로 첨가하여 Al-B 금속간 화합물을 생성하는 방법, 액상선 온도 이하의 고체 액체 공존 영역에서 주조하는 방법 또는 가압 주조법을 이용하는 방법이 사용되고 있지만, 강도나 연성 등의 기계적 성질을 높이기 위해서 여러가지의 개량이 부가되고 있다.

이들의 개량에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 1984-501672 호, 일본 특허 공개 공보 제 1986-235523 호, 일본 특허 공개 공보 제 1987-70799 호, 일본 특허 공개 공보 제 1987-235437 호, 일본 특허 공개 공보 제 1987-243733 호, 일본 특허 공개 공보 제 1988-312943 호, 일본 특허 공개 공보 제 1989-312043 호, 일본 특허 공개 공보 제 1989-312044 호, 일본 특허 공개 공보 제 1997-165637 호 등, 많은 예를 들 수 있다.

이러한 용해법에 의한 Al-B 합금은 중성자를 흡수하는 B를 첨가하면, B 화합물로서 AlB₂및 AlB₁₂의 금속간 화합물이 존재하고, 특히 AlB₁₂가 많이 존재하면 가공성이 저하된다. 그러나, 이 AlB₁₂의 양을 제어하는 것은 기술적으로도 곤란하기 때문에, 실용재로서는 B의 양을 1.5중량%까지 첨가하는 것이 한도이므로 중성자 흡수의 효과는 그 만큼 크지 않다.

또한, 중성자 흡수 작용을 갖는 재료로서는, 전술한 용해법에 의한 Al-B 합금 이외에도, 보랄(Boral)이라고 불리는 것이 있다. 이 보랄은 Al 모재에 30 내지 40중량%의 B₄C를 배합한 분말을 끼워서 압연한 재료이다. 그러나, 이 보랄은 인장 강도가 40MPa 정도로 낮을 뿐만 아니라, 신장도도 1% 정도로 낮고, 또한 성형 가공이 곤란하기 때문에, 구조재로서는 사용되지 않고 있는 것이 현상태이다.

Al-B₄C 복합재의 또 하나의 제조 방법으로서, 분말 야금법의 이용을 예로 들 수 있다. 이것은 Al 합금과 B₄C를 모두 분말 상태로 균일하게 혼합한 후에 고화 성형하는 것으로, 전술한 용해법에 수반되는 문제를 회피할 수 있을 뿐만 아니라, 매트릭스 조성을 보다 자유롭게 선택할 수 있는 등의 장점을 갖는다.

미국 특허 제 5486223 호 및 동일 발명자에 의한 일련의 연속 출원 발명에 있어서, 분말 야금법을 이용하여 강도 특성이 우수한 Al-B₄C 복합재를 얻는 방법이 기술되어 있다. 그 중에서도, 미국 특허 제 5700962 호는 중성자 차폐재료의 제작에 주안점을 둔 것이다.

그러나, 이들의 발명에 있어서는, 매트릭스와의 결합성을 높이기 위해서 특정 원소를 첨가한 특수한 B₄C를 사용하여야 하고 또한 공정도 복잡하며, 공업 레벨의 실용화에는 비용면에서 큰 문제가 있었다. 또한, 분말을 CIP에 의해 고화시킨 다공질의 성형체를 가열하고 압출하기 때문에 가스의 관입(gas intrusion)이 수반되며, 매트릭스의 조성에 의해서 빌릿(billet) 소결시에 625℃ 이상의 고온에 노출됨으로써 특성이 현저하게 열화되는 성능상의 문제가 있었다.

전술한 바와 같이, 용해법으로 제조한 Al 합금은 B 등의 중성자 흡수능을 갖는 화합물을 첨가하는 양에 한계가 있기 때문에, 그 중성자 흡수 효과는 작았다. 그 해결을 위해서, 전술한 바와 같이 많은 발명이 이루어져 왔지만, 그들의 실시에는 내포하는 화합물상(AlB₂, AlB₁₂등)의 존재비까지를 제어한 모 합금을 용해하고, 매우 고가인 농축 붕소를 사용하는 등, 생산 비용을 대폭 상승시키는 전제 조건이 많아서 공업 레벨의 실용화는 곤란하였다.

또한, 조업면에 있어서도, 노(爐)내의 오염[고 B 농도의 불순물을 제거하는 노 세척이 필요하게 되고, 투입된 불화물 등이 잔류하여 오염(contamination)됨]이나 높은 용해 온도(경우에 따라 1200℃ 이상임)에 의한 노재(爐材)의 손상 등의 문제로 인해 통상의 Al용 용해 설비에서 실시가 사실상 불가능하였다.

또한, B₄C의 함유량이 30 내지 40중량%로 높은, 보랄은 가공성에 문제가 있어 구조재로서는 사용할 수 없는 상황이다.

이러한 배경으로부터, B의 함유량을 증가시켜 높은 중성자 흡수능을 갖는 것은 물론, 인장 강도나 신장도 등의 기계적 성질도 우수하고, 가공이 용이하여 구조재로서 사용가능한 중성자 흡수능을 갖는 알루미늄 복합재 및 그 제조 방법이 요구된다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, B의 함유량을 증가시켜 중성자 흡수능을 향상시킬 수 있으면서 Zr이나 Ti의 첨가에 의해 기계적 성질이나 가공성 면에서도 우수한 알루미늄 복합재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 구조부재로서 중성자 흡수능이 우수하고, 또한 기계적 성질이나 가공성이 우수한 알루미늄 복합재를 사용하여 저비용으로 제조할 수 있는 바스켓 및 이와 같은 바스켓을 구비한 캐스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은 전술한 바와 같은 현 상태를 감안하여 연마재 또는 내화물(耐火物) 재료로서 시중에서 염가로 유통되고 있는 통상의 B₄C를 사용함과 동시에, Zr이나 Ti 등을 첨가함으로써 필요한 중성자 차폐능과 강도 특성을 균형 있게 만족시키는 Al기 복합재를 염가로 제조하는 방법을 창출함과 동시에, 동 방법이 최대의 효과를 발휘하는 합금 조성(B₄C 첨가량도 포함됨)을 발견하였다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용하였다. 즉, 본 발명에 따른 알루미늄 복합재는 Al 또는 Al 합금 모상중에 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물과, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소를 함유하여, 가압 소결한 것을 특징으로 하는 MMC(metal matrix composite) 제조법으로 제조된다.

본 발명에 있어서, B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 B량으로서 2중량% 이상 5중량% 이하이면 좋다. 또한, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소는 Zr이어도 무방하고, 이 경우 Zr의 함유량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하이어도 무방하다. 또는, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소는 Ti이어도 무방하고, 이 경우, Ti의 함유량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하이어도 무방하다.

이러한 알루미늄 복합재에 의하면, B 또는 B 화합물의 첨가량이 높고, 또한 Zr이나 Ti 등의 첨가 원소에 의해 인장 특성 등의 기계적 성질도 우수한 알루미늄 복합재로 된다. 또한, 그 제조 비용도 염가로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄 복합재의 제조 방법은 Al 또는 Al 합금분말에 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말과, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소의 분말을 첨가후, 가압 소결하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, Al 또는 Al 합금분말로서, 균일하고 미세한 조직을 갖는 급냉 응고분을 사용하는 것이 바람직하다. B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하인 것이 바람직하다. B 화합물 분말로서는 탄화붕소(B₄C) 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 Al 또는 Al 합금분말의 평균 입자 크기를 5 내지 150㎛로 하고, 또한 사용하는 B 화합물 분말을 평균 입자 크기 1 내지 60㎛의 B₄C 입자로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말을 Zr의 분말로 하고, Zr의 함유량을 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하로 하면 좋다. 또는, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말을 Ti의 분말로 하고, Ti의 함유량을 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하로 하여도 무방하다.

또한, 본 발명에 있어서, 가압 소결 방법으로서 열간 압출, 열간 압연, 열간 정수압 프레스 또는 고온 프레스(hot press)중 어느 하나 또는 이들을 조합하여 실행할 수 있다. 이들의 가압 소결 방법은 모두 분말을 통(can)내에 봉입한 후, 가열하에서 진공으로 함에 의해 통내의 분말 표면에 흡착된 가스 성분 및 수분을 제거하고, 그 후에 통을 밀봉하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 이 통내에 봉입된 분말을, 통내를 진공으로 유지한 채로 열간 가공한다. 또한, 상기 가압 소결을 실시한 후에는, 필요에 따라서 적절히 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이러한 알루미늄 복합재의 제조 방법에 따르면, 가압 소결에 의한 분말 야금법을 채용함으로써, B 또는 B 화합물의 첨가량을 증가시킴과 동시에, Zr이나 Ti 등을 첨가할 수 있기 때문에, 인장 특성 등의 기계적 성질도 우수한 알루미늄 복합재를 제조할 수 있다. 따라서, 중성자 흡수능을 향상시킬 수 있고, 또한 가공성도 우수한 알루미늄 복합재를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 바스켓은 개개의 사용후 핵연료 집합체를 캐스크 내부의 소정 위치에 수납하기 위한 격자 형상 단면을 갖는 바스켓에 있어서, Al 또는 Al 합금분말에 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물 분말과, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소의 분말을 첨가한 후, 가압 소결하여 이루어지는 중성자 흡수능을 갖는 알루미늄 복합재로 제조한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서, B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 B량으로서 2중량% 이상 5중량% 이하로 하는 것이 좋다. 또한, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Zr의 분말이어도 무방하고, 이 경우, Zr의 함유량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하이어도 무방하다. 또는, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Ti 분말이어도 무방하고, 이 경우, Ti 함유량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하이어도 무방하다.

또한, 본 발명에 있어서, 바스켓의 격자 형상 단면은 알루미늄 복합재로 이루어지는 판재를 격자 형상으로 결합한 것이어도 무방하고, 또는 알루미늄 복합재를 압출 성형하여 이루어지는 관재를 결속하여 형성한 것이어도 무방하다. 이 결속 방법으로 납땜이 바람직하다.

이러한 바스켓에 의하면, 알루미늄 복합재 자체가 높은 중성자 흡수능을 갖고 또한 가공성도 우수하기 때문에, 이 복합재를 구조부재로서 사용하여 바스켓 전체를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 캐스크는 개개의 사용후 핵연료 집합체를 캐스크 내부의 소정 위치에 수납하기 위한 격자 형상 단면을 갖고, Al 또는 Al 합금분말에 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말과 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소의 분말을 첨가한 후, 가압 소결하여 이루어지는 중성자 흡수능을 갖는 알루미늄 복합재로 제조한 바스켓과, 내압(耐壓)을 담당하는 통 본체와 그 외측을 둘러싸는 중성자 차폐부를 구비하며, 상기 바스켓을 내부에 수납하는 중공형 캐스크 본체와, 상기 사용후 핵연료 집합체를 상기 바스켓에 출입시키기 위해 설치된 상기 캐스크 본체의 개방부에 탈착 가능한 덮개을 구비하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 B량으로 환산하여 2중량% 이상 5중량% 이하로 하는 것이 좋다. 또한, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Zr의 분말이어도 무방하고, 이 경우, Zr의 함유량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하이어도 무방하다. 또는, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Ti의 분말이어도 무방하고, 이 경우, Ti의 함유량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하이어도 무방하다.

또한, 본 발명에 있어서, 바스켓의 격자 형상 단면은 알루미늄 복합재로 이루어지는 판재를 격자 형상으로 결합한 것이어도 좋고, 또는 알루미늄 복합재를 압출 성형하여 이루어지는 관재를 결속하여 형성한 것이어도 무방하다. 이 결속 방법으로서는 납땜이 바람직하다.

이러한 캐스크에 의하면, 중성자 흡수능이 우수하고, 또한 염가로 제조할 수 있는 바스켓을 구비했기 때문에, 캐스크 자체의 중성자 차폐 기능이 증가함과 동시에, 염가로 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 캐스크의 구조를 나타내는 부분 단면 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 바스켓의 구조를 나타내는 제 1 실시예의 부분 조립 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 바스켓의 구조를 나타내는 제 2 실시예의 부분 조립 사시도,

도 4는 표 3의 시료(F, G, I)에 대하여 0.2% 내력(MPa)과 온도(℃)와의 관계를 나타내는, Al 복합재의 기계적 성질에 관한 그래프,

도 5는 표 3의 시료(F, G, I)에 대하여 인장 강도(MPa)와 온도(℃) 와의 관계를 나타내는, Al 복합재의 기계적 성질에 관한 그래프,

도 6은 순Al 베이스[표 3의 시료(A 내지 E)]의 복합재에 대하여 실온에서의 B 첨가량의 영향을 나타내는, Al 복합재의 기계적 성질에 관한 그래프,

도 7은 Al-6Fe 베이스[표 3의 시료(H 내지 L)]의 복합재에 대하여 실온에 서의 B 첨가량의 영향을 나타내는 Al 복합재의 기계적 성질에 관한 그래프,

도 8은 Al-6Fe 베이스[표 3의 시료(H 내지 L)]의 복합재에 대하여 250℃에 서의 B 첨가량의 영향을 나타내는 Al 복합재의 기계적 성질에 관한 그래프,

도 9는 본 발명에 따른 Zr 첨가 Al 복합재의 시료 제작 순서를 나타내는 플로우차트,

도 10은 실온에서의 Zr 첨가량의 영향을 나타내는 본 발명에 따른 Al 복합재의 기계적 성질에 관한 그래프,

도 11은 200℃에서 100시간 유지한 후의 200℃에서의 Zr 첨가량의 영향을 나타내는, 본 발명에 따른 Al 복합재의 기계적 성질에 관한 그래프,

도 12는 본 발명에 따른 Al 복합재의 영율을 여러 온도에서 측정한 결과를 나타내는 그래프,

도 13은 압출한 그대로의 시료에 대하여 B 및 Zr 첨가량의 영향을 나타내는,본 발명에 따른 Al 복합재의 도전율을 측정한 결과를 나타내는 그래프,

도 14는 200℃에서 100시간 유지한 시료에 대하여 B 및 Zr 첨가량의 영향을 나타내는 본 발명에 따른 Al 복합재의 도전율을 측정한 결과를 나타내는 그래프,

도 15는 각종 Al 재료의 도전율과 열전도도와의 관계를 나타내는 그래프,

도 16은 종래에 있어서의 바스켓 구조를 나타내는 부분 조립 사시도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

5 : 사용후 핵연료 집합체(핵연료 집합체)

10 : 캐스크 20 : 바스켓

21 : 셀 22 : 판형상 부재

23 : 슬릿 24 : 관재

30 : 캐스크 본체 31 : 통 본체

32 : 중성자 차폐재 33 : 개방부

40 : 덮개

이하, 본 발명에 따른 알루미늄 복합재와 그 제조 방법 및 그것을 이용한 바스켓 및 캐스크의 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한,본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 알루미늄 복합재는 Al 또는 Al 합금 모상 중에 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물과, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소를 함유하며, 가압 소결된 것이다. 여기서, B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하, 보다 바람직하게는 2중량% 이상 5중량% 이하인 것이 좋다.

또한, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소는 예컨대 Zr이다. 이 경우, Zr의 함유량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하이어도 무방하다. 또는, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소는 예컨대 Ti이어도 무방하다. 이 경우에는, Ti 함유량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하이어도 무방하다. 또한, Zr과 Ti 모두를 첨가하여도 무방하다.

이와 같은 알루미늄 복합재는 B 또는 B 화합물의 첨가량이 높기 때문에, 중성자 흡수능이 우수하고, 또한 Zr이나 Ti 등의 첨가에 의해 인장 특성 등의 기계적 성질도 우수하기 때문에 높은 가공성을 갖는다. 따라서, 이 알루미늄 복합재를, 예컨대 원자력 관련 설비의 구조부재로서 사용할 수 있다.

전술한 알루미늄 복합재를 제조함에 있어서는, 애터마이즈법(atomizing method) 등의 급냉 응고법으로 제작한 Al 또는 Al 합금분말과, 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말과, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소(예컨대 Zr 또는 Ti중 하나 또는 둘다)의 분말을 혼합하여, 가압 소결을 실행한다.

여기서 첨가하는 B량은 1.5중량% 이상 9중량% 이하의 범위이지만, 바람직하게는 2중량% 이상 5중량% 이하이다. 또한, Zr만을 첨가하는 경우의 첨가량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하이다. Ti만을 첨가하는 경우의 첨가량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하이다. 또한, Zr과 Ti 모두를 첨가하여도 무방하다.

베이스로서 사용할 수 있는 Al 또는 Al 합금분말은 순알루미늄 지금(地金)(JIS 1xxx계), Al-Cu계 알루미늄 합금(JIS 2xxx계), Al-Mg계 알루미늄 합금(JIS 5xxx계), Al-Mg-Si계 알루미늄 합금(JIS 6xxx계), Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금(JIS 7xxx계), Al-Fe계 알루미늄 합금(Fe 함유율이 1 내지 10중량%) 이외에도, 예컨대 Al-Mn계 알루미늄 합금(JIS 3xxx계) 등이 있고, 강도, 연성, 가공성, 내열성 등 필요한 특성에 따라 선택할 수 있으며, 특별히 한정되는 것이 아니다.

이들의 Al 또는 Al 합금으로서, 균일하고 미세한 조직을 갖는 급냉 응고분이 사용된다. 이 급냉 응고분을 얻기 위한 급냉 응고법으로서는 단롤법, 쌍롤법, 에어 애터마이즈 또는 가스 애터마이즈 등의 애터마이즈법이라고 하는 주지 기술을 채용할 수 있다. 이러한 급냉 응고법에 의해서 얻어진 Al 합금분말은 바람직하게는 평균 입자 크기가 5 내지 150㎛인 분말을 사용한다.

그 이유는, 평균 입자 크기가 5㎛ 미만으로 미세하면 각 입자가 응집을 하기 때문에 결국 큰 입자의 덩어리로 되는 것과, 애터마이즈법에 의한 제조의 한계(미세한 분말만을 분류할 필요가 있어 분말 제조 양품율이 극단적으로 악화되어 비용을 급증시킴) 때문이며, 평균 입자 크기가 150㎛를 넘으면, 급냉 응고가 아닌 상태로 되는 등의 애터마이즈법에 의한 제조 한계와, 미세한 첨가 입자와의 균일 혼합이 곤란하게 된다고 하는 문제 때문이다. 가장 바람직하게는 평균 입자 크기는 50 내지 120㎛이다. 급냉 응고의 급냉 속도는 10²℃/sec 이상, 바람직하게는 10³℃/sec 이상이다.

한편, 상기 Al 또는 Al 합금분말과 혼합하는 B 또는 B 화합물은 특히 고속 중성자에 대한 흡수능이 큰 특징을 갖고 있다. 또한, 본 발명에 사용할 수 있는 바람직한 B 화합물은 B₄C, B₂O₃등이 있다. 그 중에서도 B₄C는 단위량당 B 함유량이 많아 소량의 첨가로 큰 중성자 흡수능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 매우 높은 경도를 갖는 등 구조재의 첨가 입자로서 특히 바람직하다.

이러한 B 또는 B 화합물의 첨가량은 B량이 1.5중량% 이상 9중량% 이하, 바람직하게는 2중량% 이상 5중량% 이하이다. 이 이유는 이하와 같다.

알루미늄 합금(및 알루미늄기 복합재)을 원자력 분야의 구조재, 보다 구체적으로는 사용후 핵연료의 저장 및 수송용 용기의 구조재로서 사용하는 것을 고려한 경우, 그 부재 두께는 5㎜에서 30㎜ 정도가 필수적이다. 이것은 두께가 해당 범위를 초과하면, 경량인 알루미늄 합금을 사용하는 의미가 없어지고, 한편 구조재에 요구되는 신뢰성을 확보하기 위해서 필요한 알루미늄 합금의 강도를 상정하면 극단적으로 두께를 감소시키는 것이 곤란하다는 것을 알 수 있기 때문이다.

다시 말해서, 이러한 용도에 사용하는 알루미늄 합금의 중성자 차폐 능력이 상기 범위의 두께에 필요 충분한 값이면 좋고, 일부의 선행 발명에 기술되어 있는 바와 같이 다량의 B나 B₄C를 첨가하면 쓸데없이 가공성의 악화나 연성의 저하를 초래할 뿐이다.

발명자들의 실험에 따르면, 시장에 염가로 유통되는 통상의 B₄C를 B의 소스로서 사용한 경우, 목적한 용도에 최적의 특성을 얻을 수 있는 B₄C 첨가량은 2 내지 12중량%, B량으로 환산하면, 1.5중량% 내지 9중량%인 경우뿐이다. B₄C량이 이것을 하회하면, 필요한 중성자 흡수능을 얻을 수 없으며, 한편 상기 범위를 초과하면, 압출 등의 성형시에 균열이 발생하는 등 제작이 곤란하게 될 뿐만 아니라, 얻어진 재료도 연성이 낮고 구조재로서 요구되는 신뢰성을 확보할 수 없다.

또한, B 또는 B 화합물의 분말은 바람직하게는 평균 입자 크기가 1㎛ 내지 60㎛인 것을 사용한다. 그 이유는 평균 입자 크기가 1㎛ 미만에서는 미세한 분말이어서 각 입자가 응집하기 때문에, 결국 큰 입자의 덩어리로 되어 균일한 분산을 얻을 수 없게 되고 양품율이 극단적으로 악화되기 때문이며, 60㎛을 넘으면, 그것들이 이물(異物)이 되어 재료 강도나 압출성을 저하시킬 뿐만 아니라, 재료의 절삭 가공성도 악화되기 때문이다.

상기 Al 또는 Al 합금분말에 첨가되는 Zr이나 Ti은 상온(常溫) 또는 고온 중 어느 환경하에서도 알루미늄 복합재에 고 강도성을 부여하는 특성을 갖는다. Zr이나 Ti을 첨가하는 경우의 분말로서 금속 Zr이나 금속 Ti의 분말을 이용하여도 무방하고, Zr 화합물이나 Ti 화합물의 분말을 이용하여도 무방하다. 예컨대, Zr 화합물로서 Zr의 산화물을 이용할 수 있다. 또한, Ti의 화합물로서, 예컨대 Ti의 산화물을 이용할 수 있다.

이러한 Zr이나 Ti의 첨가량이 전술한 범위의 양인 이유는 이하와 같다. 즉, Zr의 경우, 0.2중량% 미만에서는, 강도 향상의 효과가 작고, 반대로 2.0중량%를 넘으면 연성, 인성이 저하되어, 강도 향상의 효과도 포화된다. 또한, Ti의 경우, 0.2중량% 미만에서는, 강도 향상의 효과가 충분하지 않고, 4.0중량%을 초과하여 함유하면, 미세한 금속간 화합물의 형성이 곤란하여 인성의 저하가 발생하기 쉬워지고 강도 향상의 효과도 포화되는 경향이 있다.

또한, Zr 첨가에 대해서는, 예컨대 스폰지형상인 것을 이용한다. Ti 첨가에 대해서도 마찬가지이다.

전술한 Al 또는 Al 합금분말과, B 또는 B 화합물의 분말과, Zr 또는 Zr 화합물(Ti 또는 Ti 화합물)의 분말을 혼합한 후에는, 혼합한 분말을 Al 합금제의 통내에 봉입하여 진공 가열 탈가스를 실시한다. 이 공정을 생략하면, 최종적으로 얻어지는 재료중의 가스량이 많아져서, 소기의 기계적 성질을 얻을 수 없으며, 열처리시에 표면이 팽창한다. 진공 가열 탈가스에 바람직한 온도 범위는 350℃ 내지 550℃이고, 하한값 이하에서는 충분한 탈가스 효과를 얻을 수 없으며, 상한 이상의 고온에 노출되면, 재질에 따라서는 그 특성 열화가 현저해진다.

그리고 탈가스 처리후에, 가압 소결을 실시하여 Al 합금 복합재를 제조한다. 가압 소결의 제조 방법으로서는, 열간 압출, 열간 압연, 열간 정수압 프레스(HIP) 또는 고온 프레스중 어느 하나 또는 조합을 채용하여도 무방하다. 또한, 가압 소결시에 있어서의 바람직한 가열 온도는 350℃ 내지 550℃, 시간은 5 내지 10분이다.

가압 소결후에는, 필요에 따라서 열처리를 실시한다. 예컨대 Al-Mg-Si계 Al 합금분말을 베이스로서 사용한 경우에는 JIS의 T6 처리를, Al-Cu계 Al 합금분말을 베이스로서 사용한 경우에도 마찬가지로 T6 처리를 실시하지만, 순 Al이나 Al-Fe계 Al 합금 등의 분말을 베이스로서 사용한 경우에는 열처리는 불필요하고, 이 경우에는 JIS의 T1 처리를 실시한다.

이러한 제조 방법에 의해, Al 또는 Al 합금 모상중에, 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물을 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하, 또한 Zr 또는 Zr 화합물을 Zr량으로서 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하 함유하여 가압 소결된 알루미늄 복합재를 얻을 수 있다. 또는, Zr 대신에 Ti를 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하 함유하는 알루미늄 복합재를 얻을 수 있다. 또한, Zr과 Ti 모두를 함유시켜도 무방하다.

또한, B 또는 B 화합물은 고속 중성자 흡수능이 우수하다는 것이 알려져 있지만, 필요에 따라 저속 중성자 흡수능이 우수한 Gd 또는 Gd 화합물을 적절히 첨가하여 함유시킨 복합재로서도 무방하다.

다음에, 본 발명에 따른 바스켓 및 캐스크의 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 1은 캐스크의 구성을 도시하는 부분 단면 사시도이고, 도면에 있어서, 참조부호(10)는 캐스크, 참조부호(20)는 바스켓, 참조부호(30)는 캐스크 본체, 참조부호(40)는 덮개이다.

도시한 캐스크(10)는 전체가 거의 원통 형상인 수납용기이고, 사용후 핵연료 집합체(이하에 핵연료 집합체라고 함)(5)를 캐스크 내부의 소정 위치에 수납하기 위한 바스켓(20)과, 내압(耐壓)을 담당하는 통 본체(31) 및 그 외측을 둘러싸는 중성자 차폐부(32)를 구비한 캐스크 본체(30)와, 이 캐스크 본체(30)의 개방부(33)에 탈착 가능한 덮개(40)를 주된 구성 요소로 한다.

캐스크 본체(30)는 중공 원통 형상의 용기로, 내부에 바스켓(20)이 설치되고, 핵연료 집합체(5)를 바스켓(20)에 출입시키기 위한 개방부(33)가 한쪽의 단면(端面)에 설치되어 있다.

바스켓(20)은 가늘고 긴 봉(棒) 형상의 사용후 핵연료 집합체(5)를 다수 캐스크 내부에 수납할 수 있도록 한 구조체로, 캐스크 본체(30)의 축방향으로 길고 또한 격자 형상 단면을 가지며, 각 격자 형상 단면에 의해 형성되는 수납 공간이 셀(21)이라고 불리우며, 각각 1개의 핵연료 집합체(5)를 수납할 수 있다.

바스켓(20)은 캐스크 본체(30)의 개방부(33)에 격자 형상의 일단이 면하고 있고, 덮개(40)를 분리한 상태에서 각 셀(21)에 핵연료 집합체(5)를 수납하거나 또는 꺼낼 수 있도록 되어 있다. 이 바스켓(20)은 전술한 알루미늄 복합재로 제조된다.

여기서, 바스켓(20)의 구조에 관한 제 1 실시예를 도 2를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는 바스켓(20)의 구성 부재로서 판형상 부재(22)를 사용하고, "우물정(井)자"형상으로 결합하여 격자 형상 단면을 형성한다. 각 판형상 부재(22)의 긴 변에는 각각 결합용 슬릿(23)이 설치되고, 인접하는 판형상 부재 사이에서 서로의 슬릿(23)끼리를 결합시키는 구조로 되어 있다. 이 경우의 판형상 부재(22)는 전체가 동일 조성으로 이루어지는 알루미늄 복합재의 압출 성형품이며, 따라서 바스켓(20) 전체가 중성자 흡수능을 갖는다.

계속해서, 바스켓(20)의 구조에 관한 제 2 실시예를 도 3에 도시하여 설명한다. 본 실시예에서는, 전술한 알루미늄 복합재를 압출 성형하여 이루어지는 대략 직사각형 단면의 관재(24)를 사용하고, 서로의 외면끼리를 접촉시켜 다수 결속한 구조로 되어 있다. 각 관재의 결속 방법은 용접, 납땜, 연결부재를 통해서 비스나 리벳으로 고정하는 것 등, 공지의 방법 중에서 적절히 선택하면 좋다. 이 경우도, 바스켓(20)의 대략 전체가 중성자 흡수능을 갖는다. 또한, 결속 방법으로 납땜을 채용하면, 변형이 경감된다고 하는 이점이 있다.

캐스크 본체(30)는 탄소강 또는 스테인리스강 등으로 이루어지는 내압을 담당하는 통 본체(31)를 내부 통으로 하고 예컨대 수지 등의 중성자 차폐재로 이루어지는 중성자 차폐부(32)가 그 외주를 둘러싼 구조로 되어 있다. 통 본체(31)는 또한 γ선 차폐체로서의 기능도 갖는다. 또한, 개방부(33)를 폐쇄하는 덮개(40)는 캐스크 본체(30)에 볼트를 이용하여 플랜지 결합시키는 구조로 되어 있고, 공지 기술에 의해 충분한 밀봉성을 확보하도록 되어 있다. 또한, 도면에 있어서 참조부호(11)는 캐스크(10)를 들어 올려 이동시킬 때 후크를 거는 트러니온(trunnion)이다.

전술한 실시예에 의하면, 중성자 흡수능이 우수하고, 또한 기계적 특성도 우수한 높은 가공성을 갖는 알루미늄 복합재를 구조 부재로서 사용하는 것이 가능하고, 가압 소결이 완료된 후에 필요에 따라 열처리를 실시한 후, 소망 형상의 구조부재를 얻기 위해 압출 성형을 실시하여, 예컨대 전술한 판형상 부재(22) 또는 관 형상 부재(24)를 얻는다. 그리고, 이러한 판형상 부재(22) 또는 관 형상 부재(24)에 의해서 바스켓(20)을 제조하면, 종래예에서 설명한 중성자 흡수재를 모재에 부착하는 작업이 불필요하게 되기 때문에, 작업 공정수를 대폭 저감할 수 있다. 또한, 바스켓(20)이 동일 조성의 부재로 제조되기 때문에, 구조 부재에 기인하여 셀(21)내에 단차가 발생하거나, 또는 중성자 흡수 부재가 박리되는 문제의 발생이 해소된다.

(실시예)

이하에, 구체적인 실험예를 나타내어 상세히 설명한다. 우선 처음으로, Al 또는 Al 합금 모상중에 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물을 함유한 알루미늄 복합재(Zr 또는 Ti을 포함하지 않음)에 대하여 실험을 하였다. 이 실험에서는, 분말 야금법에 의해 Al-B₄C 입자 복합재를 제조하여, 그 기계적 성질을 조사하였다.

[사용재료]

(1) 베이스로 되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말로서 하기의 4종류를 사용하였다.

베이스/입자 크기 250㎛ 이하인 분말을 얻었다. 이것을, 여러가지의 입도(粒度)로 분급(分級)하여 사용하였다. 이하에, "순Al"이라고 한다.

베이스/g-0.25Cr (JIS 6061)의 Al 합금을 사용하여, N₂가스 애터마이즈법에 의해 분말을 얻었다. 이것을 150㎛ 이하(평균 95㎛)로 분급하여 사용하였다. 이하에, "6061Al (Al-Mg-Si계)"라고 한다.

베이스/i-0.1V-0.18Zr (JIS 2219)의 Al 합금을 사용하여, N₂가스 애터마이즈법에 의해 분말을 얻었다. 이것을 150㎛ 이하(평균 95㎛)로 분급하여 사용하였다. 이하에, "2219Al (Al-Cu계)"라고 한다.

베이스/Fe계 Al 합금을 사용하여, N₂가스 애터마이즈법에 의해 분말을 얻었다. 이것을 150㎛ 이하(평균 95㎛)로 분급하여 사용하였다. 이하에, "Fe계 Al"이라고 한다.

(2) 첨가입자로서, 시판되고 있는 B₄C를 사용하였다. 표 1 및 표 2에 그 사양을 발췌하여 나타낸다.

첨가 입자 사양(발췌)

B(중량%)	76
C(중량%)	22
Fe(중량%)	0.1
기타(중량%)	1.9
평균 입자 크기(㎛)	23
누적 90% 입자 크기(㎛)	44.93
누적 95% 입자 크기(㎛)	<60

※ 기타는 불가피적 불순물임.

	명칭(종별)	평균 입자 크기
①	금속 첨가용	23㎛
②	금속 첨가용	0.8㎛
③	연마용 #800	9㎛
④	연마용 #280	59㎛
⑤	연마용 #250	72㎛

(실시예 1)

[사용 분말]

여기서는 250㎛ 이하로 분급된 순Al 분말(평균 118㎛)과, 150㎛ 이하로 분급된 6061Al, 2219Al, Fe계 Al의 각 분말(평균 95㎛)을 사용하였다. 또한, 첨가 입자로서는 평균 입자 크기 23㎛인 금속 첨가용 B₄C를 사용하였다.

[시료 제작]

(1) 빌릿 제작

제 1 단계로서, 크로스 로터리 믹서를 사용하여, 상기 분말 및 첨가 입자를 10 내지 15분 혼합하였다. 또한, 이 실험에서는 12종류의 시료를 제작했지만, 베이스와 B 첨가량(B의중량%을 계산한 값으로 표시)의 조합은 표 3에 나타낸 바와 같다.

시료 No.	혼합 분말	열처리
시료 No.	베이스	열처리	B₄C 첨가량(B 환산량%)
A	순Al	0	없음(T1)
B	순Al	2.3	없음(T1)
C	순Al	4.7	없음(T1)
D	순Al	9.0	없음(T1)
E	순Al	11.3	없음(T1)
F	6061Al	2.3	있음(T6)
G	2219Al	2.3	있음(T6)
H	Fe계 Al	0	없음(T1)
I	Fe계 Al	2.3	없음(T1)
J	Fe계 Al	4.7	없음(T1)
K	Fe계 Al	9.0	없음(T1)
L	Fe계 Al	11.3	없음(T1)

제 2 단계로서, 베이스 분말 및 첨가 입자의 혼합물을 통에 봉입하여 통 밀봉을 실시하였다. 여기서 사용한 통의 사양은 하기와 같다.

재질 : JIS 6063(알루미늄 합금 이음매없는 관에 동일 재질의 바닥판을 둘레 전체에 용접)

직경 : 90㎜

길이 : 300㎜

통 두께 : 2㎜

제 3 단계로서, 진공 가열 탈가스를 실시했다. 이 공정에서는 통 밀봉된 분말 혼합물을 480℃까지 승온하여, 통 내부를 1Torr 이하까지 진공 상태로 하여 2시간 유지하였다. 이 탈가스 공정을 실시함으로써 통 내부의 분말 표면에 흡착된 가스 성분 및 수분이 제거되어, 압출용 소재(이하 빌릿이라고 함)의 제작이 완료된다.

(2) 압출

이 공정에서는, 상기 순서로 제작된 빌릿을 500ton의 압출기를 사용하여 열간으로 압출한다. 이 경우의 온도는 430℃이고, 압출비를 약 12로 하여 하기에 나타내는 평판 형상의 압출형상으로 성형하였다.

또한, 이 압출 성형에 있어서 압출 시간은 430초이었다.

[압출 형상(단면)]

폭 : 48㎜

두께 : 12㎜

(3) 열처리(T6 처리)

이 실험에서는, 압출 성형후, 표 3에 나타낸 시료(F) 및 시료(G)에 대해서만 열처리를 실시하였다. 시료(F)의 열처리에서는, 530℃에서 2시간 고용화 열처리를 한 후에 수냉(水冷)하고, 또한 175℃에서 8시간 시효 처리를 한 후에 공냉(空冷)하였다. 또한, 시료(G)의 열처리는 530℃에서 2시간 고용화 열처리를 한 후에 수냉하고, 또한 190℃에서 26시간의 시효 처리를 한 후에 공냉하였다. 이 열처리를 거쳐서, 시료의 제작은 종료된다. 또한, 다른 시료에 대해서는, 열간 압출 가공으로부터 냉각후 자연 시효시키는 T1 처리를 실시하였다.

[평가]

전술한 각 공정을 거쳐서 제작된 시료(A 내지 L)에 대하여, 하기에 나타내는 요령으로 평가를 실행하였다. 또한, 시료(F, G)에 대해서는 전술한 열처리를 실시한 T6재를 이용하여 평가를 실행하고, 다른 시료(A 내지 E, H 내지 L)에 대해서는 열처리를 하지 않는 T1재를 이용하여 평가했다.

(1) 마이크로 조직 관찰

전체 시료(A 내지 L)에 대하여 압출재 중앙부의 L단면(압출 방향에 평행), T단면(압출 방향과 직각)에서 실시하였다. 이 결과, 어느쪽의 시료에 대해서도 알루미늄 합금 매트릭스 중에 B₄C 입자가 균일하게 미세 분산한 조직으로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

(2) 인장 시험

이 인장 시험은 상온 및 250℃의 2개의 온도 조건으로 실시하였다. 상온에서의 인장 시험은 전체 시료(A 내지 L)에 대하여 각각 시험편의 수(n)를 2(n=2)로 하여 실시하여 2개의 평균값으로 하고, 또한 250℃에서의 인장 시험은, 시료(A 및 C 내지 E를) 제외한 8종류의 시료에 대하여 각각 n= 2로 하여 실시하여 2개의 평균값으로 하였다. 또한, 어느 인장 시험에 있어서도, 평행부의 직경 6㎜의 환봉 시험편을 사용하여 시험을 했지만, 250℃의 인장 시험의 경우에는, 이 시험편을 250℃에서 100시간 유지한 후, 시험을 실시했다.

이 시험 결과를 표 4에 나타낸다.

온도	시료 No.	열처리	0.2%내력(MPa)	인장 강도(MPa)	파단 신장(%)
실온	A	T1	56	105	40
	B	T1	62	112	39
	C	T1	64	114	33
	D	T1	70	117	22
	E	T1	80	110	8
	F	T6	278	307	49
	G	T6	291	426	27
	H	T1	165	262	60
	I	T1	175	271	21
	J	T1	184	270	18
	K	T1	199	281	13
	L	T1	206	267	5
250℃(100시간 유지후)	B	T1	32	48	36
	F	T6	74	98	23
	G	T6	134	185	13
	H	T1	96	143	23
	I	T1	107	149	20
	J	T1	107	153	12
	K	T1	112	160	12
	L	T1	115	150	10

표 4의 실험 결과를 보면, 0.2% 내력(耐力)에 대해서는, 실온에서는 56MPa(시료 A) 내지 291MPa(시료 G)의 범위에 있고, 250℃의 고온에서는 32MPa(시료 B) 내지 134MPa(시료 G)의 범위에 있다.

또한, 인장 강도에 대해서는, 실온에서는 105MPa(시료 A) 내지 426MPa(시료 G)의 범위에 있고, 250℃의 고온에서는 48MPa(시료 B) 내지 185MPa(시료 G)의 범위에 있으므로, 실온시는 물론 고온시에 있어서도, 실온에 있어서의 보랄의 인장 강도 41MPa(표 5 참조)보다 우수한 것을 알 수 있다.

계속해서, 파단 신장도에 대해 살펴보면, 실온에서는 5%(시료 L) 내지 60%(시료 H)의 범위에 있고, 250℃의 고온에서는 10%(시료 L) 내지 36%(시료 B)의 범위에 있으므로, 어느 온도 조건에 있어서도 보랄의 신장도 1.2%(표 5 참조)보다 우수한 결과를 나타내고 있다.

도 4 및 도 5는 인장 특성에 대한 온도의 영향을 나타낸 그래프로서, 양 그래프 모두 표 4에 나타낸 시험 결과로부터 시료(F, G, I)(모두 B량 2.3중량%)의 수치를 나타낸 것이다. 이 그래프를 보면, 시료(G)가 0.2% 내력 및 인장 강도 모두 가장 높은 값을 나타내고 있지만, 경사가 비교적 큰 것으로부터 온도 상승에 의한 영향을 받기 쉬운 것을 알 수 있다.

또한, 시료(I)는 0.2% 내력 및 인장 강도 모두 실온에서는 3시료 중에서 가장 낮은 값으로 되어 있지만, 온도 상승에 따른 경사는 가장 작다. 이 때문에, 250℃의 고온에서는 시료(F)와 역전되어 있고, 즉 3시료 중에서는 온도의 영향이 가장 작은 것을 나타내고 있다. 또, 시료(F)는 특히 0.2% 내력의 경사가 커져, 온도 상승의 영향을 받기 쉬운 것을 나타낸다.

계속해서, 도 6 내지 도 8의 그래프에는 B 첨가량(중량%)이 인장 시험 결과에 미치는 영향이 도시되어 있다. 도 6은 순Al 베이스의 시료(A 내지 E)에 대하여, 온도 조건을 실온으로 하여, 0.2% 내력(MPa), 인장 강도(MPa) 및 파단 신장도(%)의 값(표 4 참조)을 각각 그래프로 하여 나타낸 것이다. 이 그래프를 보면, B 첨가량이 증가함에 따라서, 가는 파선으로 나타낸 0.2% 내력(MPa) 및 실선으로 나타낸 인장 강도(MPa)가 커지고, 반대로 파선으로 나타낸 파단 신장도(%)는 작아지는 것을 알 수 있다.

도 7은 Fe계 Al(Al-6Fe) 베이스의 시료(H 내지 L)에 대하여, 온도 조건을 실온으로 하여, 0.2% 내력(MPa), 인장 강도(MPa) 및 파단 신장(%)의 값(표 4 참조)을 각각 그래프로 하여 나타낸 것이다. 이 그래프를 보면, B 첨가량이 증가함에 따라, 가는 파선으로 나타낸 0.2% 내력(MPa) 및 실선으로 나타낸 인장 강도(MPa)가 도 6과 마찬가지로 커져 있다. 그러나, 파선으로 나타낸 파단 신장도(%)에 대해서는, B를 2.3중량% 첨가함으로써 무첨가시와 비교하여 급격히 저하함에도 불구하고, 2.3중량%에서 4.7중량%까지 B량을 증가시켜도 그 저하량은 작은 것을 알 수 있다.

도 8은 도 7과 마찬가지의 Fe계 Al(Al-6Fe) 베이스의 시료(H 내지 L)에 대하여, 온도 조건을 250℃의 고온으로 하여, 0.2% 내력(MPa), 인장 강도(MPa) 및 파단 신장도(%)의 값(표 4 참조)을 각각 플롯 하여 나타낸 것이다. 이 그래프를 보면, B 첨가량이 증가함에 따라서, 가는 파선으로 나타낸 0.2% 내력(MPa) 및 실선으로 나타낸 인장 강도(MPa)가 도 6 및 도 7과 마찬가지로 커져 있다. 또한, 파선으로 나타낸 파단 신장도(%)에 대해서는, B를 2.3중량% 첨가함으로써 무첨가시와 비교하여 급격히 저하되는 도 7의 현상이 해소되어, 전체적으로 수치는 낮지만, 도 6에 도시된 것과 마찬가지로 B량의 증가에 따라서 완만하게 저하되는 경향을 나타낸다.

이상, 3개의 그래프(도 6 내지 도 8)로부터 확인할 수 있는 것은, 매트릭스의 조성에 관계없이, B₄C 입자의 첨가량이 B의 환산량에 의해 9%를 넘으면, 0.2% 내력이 거의 향상되지 않는 반면에 파단 신장도가 급격히 저하되고, 그에 따라 인장 강도도 또한 저하된다고 하는 공통된 경향이 있다. 어느 재료도 예컨대 보랄보다는 높은 신장도를 나타내고 있음(표 5 참조)에도 불구하고, 예컨대 현실적으로 원자로나 폐핵연료용 용기의 구조재로서 사용하는 것을 상정한 경우, 신뢰성면에서 상온 신장도 10% 이상은 최소한 필요한 값이고, 이것을 만족시킬 수 있는 B₄C 첨가량은 B의 환산량으로 9% 이하라고 결론지을 수 있다.

B량이 적은 것에 대해서는, 강도, 연성 면의 문제는 없지만, 첨가량의 하한값은 필요한 중성자 흡수능으로부터 자연히 결정되는 것이고, 전술한 바와 같이 그 값은 B의 환산량으로 1.5중량%이다.

전술한 표 4의 시험 결과중, 시료(B, C, F, G, J)(모두 B량 2.3 또는 4.7중량%)의 6종류에 대하여, B량(중량%), 인장 강도(MPa) 및 신장도(%)를 하기의 표 5에 발췌하여 나타내고, 용해법에 의한 종래품의 각 값과 비교한다. 또, 표 5에 나타내는 인장 강도 및 신장도는 실온에서의 값이다.

재질	B량(중량%)	인장 강도(MPa)	신장(%)
복합재	순Al 복합재(No.B)	2.3	112	39
	순Al 복합재(No.C)	4.7	114	33
	Al-Mg-Si계 복합재(No.F)	2.3	307	49
	Al-Cu계 복합재(No.G)	2.3	429	27
	Al-Fe계 복합재(No.I)	2.3	271	21
	Al-Fe계 복합재(No.J)	4.7	270	18
종래품	Al-Mg계 합금	0.9	245	20
	Al-Mg-Si계 합금	0.9	270	12
	Al-Zn-Mg계 합금	0.9	500	11
	Al-Cu계 합금	0.9	370	15
	Al-Mn계 합금	0.9	150	11
	보랄	27.3	41	1.2

첫째로, B 첨가량에 대하여 비교하면, 상기 제조 방법에 의해 제조한 알루미늄 복합재는 2.3 또는 4.7중량%의 첨가가 이루어지고, 0.9중량%의 각 Al 합금보다 B 첨가량이 큰 만큼 높은 중성자 흡수능을 갖는 복합재인 것을 알 수 있다. 또한, 보랄의 B 첨가량은 27.3중량%보다 매우 높은 값으로 되어 있지만, 후술하는 인장 강도 및 신장도의 값이 매우 낮기 때문에, 가공성이 결여되어 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 인장 강도를 비교하면, 알루미늄 복합재는 B량 2.3중량%의 순Al 복합재(시료 B)가 가장 낮은 112MPa로 되어 있고, 종래품에서는 Al-Mn계 합금이 150MPa로 가장 낮은 값으로 되어 있다. 그러나, 이 시료(B)는 종래품과 비교하여 B 첨가량이 높기 때문에 중성자 흡수능은 우수하고, 또한 신장도도 종래품에서 최대인 20%보다 대폭 높은 값을 나타내기 때문에, 가공성 면에서도 실용에 견딜 수 있다. 특히, 보랄과 비교한 경우에는, 인장 강도나 신장도의 특성이 매우 높기 때문에, 가공성면에서 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 베이스를 Al 합금으로 한정한 경우, 인장 강도가 최저값으로 되는 것은 B량 4.7중량%의 Al-Fe계 복합재(시료 J)이고, 그 값은 270MPa가 된다.

또한, 알루미늄 복합재에서 가장 인장 강도가 우수한 것은 B량 2.3중량%의 Al-Cu계 복합재(시료 G)이고, 그 값은 429MPa이다. 이에 대하여, 종래품에서 가장 인장 강도가 우수한 것은 Al-Zn-Mg계 합금의 500MPa이지만, 이 경우의 신장도는 11%로서 표 5에 나타낸 알루미늄 복합재의 최저값인 18%보다 낮다. 인장 강도에 비해서 신장도가 낮다(11 내지 20%)고 하는 경향은 종래품인 B 첨가 알루미늄 합금에서 공통되며, B 함유량까지도 감안하면, 전체적으로 알루미늄 복합재의 신장도(18 내지 49%)와 비교하여 낮다.

다음은 표 5에 근거하여 같은 계열의 알루미늄 복합재와 알루미늄 합금(종래품)을 비교해 보겠다. 첫째, Al-Mg-Si계 복합재(시료 F)와 Al-Mg-Si계 합금을 비교하면, B량, 인장 강도 및 신장도 어느 면에서도 복합재가 우수한 값을 나타내고 있다. 즉, B량은 2.3중량%에 대하여 0.9중량%, 인장 강도는 307MPa에 대하여 270MPa, 그리고 신장은 49%에 대하여 12%로 모든 값에서 복합재가 높다.

계속해서, Al-Cu계 복합재(시료 G)와 Al-Cu계 합금을 비교하면, 이 경우에 있어서도 B량, 인장 강도 및 신장도 면에서 모두 복합재가 우수한 값을 나타내고 있다. 즉, B량은 2.3중량%에 대하여 0.9중량%, 인장 강도는 429MPa에 대하여 370MPa, 그리고 신장도는 27%에 대하여 15%로 되어 있어, 모든 값에서 복합재가 높다.

이와 같이, 알루미늄 복합재는 높은 B량을 첨가할 수 있고, 또한 인장 강도나 신장도 등의 인장 특성도 우수하기 때문에, 높은 가공성을 얻을 수 있다. 특히, 사용후 핵연료의 수송 용기나 저장 용기 등의 구조부재로서 이용하는 것을 고려하면, 250℃에서 인장 강도 98MPa, 신장 10% 이상이라고 하는 기계적 성질을 갖는 것이 바람직하지만, 250℃의 시험 결과로부터, 베이스로서 순Al 분말 이외의 알루미늄 합금 분말을 사용함으로써, 거의 달성할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

[분말 분급]

에어 애터마이즈에 의해 제작한 JIS6N01 조성의 분말을 여러 사이즈의 체로 분급하였다. 사용한 체 사이즈와, 각각의 경우에 있어서의 "마이너스 체(minus sieve)"의 평균 입자 크기, 분급 양품율을 표 6에 나타낸다.

체 사이즈(㎛)	마이너스 체의 평균 입자 크기(㎛)	분급 양품율(%)
355	162	99
250	140	88
180	120	60
105	52	21
45	21	5
32	5	3

입도 분포는 합금 조성이나 애터마이즈 조건에서 약간 변동될 가능성이 있지만, 체 사이즈를 작게 함으로써 분급 양품율이 급격히 저하되는 것을 확인할 수 있다. 공업 레벨의 사용을 전제로 하면, 양품율이 1자리수가 되는 45㎛ 이하의 분말은 비현실적이라고 판단할 수 있다.

[시료 제작]

표 6에 나타낸 각각의 입도의 6N01분말과, 표 2에 나타낸 5종류의 B₄C 입자를 표 7에 나타내는 조합으로 혼합하였다. B₄C의 첨가량은 모두 3중량%(B 환산으로 2.3중량%), 혼합 시간은 실시예 l과 마찬가지로 10 내지 15분으로 하였다. 혼합이 완료된 분말은 실시예 l과 마찬가지의 순서로 통 봉입, 진공 가열 탈가스, 압출을 실행하여, 단면 형상 48㎜×12㎜의 압출재를 얻었다. 열처리는 실시하지 않았다.

No.	사용 6N01 분말평균 입자 크기(㎛)	사용 B₄C평균 입자 크기(㎛)
1	5	9
2	5	23
3	5	59
4	21	9
5	21	23
6	21	59
7	100	9
8	100	23
9	100	59
10	149	9
11	149	23
12	149	59
13	5	0.8
14	5	72
15	149	0.8
16	149	72
17	162	9
18	162	59

[평가]

(1) 마이크로 조직 관찰

각 압출재의 머리부, 중간부, 꼬리부, 각각의 단면 중앙부, 외주부(총 6개소)에 있어서, L단면(압출 방향과 평행) 마이크로 조직의 화상 해석을 실행하여, B₄C 입자에 대하여 국소적인 응집의 유무와, 전체적인 분포의 균일성을 조사하였다.

구체적으로, 각각의 관찰 위치에 있어서 B₄C 입자의 면적율 측정을 5시야(1시야는 1㎜×1㎜)씩 실행하였다(B₄C의 비중이 약 2.51이기 때문에, 순Al의 비중을 2.7로 하여, Al 합금 중의 B₄C의중량%은 체적%×2.51/2.7로 개략적으로 계산될 수 있다. 한편, 단면의 B₄C의 면적율은 체적%에 대략 동등하다고 간주할 수 있다. 따라서, 여기서는 B₄C의 면적율의 표준값을 3%×2.7/2.51=2.8%로 했다).

단일 시야중의 B₄C 면적율이 표준값의 2배(즉 5.6%)에 달하는 것이 l개라도 있을 경우에는 "응집있음", 각 위치에서 5시야의 면적율의 평균이 기준값+/-0.5%(즉 2.3 내지 3.3%의 범위)를 벗어난 경우에는 "분포 불균일"이라고 판단하였다. 그 결과를, 표 8에 나타낸다.

No.	사용 6N01 분말평균 입자 크기(㎛)	사용 B₄C평균 입자 크기(㎛)	B₄C 분포의 판정
No.	사용 6N01 분말평균 입자 크기(㎛)	사용 B₄C평균 입자 크기(㎛)	응집	균일성
1	5	9	없음	균일
2	5	23	없음	균일
3	5	59	없음	균일
4	21	9	없음	균일
5	21	23	없음	균일
6	21	59	없음	균일
7	100	9	없음	균일
8	100	23	없음	균일
9	100	59	없음	균일
10	149	9	없음	균일
11	149	23	없음	균일
12	149	59	없음	균일
13	5	0.8	있음	균일
14	5	72	없음	불균일
15	149	0.8	있음	균일
16	149	72	없음	균일
17	162	9	없음	균일
18	162	59	없음	균일

6N01 분말의 평균 입자 크기가 5 내지 150㎛이고, 또한 B₄C 입자의 평균 입자 크기가 1 내지 60㎛인 합금 No. 1 내지 12에 있어서는, 모두 양호한 B₄C의 분포가 얻어진 것에 비하여, 평균 0.8㎛와 미세한 B₄C 입자를 사용한 합금 No. 13, No. 15에서는 국부적인 응집이 발생하였다. 또한, 평균 5㎛의 미세 Al 합금분말에 평균 72㎛의 조대(粗大)한 B₄C를 첨가한 No. 14에서는 압출재내의 각 위치 사이에서, 입자의 분포에 불균일이 발생하였다.

(2) 상온 인장 시험

제작한 각각의 압출재를 상온에서 인장 시험 했다. 시험편 형상은 실시예 1과 마찬가지로 평행부 직경 6㎜인 환봉 시험편이다. 결과를 표 9에 나타낸다. 합격 여부의 기준값을 실시예 1에서 기술한 바와 같이 "파단 신장도 10% 이상"으로 하면, 합금 No. 1 내지 12는 모두 이를 만족시키고 있는 것을 알 수 있다. 이에 대하여 평균 72㎛라는 조대 B₄C를 첨가한 No. 14나 No. 16, 또한 모재 분말의 평균 입자 크기가 162㎛로 큰 No. 17 및 No. 18에서는 연성의 저하가 현저하고, 상기 기준을 만족시킬 수 없었다.

이상의 결과를 총합하면, B₄C의 응집 등이 없는 균일한 조직(즉, 균일한 중성자 흡수능)과 구조재로서의 신뢰성 확보에 필요한 연성을 겸비한 재료를 얻기 위해서는, 모재 분말 입자 크기 및 첨가 입자의 입자 크기를 본 발명의 범위내로 제어하는 것이 필요 불가결한 것을 확인할 수 있다.

No.	사용 6N01 분말평균 입자 크기(㎛)	사용 B₄C평균 입자 크기(㎛)	시험 결과
No.	사용 6N01 분말평균 입자 크기(㎛)	사용 B₄C평균 입자 크기(㎛)	0.2% 내력(MPa)	인장 강도(MPa)	파단 신장 (%)
1	5	9	83	151	16
2	5	23	80	143	13
3	5	59	73	129	11
4	21	9	81	153	22
5	21	23	79	150	19
6	21	59	71	132	14
7	100	9	75	148	21
8	100	23	76	149	15
9	100	59	76	141	14
10	149	9	70	143	14
11	149	23	68	134	12
12	149	59	62	131	11
13	5	0.8	87	157	21
14	5	72	72	123	7
15	149	0.8	75	147	11
16	149	72	56	129	8
17	162	9	70	142	9
18	162	59	63	125	7

(실시예 3)

[시료 제작]

표 10에 나타내는 조성과 프로세스로 빌릿을 제작하고, 430℃에서의 압출에 제공하였다. 여기서 사용한 순Al 및 Al-6Fe 합금분말은 실시예 1에서 사용한 것과 동일하고, 전자는 250㎛ 이하(평균 118㎛)로 분급된 에어 애터마이즈 분말, 후자는 150㎛ 이하(평균 95㎛)로 분급된 N₂가스 애터마이즈 분말이다. 또한, 사용한 B₄C 입자는 평균 23㎛인 것이다.

각 조성으로 배합된 분말은 크로스 로터리 믹서에 의해 20분간 혼합되었다. 그 후 프로세스(A 내지 E)에서는, 실시예 1, 2와 마찬가지의 순서로 통 봉입과 진공 가열 탈가스를 실행하고 빌릿으로 하여 압출에 제공하였다. 이 때 진공 탈가스의 온도를 A에서는 350℃, B에서는 480℃, C에서는 550℃, D에서는 300℃, E에서는 600℃로 하고, 압출은 모두 430℃에서 실행하였다. 압출 형상은 실시예 l과 마찬가지로 48㎜×12㎜이다.

프로세스(F)에서는, 혼합한 분말을 4 내지 5Torr로 감압한 200℃의 노 안에서 2시간 가열한 후, 대기중에서 고무형에 충진하여 CIP(냉간 정수압 압축) 성형하였다. 얻어진 성형체는 밀도가 약 75%(공극률 25%)이고, 이것을 대기중에서 430℃까지 가열하여, 압출에 제공하였다. 압출 형상은 48㎜×12㎜이다. 프로세스(G)에서는, 혼합한 분말을 그대로 CIP 성형하여, 대기중에서 430℃로 가열하여 압출하였다. 압출 형상은 48㎜×12㎜로 하였다.

사용 분말	B₄C 첨가량(중량%)	프로세스
순Al(<250㎛)	3	A(350℃ 탈가스)
	3	B(480℃ 탈가스)
	3	C(550℃ 탈가스)
Al-6Fe(<150㎛)	3	A(350℃ 탈가스)
	3	B(480℃ 탈가스)
	3	C(550℃ 탈가스)
순Al(<250㎛)	3	D(300℃ 탈가스)
	3	F(통을 밀봉하지 않고 탈가스)
	3	G(탈가스 없음)
Al-6Fe(<150㎛)	3	D(300℃ 탈가스)
Al-6Fe(<150㎛)	3	E(600℃ 탈가스)

[평가]

각 압출재에 있어서, 압출재 표면의 관찰, 길이 방향에서의 상온 인장 시험, 수소 가스량 측정을 실시하였다. 가스량 측정은 LIS A06에 준거하여, 진공 용융 추출-질량 분석법으로 실행하였다.

결과를 표 11에 나타낸다. 본 발명의 청구범위에 상당하는 프로세스(A 내지 C)를 이용하여 제작한 재료로서는 압출재 표면성상이나 기계적 성질, 수소 가스량 모두 양호한 결과를 얻을 수 있었던 것에 비하여, 본 발명의 청구범위로부터 벗어난 프로세스는 이하와 같은 문제가 발생하였다.

탈가스를 본 발명의 범위보다도 낮은 온도에서 실시한 프로세스(D)는, 제거할 수 없던 분말 표면의 수소가 압출시에 방출되어, 압출재 표피 바로 하방에 기포가 발생하는, 소위 "팽창" 불량의 원인으로 되었다.

Al-Fe계 합금의 고강도는 급냉 응고 효과로 금속간 화합물 입자가 미세하고 균일하게 분산하여 실현되지만, 극단적으로 높은 온도에서 탈가스를 실시한 프로세스(E)는 이들의 화합물이 조대화되어, 강도 및 연성의 급격한 저하를 일으켰다.

통에 봉입하지 않고 탈가스를 실행한 프로세스(F)에서는, 압출까지 공기에 노출되는 공정을 피할 수 있고, 그 탈가스 온도도 매우 낮기 때문에, 수소 가스량은 "탈가스 없음"에 가깝고, 압출재 표면에 팽창이 발생하는 것 이외에 강도와 연성도 낮은 값이 되었다.

탈가스를 실행하지 않는 프로세스(G)에서는, 수소 가스의 잔류가 매우 많아 팽창이 발생하는 것 이외에, 강도와 연성도 낮은 값이 되었다.

이상으로부터, 어느 매트릭스 합금을 이용한 경우에도 양호한 특성을 갖는 Al 합금 복합재를 제작하기 위해서는, 본 발명에서 기술한 제조 방법을 이용하는 것이 필요 불가결하다는 것이 확인되었다.

모재	프로세스	압출재표면	인장	수소가스량cc/100g
모재	프로세스	압출재표면	내력(MPa)	수소가스량cc/100g	인장강도(MPa)	신장도(%)
순Al	A(350℃ 탈가스)	양호	58	105	21	9.0
	B(480℃ 탈가스)	양호	62	112	39	3.1
	C(550℃ 탈가스)	양호	63	114	41	2.9
Al-6Fe	A(350℃ 탈가스)	양호	201	279	10	8.8
	B(480℃ 탈가스)	양호	199	281	13	3.0
	C(550℃ 탈가스)	양호	195	282	15	2.9
순Al	D(300℃ 탈가스)	팽창	49	88	11	17.1
	F(통 밀봉하지 않고탈가스)	팽창	43	79	17	31.0
	G(탈가스 없음)	팽창	41	78	7	39.2
Al-6Fe	D(300℃ 탈가스)	팽창	224	291	8	16.8
Al-6Fe	E(600℃ 탈가스)	양호	91	127	7	2.9

(실시예 4)

에어 애터마이즈에 의해 제작되고, 250㎛ 이하로 분급된 순Al 분말에 평균 입자 크기 23㎛인 B₄C 입자를 3중량%(B 환산으로 2.3중량%) 첨가하여, 실시예 1, 2와 마찬가지의 방법으로 단면 형상 48㎜×12㎜의 압출재를 제작하였다. 얻어진 압출재의 인장 특성은 내력 62MPa, 인장 강도 112MPa, 파단 신장도 39%이었다.

고주파 용해로에서 용해된 99.7% 순도의 순Al 용탕중에 3중량%의 B₄C를 알루미늄박으로 둘러싸서 투입하고, 즉시 잘 교반하여 복합재의 제작을 시도했지만, B₄C 입자는 습윤성이 매우 불량하고, 대부분이 탕면(湯面)으로 부상하였다. 따라서, 용탕 교반법에 의한 Al-B₄C 복합재의 제작은 곤란하다고 판단되었다.

99.7% 순도의 순Al 금속과 순수한 B를 B량이 2.3중량%가 되도록 배합하고, 고주파 용해로에서 용해하여 직경 90㎜인 빌릿으로 주조하여 압출에 제공하였다. 압출 형상은 48㎜×12㎜으로 하였다. B의 융점이 2092℃로 매우 높고, 통상의 Al 합금용 설비로서는 취급이 곤란하다고 판단되었다(Al-B의 중간 합금을 사용하여도, 정도의 차이는 있지만 문제는 같음). 또한, 얻어진 압출재는 신장도가 3.1%로 낮고, 구조재로서의 사용은 곤란하다고 판단되었다.

이상의 결과로부터, 고농도인 B를 함유하고 또한 고 강도이며 고 연성인 재료를 얻기 위해서는, 본 발명에서 기술한 바와 같이 분말법에 의한 복합재 제작이 가장 적당한 것을 확인할 수 있다.

(실시예 5)

다음에, 전술한 알루미늄 복합재에 Zr을 첨가한 복합재에 대하여 실험을 실행하였다. 이 실험에서는, 분말 야금법에 의해 Zr 첨가 Al-B₄C 입자 복합재 및 Al-B₄C 입자 복합재(Zr의 첨가 없음)를 제조하여, 그 기계적 성질을 비교하였다.

[사용 분말]

Zr 첨가 Al-B₄C 입자 복합재를 제작하기 위해서, JIS6N01 조성에 Zr을 0.8중량%의 비율로 첨가한 분말(시료 P), 또는 0.5중량%의 비율로 첨가한 분말(시료 Q)을 에어 애터마이즈로 제작하고, 250㎛ 이하로 분급하여 사용하였다. 이들의 분말의 습식 분석 결과를 표 12에 나타낸다. 비교로서 JIS6N01 조성의 분말(시료 R)의 습식 분석 결과를 표 12에 함께 나타낸다. 또한, 각 분말에 첨가하는 첨가 입자로서, 평균 입자 크기 8.7㎛인 B₄C를 사용하였다.

시료No.	Si	Mg	Zr	Fe	Mn	Cu	Cr	Zn	Ti	Al
P	0.76	0.52	0.79	0.18	0.04	0.03	<0.01	<0.01	0.02	bal.
Q	0.74	0.51	0.48	0.18	0.05	0.02	0.01	<0.01	0.01	bal.
R	0.56	0.54	―	0.08	0.04	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	bal.

[시료 제작]

시료의 제작 순서를 도 9에 나타낸다.

(1) 빌릿 제작

제 1 단계로서, 크로스 로터리 믹서를 사용하여, 상기 분말 및 첨가 입자를 10 내지 15분 혼합하였다. 또한, 이 실험에서는 5종류의 시료를 제작했지만, 매트릭스와 B 첨가량(B의중량%을 계산한 값으로 표시)의 조합은 표 13에 나타내는 바와 같다.

시료No.	매트릭스	B₄C 첨가량
P3	6N01+0.8Zr	3mass%
P5	6N01+0.8Zr	5mass%
Q5	6N01+0.5Zr	5mass%
R3	6N01	3mass%
R5	6N01	5mass%

제 2 단계로서, 매트릭스 분말 및 첨가 입자의 혼합물을 통에 봉입하여 통 밀봉을 실시하였다. 여기서 사용한 통의 사양은 하기와 같다.

직경 : 90㎜

길이 : 300㎜

통 두께 : 2㎜

제 3 단계로서, 진공 가열 탈가스를 실시한다. 이 공정에서는 통 밀봉 분말 혼합물을 480℃까지 승온하고, 통 내부를 1Torr 이하까지 진공 상태로 하여 2시간 유지하였다. 이 탈가스 공정을 실시함으로써 통 내부의 분말 표면에 흡착된 가스 성분 및 수분이 제거된다.

제 4 단계로서 고온 프레스를 실행하였다. 이 고온 프레스는 400 내지 450℃에서 30초간, 6000톤 프레스를 실행한다. 고온 프레스후, 통을 제거하고, 대략 직경이 85㎜이고 길이가 150㎜인 환봉을 얻을 수 있고, 압출용 소재, 즉 빌릿의 제작이 완료되었다.

(2) 압출

이 공정에서는, 상기 순서로 제작된 빌릿을 500ton의 압출기를 사용하여 열간으로 압출한다. 이 경우의 온도는 510℃ 내지 550℃이고, 압출비를 약 25로 하여 직경이 20㎜인 환봉으로 성형하였다.

[평가]

전술한 각 공정을 거쳐서 제작된 시료(P3, P5, Q5, R3, R5)에 대하여, 하기에 나타내는 요령으로 평가를 실행하였다.

(1) 마이크로 조직 관찰

전체 시료(A 내지 L)에 대하여, 압출재 중앙부의 T단면(압출 방향과 직각)에서, 이전 처리로서 에칭을 실행하지 않고서 실시하였다. 이 결과, 어느 시료에 대해서도 매트릭스중에 B₄C 입자가 균일하게 미세 분산된 조직으로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

(2) 인장 시험

이 인장 시험은 상온 및 200℃에서 100시간 유지한 후 200℃의 2개의 온도 조건으로 실시하였다. P3, Q5 및 R5의 각 시료에 대해서는 180℃에서 100시간 유지한 후의 180℃ 및 350℃에서 100시간 유지한 후의 200℃의 온도 조건으로 인장 시험을 실시하였다. 또한, 어느 쪽의 인장 시험에 있어서도, 평행부의 직경이 8㎜인 환봉 시험편을 사용하여 표점간 거리를 30㎜로 하여 시험을 실행하였다. 이 시험 결과를 표 14에 나타낸다.

	실온	180℃×100시간유지↓180℃ 인장	200℃×100시간유지↓200℃ 인장	350℃×100시간 유지↓200℃ 인장
	Zr	B₄C	0.2%내력(MPa)	인장강도(MPa)	파단신장(%)	0.2%내력(MPa)	인장강도(MPa)	파단신장(%)	0.2%내력(MPa)	인장강도(MPa)	파단신장(%)	0.2%내력(MPa)	인장강도(MPa)	파단신장(%)
P3	0.8	3	143	209	23.7	110	133	34.7	92	112	35.0	94	115	37.3
P5	0.8	5	151	215	25.0				99	116	39.0
Q5	0.5	5	135	201	23.7	101	124	41.7	90	110	33.7	91	112	41.7
R3	0	3	81	157	30.3				62	78	48.7
R5	0	5	79	157	31.7	72	93	46.7	62	80	46.7	52	73	53.7

표 14의 실험 결과를 보면, 0.2% 내력에 대한 결과는 이하와 같다. 실온에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, P5, Q5)이 135MPa 내지 151MPa의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3, R5)이 79MPa 내지 81MPa의 범위에 있다. 180℃에서 100시간 유지한 후의 l80℃에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, Q5)이 101MPa 내지 110MPa의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R5)이 72MPa이다. 200℃에서 100시간 유지한 후의 200℃에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, P5, Q5)이 90MPa 내지 99MPa의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3, R5)이 62 MPa이다. 350℃에서 100시간 유지한 후의 200℃에서는 Zr을 첨가한 것(시료 P3, Q5)이 91MPa 내지 94MPa의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R5)이 52MPa이다.

모두 Zr을 첨가한 쪽이 0.2% 내력면에서 우수하고, 전술한 바스켓에 사용하는 경우의 요구 특성을 충분히 만족한다.

또한, 인장 강도에 대한 결과는 이하와 같다. 실온에서는 Zr을 첨가한 것(시료 P3, P5, Q5)이 201MPa 내지 215MPa의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3, R5)이 157MPa이다. 180℃에서 100시간 유지한 후의 180℃에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, Q5)이 124MPa 내지 133MPa의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R5)이 93MPa이다. 200℃에서 100시간 유지한 후의 200℃에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, P5, Q5)이 110MPa 내지 116MPa의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3, R5)이 78MPa 내지 80MPa의 범위에 있다. 350℃에서 100시간 유지한 후의 200℃에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, Q5)이 112MPa 내지 115MPa의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R5)이 73MPa이다.

모두 Zr을 첨가한 쪽이 인장 강도의 면에서 우수하고, 전술한 바스켓에 사용하는 경우의 요구 특성을 충분히 만족한다.

계속해서, 파단 신장도에 대한 결과는 이하와 같다. 실온에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, P5, Q5)이 23.7% 내지 25.0%의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3, R5)이 30.3% 내지 31.7%의 범위에 있다. 180℃에서 100시간 유지한 후의 180℃에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, Q5)이 34.7% 내지 41.7%의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R5)이 46.7%이다. 200℃에서 100시간 유지한 후의 200℃에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, P5, Q5)이 33.7% 내지 39.0%의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3, R5)이 46.7% 내지 48.7%의 범위에 있다. 350℃에서 100시간 유지한 후의 200℃에서는, Zr을 첨가한 것(시료 P3, Q5)이 37.3% 내지 41.7%의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R5)이 53.7%이다.

Zr을 첨가한 것은 파단 신장도의 면에서, 모든 온도 조건에 있어서 보랄의 신장도 1.2%(표 5 참조)보다 우수한 결과를 나타낸다.

도 10 및 도 11의 그래프에는, Zr 첨가량(중량%)이 인장 시험 결과에 미치는 영향이 나타나 있다. 도 10은 시료(P3, Q5, R3)에 대하여, 온도 조건을 실온으로 하여, 0.2% 내력(MPa), 인장 강도(MPa) 및 파단 신장도(%)의 값(표 14 참조)을 각각 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래프를 보면, Zr 첨가량이 증가함에 따라서, 0.2% 내력(MPa) 및 인장 강도(MPa)가 커지는 것을 알 수 있다. 단지, Zr의 첨가량이 0.5중량%인 것(시료 Q5)과, 0.8중량%인 것(시료 P3)과의 차이가 작은 것을 알 수 있다. 또한, 파단 신장도(%)는 Zr의 첨가에 의해 작아지지만, Zr의 첨가량이 0.5중량%인 것과 0.8중량%인 것에는 다름이 없다.

도 11은 시료(P3, Q5, R3)에 대하여, 온도 조건을 200℃에서 100시간 유지한 후 200℃로 하여, 0.2% 내력(MPa), 인장 강도(MPa) 및 파단 신장도(%)의 값(표 14 참조)을 각각 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래프를 보면, Zr 첨가량이 증가함에 따라서, 0.2% 내력(MPa) 및 인장 강도(MPa)가 도 10과 마찬가지로 크게 된다. 또한, 파단 신장도(%)는 Zr의 첨가에 의해 작아지지만, Zr의 첨가량이 0.5중량%인 것보다도 0.8중량%인 쪽이 크다. 단지, Zr의 첨가량이 0.5중량%인 것(시료 Q5)과, 0.8중량%인 것(시료 P3)의 차이가 작은 것을 알 수 있다.

(3) 영율 및 프아송비의 측정

시료(P5, Q5, R3)에 대하여, 영율 및 프아송비를 고유 진동 공진법에 의해 측정하였다. 측정에 제공되는 시험편을 폭 10㎜, 길이 60㎜, 두께 2㎜인 형상으로 하여, 200℃에서 100시간 유지한 시료로부터 채취하였다. 측정 온도는 실온(25℃), 150℃, 180℃, 200℃ 및 250℃로 하였다. 이 측정 결과를 표 15에 나타냄과 동시에, 영 율의 측정 결과를 도 12에 그래프로 나타낸다. 또한, 표 15에 있어서 프와송비를 괄호안에 나타낸다.

	영율(GPa)[프아송비]
	Zr	B₄C	25℃	150℃	180℃	200℃	250℃
P5	0.8	5	80.3[0.29]	77.8[0.29]	75.0[0.29]	72.6[0.30]	66.6[0.30]
Q5	0.5	5	80.5[0.27]	77.0[0.27]	75.5[0.28]	74.3[0.29]	71.5[0.29]
R3	0	3	76.1[0.29]	73[0.29]	70.8[0.30]	68.9[0.30]	65.7[0.30]

표 15 및 도 12의 그래프로부터, 어느 온도에 있어서도, Zr을 첨가한 것(시료 P5, Q5)은 Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3)보다도 영율이 높은 값이 되는 것을 알 수 있다. 단지, 180℃까지의 온도 영역에서는 Zr의 첨가량이 0.5중량%인 것(시료 Q5)과, 0.8중량%인 것(시료 P5)의 차는 거의 없지만, 그보다도 높은 온도 영역에서는 0.8중량%인 것(시료 P5)의 영율이 저하된다. 또한, 표 15로부터 Zr 첨가의 유무에 관계 없이 프와송비는 거의 동일한다.

(4) 도전율의 측정

P3, P5, Q5, R3, R5의 각 시료에 대하여, 열전도도의 간이 평가법으로서, 압출재 중앙부의 T단면(압출 방향과 직각)의 도전율을 와전류식 도전율계에 의해 측정하였다. 각 시료에 대하여, 압출한 채로 상온에서 도전율을 측정함과 동시에, 200℃에서 100시간 유지한 후 상온에서 도전율을 측정하였다. 이 측정 결과를 표 16에 나타냄과 동시에, 도 13 및 도 14에 그래프로 나타낸다.

	도전율(IACS%)
	Zr	B₄C	압출한 상태	200℃×100시간 유지 후
P3	0.8	3	49.2	51.6
P5	0.8	5	48.0	49.0
Q5	0.5	5	47.5	48.2
R3	0	3	50.9	53.0
R5	0	5	48.8	50.7

표 16, 도 13 및 도 14의 그래프로부터, 도전율은 Zr을 첨가한 것(시료 P3, P5, Q5)이 47.5 IACS% 내지 51.6 IACS%의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3, R5)이 48.8 IACS% 내지 53.0 IACS%의 범위에 있다. 또한, 압출한 채 200℃에서 100시간 유지한 것도, B의 첨가 또는 Zr의 첨가에 의해 도전율이 저하되는 것을 알 수 있다. 특히, Zr의 첨가에 의한 영향보다도 B의 첨가에 의한 영향이 크다.

도 15는 각종 Al 재료의 도전율과 열전도도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프 및 표 16의 결과로부터, 열전도도는 Zr을 첨가한 것(시료 P3, P5, Q5)이 0.18kW/m·℃ 내지 0.19kW/m·℃의 범위에 있고, Zr을 첨가하지 않는 것(시료 R3, R5)이 0.19kW/m·℃ 내지 0.20kW/m·℃의 범위에 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 열전도도에 있어서, Zr의 첨가의 유무에 따른 상이함은 거의 없다고 할 수 있다. 즉, Zr을 첨가하여도 열전도도가 저하되지는 않는다.

이와 같이, 전술한 Zr 첨가 알루미늄 복합재는 B량을 많이 첨가할 수 있기 때문에 중성자 흡수능이 우수하고, 또한 인장 강도나 신장도 등의 인장 특성도 우수하기 때문에, 높은 가공성을 얻을 수 있다. 따라서, 사용후 핵연료 집합체를 수용하는 바스켓 및 그 바스켓을 갖춘 캐스크를 구성하는 구조재에 적용하기에 바람직하다.

전술한 본 발명의 알루미늄 복합재 및 그 제조 방법에 따르면, 이하의 효과를 갖는다.

알루미늄 또는 알루미늄 합금분말에 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물 분말을 첨가하여 혼합한 후, 가압 소결하는 분말 야금법을 이용하여 제조한 알루미늄 복합재는 종래의 용해법에 비해서 다량(1.5 내지 9중량%)의 B 또는 B 화합물을 첨가할 수 있다. 이 때문에, B 첨가량의 증가에 의해 특히 고속 중성자의 흡수능을 향상시킬 수 있다.

또한, 이 알루미늄 복합재는 Zr이나 Ti 등의 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소가 첨가되기 때문에, 높은 중성자 흡수능을 가질 뿐만 아니라, 강도와 연성의 밸런스도 우수하다. 따라서, 구조부재로서 바람직한 알루미늄 복합재를 얻을 수 있다.

또한, 전술한 본 발명의 알루미늄 복합재를 바스켓의 구조재로서 사용함으로써, 바스켓 자체가 높은 중성자 흡수능을 갖고, 또한 제조에 필요한 공정수도 저감되기 때문에 비용도 염가로 된다. 그리고, 중성자 흡수능이 향상되고, 또한 염가로 제조할 수 있는 바스켓을 구비함으로써 캐스크의 성능이나 신뢰성이 향상되며 또한 염가로 제조할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

Claims

Al 또는 Al 합금 모상 중에, 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물과 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소를 함유하고, 상기 Al 또는 Al 합금 모상 중에 상기 B 또는 B 화합물이 균일하게 분산된 상태에서 350℃ 내지 550℃로 가압 소결한 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재.
제 1 항에 있어서,

상기 B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소는 Zr인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재.
제 3 항에 있어서,

상기 Zr의 함유량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재.
제 3 항에 있어서,

상기 Zr의 함유량은 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소는 Ti인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재.
제 6 항에 있어서,

상기 Ti의 함유량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재.
Al 또는 Al 합금분말과, 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말과, 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소의 분말을 혼합한 후, 350℃ 내지 550℃로 가압 소결하는 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 Al 또는 Al 합금분말이 급냉 응고분인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 B 화합물 분말로서 탄화붕소(B₄C) 입자를 사용하는 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 Al 또는 Al 합금분말의 평균 입자 크기가 5 내지 150㎛이고, 또한 사용하는 B 화합물 분말이 평균 입자 크기 1 내지 60㎛의 B₄C 입자인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Zr의 분말인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 Zr의 함유량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 Zr의 함유량은 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Ti의 분말인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 Ti의 함유량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 가압 소결이 열간 압출, 열간 압연, 열간 정수압 프레스 또는 고온 프레스 중 어느 1종, 또는 2종 이상의 조합으로 실행하는 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

분말을 수용하는 통 내부를 350℃ 내지 550℃의 가열하에서 진공 탈가스한 후에 통을 밀봉하고, 그 후에 내부를 진공으로 유지한 상태로 가압 소결하는 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 가압 소결후에 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는

알루미늄 복합재의 제조 방법.
각각의 사용후 핵연료 집합체를 캐스크 내부의 소정 위치에 수납하기 위한 격자 형상 단면을 갖는 바스켓에 있어서,

Al 또는 Al 합금분말에, 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말과 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소의 분말을 첨가한 후, 가압 소결하여 이루어지는 중성자 흡수능을 갖는 알루미늄 복합재로 제조한 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 21 항에 있어서,

상기 B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하인 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,

상기 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Zr의 분말인 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 23 항에 있어서,

상기 Zr의 함유량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 23 항에 있어서,

상기 Zr의 함유량은 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하인 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,

상기 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Ti의 분말인 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 26 항에 있어서,

상기 Ti의 함유량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,

상기 격자 형상 단면이 상기 알루미늄 복합재의 판재를 격자 형상으로 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,

상기 격자 형상 단면이 상기 알루미늄 복합재를 압출 성형하여 이루어지는 관재를 결속하여 형성한 것을 특징으로 하는

바스켓.
제 29 항에 있어서,

상기 관재의 결속이 납땜에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는

바스켓.
각각의 사용후 핵연료 집합체를 캐스크 내부의 소정 위치에 수납하기 위한 격자 형상 단면을 갖고, Al 또는 Al 합금분말에, 중성자 흡수능을 갖는 B 또는 B 화합물의 분말과 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소의 분말을 첨가한 후, 가압 소결하여 이루어지는 중성자 흡수능을 갖는 알루미늄 복합재로 제조된 바스켓과,

내압을 담당하는 통 본체와 그 외측을 둘러싸는 중성자 차폐부를 구비하고, 상기 바스켓을 내부에 수납하는 중공의 캐스크 본체와,

상기 사용후 핵연료 집합체를 상기 바스켓에 출입시키기 위해 설치된 상기 캐스크 본체의 개방부에 탈착 가능한 덮개를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 31 항에 있어서,

상기 B 또는 B 화합물의 함유량은 B량으로서 1.5중량% 이상 9중량% 이하인 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,

상기 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Zr의 분말인 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 33 항에 있어서,

상기 Zr의 함유량은 0.2중량% 이상 2.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 33 항에 있어서,

상기 Zr의 함유량은 0.5중량% 이상 0.8중량% 이하인 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,

상기 고 강도성을 부여하기 위한 첨가 원소 분말은 Ti의 분말인 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 36 항에 있어서,

상기 Ti의 함유량은 0.2중량% 이상 4.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 31 항에 있어서,

상기 격자 형상 단면이 상기 알루미늄 복합재의 판재를 격자 형상으로 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 31 항에 있어서,

상기 격자 형상 단면이 상기 알루미늄 복합재를 압출 성형하여 이루어지는 관재를 결속하여 형성한 것을 특징으로 하는

캐스크.
제 39 항에 있어서,

상기 관재의 결속이 납땜에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는

캐스크.