KR102174554B1 - Spent fuel canister using 3D printing technique and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, provided is a spent fuel canister. Even through the spent fuel canister is manufactured through three-dimensional printing, the spent fuel canister has excellent mechanical properties such as strength, impact resistance, tensile strength, and the like, and has the effect of minimizing variations in the mechanical properties in accordance with a stacking direction. Even through the spent fuel canister contains a sufficient amount of neutron shielding materials capable of completely preventing exposure of radioactive nuclides, the spent fuel canister has the effect of minimizing deterioration in the mechanical properties such as toughness, strength, and the like. Moreover, according to the present invention, the spent fuel canister has excellent corrosion resistance and durability, has high structural stability, does not require external fastening parts such as bolts, nuts, and the like, and has excellent sealing properties even though the spent fuel canister is free from welding. In addition, according to the present invention, the spent fuel canister has sufficient neutron shielding performance and minimizes the thickness of the canister, thereby having a more advantageous effect in securing space.

Description

3D 프린팅 기법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법{Spent fuel canister using 3D printing technique and manufacturing method thereof}Spent fuel canister using 3D printing technique and manufacturing method thereof

사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.It relates to a spent fuel canister and a method of manufacturing the same.

원자력 산업으로부터 불가피하게 발생되는 고준위 폐기물, 사용후핵연료 등의 핵폐기물은 생태계로부터 장기간 안전하게 격리되어야 한다. 이를 위한 공학적 방벽들 중의 하나인 처분용기(Canister)는 보통 단일 또는 합금 재질로 만들어 질 수 있다. 프랑스, 영국, 일본 등은 고준위 폐기물을 유리 고화체로 만들어 용기에 넣고 이 용기를 다시 다른 용기에 넣어 포장하는 방식을 고려하고 있으며, 캐나다, 독일, 핀란드, 스웨덴 등은 사용후핵연료를 직접 용기에 넣어 포장하는 방식을 고려하고 있다. 미국의 경우, 유리 고화체와 사용후핵연료 두 가지 유형에 대한 각각의 처분용기를 구상하고 있다. 우리나라의 경우는 사용후핵연료를 심지층에 처분하는 개념을 추구하고 있으며, 예를 들어 500 m 깊이의 심부 결정질 암반 내에 수직으로 처분용기를 거치하고, 그 주변을 압축 벤토나이트로 충전한다.Nuclear wastes such as high-level waste and spent nuclear fuel that are unavoidably generated from the nuclear industry must be safely isolated from the ecosystem for a long period of time. One of the engineering barriers for this, the canister, can usually be made of a single or alloy material. France, the United Kingdom, and Japan are considering a method of putting high-level waste into a glass solidified material, putting it in a container, and then packing the container in another container, and Canada, Germany, Finland, and Sweden are considering putting the spent fuel directly into the container. I am considering how to wrap it. In the U.S., separate disposal containers are envisioned for two types of solidified glass and spent fuel. In the case of Korea, the concept of disposing of spent nuclear fuel in the deep stratum is pursued. For example, a disposal container is mounted vertically in a 500 m deep crystalline rock mass, and the surrounding area is filled with compressed bentonite.

그러나 상기와 같이 사용후핵연료를 포함한 처분용기를 처분할 지하 500 m 이상의 암반에 건설된 처분동굴에는 지하수에 의한 50 atm 이상의 수압과 처분용기를 보호하기 위하여 채우는 완충재에 의한 팽윤압이 100 atm 이상 존재할 수 있다. 따라서 처분용기는 이와 같은 압력에 견딜 수 있는 구조적인 안정성이 확보되어야 한다. 뿐만 아니라 사용후핵연료 내에 존재하는 방사성 핵종들이 주변 환경으로 누출되는 것을 반영구적으로 억제할 수 있어야 한다.However, as described above, in a disposal cave built in a rock mass of 500 m or more underground where the disposal container containing spent nuclear fuel is to be disposed, there is a water pressure of 50 atm or more due to groundwater and a swelling pressure of 100 atm or more by the buffer material to protect the disposal container. I can. Therefore, the disposal container must have structural stability that can withstand such pressure. In addition, it should be able to semi-permanently suppress the leakage of radionuclides existing in the spent nuclear fuel into the surrounding environment.

사용후핵연료를 저장할 수 있는 용기인 캐니스터는 통 형태의 금속 캐니스터로 이루어져 있으며, 금속 캐니스터 내부에 바스켓을 마련하여 사용 후 핵연료를 저장한다. 금속 캐니스터 내부의 바스켓은 지지부재나 격납부재 등을 통해 고정되고, 캐니스터 외부에 중성자 차폐체를 마련하여 사용 후 핵연료를 저장한다.The canister, a container that can store spent nuclear fuel, is made of a tubular metal canister, and a basket is provided inside the metal canister to store the spent nuclear fuel. The basket inside the metal canister is fixed through a support member or a storage member, and a neutron shield is provided outside the canister to store nuclear fuel after use.

일반적으로 캐니스터 재질은 주로 스테인리스 강이며, 바스켓의 측면을 둘러싸는 캐니스터 쉘, 바스켓의 상단을 둘러싸는 캐니스터 뚜껑판, 바스켓의 하단을 둘러싸는 캐니스터 바닥판을 포함한다. 캐니스터 뚜껑판은 바스켓에 사용 후 핵연료가 바스켓에 장입된 후, 캐니스터 쉘에 볼트-너트 결합에 의해 고정되고 용접을 통해 밀봉되는 것이 통상적이다. In general, the canister material is mainly stainless steel, and includes a canister shell surrounding the side of the basket, a canister cover plate surrounding the upper end of the basket, and a canister bottom plate surrounding the lower end of the basket. It is common that the canister lid plate is fixed by bolt-nut coupling to the canister shell and sealed by welding after the spent nuclear fuel is loaded into the basket.

그러나 이러한 용접 부위(용접 영역 및 열 영향부위) 및 볼트/너트 결합 영역은 부식균열에 취약하여 사용 후 핵연료 건식저장시스템의 건전성을 손상시키는 요소이며, 열을 수반한 용접 공정은 엄밀하게 온도가 제어되어야 하는 사용후핵연료 건식 저장 과정에서 위험 요소가 매우 높은 공정이다.However, these welding areas (welding areas and heat-affected areas) and bolt/nut bonding areas are vulnerable to corrosion cracking and are a factor that damages the integrity of the nuclear fuel dry storage system after use, and the welding process involving heat is strictly controlled in temperature. It is a process with very high risk factors in the dry storage process of spent nuclear fuel that must be used.

또한 통상 사용되는 스테인리스 강 등의 재질을 가지는 캐니스터는 방사성 핵종들이 주변 환경으로 누출되는 것을 억제하기 위해서는 상당히 두꺼운 두께를 가져야 하며, 방사성 핵종들이 주변 환경으로 누출되는 것을 반영구적으로 완벽하게 차단하기 위해서 중성자 차폐체가 캐니스터 외부에 별도의 부재로 구비되므로, 캐니스터 구조가 복잡해지는 것은 물론 사용 용량 대비 그 크기가 더 커질 수밖에 없어 공간 확보에 더 불리한 문제가 있다.In addition, canisters made of stainless steel, which are commonly used, must have a fairly thick thickness to prevent the leakage of radionuclides into the surrounding environment, and a neutron shielding body to completely semi-permanently block the leakage of radionuclides into the surrounding environment. Since the canister is provided as a separate member outside the canister, the structure of the canister is complicated, and the size of the canister is inevitably increased compared to the used capacity, which is more disadvantageous in securing space.

한국등록특허 제10-2078482호Korean Patent Registration No. 10-2078482

본 발명의 목적은 3D 프린팅을 통해 제조됨에도 강도, 내충격성, 인장강도 등의 기계적 물성이 우수하고, 적층 방향에 따른 기계적 물성의 편차를 최소화할 수 있는 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a spent fuel canister and a method for manufacturing the same, which have excellent mechanical properties such as strength, impact resistance, and tensile strength even though they are manufactured through 3D printing, and can minimize variations in mechanical properties depending on the stacking direction. will be.

본 발명의 다른 목적은 방사성 핵종들의 노출을 완전 방지할 수 있는 충분한 함량의 중성자 차폐재를 함유함에도 인성, 강도 등의 기계적 물성의 저하를 최소화할 수 있는 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a spent fuel canister capable of minimizing deterioration of mechanical properties such as toughness and strength even though it contains a sufficient amount of neutron shielding material to completely prevent exposure of radionuclides and a method for manufacturing the same. .

본 발명의 다른 목적은 내부식성 및 내구성이 우수하고 높은 구조 안정성을 갖는 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a spent fuel canister having excellent corrosion resistance and durability and high structural stability, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적은 볼트-너트 등과 같은 외부 체결 부품을 요구하지 않고 용접으로부터 자유로움에도 밀폐성이 우수한 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a spent fuel canister and a method of manufacturing the same, which does not require external fastening parts such as bolt-nuts, etc., and has excellent sealing properties even when free from welding.

본 발명의 다른 목적은 충분한 중성자 차폐 성능을 가지면서도 캐니스터의 두께를 최소화하여 공간 확보에 더 유리한 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a spent fuel canister and a method of manufacturing the same, which is more advantageous in securing space by minimizing the thickness of the canister while having sufficient neutron shielding performance.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 사용후핵연료가 수용되도록 하는 내부 공간을 가지는 케이스를 포함하는 사용후핵연료 캐니스터로서, 상기 케이스는 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어지되, 상기 금속층과 상기 차폐층이 일체를 이루며, 상기 차폐층은 금속 매트릭스 및 중성자 차폐재의 분산상을 포함한다.Spent fuel canister according to the present invention is a spent fuel canister including a case having an inner space for accommodating spent nuclear fuel, wherein the case is made of a metal layer and an outer surface of a shielding layer, the metal layer and The shielding layer is integrally formed, and the shielding layer includes a dispersed phase of a metal matrix and a neutron shielding material.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속층의 금속 입자와 상기 차폐층의 금속 매트릭스의 금속 입자는 서로 입계를 이루어 연속체를 이루는 것일 수 있다.In an example of the present invention, the metal particles of the metal layer and the metal particles of the metal matrix of the shielding layer may form a continuous body by forming a grain boundary with each other.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속층은, 제1유리전이온도를 갖는 제1비정질합금이 결정화된 제1결정질합금; 및 상기 제1유리전이온도보다 높은 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금;을 포함할 수 있으며, 상기 차폐층의 금속 매트릭스는 상기 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금을 포함할 수 있다.In an example of the present invention, the metal layer includes: a first crystalline alloy in which a first amorphous alloy having a first glass transition temperature is crystallized; And a second amorphous alloy having a second glass transition temperature higher than the first glass transition temperature, wherein the metal matrix of the shielding layer may include a second amorphous alloy having the second glass transition temperature. have.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1유리전이온도는 450℃ 이상일 수 있다.In an example of the present invention, the first glass transition temperature may be 450°C or higher.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속층은 상기 제1결정질합금 100 중량부에 대하여 상기 제2비정질합금 25 내지 400 중량부를 포함할 수 있다.In an example of the present invention, the metal layer may include 25 to 400 parts by weight of the second amorphous alloy based on 100 parts by weight of the first crystalline alloy.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속층과 상기 차폐층의 두께 비는 100:10~100일 수 있다.In an example of the present invention, a thickness ratio of the metal layer and the shielding layer may be 100:10-100.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 케이스의 두께는 5 내지 50 mm일 수 있다.In an example of the present invention, the thickness of the case may be 5 to 50 mm.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 차폐층은 상기 금속 매트릭스 100 중량부에 대하여 상기 중성자 차폐재 0.1 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.In an example of the present invention, the shielding layer may include 0.1 to 10 parts by weight of the neutron shielding material based on 100 parts by weight of the metal matrix.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속층의 금속과 상기 차폐층의 금속은 서로 독립적으로 Fe계, Cu계, Al계, Mg계, Zr계, Ca계, Ti계, Ni계, Co계 및 Hf계 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.In an example of the present invention, the metal of the metal layer and the metal of the shielding layer are independently of each other Fe based, Cu based, Al based, Mg based, Zr based, Ca based, Ti based, Ni based, Co based and Hf It may include any one or two or more selected from the system.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 중성자 차폐재는 탄화붕소, 질화붕소, 산화붕소, 붕산아연, 수산화알루미늄, 하프늄, 하프늄이붕소화물, 티타늄이붕소화물, 페로보론 및 이산화우라늄 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.In an example of the present invention, the neutron shielding material is any one selected from boron carbide, boron nitride, boron oxide, zinc borate, aluminum hydroxide, hafnium, hafnium diboride, titanium diboride, ferroboron, uranium dioxide, etc. or It can contain more than one.

본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은 사용후핵연료가 수용되도록 하는 내부 공간을 가지는 케이스를 포함하는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법으로서, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 3D 프린팅하여 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계 및 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있으며, 상기 금속층 조성물은 금속 분말을 함유하고, 상기 차폐층 조성물은 금속 분말 및 중성자 차폐재를 함유할 수 있다.A method of manufacturing a spent nuclear fuel canister according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a spent nuclear fuel canister including a case having an inner space for accommodating spent nuclear fuel, wherein a metal layer composition and a shielding layer composition are used face-to-face (layer by layer) technique to produce a case of a three-dimensional molded article having an inner surface of a metal layer and an outer surface of a shielding layer by 3D printing, and a heat treatment step of heat-treating the 3D molded article, and the metal layer composition It contains metal powder, and the shielding layer composition may contain a metal powder and a neutron shielding material.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속층 조성물의 금속 분말은 제1유리전이온도를 갖는 제1비정질합금; 및 상기 제1유리전이온도보다 높은 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금;을 포함할 수 있고, 상기 차폐층 조성물의 금속 분말은 상기 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금을 포함할 수 있으며, 상기 열처리 단계는 1차 소결 단계 및 2차 소결 단계를 포함할 수 있으며, 상기 1차 소결 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 제1유리전이온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 제2유리전이온도 미만 범위일 수 있으며, 상기 2차 소결 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 결정화개시온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 결정화개시온도 미만 범위일 수 있다.In an example of the present invention, the metal powder of the metal layer composition comprises: a first amorphous alloy having a first glass transition temperature; And a second amorphous alloy having a second glass transition temperature higher than the first glass transition temperature, wherein the metal powder of the shielding layer composition includes a second amorphous alloy having the second glass transition temperature. The heat treatment step may include a first sintering step and a second sintering step, and in the first sintering step, the sintering temperature is equal to or higher than the first glass transition temperature of the first amorphous alloy and the second amorphous alloy The sintering temperature may be less than the second glass transition temperature of, and in the second sintering step, the sintering temperature may be greater than or equal to the crystallization initiation temperature of the first amorphous alloy and less than the crystallization initiation temperature of the second amorphous alloy.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 1차 소결 단계에서, 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 액상으로 전환될 수 있고, 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 고체상을 유지할 수 있으며, 상기 2차 소결 단계에서, 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 결정화되어 고체상으로 전환될 수 있고, 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 액상으로 전환될 수 있다.In an example of the present invention, in the first sintering step, the first amorphous alloy of the metal layer may be converted to a liquid phase during sintering, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer may maintain a solid phase, and the second In the sintering step, during sintering, the first amorphous alloy of the metal layer may be crystallized and converted into a solid phase, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer may be converted to a liquid phase.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 성형 단계에서, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물은 바인더를 더 포함할 수 있으며, 상기 열처리 단계에서, 열처리에 의해 성형물 내 바인더가 제거될 수 있다.In one example of the present invention, in the molding step, the metal layer composition and the shielding layer composition may further include a binder, and in the heat treatment step, the binder in the molded product may be removed by heat treatment.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 성형 단계는 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 분말상 면 형성 공정과 접착 조성물 분사 공정을 포함하는 단위 공정을 반복하여 3D 프린팅하여, 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계를 포함할 수 있다.In an example of the present invention, in the forming step, the metal layer composition and the shielding layer composition are 3D printed by repeating a unit process including a powdery surface forming process and an adhesive composition spraying process by a layer by layer technique, It may include a forming step of manufacturing a case of a three-dimensional molded article made of the metal layer and the outer surface of the shielding layer.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접착 조성물 분사 공정은 바인더 및 용매를 포함하는 접착 조성물을 형성된 분말상 면에 분사하는 공정일 수 있으며, 상기 열처리 단계에서, 열처리에 의해 성형물 내 바인더가 제거될 수 있다.In an example of the present invention, the adhesive composition spraying process may be a process of spraying an adhesive composition including a binder and a solvent onto the formed powdery surface, and in the heat treatment step, the binder in the molded product may be removed by heat treatment. .

본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은 사용후핵연료가 수용되도록 하는 내부 공간을 가지는 케이스를 포함하는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법으로서, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 분말상 면 형성 공정과 소결 공정을 포함하는 단위 공정을 반복하여 3D 프린팅하여, 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계를 포함할 수 있으며, 상기 금속층 조성물은 금속 분말을 함유하고, 상기 차폐층 조성물은 금속 분말 및 중성자 차폐재를 함유할 수 있다.A method of manufacturing a spent nuclear fuel canister according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a spent nuclear fuel canister including a case having an inner space for accommodating spent nuclear fuel, wherein a metal layer composition and a shielding layer composition are used face-to-face (layer By layer) method, a unit process including a powdery surface forming process and a sintering process is repeated and 3D-printed to produce a case of a three-dimensional molded object with an inner surface of a metal layer and an outer surface of a shielding layer. In addition, the metal layer composition may contain a metal powder, and the shielding layer composition may contain a metal powder and a neutron shielding material.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 성형 단계 이후에, 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 금속층 조성물의 금속 분말은 제1유리전이온도를 갖는 제1비정질합금; 및 상기 제1유리전이온도보다 높은 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금;을 포함할 수 있고, 상기 차폐층 조성물의 금속 분말은 상기 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금을 포함할 수 있으며, 상기 성형 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 제1유리전이온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 제2유리전이온도 미만 범위일 수 있으며, 상기 열처리 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 결정화개시온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 결정화개시온도 미만 범위일 수 있다.In an example of the present invention, after the molding step, a heat treatment step of heat-treating the three-dimensional molding may be further included, wherein the metal powder of the metal layer composition comprises: a first amorphous alloy having a first glass transition temperature; And a second amorphous alloy having a second glass transition temperature higher than the first glass transition temperature, wherein the metal powder of the shielding layer composition includes a second amorphous alloy having the second glass transition temperature. In the forming step, the sintering temperature may be in a range equal to or higher than the first glass transition temperature of the first amorphous alloy and less than the second glass transition temperature of the second amorphous alloy, and in the heat treatment step, the sintering temperature is The crystallization initiation temperature of the first amorphous alloy may be higher and less than the crystallization initiation temperature of the second amorphous alloy.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 성형 단계에서, 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 액상으로 전환될 수 있고, 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 고체상을 유지할 수 있으며, 상기 열처리 단계에서, 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 결정화되어 고체상으로 전환될 수 있고, 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 액상으로 전환될 수 있다.In an example of the present invention, in the forming step, the first amorphous alloy of the metal layer may be converted to a liquid phase during sintering, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer may maintain a solid phase, and in the heat treatment step, During sintering, the first amorphous alloy of the metal layer may be crystallized and converted into a solid phase, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer may be converted to a liquid phase.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 열처리 단계를 통해 상기 금속층의 금속 입자와 상기 차폐층의 금속 매트릭스의 금속 입자가 서로 입계를 이루어 연속체를 이루는 상태로 전환될 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, through the heat treatment step, the metal particles of the metal layer and the metal particles of the metal matrix of the shielding layer form a grain boundary with each other to form a continuous body.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 3D 프린팅을 통해 제조됨에도 강도, 내충격성, 인장강도 등의 기계적 물성이 우수하고, 적층 방향에 따른 기계적 물성의 편차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.Although the spent fuel canister according to the present invention is manufactured through 3D printing, it has excellent mechanical properties such as strength, impact resistance, and tensile strength, and has an effect of minimizing variations in mechanical properties depending on the stacking direction.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 방사성 핵종들의 노출을 완전 방지할 수 있는 충분한 함량의 중성자 차폐재를 함유함에도 인성, 강도 등의 기계적 물성의 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.The spent fuel canister according to the present invention has an effect of minimizing deterioration of mechanical properties such as toughness and strength even though it contains a sufficient amount of neutron shielding material to completely prevent exposure of radionuclides.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 내부식성 및 내구성이 우수하고 높은 구조 안정성을 갖는 효과가 있다.The spent fuel canister according to the present invention has excellent corrosion resistance and durability, and has high structural stability.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 볼트-너트 등과 같은 외부 체결 부품을 요구하지 않고 용접으로부터 자유로움에도 밀폐성이 우수한 효과가 있다The spent fuel canister according to the present invention does not require external fastening parts such as bolts and nuts, and has excellent sealing properties even when it is free from welding.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 충분한 중성자 차폐 성능을 가지면서도 캐니스터의 두께를 최소화하여 공간 확보에 더 유리한 효과가 있다.The spent fuel canister according to the present invention has a more advantageous effect in securing space by minimizing the thickness of the canister while having sufficient neutron shielding performance.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 사용후캐니스터의 제조 방법에서 각 단계에 따른 합금의 상태 변화를 나타낸 것이다.1 and 2 show changes in the state of the alloy according to each step in the method of manufacturing a canister after use according to an example of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린팅 기법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a spent fuel canister using a 3D printing technique according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.The drawings described in this specification are provided as an example in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings to be presented and may be embodied in other forms, and the drawings may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used in the present specification have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure will be omitted.

본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.Unless otherwise defined, the unit of% used in this specification means% by weight.

본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.The singular form of terms used in the present specification may be interpreted as including the plural form unless otherwise indicated.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다. In the present specification and the appended claims, terms such as first and second are not used in a limiting meaning, but are used for the purpose of distinguishing one component from other components.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the present specification and the appended claims, terms such as include or have means that the features or components described in the specification are present, and one or more other features or components are added unless specifically limited. It does not preclude the possibility of becoming.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서, 막(층), 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분과 접하여 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막(층), 다른 영역, 다른 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. In the present specification and the appended claims, when a part such as a film (layer), a region, a component, etc. is said to be on or on another part, not only the case that is directly above in contact with the other part, but also the other film ( Layer), other areas, and other components are also included.

종래의 사용후핵연료 캐니스터는 방사성 핵종들이 주변 환경으로 누출되는 것을 반영구적으로 완벽하게 차단하기 위해 스테인리스 강 등의 재질로서 상당히 두꺼운 두께를 가질 수밖에 없었으며, 중성자 차폐체가 캐니스터 외부에 별도의 부재로 구비됨에 따라 캐니스터 구조가 복잡해지는 것은 물론 사용 용량 대비 그 크기가 더 커질 수밖에 없어 캐니스터를 매립할 공간 확보에도 상당히 불리한 문제가 있었다.Conventional spent fuel canisters are made of stainless steel, etc., in order to completely semi-permanently block the leakage of radionuclides into the surrounding environment, and have a fairly thick thickness, and the neutron shield is provided as a separate member outside the canister. As a result, the canister structure becomes complex, and the size of the canister is inevitably increased compared to the used capacity, so there is a significant disadvantage in securing the space to fill the canister.

하지만 본 발명에서는 중성자 차폐재를 함유하는 차폐층과 금속층이 일체로 이루어진 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법을 제공함에 따라, 충분한 중성자 차폐 성능을 가지면서도 캐니스터의 두께를 최소화하여 공간 확보에 더 유리한 효과가 있다.However, in the present invention, by providing a spent fuel canister in which a shielding layer containing a neutron shielding material and a metal layer are integrally formed and a method of manufacturing the same, it has sufficient neutron shielding performance and minimizes the thickness of the canister, thereby providing a more advantageous effect in securing space. have.

특히 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 제조 시 특정 특성을 가지는 금속 분말들이 각 층에 사용되고 온도 차이를 둔 다단 소결 공정을 거침에 따라, 방사성 핵종들의 노출을 완전 방지할 수 있는 충분한 함량의 중성자 차폐재를 함유함에도 인성, 강도 등의 기계적 물성의 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한 3D 프린팅을 통해 제조됨에도 강도, 내충격성, 인장강도 등의 기계적 물성이 우수하고, 적층 방향에 따른 기계적 물성의 편차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.In particular, the spent fuel canister according to the present invention has a sufficient amount of neutron shielding material to completely prevent exposure of radionuclides as metal powders having specific properties are used for each layer and subjected to a multi-stage sintering process with a temperature difference during manufacture. Even though it contains, there is an effect of minimizing deterioration of mechanical properties such as toughness and strength. In addition, even though it is manufactured through 3D printing, it has excellent mechanical properties such as strength, impact resistance, and tensile strength, and has the effect of minimizing variations in mechanical properties according to the stacking direction.

따라서 본 발명은 내부식성 등의 내화학성이 매우 우수하고, 강도, 연성, 내충격성 등의 기계적 물성이 현저히 우수하며, 종래 대비 단위 부피당 사용후핵연료의 수용 중량이 보다 큰 사용후핵연료 캐니스터 및 이의 제조 방법을 제공한다.Therefore, the present invention has excellent chemical resistance such as corrosion resistance, remarkably excellent mechanical properties such as strength, ductility, and impact resistance, and the spent fuel canister and its manufacture, which have a larger capacity to accommodate spent fuel per unit volume compared to the prior art. Provides a way.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 사용후핵연료가 수용되도록 하는 내부 공간을 가지는 케이스를 포함한다. 이하 설명에서 사용후핵연료 캐니스터가 케이스를 의미하는 것으로 설명하나, 상기 케이스 외의 수단(구조물, 부품, 장치 등)을 더 포함(구비)할 수 있음은 물론이다.The spent fuel canister according to the present invention includes a case having an inner space for accommodating the spent fuel. In the following description, the spent fuel canister is described as meaning a case, but it is of course possible to further include (equip) means (structures, parts, devices, etc.) other than the case.

상기 케이스는 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어지되, 상기 금속층과 상기 차폐층이 일체를 이루어 진 것을 특징으로 한다. 여기서 “일체”라 함은 금속층의 금속 입자(Grain)와 상기 차폐층의 금속 매트릭스의 금속 입자(Grain)가 서로 입계를 이루어 연속체를 이루는 것으로서 금속층과 차폐층이 연속적으로 이어진 것을 의미한다. 따라서 금속층과 차폐층간 계면이 존재하지 않아, 높은 방사성 차폐 성능을 가짐에도 단위 부피당 인장강도, 내충격성, 연성, 등의 기계적 물성 및 구조 안정성이 종래 대비 현저히 우수하다.The case is characterized in that the inner surface is made of a metal layer and the outer surface is made of a shielding layer, and the metal layer and the shielding layer are integrally formed. Here, the term “one body” means that the metal particles of the metal layer and the metal particles of the metal matrix of the shielding layer form a continuum by forming a grain boundary, and the metal layer and the shielding layer are continuously connected. Therefore, since the interface between the metal layer and the shielding layer does not exist, mechanical properties such as tensile strength, impact resistance, ductility, etc. per unit volume and structural stability are remarkably superior compared to the prior art even though it has high radiation shielding performance.

상기 차폐층은 금속 매트릭스 및 중성자 차폐재의 분산상을 포함한다. 구체적으로, 차폐층은 금속 매트릭스 내부에 중성자 차폐재가 분산된 상을 이루어 존재한다. 이를 통해 캐니스터의 중성자 차폐 성능을 부여할 수 있으며, 중성자 차폐재를 포함하는 차폐층이 금속층과 일체화된 구조를 가질 수 있다.The shielding layer includes a metal matrix and a dispersed phase of a neutron shielding material. Specifically, the shielding layer is present as a phase in which a neutron shielding material is dispersed within a metal matrix. Through this, it is possible to impart neutron shielding performance of the canister, and the shielding layer including the neutron shielding material may have a structure integrated with the metal layer.

즉, 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터에서, 외면부는 차폐층이 존재하고, 내면부는 금속층이 존재하며, 차폐층과 금속층은 서로 일체화된 상태를 갖는다. 충분한 중성자 차폐성을 부여하기 위해서는 중성자 차폐재가 금속 매트릭스 내에 일정 함량 이상이 되어야 하나, 금속 매트릭스 내에 중성자 차폐재의 함량이 증가하면 차폐재가 불순물로 작용하여 소재의 인성, 강도 등의 기계적 물성이 급격히 저하될 수 있다. 따라서 캐니스터의 외면은 중성자 차폐재가 함유된 차폐층으로서 충분한 차폐성을 부여하면서, 상기 차폐층은 중성자 차폐재가 비함유된 금속층과 일체화됨에 따른 높은 기계적 물성을 구현할 수 있다. 또한 중성자 차폐재를 함유하는 차폐층이 캐니스터의 외면에 위치하여 보다 높은 차폐 성능을 구현한다.That is, in the spent fuel canister according to the present invention, the shielding layer is present on the outer surface portion, the metal layer is present on the inner surface portion, and the shielding layer and the metal layer are integrated with each other. In order to impart sufficient neutron shielding properties, the neutron shielding material must be in a certain amount or higher in the metal matrix.However, if the content of the neutron shielding material in the metal matrix increases, the shielding material acts as an impurity, and mechanical properties such as toughness and strength of the material may rapidly decrease. have. Therefore, while the outer surface of the canister is a shielding layer containing a neutron shielding material and imparting sufficient shielding properties, the shielding layer can implement high mechanical properties as it is integrated with a metal layer that does not contain a neutron shielding material. In addition, a shielding layer containing a neutron shielding material is located on the outer surface of the canister to realize higher shielding performance.

후술하는 캐니스터의 제조 방법에서 더 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 3D 프린팅 기법으로 제조됨에 따라 열처리 단계를 거치게 되는데, 열처리 과정에서 층간 열팽창계수의 차이 등으로 인해 성형물의 구조가 붕괴될 수 있어, 최종 제조된 캐니스터의 기계적 물성이 저하될 위험이 있다.Although it will be described in more detail in the method of manufacturing a canister to be described later, the spent fuel canister according to the present invention undergoes a heat treatment step as it is manufactured by a 3D printing technique, and the structure of the molded product is changed due to the difference in the thermal expansion coefficient between layers during the heat treatment process. It may collapse, and there is a risk of deteriorating the mechanical properties of the finally manufactured canister.

그러나 상기 금속층이, 제1유리전이온도를 갖는 제1비정질합금이 결정화된 제1결정질합금; 및 상기 제1유리전이온도보다 높은 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금;을 포함하면서 상기 차폐층의 금속 매트릭스가 상기 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금을 포함할 경우, 캐니스터의 제조 과정(열처리)에서 3차원 성형 구조가 붕괴되는 것을 방지할 수 있으며, 전술한 효과들도 더 현저히 향상시킬 수 있다. 이에 대해 구체적으로 설명하면, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 소결 전에 금속층은 제1비정질합금(M1) 및 제2비정질합금(M2)을 포함하며, 1차 소결 시 온도는 제1비정질합금(M1)의 제1유리전이온도 이상 및 제2비정질합금(M2)의 제2유리전이온도 미만 범위이다. 따라서 1차 소결 시 금속층의 제1비정질합금(M1)은 고상에서 액상으로 전환되어 유동성을 가지는 반면, 상기 금속층의 제2비정질합금(M2)과 차폐층의 제2비정질합금(M2)은 단단한(Rigid) 고체 입자상을 유지한다. 2차 소결 시 온도는 제1비정질합금(M1)의 결정화개시온도 이상 및 제2비정질합금(M2)의 결정화개시온도 미만 범위이므로, 1차 소결 이후의 2차 소결 시 상기 금속층의 제1비정질합금(M1)은 결정화되어 고상의 제1결정질합금(M1)으로 전환되며, 상기 금속층의 제2비정질합금(M2)과 차폐층의 제2비정질합금(M2)은 액상으로 전환된다. 또한 2차 소결 온도는 제2비정질합금(M2)의 결정화개시온도 미만 범위이므로, 2차 소결이 완료된 후에도 금속층과 차폐층의 금속은 제2비정질합금(M2)으로 비정질상으로 존재하여 결정질합금에 비해 강도 등의 기계적 물성이 현저히 높을 뿐만 아니라 우수한 표면 상태를 갖는다.However, the metal layer may include a first crystalline alloy in which a first amorphous alloy having a first glass transition temperature is crystallized; And a second amorphous alloy having a second glass transition temperature higher than the first glass transition temperature, and when the metal matrix of the shielding layer includes a second amorphous alloy having the second glass transition temperature, the canister In the manufacturing process (heat treatment), the collapse of the three-dimensional molded structure can be prevented, and the above-described effects can be further remarkably improved. Specifically, as shown in Fig. 1 or 2, before the first sintering, the metal layer includes the first amorphous alloy (M1) and the second amorphous alloy (M2), and the temperature during the first sintering is The range is greater than or equal to the first glass transition temperature of the 1 amorphous alloy (M1) and less than the second glass transition temperature of the second amorphous alloy (M2). Therefore, during the primary sintering, the first amorphous alloy (M1) of the metal layer is converted from a solid phase to a liquid phase and has fluidity, whereas the second amorphous alloy (M2) of the metal layer and the second amorphous alloy (M2) of the shielding layer are hard ( Rigid) Maintains the solid particulate form. Since the temperature during secondary sintering is above the crystallization initiation temperature of the first amorphous alloy (M1) and less than the crystallization initiation temperature of the second amorphous alloy (M2), the first amorphous alloy of the metal layer during the secondary sintering after the first sintering (M1) is crystallized and converted into a solid first crystalline alloy (M1), and the second amorphous alloy (M2) of the metal layer and the second amorphous alloy (M2) of the shielding layer are converted to a liquid phase. In addition, since the secondary sintering temperature is in the range below the crystallization initiation temperature of the second amorphous alloy (M2), even after the secondary sintering is completed, the metal of the metal layer and the shielding layer exist in an amorphous phase as the second amorphous alloy (M2), compared to the crystalline alloy. Mechanical properties such as strength are remarkably high and have excellent surface conditions.

즉, 금속층이 상기 제1결정질합금 및 상기 제2비정질합금을 포함하고 차폐층이 상기 제2비정질합금을 포함하면서, 열처리 단계를 통해 금속층과 차폐층이 일체화되는 과정에서 순차적으로 각 층의 유동화가 진행되므로, 일정 이상의 두께를 필요로 하는 캐니스터의 특성상 열처리 시 인가되는 열의 국부적인 편차, 각 층의 상이한 열팽창계수, 금속 외의 불순물(중성자 차폐재)의 혼입에 의한 조성 차이, 그리고 전체 층의 급격한 상변화를 줄임으로써, 제조 시 열처리에 의한 구조 붕괴를 방지하여 물성이 우수한 사용후핵연료 캐니스터를 제공할 수 있다.That is, while the metal layer includes the first crystalline alloy and the second amorphous alloy and the shielding layer includes the second amorphous alloy, the fluidization of each layer is sequentially performed in the process of integrating the metal layer and the shielding layer through the heat treatment step. Therefore, due to the characteristics of canisters that require a certain thickness, local variations in heat applied during heat treatment, different coefficients of thermal expansion of each layer, composition differences due to the incorporation of impurities other than metals (neutron shielding material), and rapid phase change of the entire layer By reducing, it is possible to provide a spent fuel canister having excellent physical properties by preventing structural collapse due to heat treatment during manufacturing.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 제1결정질합금 및 제2비정질합금을 포함하는 금속층과, 제2비정질합금을 포함하는 차폐층이 일체를 이루고 있음에 따라, 3D 프린팅 기법을 통한 제조 과정에서의 열팽창계수의 차이에 따른 부작용 등의 구조가 무너지는 문제를 최소화할 수 있어 최종 제조된 캐니스터는 구조 안정성이 현저히 우수하고, 비정질합금의 상태를 유지하여 강성, 인성 등의 기계적 물성이 현저히 우수한 효과가 있다.As described above, in the spent fuel canister according to a preferred example of the present invention, since the metal layer including the first crystalline alloy and the second amorphous alloy and the shielding layer including the second amorphous alloy are integrally formed, The 3D printing technique minimizes the problem of structural collapse such as side effects due to the difference in the thermal expansion coefficient in the manufacturing process, so the final manufactured canister has remarkably excellent structural stability and maintains the amorphous alloy state to maintain rigidity and toughness. There are remarkably excellent mechanical properties such as.

나아가, 본 발명에서 비정질합금이 사용될 경우, 비정질합금은 결정질합금 대비 매우 낮은 열팽창계수를 가짐에 따라, 열처리가 수반되는 3D 프린팅으로 제조되는 특성상 열처리에 의한 성형물의 구조 붕괴가 결정질금속만 사용되는 경우 대비 더 최소화된다.Furthermore, when an amorphous alloy is used in the present invention, the amorphous alloy has a very low coefficient of thermal expansion compared to the crystalline alloy, and therefore, due to the nature of 3D printing accompanying heat treatment, structural collapse of the molded product by heat treatment is used when only crystalline metal is used. The contrast is further minimized.

상기 금속층의 금속과 상기 차폐층의 금속은 서로 독립적으로 Fe계, Cu계, Al계, Mg계, Zr계, Ca계, Ti계, Ni계, Co계 및 Hf계 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 즉, 상술한 비정질합금 또는 결정질합금은 Fe계, Cu계, Al계, Mg계, Zr계, Ca계, Ti계, Ni계, Co계 및 Hf계 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 비정질합금 또는 결정질합금일 수 있다.The metal of the metal layer and the metal of the shielding layer are independently of each other, one or two selected from Fe-based, Cu-based, Al-based, Mg-based, Zr-based, Ca-based, Ti-based, Ni-based, Co-based, and Hf-based. It may include more than one. That is, the amorphous alloy or crystalline alloy described above includes any one or two or more selected from Fe-based, Cu-based, Al-based, Mg-based, Zr-based, Ca-based, Ti-based, Ni-based, Co-based, and Hf-based. It may be an amorphous alloy or a crystalline alloy.

상기 제1유리전이온도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 사용 후 핵연료의 건식 보관 전체 프로세스에서 온도가 400℃ 이하로 엄격하게 유지되어야 함을 고려하면, 상기 제1유리전이온도는 450℃ 이상, 구체적으로 450 내지 950℃, 보다 구체적으로 450℃ 내지 750℃, 보다 더 구체적으로 450℃ 내지 600℃일 수 있다. 450℃ 이상의 유리전이온도를 갖는 비정질합금의 예로, Fe계 비정질합금(일 예로, Fe-Co-Cr-Mo-C-B-Y 알로이, Fe-Si-B-P 알로이, Fe-Y-B 알로이 등), Ni계 비정질합금(일 예로, Ni-Nb-Ta 알로이, Ni-Nb-Ti-Hf 알로이, Ni-Zr-Ti-Sn 알로이, Ni-Nb-Ti-Hf 알로이 등), Cu계 비정질합금(일 예로, Cu-Zr 알로이, Cu-Ti-Zr-Ni 알로이, Cu-Hf-Al 알로이, Cu-Zr-Al 알로이, Cu-Zr-Al-(Y, Ag, Be) 알로이 등), Al계 비정질합금(일 예로, Al-La-Y-Ni 알로이 등), Mg계 비정질합금(Mg-Ni-Nd 알로이 등), Zr계 비정질합금(Zr-Al-Ni 알로이, Zr-Al-Cu-Ni 알로이, Zr-Be-Cu-Ni-Ti 알로이, Zr-Al-Co 알로이, Zr-Cu-Al-Ge-Be 알로이 등)등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 전술한 성분계 합금을 비정질합금으로서 기재하였으나, 열처리를 통해 비정질합금이 결정질합금으로 전환될 수 있으므로, 전술한 성분계 합금이 상기 결정질합금으로도 해석(사용)될 수 있음은 물론이다.The first glass transition temperature is not particularly limited, but considering that the temperature must be strictly maintained at 400° C. or less in the entire process of dry storage of nuclear fuel after use, the first glass transition temperature is 450° C. or more, specifically It may be 450 to 950°C, more specifically 450 to 750°C, and even more specifically 450 to 600°C. Examples of amorphous alloys having a glass transition temperature of 450°C or higher include Fe-based amorphous alloys (eg, Fe-Co-Cr-Mo-CBY alloy, Fe-Si-BP alloy, Fe-YB alloy, etc.), Ni-based amorphous alloys (For example, Ni-Nb-Ta alloy, Ni-Nb-Ti-Hf alloy, Ni-Zr-Ti-Sn alloy, Ni-Nb-Ti-Hf alloy, etc.), Cu-based amorphous alloy (for example, Cu- Zr alloy, Cu-Ti-Zr-Ni alloy, Cu-Hf-Al alloy, Cu-Zr-Al alloy, Cu-Zr-Al-(Y, Ag, Be) alloy, etc.), Al-based amorphous alloy (for example, , Al-La-Y-Ni alloy, etc.), Mg-based amorphous alloy (Mg-Ni-Nd alloy, etc.), Zr-based amorphous alloy (Zr-Al-Ni alloy, Zr-Al-Cu-Ni alloy, Zr-Be -Cu-Ni-Ti alloy, Zr-Al-Co alloy, Zr-Cu-Al-Ge-Be alloy, etc.), and the like), but are not limited thereto. In addition, the above-described component-based alloy was described as an amorphous alloy, but since the amorphous alloy can be converted into a crystalline alloy through heat treatment, the aforementioned component-based alloy can also be interpreted (used) as the crystalline alloy.

상기 금속층이 제1결정질합금 및 제2비정질합금을 포함할 경우, 이들의 중량비는 크게 제한되는 것은 아니나, 예컨대 제1결정질합금 100 중량부에 대하여 제2비정질합금 25 내지 400 중량부, 구체적으로 50 내지 300 중량부를 포함하는 것을 들 수 있다. 이를 만족할 경우, 1차 소결 단계 및 2차 소결 단계를 포함하는 열처리 과정에서 각 층의 유동성 전환을 더 용이하도록 하여 열처리에 의해 성형물의 구조가 무너지는 문제를 더 최소화하고 더 우수한 기계적 물성을 갖는 캐니스터를 제공할 수 있다.When the metal layer includes the first crystalline alloy and the second amorphous alloy, the weight ratio thereof is not limited, for example, 25 to 400 parts by weight of the second amorphous alloy, specifically 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the first crystalline alloy. To 300 parts by weight. If this is satisfied, it is possible to more easily convert the fluidity of each layer in the heat treatment process including the first sintering step and the second sintering step, thereby further minimizing the problem of collapse of the structure of the molded article by heat treatment and having better mechanical properties. Can provide.

상술한 바와 같이 캐니스터의 내면과 외면에 각각 금속층과 차폐재를 포함하는 차폐층이 존재하여 높은 중성자 차폐 성능과 우수한 기계적 물성을 동시에 갖는다. 이때 금속층의 두께가 차폐층의 두께 이상인 것이 바람직할 수 있으며, 예컨대 금속층과 차폐층의 두께 비가 100:10~100인 것을 들 수 있다. 이를 만족할 경우, 반영구적인 충분한 차폐성을 부여하면서, 차폐층이 중성자 차폐재가 비함유된 금속층과 더욱 높은 상호작용에 따른 일체화가 가능하여 보다 높은 기계적 물성을 구현할 수 있다.As described above, since a shielding layer including a metal layer and a shielding material is present on the inner and outer surfaces of the canister, respectively, it has high neutron shielding performance and excellent mechanical properties at the same time. At this time, it may be preferable that the thickness of the metal layer is greater than or equal to the thickness of the shielding layer, for example, the thickness ratio of the metal layer and the shielding layer is 100:10 to 100. If this is satisfied, it is possible to realize higher mechanical properties by providing a semi-permanent sufficient shielding property, while the shielding layer can be integrated with a metal layer containing no neutron shielding material according to a higher interaction.

캐니스터의 두께는 충분한 중성자 차폐 성능과 요구되는 구조 안정성이 확보될 수 있을 정도라면 무방하며, 일 예로 5 mm 이상, 구체적으로 5 내지 50 mm, 보다 구체적으로 5 내지 20 mm를 들 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.The thickness of the canister may be sufficient as long as sufficient neutron shielding performance and required structural stability can be ensured, for example, 5 mm or more, specifically 5 to 50 mm, and more specifically 5 to 20 mm. However, this is only described as a specific example, of course, the present invention is not limited thereto.

상기 차폐층에 함유되는 중성자 차폐재의 함량은 충분한 중성자 차폐 성능을 부여할 수 있을 정도라면 무방하며, 예를 들어 금속 매트릭스 100 중량부에 대하여 중성자 차폐재 0.01 내지 10 중량부, 구체적으로 0.1 내지 10 중량부, 보다 구체적으로 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.The content of the neutron shielding material contained in the shielding layer may be sufficient as long as it can impart sufficient neutron shielding performance, for example, 0.01 to 10 parts by weight of the neutron shielding material, specifically 0.1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the metal matrix. , More specifically, it may contain 0.1 to 5 parts by weight. However, this is only described as a specific example, and the present invention is not interpreted as being limited thereto.

상기 중성자 차폐재는 공지된 다양한 것들이 사용될 수 있으며, 예컨대 탄화붕소, 질화붕소, 산화붕소, 붕산아연, 수산화알루미늄, 하프늄, 하프늄이붕소화물, 티타늄이붕소화물, 페로보론 및 이산화우라늄 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 바람직한 일 예로, 중성자 차폐재는 붕소계 차폐재가 좋을 수 있으며, 구체적으로 탄화붕소를 예로 들 수 있다. 특히 차폐층의 금속매트릭스가 Fe계 금속을 포함하면서 중성자 차폐재로 탄화붕소가 사용될 경우, 충분한 중성자 차폐 성능을 가지면서 높은 기계적 물성을 구현할 수 있다.The neutron shielding material may be a variety of known materials, for example, any one selected from boron carbide, boron nitride, boron oxide, zinc borate, aluminum hydroxide, hafnium, hafnium diboride, titanium diboride, ferroboron and uranium dioxide. Or two or more. As a preferred example, the neutron shielding material may be a boron-based shielding material, and specifically, boron carbide is exemplified. In particular, when the metal matrix of the shielding layer contains Fe-based metal and boron carbide is used as a neutron shielding material, high mechanical properties can be implemented while having sufficient neutron shielding performance.

상기 중성자 차폐재의 형상은 크게 제한되는 것은 아니고, 구형, 타원형, 막대형, 박편형 등의 다양한 예를 들 수 있으며, 통상 구형 또는 타원형인 것이 용이할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.The shape of the neutron shielding material is not largely limited, and various examples such as a spherical shape, an oval shape, a rod shape, and a flake shape may be mentioned, and it may be easy to have a spherical shape or an elliptical shape. However, this is only described as a specific example, and the present invention is not interpreted as being limited thereto.

상기 중성자 차폐재의 크기는 금속 매트릭스 상에 분산이 용이하면서 요구 차폐 성능을 부여할 수 있을 정도라면 무방하다. 바람직한 일 예로, 중성자 차폐재의 평균입경은 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총 부피가 50%에 해당하는 입경인 D50이 500 nm 내지 300 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 500 nm 내지 100 ㎛일 수 있으며, 더 바람직하게는 500 nm 내지 50 ㎛일 수 있다. 중성자 차폐재가 이와 같은 평균입경을 가질 경우, 금속 매트릭스 상에 더 고르게 분산되어 존재할 수 있으며, 금속 매트릭스 내의 혼입성이 더 향상될 수 있다.The size of the neutron shielding material may be sufficient as long as it is easy to disperse on the metal matrix and provides the required shielding performance. As a preferred example, the average particle diameter of the neutron shielding material may be 500 nm to 300 µm, preferably 500 nm to 100 µm, and a particle diameter of D50 corresponding to 50% of the total volume when the volume is accumulated from small particles. , More preferably 500 nm to 50 μm. When the neutron shielding material has such an average particle diameter, it may be more evenly dispersed and present on the metal matrix, and incorporation in the metal matrix may be further improved.

이하, 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a spent fuel canister according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은 공지된 다양한 금속 3D 프린팅 기법을 통한 것일 수 있으며, 구체적으로, 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 3D 프린팅하여 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계 및 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있으며, 상기 금속층 조성물은 금속 분말을 함유하고, 상기 차폐층 조성물은 금속 분말 및 중성자 차폐재를 함유할 수 있다.The method of manufacturing a spent fuel canister according to the present invention may be through various known metal 3D printing techniques, and specifically, the method of manufacturing a spent fuel canister according to the present invention includes a metal layer composition and a shielding layer composition face-to-face ( layer by layer) technique to produce a case of a three-dimensional molded article having an inner surface of a metal layer and an outer surface of a shielding layer by 3D printing, and a heat treatment step of heat treating the three-dimensional molded article, and the metal layer composition Silver metal powder is contained, and the shielding layer composition may contain a metal powder and a neutron shielding material.

바람직한 일 예에 있어서, 상기 금속층 조성물의 금속 분말은 제1유리전이온도를 갖는 제1비정질합금; 및 상기 제1유리전이온도보다 높은 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금;을 포함할 수 있고, 상기 차폐층 조성물의 금속 분말은 상기 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금을 포함할 수 있다. 이때 상기 열처리 단계는 1차 소결 단계 및 2차 소결 단계를 포함할 수 있으며, 상기 1차 소결 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 제1유리전이온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 제2유리전이온도 미만 범위일 수 있으며, 상기 2차 소결 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 결정화개시온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 결정화개시온도 미만 범위일 수 있다. 금속층 조성물의 금속 분말이 상기 제1비정질합금을 포함하고 차폐층 조성물의 금속 분말이 상기 제2비정질합금을을 포함하면서 상술한 특정 온도 범위를 갖는 1차 소결 및 2차 소결이 수행될 경우, 제조 시 열처리에 의한 구조 붕괴를 방지하여 물성이 우수한 사용후핵연료 캐니스터를 제공할 수 있다.In a preferred example, the metal powder of the metal layer composition comprises: a first amorphous alloy having a first glass transition temperature; And a second amorphous alloy having a second glass transition temperature higher than the first glass transition temperature, wherein the metal powder of the shielding layer composition includes a second amorphous alloy having the second glass transition temperature. I can. In this case, the heat treatment step may include a first sintering step and a second sintering step. In the first sintering step, the sintering temperature is equal to or higher than the first glass transition temperature of the first amorphous alloy and the second amorphous alloy. 2 The glass transition temperature may be less than the range, and in the second sintering step, the sintering temperature may be greater than or equal to the crystallization initiation temperature of the first amorphous alloy and less than the crystallization initiation temperature of the second amorphous alloy. When the metal powder of the metal layer composition contains the first amorphous alloy and the metal powder of the shielding layer composition contains the second amorphous alloy and primary sintering and secondary sintering having the above-described specific temperature range are performed It is possible to provide a spent fuel canister with excellent physical properties by preventing structural collapse due to heat treatment.

금속 3D 프린팅 기법을 사용할 경우, 일정 이상의 두께를 필요로 하는 캐니스터의 특성상 열처리 시 인가되는 열의 국부적인 편차, 각 층의 상이한 열팽창계수, 금속 외의 불순물(중성자 차폐재)의 혼입에 의한 조성 차이, 그리고 전체 층의 급격한 상변화에 의한 3D 성형물의 구조 붕괴를 야기할 수 있고, 따라서 복잡하고 정밀한 구조의 캐니스터를 제조하는 것에 어려움이 있을 수 있는데, 전술한 방법을 통해 소결 온도에 따른 각 층의 유동성을 순차적으로 확보할 수 있음에 따라 이러한 문제를 최소화할 수 있다. 구체적으로, 1차 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 액상으로 전환되고 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 고체상을 유지하며, 2차 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 결정화되어 고체상으로 전환되고 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 액상으로 전환되므로, 3D 성형물의 구조 붕괴를 최소화할 수 있다.When using metal 3D printing, due to the characteristics of canisters that require a certain thickness, local variations in heat applied during heat treatment, different coefficients of thermal expansion of each layer, composition differences due to mixing of impurities other than metal (neutron shielding material), and overall It may cause structural collapse of the 3D molded product due to a rapid phase change of the layer, and therefore, it may be difficult to manufacture a canister with a complex and precise structure.Through the above method, the fluidity of each layer according to the sintering temperature is sequentially This problem can be minimized as it can be secured. Specifically, during primary sintering, the first amorphous alloy of the metal layer is converted to a liquid phase, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer maintains a solid phase, and during the secondary sintering, the first amorphous alloy of the metal layer is crystallized and converted into a solid phase. Since the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer is converted into a liquid phase, structural collapse of the 3D molded product can be minimized.

본 명세서에서, 1차 소결의 열처리 시간과 2차 소결의 열처리 시간은 1차 소결과 2차 소결이 구분되도록 1차 소결이 충분히 수행된 이후에 2차 소결이 수행되는 것이 바람직하다. 구체적인 일 예로, 1차 소결 시 열처리 시간은 금속층의 제1비정질합금이 충분히 유동성을 가지도록 예를 들어 1 분 내지 10 시간, 다른 예시로 8 시간 이하, 5 시간 이하, 3 시간 이하, 1시간 이하, 30 분 이하일 수 있으며, 이때 하한 값은 1분, 3 분, 5 분 또는 10 분일 수 있다. 구체적인 일 예로, 2차 소결 시 열처리 시간은 금속층의 제2비정질합금 및 차폐층의 제2비정질합금이 유동성을 가지도록 예를 들어 1 분 내지 10 시간, 다른 예시로 8 시간 이하, 5 시간 이하, 3 시간 이하, 1시간 이하, 30 분 이하일 수 있으며, 이때 하한 값은 1분, 3 분, 5 분, 10 분 또는 30 분일 수 있다.In the present specification, it is preferable that the heat treatment time of the primary sintering and the heat treatment time of the secondary sintering are performed after the primary sintering is sufficiently performed so that the primary sintering and the secondary sintering are distinguished. As a specific example, the heat treatment time during the first sintering is, for example, 1 minute to 10 hours, for example, 8 hours or less, 5 hours or less, 3 hours or less, 1 hour or less so that the first amorphous alloy of the metal layer has sufficient fluidity. , May be 30 minutes or less, in which case the lower limit value may be 1 minute, 3 minutes, 5 minutes, or 10 minutes. As a specific example, the heat treatment time during the secondary sintering is, for example, 1 minute to 10 hours, in another example, 8 hours or less, 5 hours or less so that the second amorphous alloy of the metal layer and the second amorphous alloy of the shielding layer have fluidity, It may be 3 hours or less, 1 hour or less, 30 minutes or less, and the lower limit value may be 1 minute, 3 minutes, 5 minutes, 10 minutes or 30 minutes.

이러한 방법을 통해 금속층의 금속 입자(Grain)와 차폐층의 금속 매트릭스의 금속 입자(Grain)가 서로 입계를 이루어 연속체를 이루는 상태로 전환될 수 있다. 여기서 금속 입자는 상기 조성물에 포함된 금속 분말의 입자 자체를 의미하는 것이 아니라 금속 상태 중 비정질과 결정질을 구분할 때 사용하는 입자(Grain)를 의미한다.Through this method, the metal particles (Grain) of the metal layer and the metal particles (Grain) of the metal matrix of the shielding layer can be converted into a state in which a continuous body is formed by forming a grain boundary. Here, the metal particles do not mean particles of the metal powder included in the composition themselves, but mean particles used to distinguish between amorphous and crystalline metals.

전술한 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은 하기와 같이 접착제를 이용하는 방법과 접착제를 이용하지 않는 방법으로 구분할 수 있다.The above-described method of manufacturing a spent fuel canister according to the present invention can be divided into a method using an adhesive and a method not using an adhesive as follows.

접착제를 이용하는 방법으로, 접착제를 통해 면대면(layer by layer)으로 면 형성 공정을 단위 공정으로 면을 적층하여 성형물을 제조한 후 열처리(1차 소결 및 2차 소결)하는 제1 양태; 및 면 형성 공정과 소결 공정을 포함하는 단위 공정으로 면을 적층하여 성형물을 제조한 후 2차 소결하는 제2 양태;를 들 수 있다.A method of using an adhesive, comprising: a first aspect of performing heat treatment (primary sintering and secondary sintering) after manufacturing a molded article by laminating surfaces in a unit process in a layer by layer through an adhesive; And a second aspect of secondary sintering after manufacturing a molded article by laminating cotton in a unit process including a surface forming step and a sintering step.

접착제를 이용하는 제1 양태로서, 본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은, 상기 성형 단계에서, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물이 바인더를 더 포함할 수 있으며, 상기 열처리 단계에서, 열처리에 의해 성형물 내 바인더가 제거될 수 있다. 즉, 상기 제조 방법은 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 3D 프린팅하여 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계 및 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있으며, 이때 각 조성물은 바인더를 각각 포함하며, 열처리 단계에서, 열처리에 의해 성형물 내 바인더가 제거될 수 있다.As a first aspect of using an adhesive, in the method of manufacturing a spent fuel canister according to an example of the present invention, in the molding step, the metal layer composition and the shielding layer composition may further include a binder, and in the heat treatment step, heat treatment By this, the binder in the molded article can be removed. That is, the manufacturing method comprises a forming step of 3D printing a metal layer composition and a shielding layer composition using a layer by layer technique to manufacture a case of a three-dimensional molded article whose inner surface is made of a metal layer and the outer surface is made of a shielding layer, and the 3 A heat treatment step of heat-treating the dimensional molding may be included, wherein each composition includes a binder, and in the heat treatment step, the binder in the molded product may be removed by heat treatment.

또한 접착제를 이용하는 제1 양태로서, 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 3D 프린팅하여 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계 및 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있으며, 상기 열처리 단계는 1차 소결 단계 및 2차 소결 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 성형 단계에서, 바인더를 각각 포함하는 금속층 조성물과 차폐층 조성물을 기재 위에 분사하되, 원하는 형태를 갖는 면이 되도록 분사한다. 이때 성형물의 외면부가 차폐층 조성물이 위치하도록 하고 성형물의 내면부가 금속층 조성물이 위치하도록 분배하여 면을 형성하고 바인더를 경화시켜 적층함으로써 최종적으로 원하는 형상의 3D 성형물을 제조한다. 이어서 3D 성형물에 열을 가하여 1차 소결 및 2차 소결을 수행하여 성형물 내 바인더를 제거한다. 이때 1차 소결은 전술한 1차 소결의 온도 범위를 만족하며 2차 소결은 전술한 2차 소결의 온도 범위를 만족한다.In addition, as a first aspect of using an adhesive, the manufacturing method of a spent fuel canister according to a preferred example of the present invention comprises a metal layer composition and a shielding layer composition by 3D printing by a layer by layer technique. It may include a molding step of manufacturing a case of a three-dimensional molded article having a top outer surface of a shielding layer, and a heat treatment step of heat-treating the three-dimensional molded article, and the heat treatment step may include a first sintering step and a second sintering step. have. Specifically, in the molding step, the metal layer composition and the shielding layer composition each including a binder are sprayed onto the substrate, but are sprayed so that the surface has a desired shape. At this time, the outer surface of the molded product is positioned so that the shielding layer composition is positioned, and the inner face of the molded product is distributed so that the metal layer composition is positioned to form a surface, and the binder is cured and laminated to finally produce a 3D molded product having a desired shape. Subsequently, heat is applied to the 3D molding to perform primary sintering and secondary sintering to remove the binder in the molding. At this time, the primary sintering satisfies the temperature range of the aforementioned primary sintering, and the secondary sintering satisfies the temperature range of the secondary sintering described above.

각 조성물에 함유되는 바인더의 함량은 각 단위 면이 쌓인 적층 구조를 유지할 수 있을 정도의 접착력을 가질 정도라면 무방하며, 이는 금속 분말의 형상, 조성, 크기 등을 고려하여 그 함량을 선택하면 된다. 구체적인 일 예로, 금속 분말 100 중량부에 대하여 0.1 내지 100 중량부, 구체적으로 1 내지 50 중량부로 바인더가 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다.The content of the binder contained in each composition may be sufficient as long as it has an adhesive strength enough to maintain the stacked structure in which each unit surface is stacked, and this content can be selected in consideration of the shape, composition, and size of the metal powder. As a specific example, 0.1 to 100 parts by weight, specifically 1 to 50 parts by weight of the binder may be used based on 100 parts by weight of the metal powder, but is not limited thereto.

접착제를 이용하는 제2 양태로서, 본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 분말상 면 형성 공정과 접착 조성물 분사 공정을 포함하는 단위 공정을 반복하여 3D 프린팅하여, 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계 및 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있다. 이때 열처리 단계에서, 열처리에 의해 성형물 내 바인더가 제거될 수 있다.As a second aspect of using an adhesive, the method of manufacturing a spent fuel canister according to an example of the present invention comprises a powdery surface forming process and an adhesive composition spraying process using a metal layer composition and a shielding layer composition by a layer by layer technique. It may include a forming step of manufacturing a case of a three-dimensional molded article in which the inner surface is made of a metal layer and the outer surface is made of a shielding layer by repeating the unit process including 3D printing, and a heat treatment step of heat-treating the three-dimensional molded article. At this time, in the heat treatment step, the binder in the molded product may be removed by heat treatment.

접착제를 이용하는 제2 양태로서, 바람직한 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 분말상 면 형성 공정과 접착 조성물 분사 공정을 포함하는 단위 공정을 반복하여 3D 프린팅하여, 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계 및 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있으며, 상기 열처리 단계는 1차 소결 단계 및 2차 소결 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 성형 단계에서, 금속층 조성물과 차폐층 조성물을 기재 위에 분사하되, 원하는 형태를 갖는 면이 되도록 분사한다. 이때 성형물의 외면부가 차폐층 조성물이 위치하도록 하고 성형물의 내면부가 금속층 조성물이 위치하도록 분배하여 분말 상의 면을 형성하고 그 위에 접착 조성물을 분사하여 분말 상에 접착 조성물이 충분히 젖도록 한다. 그리고 분사된 접착 조성물을 경화시켜 면을 적층함으로써 최종적으로 원하는 형상의 3D 성형물을 제조한다. 이어서 3D 성형물에 열을 가하여 1차 소결 및 2차 소결을 수행함으로써 성형물 내 바인더를 제거한다. 이때 1차 소결은 전술한 1차 소결의 온도 범위를 만족하며 2차 소결은 전술한 2차 소결의 온도 범위를 만족한다.As a second aspect using an adhesive, a method of manufacturing a spent fuel canister according to a preferred example includes a powdery surface forming process and an adhesive composition spraying process by using a metal layer composition and a shielding layer composition as a layer by layer technique. 3D printing by repeating the unit process may include a forming step of manufacturing a case of a three-dimensional molded article in which an inner surface is made of a metal layer and an outer surface is a shielding layer, and a heat treatment step of heat-treating the three-dimensional molded article, the heat treatment step May include a first sintering step and a second sintering step. Specifically, in the molding step, the metal layer composition and the shielding layer composition are sprayed onto the substrate, but are sprayed so that the surface has a desired shape. At this time, the outer surface of the molded product is positioned so that the shielding layer composition is positioned, and the inner face of the molded product is distributed so that the metal layer composition is positioned to form a powdery surface, and the adhesive composition is sprayed thereon to sufficiently wet the adhesive composition on the powder. Then, the sprayed adhesive composition is cured and the surfaces are laminated to finally produce a 3D molded product having a desired shape. Subsequently, heat is applied to the 3D molded product to perform primary sintering and secondary sintering to remove the binder in the molded product. At this time, the primary sintering satisfies the temperature range of the aforementioned primary sintering, and the secondary sintering satisfies the temperature range of the secondary sintering described above.

분사 공정에서 분사 조건은 금속 바인더젯(Metal binder jet) 프린팅 기술분야에서 공지된 문헌을 참고하면 무방하다.In the spraying process, spraying conditions may refer to documents known in the art of metal binder jet printing technology.

상기 접착 조성물은 바인더 및 용매를 포함할 수 있으며, 이들의 중량비는 금속 분말에 접착 조성물이 분사되어 경화에 의해 금속 분말이 접착될 수 있을 정도라면 무방하며, 예컨대 접착 조성물 전체 중량에 대하여 바인더가 0.1 내지 20 중량%, 구체적으로 1 내지 10 중량%로 사용될 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.The adhesive composition may include a binder and a solvent, and the weight ratio thereof may be such that the metal powder can be adhered by spraying the adhesive composition onto the metal powder and curing. For example, the binder is 0.1 based on the total weight of the adhesive composition. It can be used in to 20% by weight, specifically 1 to 10% by weight. However, this is only described as a specific example, and the present invention is not interpreted as being limited thereto.

접착제를 이용한 제1양태 또는 제2양태에서, 바인더의 경화 시간 및 경화 온도는 금속 분말이 서로 접착되어 3D 성형물 형상을 유지할 수 있을 정도라면 무방하며, 예컨대 5 내지 100℃를 들 수 있으며, 경화 시간은 바인더의 종류, 바인더 또는 용매의 사용 함량, 환경 조건(온도, 습도, 압력 등)에 따라 적절히 조절될 수 있다. In the first aspect or the second aspect using an adhesive, the curing time and curing temperature of the binder may be such that metal powders are adhered to each other to maintain the shape of the 3D molding, for example, 5 to 100°C, and the curing time Silver may be appropriately adjusted according to the type of binder, the amount of binder or solvent used, and environmental conditions (temperature, humidity, pressure, etc.).

접착제를 이용한 제1양태 또는 제2양태에서, 상기 바인더는 금속 3D 프린트 기술분야에서 공지된 것을 사용하면 무방하며, 예를 들면, 알킬셀룰로오스계, 폴리알킬렌카보네이트계, 폴리알킬렌옥사이드계, 리그닌계 및 폴리비닐알코올계 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 바인더가 사용될 수 있다. 상기에서 알킬 셀룰로오스로는, 예를 들면, 메틸 셀룰로오스 또는 에틸 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 가지는 알킬 셀룰로오스 등이 예시될 수 있고, 폴리알킬렌옥사이드로는, 폴리에틸렌옥시드 또는 폴리프로필렌옥사이드 등의 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기를 가지는 폴리알킬렌옥사이드가 예시될 수 있으며, 폴리알킬렌카보네이트로는, 폴리에틸렌 카보네이트 등의 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기를 가지는 폴리알킬렌 카보네이트 등이 예시될 수 있고, 폴리비닐알코올로는, 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐아세테이트 등이 예시될 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.In the first or second aspect using an adhesive, the binder may be any known in the art of metal 3D printing, and for example, alkyl cellulose-based, polyalkylene carbonate-based, polyalkylene oxide-based, lignin A binder including any one or two or more selected from the system and polyvinyl alcohol system may be used. In the above, the alkyl cellulose includes, for example, an alkyl cellulose having an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms such as methyl cellulose or ethyl cellulose. Examples of the polyalkylene oxide may include an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms such as polyethylene oxide or polypropylene oxide. Polyalkylene oxide may be exemplified, and the polyalkylene carbonate includes an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms such as polyethylene carbonate. Polyalkylene carbonate and the like may be exemplified, and as polyvinyl alcohol, polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate may be exemplified. However, this is only described as a specific example, and the present invention is not interpreted as being limited thereto.

접착제를 이용하지 않는 방법으로, 본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 분말상 면 형성 공정과 소결 공정을 포함하는 단위 공정을 반복하여 3D 프린팅하여, 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계를 포함할 수 있으며, 상기 금속층 조성물은 금속 분말을 함유하고, 상기 차폐층 조성물은 금속 분말 및 중성자 차폐재를 함유할 수 있다.In a method that does not use an adhesive, the method of manufacturing a spent fuel canister according to an example of the present invention comprises a powdery surface forming process and a sintering process in a layer by layer technique of a metal layer composition and a shielding layer composition. 3D printing by repeating the unit process may include a molding step of manufacturing a case of a three-dimensional molded article having an inner surface of a metal layer and an outer surface of a shielding layer, wherein the metal layer composition contains metal powder, and the shielding layer The composition may contain metal powder and a neutron shielding material.

접착제를 이용하지 않는 방법으로서, 바람직한 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법은, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 분말상 면 형성 공정과 소결 공정을 포함하는 단위 공정을 반복하여 3D 프린팅하여, 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계 및 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 성형 단계에서, 금속층 조성물과 차폐층 조성물을 기재 위에 분사하되, 원하는 형태를 갖는 면이 되도록 분사한다. 이때 성형물의 외면부가 차폐층 조성물이 위치하도록 하고 성형물의 내면부가 금속층 조성물이 위치하도록 분배하여 분말 상의 면을 형성하고 레이저 등의 열원을 인가하여 분말 상의 면이 소결(1차 소결)되도록 하여 면을 적층함으로써 최종적으로 원하는 형상의 3D 성형물을 제조한다. 이때 소결은 전술한 1차 소결의 온도 범위를 만족한다. 이어서 3D 성형물에 열을 가하여 2차 소결을 수행함으로써 성형물 내 바인더를 제거하며, 이때 소결은 전술한 2차 소결의 온도 범위를 만족한다.As a method without using an adhesive, the method of manufacturing a spent fuel canister according to a preferred example is a unit process including a powdery surface forming process and a sintering process by using a metal layer composition and a shielding layer composition as a layer by layer technique. By repeating 3D printing, a forming step of manufacturing a case of a three-dimensional molded article having an inner surface of a metal layer and a shielding layer of an outer surface thereof, and a heat treatment step of heat treatment of the three-dimensional molded article may be included. Specifically, in the molding step, the metal layer composition and the shielding layer composition are sprayed onto the substrate, but are sprayed so that the surface has a desired shape. At this time, the outer surface of the molded product is positioned so that the shielding layer composition is located, and the inner surface of the molded product is distributed so that the metal layer composition is positioned to form a powdery surface, and a heat source such as a laser is applied so that the powdery surface is sintered (primary sintering). By laminating, a 3D molded article having a desired shape is finally produced. At this time, sintering satisfies the temperature range of the above-described primary sintering. Subsequently, heat is applied to the 3D molded product to perform secondary sintering to remove the binder in the molded product, wherein the sintering satisfies the temperature range of the secondary sintering described above.

본 발명에서 언급되는 열처리는, 그 수단으로 다양한 열원이 사용될 수 있으며, 예를 들어 열풍, 적외선, 레이저 등의 다양한 공지된 열원이 사용될 수 있다. 바람직한 일 예로, 분말상 면 형성 공정과 소결 공정을 포함하는 단위 공정을 통한 방법일 경우는 열원으로 레이저를 사용하는 것이 복잡하고 정밀한 3D 성형물을 제조할 수 있는 측면에서 좋으며, 3D 성형물을 제조한 후 성형물 일체를 소결 하는 방법의 경우는 성형물을 전체를 한 번에 열처리할 수 있는 열풍 또는 적외선 등의 열원이 좋을 수 있다.In the heat treatment mentioned in the present invention, various heat sources may be used as the means, and various known heat sources such as hot air, infrared rays, and lasers may be used. As a preferred example, in the case of a method through a unit process including a powdery surface forming process and a sintering process, the use of a laser as a heat source is good in terms of being able to manufacture a complex and precise 3D molded product. In the case of a method of sintering an integral part, a heat source such as hot air or infrared rays that can heat-treat the entire molded product at once may be good.

상기 금속 분말의 형상은 크게 제한되는 것은 아니고, 구형, 타원형, 막대형, 박편형 등의 다양한 예를 들 수 있으며, 통상 구형 또는 타원형인 것이 용이할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.The shape of the metal powder is not largely limited, and various examples such as a spherical shape, an oval shape, a rod shape, and a flake shape may be exemplified, and it may be easy to have a spherical shape or an oval shape. However, this is only described as a specific example, and the present invention is not interpreted as being limited thereto.

상기 금속 분말의 평균입경은 3D 프린팅이 가능할 정도라면 무방하며, 일 예로 5 내지 100 ㎛, 구체적으로 10 내지 50 ㎛를 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.The average particle diameter of the metal powder may be sufficient as long as 3D printing is possible, for example, 5 to 100 µm, specifically 10 to 50 µm. However, this is only described as a preferred example, and the present invention is not interpreted as being limited thereto.

일 구체예에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 케이스의 내부 공간에 수용되는 사용후핵연료를 고정하는 바스켓을 더 포함할 수 있다. 이에, 바스켓은 케이스의 내부 공간에 위치할 수 있으며, 사용 후 핵연료 건식 보관 분야에서 캐니스터 내에서 사용 후 핵연료를 고정하는데 사용되는 통상적인 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 바스켓은 사각 형태의 격자 구조로 이루어져, 길이 방향으로 연장되어 있는 사각형 관이 복수 개 모여 있는 형상일 수 있다. 이때, 사각형 관 내부 각각에 사용 후 핵연료가 위치할 수 있다. 또한 캐니스터는 바스켓과 함께 바스켓을 고정 지지하는 지지부재나 바스켓이 삽입되는 격납부재를 더 포함할 수 있음은 물론이다. The spent fuel canister according to an embodiment may further include a basket for fixing the spent fuel accommodated in the inner space of the case. Accordingly, the basket may be located in the inner space of the case, and may have a conventional structure used to fix the spent nuclear fuel in the canister in the field of dry storage of spent nuclear fuel. For example, the basket may have a rectangular grid structure, and may have a shape in which a plurality of rectangular tubes extending in the longitudinal direction are gathered. At this time, spent nuclear fuel may be located inside each square tube. In addition, it goes without saying that the canister may further include a supporting member for fixing and supporting the basket together with the basket or a storage member into which the basket is inserted.

본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터는 캐니스터가 최종 제조된 이후에 사용후핵연료가 수용될 수도 있고, 캐니스터의 제조 과정 중에 사용후핵연료가 수용된 상태에서 제조 과정이 완료될 수도 있다.The spent fuel canister according to the present invention may contain the spent fuel after the canister is finally manufactured, or the manufacturing process may be completed while the spent fuel is received during the manufacturing process of the canister.

구체적인 일 예로, 캐니스터가 최종 제조된 이후에 사용후핵연료가 수용되는 경우로서, 캐니스터는 일 단이 개방되고 사용후핵연료가 장착되도록 하는 내부 공간을 갖는 본체; 본체의 개방된 일 단에 안착되어 본체에 고정되는 커버;를 포함하는 케이스를 포함할 수 있다. 이때 본체와 커버의 결합 방법은 공지된 체결 수단이면 무방하며, 예를 들어 볼트-너트 결합과 같은 외부 고정 부재 및/또는 용접 등을 예로 들 수 있다.As a specific example, when the spent fuel is accommodated after the canister is finally manufactured, the canister includes: a main body having an inner space that is opened at one end and allows the spent fuel to be mounted; It may include a case including; a cover seated on the open end of the body and fixed to the body. In this case, the coupling method of the main body and the cover may be any known fastening means, and for example, an external fixing member such as bolt-nut coupling and/or welding may be used.

구체적인 일 예로, 캐니스터의 제조 과정 중에 사용후핵연료가 수용된 상태에서 제조 과정이 완료되는 경우로서, 1차 소결의 경우 레이저를 통해 진행될 수 있으므로 사용후핵연료에 열을 전달하지 않고 안전하게 3D 프린팅 기법을 이용한 케이스 성형이 가능하며, 이후 2차 소결은 사용후핵연료를 기준으로 사용후핵연료의 하단부에서 측면부에 이어 상단부까지 3D 프린팅 기법으로 캐니스터 성형물을 형성(레이저 등의 열원을 이용한 1차 소결 포함)한 후(이때 사용후핵연료는 성형물 내부에 위치할 필요 없음), 2차 소결하여 캐니스터 본체를 제조한다. 그리고 상기 본체에 사용후핵연료를 장입한 후, 본체의 상단부에서 3D 프린팅 기법으로 커버를 이어서 성형 및 소결(1차 및 2차)하여 캐니스터를 일체로 제조한다. 이 경우, 본체 내부에 사용후핵연료가 수용되어 있으면서 본체와 커버가 일체화됨에 따라 캐니스터가 일체화된 견고한 구조를 가지게 되어 구조 안정성 및 내구성이 현저히 우수한 효과가 있다.As a specific example, the manufacturing process is completed while the spent fuel is received during the manufacturing process of the canister.Since the primary sintering can be performed through laser, it is possible to safely use 3D printing techniques without transferring heat to the spent fuel. Case molding is possible, and the secondary sintering is based on the spent fuel, after forming the canister molded product (including the primary sintering using a heat source such as laser) by 3D printing from the lower end of the spent fuel to the side and then the upper end. (At this time, the spent fuel does not need to be located inside the molding), and the canister body is manufactured by secondary sintering. Then, after the spent nuclear fuel is charged into the main body, the cover is subsequently formed and sintered (primary and secondary) by 3D printing at the upper end of the main body to integrally manufacture the canister. In this case, the spent nuclear fuel is accommodated in the main body, and as the main body and the cover are integrated, the canister has a solid structure in which the canister is integrated, so that structural stability and durability are remarkably excellent.

일 구체예에서, 사용후핵연료 캐니스터는 사용후핵연료 건식 보관용 용기일 수 있으며, 사용후핵연료의 운송, 저장 또는 운송과 저장을 위한 용기일 수 있다.In one embodiment, the spent fuel canister may be a container for dry storage of spent nuclear fuel, and may be a container for transport, storage, or transport and storage of the spent nuclear fuel.

Claims (19)

사용후핵연료가 수용되도록 하는 내부 공간을 가지는 케이스를 포함하는 사용후핵연료 캐니스터로서,
상기 케이스는 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어지되, 상기 금속층과 상기 차폐층이 일체를 이루며,
상기 차폐층은 금속 매트릭스 및 중성자 차폐재의 분산상을 포함하며,
상기 금속층은, 제1유리전이온도를 갖는 제1비정질합금이 결정화된 제1결정질합금; 및 상기 제1유리전이온도보다 높은 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금;을 포함하며,
상기 차폐층의 금속 매트릭스는 상기 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 캐니스터.
As a spent nuclear fuel canister comprising a case having an inner space to accommodate the spent nuclear fuel,
The case is made of a metal layer on the inner surface and a shielding layer on the outer surface, and the metal layer and the shielding layer are integrally formed,
The shielding layer comprises a dispersed phase of a metal matrix and a neutron shielding material,
The metal layer includes: a first crystalline alloy in which a first amorphous alloy having a first glass transition temperature is crystallized; And a second amorphous alloy having a second glass transition temperature higher than the first glass transition temperature,
A spent fuel canister, characterized in that the metal matrix of the shielding layer comprises a second amorphous alloy having the second glass transition temperature.
제1항에 있어서,
상기 금속층의 금속 입자와 상기 차폐층의 금속 매트릭스의 금속 입자는 서로 입계를 이루어 연속체를 이루는 것인 사용후핵연료 캐니스터.
The method of claim 1,
The spent fuel canister, wherein the metal particles of the metal layer and the metal particles of the metal matrix of the shielding layer form a continuum by forming a grain boundary with each other.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1유리전이온도는 450℃ 이상인 사용후핵연료 캐니스터.
The method of claim 1,
The spent nuclear fuel canister having the first glass transition temperature of 450°C or higher.
제1항에 있어서,
상기 금속층은 상기 제1결정질합금 100 중량부에 대하여 상기 제2비정질합금 25 내지 400 중량부를 포함하는 사용후핵연료 캐니스터.
The method of claim 1,
The metal layer is a spent fuel canister comprising 25 to 400 parts by weight of the second amorphous alloy based on 100 parts by weight of the first crystalline alloy.
제1항에 있어서,
상기 금속층과 상기 차폐층의 두께 비는 100:10~100인 사용후핵연료 캐니스터.
The method of claim 1,
Spent fuel canister with a thickness ratio of the metal layer and the shielding layer of 100:10 to 100.
제6항에 있어서,
상기 케이스의 두께는 5 내지 50 mm인 사용후핵연료 캐니스터.
The method of claim 6,
The thickness of the case is 5 to 50 mm spent nuclear fuel canister.
제1항에 있어서,
상기 차폐층은 상기 금속 매트릭스 100 중량부에 대하여 상기 중성자 차폐재 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 사용후핵연료 캐니스터.
The method of claim 1,
The shielding layer is a spent fuel canister comprising 0.1 to 10 parts by weight of the neutron shielding material based on 100 parts by weight of the metal matrix.
제1항에 있어서,
상기 금속층의 금속과 상기 차폐층의 금속은 서로 독립적으로 Fe계, Cu계, Al계, Mg계, Zr계, Ca계, Ti계, Ni계, Co계 및 Hf계 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 사용후핵연료 캐니스터.
The method of claim 1,
The metal of the metal layer and the metal of the shielding layer are independently of each other, one or two selected from Fe-based, Cu-based, Al-based, Mg-based, Zr-based, Ca-based, Ti-based, Ni-based, Co-based, and Hf-based. Spent fuel canister including the above.
제1항에 있어서,
상기 중성자 차폐재는 탄화붕소, 질화붕소, 산화붕소, 붕산아연, 수산화알루미늄, 하프늄, 하프늄이붕소화물, 티타늄이붕소화물, 페로보론 및 이산화우라늄 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 사용후핵연료 캐니스터.
The method of claim 1,
The neutron shielding material is a spent nuclear fuel comprising any one or two or more selected from boron carbide, boron nitride, boron oxide, zinc borate, aluminum hydroxide, hafnium, hafnium diboride, titanium diboride, ferroboron and uranium dioxide Canister.
사용후핵연료가 수용되도록 하는 내부 공간을 가지는 케이스를 포함하는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법으로서,
금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 3D 프린팅하여 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계 및
상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 포함하며,
상기 금속층 조성물은 금속 분말을 함유하고, 상기 차폐층 조성물은 금속 분말 및 중성자 차폐재를 함유하는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
As a method of manufacturing a spent fuel canister comprising a case having an internal space to accommodate the spent fuel,
A forming step of 3D printing the metal layer composition and the shielding layer composition by using a layer by layer technique to manufacture a case of a three-dimensional molded article whose inner surface is made of a metal layer and the outer surface is made of a shielding layer, and
Including a heat treatment step of heat treatment of the three-dimensional molding,
The metal layer composition contains a metal powder, and the shielding layer composition is a method of manufacturing a spent nuclear fuel canister containing metal powder and a neutron shielding material.
제11항에 있어서,
상기 금속층 조성물의 금속 분말은 제1유리전이온도를 갖는 제1비정질합금; 및 상기 제1유리전이온도보다 높은 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금;을 포함하고, 상기 차폐층 조성물의 금속 분말은 상기 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금을 포함하며,
상기 열처리 단계는 1차 소결 단계 및 2차 소결 단계를 포함하며,
상기 1차 소결 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 제1유리전이온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 제2유리전이온도 미만 범위이며,
상기 2차 소결 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 결정화개시온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 결정화개시온도 미만 범위인 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
The method of claim 11,
The metal powder of the metal layer composition may include a first amorphous alloy having a first glass transition temperature; And a second amorphous alloy having a second glass transition temperature higher than the first glass transition temperature, wherein the metal powder of the shielding layer composition includes a second amorphous alloy having the second glass transition temperature,
The heat treatment step includes a first sintering step and a second sintering step,
In the first sintering step, the sintering temperature is in a range equal to or higher than the first glass transition temperature of the first amorphous alloy and less than the second glass transition temperature of the second amorphous alloy,
In the second sintering step, the sintering temperature is in a range equal to or higher than the crystallization initiation temperature of the first amorphous alloy and less than the crystallization initiation temperature of the second amorphous alloy.
제12항에 있어서,
상기 1차 소결 단계에서, 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 액상으로 전환되고, 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 고체상을 유지하며,
상기 2차 소결 단계에서, 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 결정화되어 고체상으로 전환되고, 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 액상으로 전환되는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
The method of claim 12,
In the first sintering step, during sintering, the first amorphous alloy of the metal layer is converted to a liquid phase, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer maintains a solid phase,
In the second sintering step, during sintering, the first amorphous alloy of the metal layer is crystallized and converted to a solid phase, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer is converted to a liquid phase.
제11항에 있어서,
상기 성형 단계에서, 금속층 조성물 및 차폐층 조성물은 바인더를 더 포함하며,
상기 열처리 단계에서, 열처리에 의해 성형물 내 바인더가 제거되는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
The method of claim 11,
In the molding step, the metal layer composition and the shielding layer composition further include a binder,
In the heat treatment step, a method of manufacturing a spent fuel canister in which the binder in the molded product is removed by heat treatment.
제11항에 있어서,
상기 성형 단계는 금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 분말상 면 형성 공정과 접착 조성물 분사 공정을 포함하는 단위 공정을 반복하여 3D 프린팅하여, 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계를 포함하며,
상기 접착 조성물 분사 공정은 바인더 및 용매를 포함하는 접착 조성물을 형성된 분말상 면에 분사하는 공정이며,
상기 열처리 단계에서, 열처리에 의해 성형물 내 바인더가 제거되는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
The method of claim 11,
In the forming step, the metal layer composition and the shielding layer composition are 3D printed by repeating a unit process including a powdery surface forming process and an adhesive composition spraying process using a layer by layer technique, whereby the inner surface is made of a metal layer and the outer surface is shielded. It includes a forming step of manufacturing a case of a three-dimensional molded article consisting of a layer,
The adhesive composition spraying process is a process of spraying an adhesive composition containing a binder and a solvent onto the formed powdery surface,
In the heat treatment step, a method of manufacturing a spent fuel canister in which the binder in the molded product is removed by heat treatment.
사용후핵연료가 수용되도록 하는 내부 공간을 가지는 케이스를 포함하는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법으로서,
금속층 조성물 및 차폐층 조성물을 면대면(layer by layer) 기법으로 분말상 면 형성 공정과 소결 공정을 포함하는 단위 공정을 반복하여 3D 프린팅하여, 내면이 금속층으로 이루어지고 외면이 차폐층으로 이루어진 3차원 성형물의 케이스를 제조하는 성형 단계를 포함하며,
상기 금속층 조성물은 금속 분말을 함유하고, 상기 차폐층 조성물은 금속 분말 및 중성자 차폐재를 함유하는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
As a method of manufacturing a spent fuel canister comprising a case having an internal space to accommodate the spent fuel,
The metal layer composition and the shielding layer composition are 3D printed by repeating a unit process including a powdery surface forming process and a sintering process using a layer by layer technique, and the inner surface is made of a metal layer and the outer surface is made of a shielding layer. And a molding step of manufacturing a case of,
The metal layer composition contains a metal powder, and the shielding layer composition is a method of manufacturing a spent nuclear fuel canister containing metal powder and a neutron shielding material.
제16항에 있어서,
상기 성형 단계 이후에, 상기 3차원 성형물을 열처리하는 열처리 단계를 더 포함하며,
상기 금속층 조성물의 금속 분말은 제1유리전이온도를 갖는 제1비정질합금; 및 상기 제1유리전이온도보다 높은 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금;을 포함하고, 상기 차폐층 조성물의 금속 분말은 상기 제2유리전이온도를 갖는 제2비정질합금을 포함하며,
상기 성형 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 제1유리전이온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 제2유리전이온도 미만 범위이며,
상기 열처리 단계에서, 소결 온도는 상기 제1비정질합금의 결정화개시온도 이상 및 상기 제2비정질합금의 결정화개시온도 미만 범위인 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
The method of claim 16,
After the forming step, further comprising a heat treatment step of heat-treating the three-dimensional molding,
The metal powder of the metal layer composition may include a first amorphous alloy having a first glass transition temperature; And a second amorphous alloy having a second glass transition temperature higher than the first glass transition temperature, wherein the metal powder of the shielding layer composition includes a second amorphous alloy having the second glass transition temperature,
In the molding step, the sintering temperature is in a range equal to or higher than the first glass transition temperature of the first amorphous alloy and less than the second glass transition temperature of the second amorphous alloy,
In the heat treatment step, the sintering temperature is above the crystallization initiation temperature of the first amorphous alloy and less than the crystallization initiation temperature of the second amorphous alloy.
제17항에 있어서,
상기 성형 단계에서, 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 액상으로 전환되고, 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 고체상을 유지하며,
상기 열처리 단계에서, 소결 시 금속층의 제1비정질합금은 결정화되어 고체상으로 전환되고, 금속층과 차폐층의 제2비정질합금은 액상으로 전환되는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
The method of claim 17,
In the forming step, during sintering, the first amorphous alloy of the metal layer is converted to a liquid phase, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer maintains a solid phase,
In the heat treatment step, during sintering, the first amorphous alloy of the metal layer is crystallized and converted into a solid phase, and the second amorphous alloy of the metal layer and the shielding layer is converted to a liquid phase.
제11항 내지 제15항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열처리 단계를 통해 상기 금속층의 금속 입자와 상기 차폐층의 금속 매트릭스의 금속 입자가 서로 입계를 이루어 연속체를 이루는 상태로 전환되는 사용후핵연료 캐니스터의 제조 방법.
The method according to any one of claims 11 to 15, 17 and 18,
The method of manufacturing a spent fuel canister in which the metal particles of the metal layer and the metal particles of the metal matrix of the shielding layer form a continuum through the heat treatment step.
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