KR20210056930A - Multi-layered aluminium composite material for absorbing neutron and methods of fabricating the same - Google Patents

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KR20210056930A
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a neutron-absorbing aluminum composite material of a multi-layer structure comprises: a first composite material layer having a first aluminum matrix and first neutron-absorbing particles dispersed in the first aluminum matrix; and a neutron-absorbing enhancing layer comprising second aluminum or a magnesium matrix and second neutron-absorbing particles dispersed in the second aluminum or the magnesium matrix, wherein the neutron-absorbing enhancing layer is interposed in the first composite material layer in a layered structure.

Description

다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재 및 그 제조방법{Multi-layered aluminium composite material for absorbing neutron and methods of fabricating the same}Multi-layered aluminum composite material for absorbing neutron and methods of fabricating the same}

본 발명은 알루미늄 복합소재 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재 및 그 제조방법에 대한 것이다. The present invention relates to an aluminum composite material and a method of manufacturing the same, and to a neutron-absorbing aluminum composite material having a multilayer structure and a method of manufacturing the same.

재난의 글로벌화, 복합화, 대형화에 따른 피해를 예방하고 방지하도록 사회기반시설의 수명 및 안전성을 담보할 수 있는 안전소재 개발이 사회적 이슈로 부각되고 있다. 특히, 일본의 동북 지방 대지진으로 인한 후쿠시마 원전사태를 겪으면서, 원전 운용에서 사용 후 핵연료 보관 및 수송에 사용되는 중성자 차폐/흡수용 핵심 소재의 개발에 대한 요구가 증대되고 있다. The development of safety materials that can guarantee the longevity and safety of social infrastructure to prevent and prevent damage caused by the globalization, complexity, and enlargement of disasters is emerging as a social issue. In particular, while experiencing the Fukushima nuclear power plant crisis caused by the major earthquake in the northeast of Japan, demand for the development of core materials for shielding/absorbing neutrons used for storing and transporting spent nuclear fuel in nuclear power plant operations is increasing.

한국공개특허 제20140092480호 (2014-07-24)Korean Patent Publication No. 20140092480 (2014-07-24)

본 발명은 중성자 흡수능을 증대시킬 수 있는 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to provide a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material capable of increasing neutron-absorbing capacity and a method of manufacturing the same. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 제공한다. According to an aspect of the present invention for solving the above problems, a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material is provided.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재는 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층; 및 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지 내 분산된 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층;을 포함한다. The multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material includes: a first composite material layer having a first aluminum base and first neutron-absorbing particles dispersed in the first aluminum base; And a second aluminum or magnesium matrix and a second neutron absorbing particle dispersed in the second aluminum or magnesium matrix, but interposed in a layered structure in the first composite material layer, a neutron absorption reinforcing layer.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서, 상기 제 1 중성자 흡수 입자는 붕소계 중성자 흡수 입자이고, 상기 제 2 중성자 흡수 입자는 탄화붕소 입자일 수 있다. In the multilayered neutron absorbing aluminum composite material, the first neutron absorbing particles may be boron-based neutron absorbing particles, and the second neutron absorbing particles may be boron carbide particles.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서, 상기 제 1 중성자 흡수 입자는 붕소계 중성자 흡수 입자이고, 상기 제 2 중성자 흡수 입자는 가돌리늄 산화물 입자일 수 있다. In the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material, the first neutron-absorbing particles may be boron-based neutron-absorbing particles, and the second neutron-absorbing particles may be gadolinium oxide particles.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서, 상기 제 1 중성자 흡수 입자는 붕소계 중성자 흡수 입자이고, 상기 제 2 중성자 흡수 입자는 BNNT 입자일 수 있다. In the multilayered neutron absorbing aluminum composite material, the first neutron absorbing particles may be boron-based neutron absorbing particles, and the second neutron absorbing particles may be BNNT particles.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서, 상기 제 1 중성자 흡수 입자는 붕소계 중성자 흡수 입자이고, 상기 제 2 중성자 흡수 입자는 BN, TiB2, Sm2O3, Al3Sm, Al2Sm 및 AlSm 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 입자일 수 있다. In the multilayered neutron absorbing aluminum composite material, the first neutron absorbing particles are boron-based neutron absorbing particles, and the second neutron absorbing particles are BN, TiB 2 , Sm 2 O 3 , Al 3 Sm, Al 2 Sm, and It may be at least one or more particles selected from AlSm.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재는 상기 제 1 복합소재층의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 알루미늄층을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 알루미늄층을 덮는 붕소 또는 가돌리늄을 첨가한 스틸층을 더 포함할 수 있다. The multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material may further include an aluminum layer disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer. Further, it may further include a steel layer to which boron or gadolinium is added covering the aluminum layer.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재는 상기 제 1 복합소재층의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 스틸층을 더 포함할 수 있다. The multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material may further include a steel layer disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention for solving the above problems, there is provided a method of manufacturing a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 제조방법은 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재 구조체를 준비하는 단계; 상기 제 1 복합소재 구조체의 중앙부를 적어도 일부 관통하는 오목홈을 형성하는 단계; 상기 오목홈에 알루미늄 분말과 제 2 중성자 흡수 입자 분말의 혼합분말을 장입하는 단계; 상기 혼합분말이 장입된 상기 제 1 복합소재 구조체를 열간 압연하는 단계;를 포함한다.The method of manufacturing the multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material includes: preparing a first composite material structure including a first aluminum base and first neutron-absorbing particles dispersed in the first aluminum base; Forming a concave groove penetrating at least a portion of the central portion of the first composite material structure; Charging the mixed powder of the aluminum powder and the second neutron absorbing particle powder into the concave groove; And hot rolling the first composite material structure loaded with the mixed powder.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 제조방법에서, 상기 열간 압연하는 단계는 알루미늄의 융점 이하의 온도에서 수행할 수 있다. In the method of manufacturing the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material, the hot rolling may be performed at a temperature equal to or lower than the melting point of aluminum.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재 및 그 제조방법에 의하면, 중성자 흡수능을 의미있는 수준으로 증대시킬 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material of the present invention made as described above and a method for manufacturing the same, it is possible to increase the neutron-absorbing capacity to a meaningful level. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 다양한 일 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 도해하는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 다양한 실시예들에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 촬영한 사진들이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 시편에서 시간에 따른 단위 면적당 무게 감소 양상을 도해하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합소재의 모식도이고, 도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합소재를 촬영한 사진이다.
도 12는 본 발명의 제 1 비교예에 따른 복합소재의 모식도이고, 도 13은 본 발명의 제 1 비교예에 따른 복합소재를 촬영한 사진이다.
도 14는 본 발명의 제 1 비교예와 제 1 실시예에 따른 복합소재의 열중성자 흡수 단면적계수를 비교한 그래프이다.
도 15는 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 구성하는 중성자 흡수 입자의 크기에 따른 중성자 흡수능을 비교한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 제조방법을 순차적으로 도해하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실험예4 및 실험예5에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 평면 촬영한 사진들이다.
도 18은 본 발명의 실험예4에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 단면 촬영한 사진들이다.
도 19는 본 발명의 실험예4에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서 중성자 흡수 강화층 및 인접 영역에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 실험예5에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 단면 촬영한 사진들 및 중성자 흡수 강화층 및 인접 영역에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 실험예4-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 단면 촬영한 사진들이다.
도 22는 본 발명의 실험예4-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서 중성자 흡수 강화층과 제 1 복합소재층의 경계 영역(도 22의 (a)에서 점선 원으로 표시한 영역)에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 실험예4-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서 중성자 흡수 강화층의 전체 두께에 해당하는 전 영역에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 실험예5-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 단면 촬영한 사진들이다.
도 25는 본 발명의 실험예5-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서 중성자 흡수 강화층과 제 1 복합소재층의 경계 영역(도 25의 (a)에서 점선 원으로 표시한 영역)에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 26은 본 발명의 실험예에서 중성자 차폐능을 테스트하는 장비를 도해하는 도면이다.
도 27은 본 발명의 실험예에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 중성자 흡수 단면적 계수를 비교한 그래프이다.
1 to 5 are views illustrating a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to various embodiments of the present disclosure.
6 is a diagram schematically illustrating a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to another embodiment of the present invention.
7 are photographs of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to various embodiments shown in FIG. 6.
8 is a graph illustrating a weight reduction pattern per unit area over time in a specimen according to an experimental example of the present invention.
9 is a diagram schematically illustrating a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to another embodiment of the present invention.
10 is a schematic diagram of a composite material according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a photograph of the composite material according to the first embodiment of the present invention.
12 is a schematic diagram of a composite material according to the first comparative example of the present invention, and FIG. 13 is a photograph of the composite material according to the first comparative example of the present invention.
14 is a graph comparing the thermal neutron absorption cross-sectional area coefficients of the composite material according to the first comparative example and the first example of the present invention.
15 is a view comparing neutron absorption capacity according to the size of neutron absorbing particles constituting the neutron absorbing aluminum composite material.
16 is a diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to an embodiment of the present invention.
17 is a plan view photographs of a multilayered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Examples 4 and 5 of the present invention.
18 is a cross-sectional view of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4 of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing the results of EPMA analysis in a neutron-absorbing enhanced layer and adjacent regions in a multilayered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4 of the present invention.
FIG. 20 is a cross-sectional view of photographs of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 5 of the present invention, and a view showing EPMA analysis results in a neutron-absorbing enhanced layer and adjacent regions.
21 is a cross-sectional view of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4-1 of the present invention.
22 is a boundary area between the neutron absorbing reinforcing layer and the first composite material layer in the multilayered neutron absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4-1 of the present invention (shown by dotted circles in FIG. 22(a)). Area) is a diagram showing the EPMA analysis result.
23 is a view showing the EPMA analysis results in all regions corresponding to the total thickness of the neutron absorption reinforcing layer in the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4-1 of the present invention.
24 is a cross-sectional view of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 5-1 of the present invention.
FIG. 25 is a boundary area between the neutron absorption reinforcing layer and the first composite material layer in the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 5-1 of the present invention (shown by dotted circles in FIG. 25(a)). Area) is a diagram showing the EPMA analysis result.
26 is a diagram illustrating an equipment for testing neutron shielding ability in an experimental example of the present invention.
27 is a graph comparing neutron absorption cross-sectional area coefficients of a multilayered neutron absorption aluminum composite material implemented according to an experimental example of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to completely convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 다양한 일 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 도해하는 도면들이다. 1 to 5 are views illustrating a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to various embodiments of the present disclosure.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 다양한 일 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)는 제 1 알루미늄 기지(112)와 상기 제 1 알루미늄 기지(112) 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자(114)를 구비하는 제 1 복합소재층(110); 및 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 제 2 중성자 흡수 입자(124a, 124b, 124c, 124d, 124e)를 구비하되, 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층(120);을 포함한다. 1 to 5, a multilayered neutron-absorbing aluminum composite material 100 according to various embodiments of the present invention includes a first aluminum base 112 and a first aluminum base 112 dispersed therein. A first composite material layer 110 having a neutron absorbing particle 114; And a second aluminum or magnesium base 122 and second neutron absorbing particles 124a, 124b, 124c, 124d, 124e dispersed in the second aluminum or magnesium base 122, but the first composite material layer ( 110) interposed in a layered structure, the neutron absorption reinforcing layer 120; includes.

다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)의 전체 두께는, 예를 들어, 1.5 내지 2mm이며, 이 중에서 중성자 흡수 강화층(120)은, 예를 들어, 100 내지 300㎛의 두께를 가질 수 있다. 중성자 흡수 강화층(120)는 상대적으로 고밀도의 중간층이며, 이러한 고밀도 영역이 중성자 흡수능을 향상시킬 수 있다. The total thickness of the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material 100 is, for example, 1.5 to 2 mm, of which the neutron-absorbing reinforcing layer 120 may have a thickness of, for example, 100 to 300 μm. . The neutron absorption enhancement layer 120 is a relatively high-density intermediate layer, and such a high-density region can improve neutron absorption capacity.

본원에 있어서, 제 1 알루미늄 기지(112) 및/또는 제 2 알루미늄 기지(122)는 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, Al6061 합금으로 이루어질 수 있다. 알루미늄은 높은 연성을 가지는 물질이다.In the present application, the first aluminum base 112 and/or the second aluminum base 122 may be made of pure aluminum or an aluminum alloy, for example, an Al6061 alloy. Aluminum is a material with high ductility.

제 1 알루미늄 기지(112)와 상기 제 1 알루미늄 기지(112) 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자(114)를 구비하는 제 1 복합소재층(110)은 중성자 흡수재의 기능을 수행할 수 있다. 제 1 중성자 흡수 입자(114)는 붕소계의 중성자 흡수 입자일 수 있으며, 예를 들어, 탄화붕소(B4C)일 수 있다. 제 1 복합소재층(110) 중에서 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 체적분율은 60% 미만일 수 있다. The first composite material layer 110 including the first aluminum base 112 and the first neutron absorbing particles 114 dispersed in the first aluminum base 112 may function as a neutron absorbing material. The first neutron absorbing particles 114 may be boron-based neutron absorbing particles, for example, boron carbide (B 4 C). The volume fraction of the first neutron absorbing particles 114 in the first composite material layer 110 may be less than 60%.

탄화붕소(B4C)를 구성하는 붕소(B)는 중성자 흡수 기능을 가지는 물질이다. 탄화붕소(B4C)는 공유결합성 물질이며, 높은 융점(2450℃), 높은 경도(누프경도 2800㎏/㎟)를 특징으로 한다. 천연 붕소는 원자량 10인 동위체 10B를 약 20% 함유하고 10β는 중성자의 흡수능력이 크기 때문에 이 둘을 합친 붕소화합물은 원자로의 제어재 혹은 중성자의 차폐재로 이용될 수 있다. 탄화붕소는 붕소 함유량이 많고, 화학적ㆍ열적으로도 안정되며 기계적 특성이 우수하다. Boron (B) constituting boron carbide (B 4 C) is a material having a neutron absorption function. Boron carbide (B 4 C) is a covalently bonded material, and is characterized by a high melting point (2450° C.) and high hardness (Knoop hardness: 2800 kg/mm2). Since natural boron contains about 20% of the isotope 10 B having an atomic weight of 10, and 10 β has a large absorption capacity of neutrons, the boron compound that combines the two can be used as a control material for a nuclear reactor or a shielding material for neutrons. Boron carbide contains a lot of boron, is chemically and thermally stable, and has excellent mechanical properties.

제 1 복합소재층(110)을 구현하는 제조 방법은 다양하다. 예를 들어, 알루미늄 분말과 탄화붕소 분말을 혼합한 혼합분말을 압연하면, 고연성인 알루미늄 분말 입자가 압연에 의해 소성변형하면서 서로 일체화하여 알루미늄 기지가 되고 탄화붕소 분말은 상기 알루미늄 기지 내에 입자로 분산되어 최종적으로 제 1 알루미늄 기지(112)와 상기 제 1 알루미늄 기지(112) 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자(114)를 구비하는 제 1 복합소재층(110)을 구현할 수 있다. There are various manufacturing methods for implementing the first composite material layer 110. For example, when a mixed powder mixed with aluminum powder and boron carbide powder is rolled, highly ductile aluminum powder particles are plastically deformed by rolling and are integrated with each other to become an aluminum matrix, and the boron carbide powder is dispersed as particles in the aluminum matrix. Finally, the first composite material layer 110 including the first aluminum base 112 and the first neutron absorbing particles 114 dispersed in the first aluminum base 112 may be implemented.

상기 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)에서, 중성자 흡수 강화층(120; 120a, 120b, 120c, 120d, 120e)을 구성하는 제 2 중성자 흡수 입자(124a, 124b, 124c, 124d, 124e)는 제 1 복합소재층(110)을 구성하는 제 1 중성자 흡수 입자(114)보다 입자크기가 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기는 대략 40㎛임에 반하여, 제 2 중성자 흡수 입자(124a, 124b, 124c, 124d, 124e)는 대략 1㎛ 정도의 입자크기를 가질 수 있다. In the multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material 100, the second neutron-absorbing particles (124a, 124b, 124c, 124d, 124e) constituting the neutron-absorbing enhanced layer (120; 120a, 120b, 120c, 120d, 120e) May have a smaller particle size than the first neutron absorbing particles 114 constituting the first composite material layer 110. For example, while the particle size of the first neutron absorbing particles 114 is approximately 40 μm, the second neutron absorbing particles 124a, 124b, 124c, 124d, and 124e may have a particle size of approximately 1 μm. have.

다만, 본 발명의 변형된 다른 실시예들에서는, 중성자 흡수 강화층(120)을 구성하는 제 2 중성자 흡수 입자(124a, 124b, 124c, 124d, 124e)의 입자크기는 제 1 복합소재층(110)을 구성하는 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기 이상일 수도 있다. However, in other modified embodiments of the present invention, the particle size of the second neutron absorbing particles 124a, 124b, 124c, 124d, 124e constituting the neutron absorbing enhanced layer 120 is the first composite material layer 110 It may be larger than the particle size of the first neutron absorbing particles 114 constituting ).

본 발명자는 중성자 흡수 강화층(120)이 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되는 구성을 가지는 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)는 중성자 흡수능이 현저하게 개선됨을 발견하였다. The present inventors have found that the neutron-absorbing aluminum composite material 100 having a multi-layered structure having a configuration in which the neutron-absorbing enhanced layer 120 is interposed in the first composite material layer 110 in a layered structure has a remarkably improved neutron-absorbing ability.

이하에서는 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)를 구성하는 중성자 흡수 강화층(120)의 구체적인 다양한 실시예들을 살펴본다. Hereinafter, various specific embodiments of the neutron-absorbing enhanced layer 120 constituting the multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material 100 will be described.

도 1을 참조하면, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)에서, 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 제 2 탄화붕소 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124a)를 구비하는 중성자 흡수 강화층(120a)이 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재된다. 예를 들어, 중성자 흡수 강화층(120a)은 제 1 복합소재층(110)의 중앙부에 층상 구조로 개재될 수 있다. Referring to FIG. 1, in a multilayered neutron-absorbing aluminum composite material 100, a second aluminum or magnesium matrix 122 and a second boron carbide particle dispersed in the second aluminum or magnesium matrix 122 The neutron absorption reinforcing layer 120a including the neutron absorption particles 124a is interposed in the first composite material layer 110 in a layered structure. For example, the neutron absorption reinforcing layer 120a may be interposed in a layered structure at the center of the first composite material layer 110.

제 1 중성자 흡수 입자(114)는 붕소계의 중성자 흡수 입자일 수 있으며, 예를 들어, 탄화붕소(B4C)일 수 있다. 제 2 중성자 흡수 입자(124a)는, 예를 들어, 탄화붕소(B4C) 입자일 수 있다. 중성자 흡수 강화층(120a) 중에서 제 2 중성자 흡수 입자(124a)인 탄화붕소(B4C) 입자의 체적분율은 60% 미만일 수 있다. The first neutron absorbing particles 114 may be boron-based neutron absorbing particles, for example, boron carbide (B 4 C). The second neutron absorbing particles 124a may be, for example, boron carbide (B 4 C) particles. The volume fraction of the boron carbide (B 4 C) particles, which are the second neutron absorbing particles 124a in the neutron absorption enhancing layer 120a, may be less than 60%.

한편, 제 2 탄화붕소 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124a)의 입자크기는 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기는 대략 40㎛임에 반하여, 제 2 탄화붕소 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124a)는 대략 1㎛ 내외 정도의 입자크기를 가질 수 있다. Meanwhile, the particle size of the second neutron absorbing particles 124a, which is the second boron carbide particles, may be smaller than the particle size of the first neutron absorbing particles 114. For example, the first neutron absorbing particles 114 may have a particle size of approximately 40 μm, whereas the second boron carbide particles, the second neutron absorbing particles 124a, may have a particle size of approximately 1 μm. .

도 2를 참조하면, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)에서, 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 가돌리늄 산화물 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124b)를 구비하는 중성자 흡수 강화층(120b)이 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재된다. 예를 들어, 중성자 흡수 강화층(120b)은 제 1 복합소재층(110)의 중앙부에 층상 구조로 개재될 수 있다. Referring to FIG. 2, in the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material 100, the second aluminum or magnesium base 122 and the second neutron absorbing gadolinium oxide particles dispersed in the second aluminum or magnesium base 122 The neutron absorption enhancing layer 120b including the particles 124b is interposed in the first composite material layer 110 in a layered structure. For example, the neutron absorption reinforcing layer 120b may be interposed in a layered structure at the center of the first composite material layer 110.

제 1 중성자 흡수 입자(114)는 붕소계의 중성자 흡수 입자일 수 있으며, 예를 들어, 탄화붕소(B4C)일 수 있다. 제 2 중성자 흡수 입자(124b)는, 예를 들어, 가돌리늄 산화물 입자일 수 있다. The first neutron absorbing particles 114 may be boron-based neutron absorbing particles, for example, boron carbide (B 4 C). The second neutron absorbing particles 124b may be, for example, gadolinium oxide particles.

중성자 흡수 강화층(120a) 중에서 제 2 중성자 흡수 입자(124b)인 가돌리늄 산화물 입자의 체적분율은 50% 미만일 수 있다. The volume fraction of the gadolinium oxide particles, which is the second neutron absorbing particles 124b, in the neutron absorption enhancing layer 120a may be less than 50%.

가돌리늄은 중성자 흡수단면적이 44,000 barn 수준으로서 중성자 흡수능이 우수한 물질이다. 한편, 가돌리늄 산화물 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124b)의 입자크기는 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기는 대략 40㎛임에 반하여, 가돌리늄 산화물 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124b)는 대략 1㎛ 내외 정도의 입자크기를 가질 수 있다. Gadolinium has a neutron absorption cross-sectional area of 44,000 barn, which is excellent in absorbing neutrons. Meanwhile, the particle size of the second neutron absorbing particles 124b, which are gadolinium oxide particles, may be smaller than the particle size of the first neutron absorbing particles 114. For example, the first neutron absorbing particles 114 may have a particle size of about 40 μm, while the second neutron absorbing particles 124b, which are gadolinium oxide particles, may have a particle size of about 1 μm.

도 3을 참조하면, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)에서, 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 BNNT 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124c)를 구비하는 중성자 흡수 강화층(120c)이 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재된다. 예를 들어, 중성자 흡수 강화층(120c)은 제 1 복합소재층(110)의 중앙부에 층상 구조로 개재될 수 있다. 3, in the neutron-absorbing aluminum composite material 100 having a multilayer structure, the second neutron-absorbing particles, which are BNNT particles dispersed in the second aluminum or magnesium base 122 and the second aluminum or magnesium base 122 The neutron absorption enhancing layer 120c having (124c) is interposed in the first composite material layer 110 in a layered structure. For example, the neutron absorption reinforcing layer 120c may be interposed in a layered structure at the center of the first composite material layer 110.

질화붕소나노튜브(BNNT)는 평면 소재인 그래핀의 탄소를 붕소와 질소로 치환한 소재로서, 탄소나노튜브와 유사한 열전도 및 기계적 특성을 가지고 있으며, 800℃ 이상의 고온에서 열적, 화학적 안정성을 가지며, 열중성자 흡수력이 뛰어난 물질이다. Boron nitride nanotube (BNNT) is a material obtained by substituting carbon of graphene, which is a planar material, with boron and nitrogen, has similar thermal conduction and mechanical properties to carbon nanotubes, and has thermal and chemical stability at high temperatures of 800°C or higher. It is a material with excellent thermal neutron absorption.

제 1 중성자 흡수 입자(114)는 붕소계의 중성자 흡수 입자일 수 있으며, 예를 들어, 탄화붕소(B4C)일 수 있다. 제 2 중성자 흡수 입자(124c)는, 예를 들어, BNNT 입자일 수 있다. The first neutron absorbing particles 114 may be boron-based neutron absorbing particles, for example, boron carbide (B 4 C). The second neutron absorbing particles 124c may be, for example, BNNT particles.

중성자 흡수 강화층(120a) 중에서 제 2 중성자 흡수 입자(124c)인 BNNT 입자의 체적분율은 30% 미만일 수 있다. The volume fraction of BNNT particles, which is the second neutron absorbing particles 124c, in the neutron absorption enhancing layer 120a may be less than 30%.

한편, BNNT 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124c)의 입자크기는 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기는 대략 40㎛임에 반하여, BNNT 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124c)는 대략 1㎛ 내외 정도의 입자크기를 가질 수 있다. Meanwhile, the particle size of the second neutron absorbing particles 124c, which are BNNT particles, may be smaller than the particle size of the first neutron absorbing particles 114. For example, the first neutron absorbing particles 114 may have a particle size of about 40 μm, whereas the second neutron absorbing particles 124c, which are BNNT particles, may have a particle size of about 1 μm.

도 4를 참조하면, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)에서, 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 BN, TiB2, Sm2O3, Al3Sm, Al2Sm 및 AlSm 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124d)를 구비하는 중성자 흡수 강화층(120d)이 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재된다. 예를 들어, 중성자 흡수 강화층(120d)은 제 1 복합소재층(110)의 중앙부에 층상 구조로 개재될 수 있다. Referring to FIG. 4, in the neutron-absorbing aluminum composite material 100 of a multilayer structure, BN, TiB 2 , Sm 2 O dispersed in the second aluminum or magnesium base 122 and the second aluminum or magnesium base 122 3 , Al 3 Sm, Al 2 Sm, and at least one particle selected from AlSm, a neutron absorption reinforcing layer (120d) having a second neutron absorbing particles (124d) in a layered structure in the first composite material layer (110). Intervened. For example, the neutron absorption reinforcing layer 120d may be interposed in a layered structure at the center of the first composite material layer 110.

제 1 중성자 흡수 입자(114)는 붕소계의 중성자 흡수 입자일 수 있으며, 예를 들어, 탄화붕소(B4C)일 수 있다. 제 2 중성자 흡수 입자(124d)는, 예를 들어, BN, TiB2, Sm2O3, Al3Sm, Al2Sm 및 AlSm 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 입자일 수 있다. 사마륨(Sm)은 중성자 흡수단면적이 6,500 barn 수준으로서 중성자 흡수능이 우수한 물질이다. The first neutron absorbing particles 114 may be boron-based neutron absorbing particles, for example, boron carbide (B 4 C). The second neutron absorbing particles 124d may be, for example, at least one or more particles selected from BN, TiB 2 , Sm 2 O 3 , Al 3 Sm, Al 2 Sm, and AlSm. Samarium (Sm) has a neutron absorption cross-sectional area of 6,500 barn, and has excellent neutron absorption capacity.

한편, BN, TiB2, Sm2O3, Al3Sm, Al2Sm 및 AlSm 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124d)의 평균 입자크기는 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기는 대략 40㎛임에 반하여, BN, TiB2, Sm2O3, Al3Sm, Al2Sm 및 AlSm 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124d)는 대략 1㎛ 내외 정도의 입자크기를 가질 수 있다.Meanwhile, the average particle size of the second neutron absorbing particles 124d, which is at least any one or more particles selected from BN, TiB 2 , Sm 2 O 3 , Al 3 Sm, Al 2 Sm, and AlSm, is the first neutron absorbing particle 114 May be smaller than the particle size of For example, while the particle size of the first neutron absorbing particles 114 is approximately 40 μm, at least one or more particles selected from BN, TiB 2 , Sm 2 O 3 , Al 3 Sm, Al 2 Sm and AlSm The second neutron absorbing particles 124d may have a particle size of about 1 μm.

도 5를 참조하면, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)에서, 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 탄화붕소 입자, 가돌리늄 산화물 입자, BNNT 입자, BN 입자, TiB2 입자, Sm2O3 입자, Al3Sm 입자, Al2Sm 입자 및 AlSm 입자로 이루어진 군에서 임의로 택일된 복수의 혼합 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124e)를 구비하는 중성자 흡수 강화층(120e)이 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재된다. 예를 들어, 중성자 흡수 강화층(120e)은 제 1 복합소재층(110)의 중앙부에 층상 구조로 개재될 수 있다. 5, in the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material 100, boron carbide particles, gadolinium oxide particles dispersed in the second aluminum or magnesium base 122 and the second aluminum or magnesium base 122, BNNT particles, BN particles, TiB 2 particles, Sm 2 O 3 particles, Al 3 Sm particles, Al 2 Sm particles, and a plurality of mixed particles arbitrarily selected from the group consisting of AlSm particles, second neutron absorbing particles (124e) The neutron absorption reinforcing layer 120e is interposed in the first composite material layer 110 in a layered structure. For example, the neutron absorption reinforcing layer 120e may be interposed in a layered structure at the center of the first composite material layer 110.

한편, 탄화붕소 입자, 가돌리늄 산화물 입자, BNNT 입자, BN 입자, TiB2 입자, Sm2O3 입자, Al3Sm 입자, Al2Sm 입자 및 AlSm 입자로 이루어진 군에서 임의로 택일된 복수의 혼합 입자인 제 2 중성자 흡수 입자(124e)의 평균 입자크기는 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 입자크기는 대략 40㎛임에 반하여, 제 2 중성자 흡수 입자(124e)는 대략 1㎛ 내외 정도의 입자크기를 가질 수 있다.Meanwhile, a plurality of mixed particles arbitrarily selected from the group consisting of boron carbide particles, gadolinium oxide particles, BNNT particles, BN particles, TiB 2 particles, Sm 2 O 3 particles, Al 3 Sm particles, Al 2 Sm particles and AlSm particles The average particle size of the second neutron absorbing particles 124e may be smaller than the particle size of the first neutron absorbing particles 114. For example, the first neutron absorbing particles 114 may have a particle size of about 40 μm, while the second neutron absorbing particles 124e may have a particle size of about 1 μm.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)를 개략적으로 도해하는 도면이다.6 is a diagram schematically illustrating a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material 100 according to another embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)는 제 1 알루미늄 기지(112)와 상기 제 1 알루미늄 기지(112) 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자(114)를 구비하는 제 1 복합소재층(110); 및 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 제 2 중성자 흡수 입자(124; 124a, 124b, 124c, 124d, 124e)를 구비하되, 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층(120);을 포함하되, 상기 제 1 복합소재층(110)의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 알루미늄층(130)을 더 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 제 1 복합소재층(110); 및 중성자 흡수 강화층(120)은 도 1 내지 도 5 중의 어느 하나를 참조하여 설명한 구조에 해당한다. 알루미늄층(130)과 같은 표면 금속층은 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)에서 중성자 흡수 강화층(120)의 입자가 탈락되는 것을 방지하며 표면조도, 내부식성, 내산화성, 용접특성을 향상시킨다. 1 to 6, a multilayered neutron-absorbing aluminum composite material 100 according to another embodiment of the present invention includes a first aluminum base 112 and a first aluminum base 112 dispersed in the first aluminum base 112. The first composite material layer 110 having neutron absorbing particles 114; And a second aluminum or magnesium base 122 and second neutron absorbing particles 124; 124a, 124b, 124c, 124d, 124e) dispersed in the second aluminum or magnesium base 122, but the first composite material Including, the neutron absorption reinforcing layer 120 interposed in the layered structure in the layer 110, but may further include an aluminum layer 130 disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer 110. have. The first composite material layer 110 shown in FIG. 6; And the neutron absorption enhancement layer 120 corresponds to the structure described with reference to any one of FIGS. 1 to 5. The surface metal layer such as the aluminum layer 130 prevents particles of the neutron absorbing reinforcing layer 120 from falling out of the multilayered neutron absorbing aluminum composite material 100, and improves surface roughness, corrosion resistance, oxidation resistance, and welding characteristics. Let it.

도 7은 도 6에 도시된 다양한 실시예들에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 촬영한 사진들이다. 7 are photographs of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to various embodiments shown in FIG. 6.

도 7의 (a)는 도 6에 도시된 제 1 복합소재층(110); 및 중성자 흡수 강화층(120)이 도 1에 도시된 구조를 구비하는 경우에 해당하며, 도 7의 (b)는 도 6에 도시된 제 1 복합소재층(110); 및 중성자 흡수 강화층(120)이 도 2에 도시된 구조를 구비하는 경우에 해당하며, 도 7의 (c)는 도 6에 도시된 제 1 복합소재층(110); 및 중성자 흡수 강화층(120)이 도 3에 도시된 구조를 구비하는 경우에 해당한다. 도 7의 (c)에서, 제 2 중성자 흡수 입자인 BNNT 입자의 체적분율은 중성자 흡수 강화층 중에서 2%이다. Figure 7 (a) is a first composite material layer 110 shown in Figure 6; And the case where the neutron absorption reinforcing layer 120 has the structure shown in FIG. 1, and FIG. 7(b) is a first composite material layer 110 shown in FIG. 6; And the case where the neutron absorption reinforcing layer 120 has the structure shown in FIG. 2, and FIG. 7(c) is a first composite material layer 110 shown in FIG. 6; And the case where the neutron absorption enhancing layer 120 has the structure shown in FIG. 3. In Fig. 7C, the volume fraction of the BNNT particles as the second neutron absorbing particles is 2% in the neutron absorption enhancing layer.

도 8은 본 발명의 실험예에 따른 시편에서 시간에 따른 단위 면적당 무게 감소 양상을 도해하는 그래프이다. 시편 'MMC'는 도 1에 도시된 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에 해당하고, 시편 'Al+MMC'는 도 6에 도시된 다층구조의 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에 해당하고, 시편 'Al'은 기준 시편으로서 단순한 알루미늄 시편에 해당한다. 8 is a graph illustrating a weight reduction pattern per unit area over time in a specimen according to an experimental example of the present invention. The specimen'MMC' corresponds to the neutron-absorbing aluminum composite material of the multilayer structure shown in FIG. 1, and the specimen'Al+MMC' corresponds to the neutron-absorbing aluminum composite material of the multilayer structure shown in FIG. 'Al' is a reference specimen and corresponds to a simple aluminum specimen.

도 8을 참조하면, 시편 'MMC'의 경우 탄화붕소(B4C)의 산화 및 탈락으로 단위 면적당 무게가 현저하게 감소되지만, 시편 'Al+MMC'의 경우 표면의 알루미늄층의 존재로 단위 면적당 무게 변화가 없음을 확인할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 구조보다 도 6에 도시된 구조가 내산화성 특성이 더 우수함을 확인할 수 있다. Referring to Figure 8, in the case of the specimen'MMC', the weight per unit area is significantly reduced due to oxidation and dropping of boron carbide (B 4 C), but in the case of the specimen'Al+MMC', the weight per unit area is reduced due to the presence of an aluminum layer on the surface. It can be seen that there is no change in weight. That is, it can be seen that the structure shown in FIG. 6 has better oxidation resistance properties than the structure shown in FIG. 1.

한편, 도 6에 개시된 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)는 상기 제 1 복합소재층(110)의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 알루미늄층(130) 대신에 스틸층(130)을 포함할 수도 있다. Meanwhile, the neutron-absorbing aluminum composite material 100 having a multilayer structure according to another modified embodiment of the present invention disclosed in FIG. 6 is an aluminum layer 130 disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer 110. Instead, it may include a steel layer 130.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)를 개략적으로 도해하는 도면이다.9 is a diagram schematically illustrating a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material 100 according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)는 제 1 알루미늄 기지(112)와 상기 제 1 알루미늄 기지(112) 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자(114)를 구비하는 제 1 복합소재층(110); 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 제 2 중성자 흡수 입자(124; 124a, 124b, 124c, 124d, 124e)를 구비하되, 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층(120); 및 상기 제 1 복합소재층(110)의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 알루미늄층(130)을 포함하되, 상기 알루미늄층(130)을 덮는 스틸층(140)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, a multilayered neutron-absorbing aluminum composite material 100 according to another embodiment of the present invention absorbs the first neutrons dispersed in the first aluminum base 112 and the first aluminum base 112. The first composite material layer 110 having the particles 114; The second aluminum or magnesium base 122 and the second neutron absorbing particles 124; 124a, 124b, 124c, 124d, 124e) dispersed in the second aluminum or magnesium base 122 are provided, but the first composite material layer A neutron absorption enhancing layer 120 interposed in a layered structure in (110); And an aluminum layer 130 disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer 110, and may further include a steel layer 140 covering the aluminum layer 130.

도 9에 도시된 제 1 복합소재층(110); 및 중성자 흡수 강화층(120)은 도 1 내지 도 5 중의 어느 하나를 참조하여 설명한 구조에 해당한다. 스틸층(140)은 붕소 또는 가돌리늄이 첨가될 수도 있다. 스틸층(140)과 같은 표면 금속층은 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)에서 중성자 흡수 강화층(120)의 입자가 탈락되는 것을 방지하며 표면조도, 내부식성, 내산화성, 용접특성을 향상시킨다. A first composite material layer 110 shown in FIG. 9; And the neutron absorption enhancement layer 120 corresponds to the structure described with reference to any one of FIGS. 1 to 5. Boron or gadolinium may be added to the steel layer 140. The surface metal layer such as the steel layer 140 prevents particles of the neutron absorbing reinforcing layer 120 from falling out of the multilayered neutron absorbing aluminum composite material 100, and improves surface roughness, corrosion resistance, oxidation resistance, and welding characteristics. Let it.

지금까지 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 설명하였다. 이들 실시예들의 특징 중의 하나는 중성자 흡수 강화층(120)이 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 제 2 중성자 흡수 입자(124; 124a, 124b, 124c, 124d, 124e)를 구비하되, 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하는 중성자 흡수 강화층(120)이 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되어 위치한다는 것이다. 즉, 제 2 중성자 흡수 입자가 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재 내에 랜덤하게 분산 배치되는 것이 아니라 레이어 형태인 층상 구조를 가진다는 점이 주요한 특징 중의 하나이다. So far, a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to various embodiments of the present invention has been described. One of the features of these embodiments is that the neutron absorption reinforcing layer 120 includes second neutron absorbing particles 124 (124a, 124b, 124c, 124d, 124e) dispersed in the second aluminum or magnesium matrix 122, The neutron absorption reinforcing layer 120 including the second neutron absorbing particles is interposed and positioned in the first composite material layer 110 in a layered structure. That is, one of the main features is that the second neutron-absorbing particles are not randomly distributed in a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material, but have a layered structure in the form of a layer.

도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합소재의 모식도이고, 도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합소재를 촬영한 사진이다. 도 12는 본 발명의 제 1 비교예에 따른 복합소재의 모식도이고, 도 13은 본 발명의 제 1 비교예에 따른 복합소재를 촬영한 사진이다. 도 14는 본 발명의 제 1 비교예와 제 1 실시예에 따른 복합소재의 열중성자 흡수 단면적계수를 비교한 그래프이다. 10 is a schematic diagram of a composite material according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a photograph of the composite material according to the first embodiment of the present invention. 12 is a schematic diagram of a composite material according to the first comparative example of the present invention, and FIG. 13 is a photograph of the composite material according to the first comparative example of the present invention. 14 is a graph comparing the thermal neutron absorption cross-sectional area coefficients of the composite material according to the first comparative example and the first example of the present invention.

도 10 및 도 11은 도 6에 도시된 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재로서, 제 1 중성자 흡수 입자(114)는 붕소계의 중성자 흡수 입자인 탄화붕소(B4C)이고, 제 2 중성자 흡수 입자(124b)는 가돌리늄 산화물 입자이며, 제 1 알루미늄 기지(112)는 제 1 복합소재층을 구성하는 기지이며, 제 2 알루미늄 기지(122)는 중성자 흡수 강화층을 구성하는 기지이다. 알루미늄층(130)은 표면 금속층으로서 중성자 흡수 강화층의 입자가 탈락되는 것을 방지하며 표면조도, 내부식성, 내산화성, 용접특성을 향상시킬 수 있다. 10 and 11 are the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material shown in FIG. 6, wherein the first neutron-absorbing particles 114 are boron carbide (B 4 C), which is a boron-based neutron-absorbing particles, and a second neutron-absorbing particle. The particles 124b are gadolinium oxide particles, the first aluminum base 112 is a base constituting the first composite material layer, and the second aluminum base 122 is a base constituting the neutron absorption reinforcing layer. The aluminum layer 130 is a surface metal layer that prevents particles of the neutron absorption reinforcing layer from falling off, and improves surface roughness, corrosion resistance, oxidation resistance, and welding characteristics.

도 10을 참조하면, 제 2 중성자 흡수 입자(124b)가 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재 내에 랜덤하게 분산 배치되는 것이 아니라 레이어(layer) 형태인 층상 구조를 가지며, 도 11에서 흰색 점선 영역 내의 Gd2O3로 표시된다. Referring to FIG. 10, the second neutron absorbing particles 124b are not randomly distributed in a multilayered neutron absorbing aluminum composite material, but have a layered structure in the form of a layer. It is denoted as 2 O 3.

도 12를 참조하면, 제 1 중성자 흡수 입자(114)는 붕소계의 중성자 흡수 입자인 탄화붕소(B4C)이고, 제 2 중성자 흡수 입자(124b)는 가돌리늄 산화물 입자이며, 제 1 알루미늄 기지(112)는 기지이다. 도 12 및 도 13을 참조하면, 제 2 중성자 흡수 입자(124b)가 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재 내에 레이어(layer) 형태인 층상 구조를 가지는 것이 아니라, 랜덤하게 분산 배치된다. 12, the first neutron absorbing particles 114 are boron carbide (B 4 C), which is a boron-based neutron absorbing particles, and the second neutron absorbing particles 124b are gadolinium oxide particles, and the first aluminum matrix ( 112) is the base. 12 and 13, the second neutron absorbing particles 124b do not have a layered structure in the form of a layer in the multilayered neutron absorbing aluminum composite material, but are randomly distributed and disposed.

도 14를 참조하면, 본 발명의 제 1 비교예에 따른 복합소재의 열중성자 흡수 단면적계수는 14.5 (cm-1)임에 반하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합소재의 열중성자 흡수 단면적계수는 15.4 (cm-1)임을 확인할 수 있다. 14, the thermal neutron absorption cross-sectional area of the composite material according to the first embodiment of the present invention is 14.5 (cm −1 ), whereas the thermal neutron absorption cross-sectional area of the composite material according to the first embodiment of the present invention is 14.5 (cm −1 ). It can be seen that the coefficient is 15.4 (cm -1 ).

상술한 본 발명의 제 1 비교예에 따른 복합소재와 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합소재는, 20vol% B4C/Al6061분말과 10vol% Gd2O3/Al6061 분말을 동일하게 이용하였다는 점에서 물질 구성은 같지만, 제 2 중성자 흡수 입자가 랜덤하게 분산 배치되는 구조(제 1 비교예) 보다는 레이어 형태인 층상 구조로 배치되는 구조(제 1 실시예)에서 중성자 흡수능이 개선될 수 있음을 확인할 수 있다. In the composite material according to the first comparative example of the present invention and the composite material according to the first embodiment of the present invention, 20 vol% B 4 C/Al6061 powder and 10 vol% Gd 2 O 3 /Al6061 powder were used in the same manner. Although the material composition is the same in that, the neutron absorption capacity can be improved in a structure in which the second neutron absorbing particles are arranged in a layered structure (Example 1) in a layered structure rather than in a structure in which the second neutron absorbing particles are randomly distributed and arranged (Comparative Example 1). can confirm.

도 15는 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 구성하는 중성자 흡수 입자의 크기에 따른 중성자 흡수능을 비교한 도면이다. 15 is a view comparing neutron absorption capacity according to the size of neutron absorbing particles constituting the neutron absorbing aluminum composite material.

도 15를 참조하면, 알루미늄 기지 내에 매립 분산된 중성자 흡수 입자인 탄화붕소(B4C)의 입자 평균 크기가 1㎛인 경우 열중성자 흡수 단면적계수는 24.4 (cm-1)임에 반하여, 탄화붕소(B4C)의 입자 평균 크기가 40㎛인 경우 열중성자 흡수 단면적계수는 20.8 (cm-1)임을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 15, when the average particle size of boron carbide (B 4 C), which is neutron absorbing particles embedded and dispersed in an aluminum matrix, is 1 μm, the thermal neutron absorption cross-sectional area coefficient is 24.4 (cm -1 ), whereas boron carbide When the average particle size of (B 4 C) is 40 μm, it can be seen that the thermal neutron absorption cross-sectional area coefficient is 20.8 (cm -1 ).

즉, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 구성하는 중성자 흡수 입자의 크기에 따라 중성자 흡수능이 달라질 수 있음을 알 수 있다. That is, it can be seen that the neutron absorption capacity may vary depending on the size of the neutron absorbing particles constituting the multilayered neutron absorbing aluminum composite material.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)의 제조방법을 순차적으로 도해하는 도면이다.16 is a diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5와 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)의 제조방법은 (a) 제 1 알루미늄 기지(112)와 상기 제 1 알루미늄 기지(112) 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자(114)를 구비하는 제 1 복합소재 구조체(110)를 준비하는 단계; (b) 상기 제 1 복합소재 구조체(110)의 중앙부를 적어도 일부 관통하는 오목홈(116)을 형성하는 단계; (c) 상기 오목홈(116)에 알루미늄 분말과 제 2 중성자 흡수 입자 분말의 혼합분말(126)을 장입하는 단계; (d) 상기 혼합분말(126)이 장입된 상기 제 1 복합소재 구조체(110)를 압연롤(200)을 이용하여 열간 압연하는 단계;를 포함한다. 1 to 5 and 16, a method of manufacturing a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material 100 according to an embodiment of the present invention includes (a) the first aluminum base 112 and the first aluminum Preparing a first composite material structure 110 having the first neutron absorbing particles 114 dispersed in the base 112; (b) forming a concave groove 116 penetrating at least a portion of the central portion of the first composite material structure 110; (c) charging the mixed powder 126 of the aluminum powder and the second neutron absorbing particle powder into the concave groove 116; (d) hot rolling the first composite material structure 110 loaded with the mixed powder 126 using a rolling roll 200; includes.

상기 (a) 내지 (d) 단계를 수행함으로써, 도 1 내지 도 5에 개시된 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재(100)를 구현할 수 있다. By performing the steps (a) to (d), the multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material 100 disclosed in FIGS. 1 to 5 may be implemented.

특히, 상기 오목홈(116)에 알루미늄 분말과 제 2 중성자 흡수 입자 분말의 혼합분말(126)을 장입한 후 열간 압연하기 전에 혼합분말(126)이 열간 압연 과정 중에 탈락되는 것을 방지하기 위하여 오목홈(116)을 덮는 실링 작업을 추가로 진행할 수 있다. Particularly, in order to prevent the mixed powder 126 from dropping out during the hot rolling process after charging the mixed powder 126 of the aluminum powder and the second neutron absorbing particle powder in the concave groove 116, the concave groove An additional sealing operation to cover (116) can be performed.

상기 열간 압연하는 단계는 알루미늄의 융점 이하의 온도(예를 들어, 500 내지 600℃)에서 수행할 수 있다. The step of hot rolling may be performed at a temperature below the melting point of aluminum (eg, 500 to 600°C).

알루미늄 또는 마그네슘 분말과 제 2 중성자 흡수 입자 분말의 혼합분말(126)을 압연하면, 혼합분말(126) 중에서 고연성인 알루미늄 또는 마그네슘 분말 입자가 압연에 의해 소성변형하면서 서로 일체화하여 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)가 되고 혼합분말(126) 중에서 제 2 중성자 흡수 입자 분말은 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내에 입자로 분산되어 제 2 중성자 흡수 입자(124)가 되어, 최종적으로 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122)와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지(122) 내 분산된 제 2 중성자 흡수 입자(124)를 구비하되, 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층(120)을 구현할 수 있다. When the mixed powder 126 of the aluminum or magnesium powder and the second neutron absorbing particle powder is rolled, the highly ductile aluminum or magnesium powder particles in the mixed powder 126 are plastically deformed by rolling and are integrated with each other to form a second aluminum or magnesium matrix. (122), and the second neutron absorbing particle powder among the mixed powder 126 is dispersed as particles in the second aluminum or magnesium matrix 122 to become the second neutron absorbing particles 124, and finally, the second aluminum or magnesium A neutron absorption reinforcing layer having a base 122 and second neutron absorbing particles 124 dispersed in the second aluminum or magnesium base 122, but interposed in a layered structure in the first composite material layer 110 ( 120) can be implemented.

실험예Experimental example

이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, a preferred experimental example is presented to aid the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only intended to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

실험예Experimental example 제 1 복합소재층1st composite material layer 중성자 흡수 강화층Neutron absorption enhanced layer 실험예1(시편1)Experimental Example 1 (Specimen 1) Al-5%B4CAl-5%B 4 C -- 실험예2(시편2)Experimental Example 2 (Specimen 2) Al-10%B4CAl-10%B 4 C -- 실험예3(시편3)Experimental Example 3 (Specimen 3) Al-20%B4CAl-20%B 4 C -- 실험예4(시편4)Experimental Example 4 (Specimen 4) Al-20%B4CAl-20%B 4 C Al-20%B4CAl-20%B 4 C 실험예5(시편5)Experimental Example 5 (Specimen 5) Al-20%B4CAl-20%B 4 C Al-20%GdO2 Al-20%GdO 2 실험예6(시편6)Experimental Example 6 (Specimen 6) Al-20%B4CAl-20%B 4 C Al-30%GdO2 Al-30%GdO 2 실험예7(시편7)Experimental Example 7 (Specimen 7) Al-20%B4CAl-20%B 4 C Al-BNNTAl-BNNT

표 1은 본 발명의 실험예의 시편을 구성하는 물질층을 나타내며, 이를 구현하기 위한 압연온도는 모두 550℃를 적용하였다. Table 1 shows the material layers constituting the specimen of the experimental example of the present invention, and all the rolling temperatures for implementing this were applied at 550°C.

표 1을 참조하면, 시편1은 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 5%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층으로만 이루어지며, 시편2는 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 10%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층으로만 이루어지며, 시편3은 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층으로만 이루어진다. 시편1 내지 시편3은, 본 발명의 비교예로서, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는 중성자 흡수 강화층의 구성을 도입하지 않는다. Referring to Table 1, specimen 1 is composed of only a first composite material layer having a first aluminum base and first neutron absorbing particles dispersed while having a volume ratio of 5% in the first aluminum base, and specimen 2 is It consists only of a first composite material layer having the first aluminum base and the first neutron absorbing particles dispersed while having a volume ratio of 10% in the first aluminum base, and the specimen 3 is the first aluminum base and the first aluminum. It consists only of the first composite material layer having the first neutron absorbing particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the matrix. Specimens 1 to 3, as comparative examples of the present invention, do not introduce a configuration of a neutron absorption reinforcing layer interposed in a layered structure in the first composite material layer.

시편4는 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층; 및 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 2 탄화붕소 입자인 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층;으로 이루어진다. Specimen 4 includes a first composite material layer including a first aluminum matrix and first neutron absorbing particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the first aluminum matrix; And second neutron absorbing particles, which are second boron carbide particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the second aluminum base and the second aluminum base, but interposed in a layered structure in the first composite material layer, absorbing neutrons. Reinforcement layer; consists of.

시편5는 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층; 및 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 가돌리늄 산화물 입자인 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층;으로 이루어진다. Specimen 5 includes a first composite material layer including a first aluminum matrix and first neutron absorbing particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the first aluminum matrix; And second neutron absorbing particles, which are gadolinium oxide particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the second aluminum base and the second aluminum base, but interposed in a layered structure in the first composite material layer. Consists of;

시편6은 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층; 및 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 30%의 부피비를 가지면서 분산된 가돌리늄 산화물 입자인 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층;으로 이루어진다. Specimen 6 includes a first composite material layer including a first aluminum matrix and first neutron absorbing particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the first aluminum matrix; And second neutron-absorbing particles, which are gadolinium oxide particles dispersed while having a volume ratio of 30% in the second aluminum base and the second aluminum base, but interposed in a layered structure in the first composite material layer. Consists of;

시편7은 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층; 및 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 분산된 BNNT 입자인 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층;으로 이루어진다. 시편4 내지 시편7은, 본 발명의 실시예로서, 상기 제 2 중성자 흡수 입자는 상기 제 1 중성자 흡수 입자보다 입자크기가 작다. Specimen 7 includes a first composite material layer including a first aluminum matrix and first neutron absorbing particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the first aluminum matrix; And a second aluminum base and second neutron absorbing particles, which are BNNT particles dispersed in the second aluminum base, but interposed in a layered structure in the first composite material layer, a neutron absorption reinforcing layer. Specimens 4 to 7 are examples of the present invention, wherein the second neutron absorbing particles have a smaller particle size than the first neutron absorbing particles.

도 17은 본 발명의 실험예에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 평면 촬영한 사진들이다. 17 is a plan view of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to the experimental example of the present invention.

도 17의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재로서 시편4에 해당하며, 도 17의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재로서 시편5에 해당한다. Figure 17 (a) is a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material according to an embodiment of the present invention, corresponding to Specimen 4, and Figure 17 (b) is a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite according to an embodiment of the present invention. It corresponds to specimen 5 as a material.

도 18은 본 발명의 실험예(시편4)에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 단면 촬영한 사진들이다. 18 is a cross-sectional view of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to the experimental example (Specimen 4) of the present invention.

도 18을 참조하면, 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지(112) 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자(114)를 구비하는 제 1 복합소재층(110); 및 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 2 탄화붕소 입자인 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층(120);으로 이루어진, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 단면을 확인할 수 있다. 상대적으로 밝은 부분은 알루미늄을 나타내며, 상대적으로 어두운 부분은 탄화붕소 입자를 나타낸다. 중성자 흡수 강화층의 두께는 230 내지 290㎛이며, 제 2 탄화붕소 입자의 크기는 약 1㎛이며, 제 1 중성자 흡수 입자(114)의 크기는 약 40㎛으로 관찰된다. 특히, 중성자 흡수 강화층(120)에서 제 2 탄화붕소 입자인 제 2 중성자 흡수 입자가 균일하게 분산되어 있으며, 중성자 흡수 강화층(120)과 제 1 복합소재층(110) 사이의 계면이 건전함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 18, a first composite material layer 110 including a first aluminum base and first neutron absorbing particles 114 dispersed while having a volume ratio of 20% in the first aluminum base 112; And second neutron absorbing particles, which are second boron carbide particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the second aluminum base and the second aluminum base, and interposed in the first composite material layer 110 in a layered structure. , The neutron absorption reinforcing layer 120; It is possible to check the cross-section of the neutron-absorbing aluminum composite material of a multi-layered structure. Relatively bright areas represent aluminum, and relatively dark areas represent boron carbide particles. The thickness of the neutron absorption enhancing layer is 230 to 290 μm, the size of the second boron carbide particles is about 1 μm, and the size of the first neutron absorbing particles 114 is observed to be about 40 μm. In particular, the second neutron absorbing particles, which are the second boron carbide particles, are uniformly dispersed in the neutron absorption strengthening layer 120, and the interface between the neutron absorption strengthening layer 120 and the first composite material layer 110 is sound. can confirm.

도 19는 본 발명의 실험예(시편4)에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서 중성자 흡수 강화층 및 인접 영역에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다.19 is a view showing the results of EPMA analysis in the neutron absorption reinforcing layer and adjacent regions in a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example (Specimen 4) of the present invention.

도 19를 참조하면, 중성자 흡수 강화층의 두께는 230 내지 290㎛이며, 중성자 흡수 강화층에서 제 2 탄화붕소 입자인 제 2 중성자 흡수 입자가 균일하게 분산되어 있으며, 중성자 흡수 강화층과 제 1 복합소재층 사이의 계면이 건전함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 19, the thickness of the neutron absorption strengthening layer is 230 to 290 μm, the second neutron absorbing particles, which are the second boron carbide particles, are uniformly dispersed in the neutron absorption strengthening layer, and the neutron absorption strengthening layer and the first composite It can be confirmed that the interface between the material layers is sound.

도 20은 본 발명의 실험예(시편5)에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 단면 촬영한 사진들 및 중성자 흡수 강화층 및 인접 영역에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다. 20 is a cross-sectional view of photographs of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example (Specimen 5) of the present invention, and a view showing EPMA analysis results in the neutron-absorbing enhanced layer and adjacent regions.

도 20을 참조하면, 제 1 알루미늄(Al6061) 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층; 및 제 2 알루미늄(Al6061) 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 가돌리늄 산화물 입자인 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층;으로 이루어진, 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재 중에서, 가돌리늄 산화물 입자인 제 2 중성자 흡수 입자가 중성자 흡수 강화층 내 균일하게 분산되어 있으며, 중성자 흡수 강화층과 제 1 복합소재층 사이의 계면이 건전함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 20, a first composite material layer including a first aluminum (Al6061) base and first neutron absorbing particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the first aluminum base; And second neutron absorbing particles, which are gadolinium oxide particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the second aluminum (Al6061) base and the second aluminum base, but interposed in a layered structure in the first composite material layer, neutrons In the multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material consisting of an absorption strengthening layer; the second neutron absorbing particles, which are gadolinium oxide particles, are uniformly dispersed in the neutron absorption strengthening layer, and between the neutron absorption strengthening layer and the first composite material layer. It can be confirmed that the interface is sound.

한편, 도 6에서 상술한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 실제로 구현한 실험예들을 설명한다. Meanwhile, experimental examples in which the neutron-absorbing aluminum composite material of the multilayer structure described above is actually implemented in FIG.

도 21은 본 발명의 실험예4-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 단면 촬영한 사진들이다. 21 is a cross-sectional view of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4-1 of the present invention.

도 21을 참조하면, 본 발명의 실험예4-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재는 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층(110); 및 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 제 2 탄화붕소 입자인 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층(120a);을 포함하며, 상기 제 1 복합소재층(110)의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 알루미늄층(130)을 더 포함한다. 알루미늄층(130)은 알루미늄 표면층으로 이해될 수 있다. Referring to FIG. 21, the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4-1 of the present invention includes a first aluminum base and a first neutron-absorbing particle dispersed in the first aluminum base. A composite material layer 110; And second neutron absorbing particles, which are second boron carbide particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the second aluminum base and the second aluminum base, and interposed in the first composite material layer 110 in a layered structure. It includes, and further includes an aluminum layer 130 disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer 110. The aluminum layer 130 may be understood as an aluminum surface layer.

도 22는 본 발명의 실험예4-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서 중성자 흡수 강화층과 제 1 복합소재층의 경계 영역(도 22의 (a)에서 점선 원으로 표시한 영역)에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다. 22 is a boundary area between the neutron absorbing reinforcing layer and the first composite material layer in the multilayered neutron absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4-1 of the present invention (shown by dotted circles in FIG. 22(a)). Area) is a diagram showing the EPMA analysis result.

도 22를 참조하면, 제 1 복합소재층을 구성하는 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자의 균일한 분포를 확인할 수 있다. 또한, 중성자 흡수 강화층을 구성하는 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 분산된 제 2 탄화붕소 입자의 균일한 분포를 확인할 수 있다. 상기 제 1 중성자 흡수 입자의 크기는 약 40㎛임에 반하여, 상기 제 2 탄화붕소 입자의 크기는 약 1㎛임을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 22, a uniform distribution of the first aluminum matrix constituting the first composite material layer and the first neutron absorbing particles dispersed in the first aluminum matrix can be confirmed. In addition, a uniform distribution of the second aluminum matrix constituting the neutron absorption reinforcing layer and the second boron carbide particles dispersed in the second aluminum matrix can be confirmed. It can be seen that the size of the first neutron absorbing particles is about 40 μm, while the size of the second boron carbide particles is about 1 μm.

도 23은 본 발명의 실험예4-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서 중성자 흡수 강화층의 전체 두께에 해당하는 전 영역에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다. 23 is a view showing the EPMA analysis results in all regions corresponding to the total thickness of the neutron absorption reinforcing layer in the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 4-1 of the present invention.

도 23을 참조하면, 중성자 흡수 강화층의 전체 두께에 해당하는 전 영역(도 23의 (a)에서 점선 원으로 표시한 영역)에서 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 분산된 제 2 탄화붕소 입자의 분포가 균일함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 23, in the entire area corresponding to the total thickness of the neutron absorption reinforcing layer (the area indicated by the dotted circle in FIG. 23(a)), the second aluminum base and the second carbonization dispersed in the second aluminum base. It can be seen that the distribution of boron particles is uniform.

도 24는 본 발명의 실험예5-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재를 단면 촬영한 사진들이다. 24 is a cross-sectional view of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 5-1 of the present invention.

도 24를 참조하면, 본 발명의 실험예5-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재는 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층(110); 및 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 20%의 부피비를 가지면서 분산된 가돌리늄 산화물 입자인 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층(110) 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층(120b);을 포함하며, 상기 제 1 복합소재층(110)의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 알루미늄층(130)을 더 포함한다. 알루미늄층(130)은 알루미늄 표면층으로 이해될 수 있다. 한편, 알루미늄층(130)과 제 1 복합소재층(110) 사이에 가돌리늄 산화물층(135)을 선택적으로 더 형성할 수도 있다. Referring to FIG. 24, the multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 5-1 of the present invention includes a first aluminum base and a first neutron-absorbing particle dispersed in the first aluminum base. A composite material layer 110; And second neutron absorbing particles, which are gadolinium oxide particles dispersed while having a volume ratio of 20% in the second aluminum base and the second aluminum base, but interposed in a layered structure in the first composite material layer 110, neutrons The absorption reinforcing layer 120b; includes, and further includes an aluminum layer 130 disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer 110. The aluminum layer 130 may be understood as an aluminum surface layer. Meanwhile, a gadolinium oxide layer 135 may be further selectively formed between the aluminum layer 130 and the first composite material layer 110.

도 25는 본 발명의 실험예5-1에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재에서 중성자 흡수 강화층과 제 1 복합소재층의 경계 영역(도 25의 (a)에서 점선 원으로 표시한 영역)에서의 EPMA 분석 결과를 나타낸 도면이다. 25 is a boundary area between the neutron absorption reinforcing layer and the first composite material layer in the multilayered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to Experimental Example 5-1 of the present invention (shown by dotted circles in FIG. 25(a)). Area) is a diagram showing the EPMA analysis result.

도 25를 참조하면, 제 1 복합소재층을 구성하는 제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자의 균일한 분포를 확인할 수 있다. 또한, 중성자 흡수 강화층을 구성하는 제 2 알루미늄 기지와 상기 제 2 알루미늄 기지 내 분산된 가돌리늄 산화물 입자의 균일한 분포를 확인할 수 있다. 상기 제 1 중성자 흡수 입자의 크기는 약 40㎛임에 반하여, 상기 가돌리늄 산화물 입자의 크기는 약 10㎛임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 25, a uniform distribution of the first aluminum matrix constituting the first composite material layer and the first neutron absorbing particles dispersed in the first aluminum matrix can be confirmed. In addition, a uniform distribution of the second aluminum matrix constituting the neutron absorption reinforcing layer and the gadolinium oxide particles dispersed in the second aluminum matrix can be confirmed. It can be seen that the size of the first neutron absorbing particles is about 40 μm, whereas the size of the gadolinium oxide particles is about 10 μm.

이하에서는, 본 발명의 실험예에 따른 시편에 대한 중성자 흡수능을 실험한 결과를 설명한다. Hereinafter, the result of testing the neutron absorption capacity of the specimen according to the experimental example of the present invention will be described.

도 26은 본 발명의 실험예에서 중성자 차폐능을 테스트하는 장비를 도해하는 도면이고, 도 27은 본 발명의 실험예에 따라 구현한 다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 중성자 흡수 단면적 계수를 비교한 그래프이다.26 is a diagram illustrating an equipment for testing neutron shielding ability in an experimental example of the present invention, and FIG. 27 is a comparison of the neutron absorption cross-sectional area coefficients of a multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material implemented according to the experimental example of the present invention. It is a graph.

도 26을 참조하면, Am-Be 중성자 선원의 방출률은 1.227x107s-1이며, 검출기(Detector)와 중성자 소스 사이에 시편을 장착하였다. Referring to FIG. 26, the emission rate of the Am-Be neutron source was 1.227x10 7 s -1 , and a specimen was mounted between the detector and the neutron source.

도 27을 참조하면, 본 발명의 비교예인 시편1의 중성자 흡수 단면적 계수는 4.5cm-1이며, 시편2의 중성자 흡수 단면적 계수는 8.25cm-1이며, 시편3의 중성자 흡수 단면적 계수는 13.91cm-1임에 반하여, 본 발명의 실시예인 시편4의 중성자 흡수 단면적 계수는 18.1cm-1이며, 본 발명의 실시예인 시편5의 중성자 흡수 단면적 계수는 19.7cm-1이며, 시편6의 중성자 흡수 단면적 계수는 28.8cm-1임을 확인할 수 있다. Referring to Figure 27, the neutron absorption cross-section coefficient of the comparative example sample 1 of the present invention is 4.5cm -1, the neutron absorption cross-section coefficient of the specimen 2 is 8.25cm -1, the neutron absorption cross-section coefficient of the specimen 3 is 13.91cm - 1 , whereas the neutron absorption cross-sectional area coefficient of Specimen 4, which is an example of the present invention, is 18.1cm -1 , and the neutron absorption cross-sectional area modulus of Specimen 5, which is an example of the present invention, is 19.7cm -1 , and the neutron absorption cross-sectional area coefficient of Specimen 6 It can be seen that is 28.8cm -1.

즉, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는 중성자 흡수 강화층의 구성을 도입하지 않는 본 발명의 비교예 대비 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는 중성자 흡수 강화층의 구성을 도입하는 본 발명의 실시예에서 중성자 흡수능이 우수함을 확인할 수 있다. That is, the present invention introduces the configuration of the neutron absorption strengthening layer interposed in the first composite material layer in a layered structure compared to the comparative example of the present invention in which the configuration of the neutron absorption strengthening layer interposed in the first composite material layer It can be seen that the neutron absorption capacity is excellent in the embodiments of the invention.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (10)

제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재층;
제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지와 상기 제 2 알루미늄 또는 마그네슘 기지 내 분산된 제 2 중성자 흡수 입자를 구비하되, 제 1 복합소재층 내에 층상 구조로 개재되는, 중성자 흡수 강화층;을 포함하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재.
A first composite material layer comprising a first aluminum matrix and first neutron absorbing particles dispersed in the first aluminum matrix;
Comprising a second aluminum or magnesium matrix and a second neutron absorbing particles dispersed in the second aluminum or magnesium matrix, but interposed in a layered structure in the first composite material layer, a neutron absorption reinforcing layer; including,
Multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 중성자 흡수 입자는 붕소계 중성자 흡수 입자이고,
상기 제 2 중성자 흡수 입자는 탄화붕소 입자인 것을 특징으로 하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재.
The method of claim 1,
The first neutron absorbing particles are boron-based neutron absorbing particles,
The second neutron absorbing particles are boron carbide particles,
Multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 중성자 흡수 입자는 붕소계 중성자 흡수 입자이고,
상기 제 2 중성자 흡수 입자는 가돌리늄 산화물 입자인 것을 특징으로 하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재.
The method of claim 1,
The first neutron absorbing particles are boron-based neutron absorbing particles,
The second neutron absorbing particles are gadolinium oxide particles, characterized in that,
Multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 중성자 흡수 입자는 붕소계 중성자 흡수 입자이고,
상기 제 2 중성자 흡수 입자는 BNNT 입자인 것을 특징으로 하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재.
The method of claim 1,
The first neutron absorbing particles are boron-based neutron absorbing particles,
The second neutron absorbing particles are characterized in that the BNNT particles,
Multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 중성자 흡수 입자는 붕소계 중성자 흡수 입자이고,
상기 제 2 중성자 흡수 입자는 BN, TiB2, Sm2O3, Al3Sm, Al2Sm 및 AlSm 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 입자인 것을 특징으로 하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재.
The method of claim 1,
The first neutron absorbing particles are boron-based neutron absorbing particles,
The second neutron absorbing particles are at least one or more particles selected from BN, TiB 2 , Sm 2 O 3 , Al 3 Sm, Al 2 Sm and AlSm,
Multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 복합소재층의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 알루미늄층을 더 포함하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재.
The method of claim 1,
Further comprising an aluminum layer disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer,
Multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 6 항에 있어서,
상기 알루미늄층을 덮는 붕소 또는 가돌리늄을 첨가한 스틸층을 더 포함하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재.
The method of claim 6,
Further comprising a steel layer to which boron or gadolinium is added covering the aluminum layer,
Multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 복합소재층의 상면 및 하면에 접하여 배치되는 스틸층을 더 포함하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재.
The method of claim 1,
Further comprising a steel layer disposed in contact with the upper and lower surfaces of the first composite material layer,
Multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 1 알루미늄 기지와 상기 제 1 알루미늄 기지 내 분산된 제 1 중성자 흡수 입자를 구비하는 제 1 복합소재 구조체를 준비하는 단계;
상기 제 1 복합소재 구조체의 중앙부를 적어도 일부 관통하는 오목홈을 형성하는 단계;
상기 오목홈에 알루미늄 분말과 제 2 중성자 흡수 입자 분말의 혼합분말을 장입하는 단계;
상기 혼합분말이 장입된 상기 제 1 복합소재 구조체를 열간 압연하는 단계;를 포함하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 제조방법.
Preparing a first composite material structure including a first aluminum matrix and first neutron absorbing particles dispersed in the first aluminum matrix;
Forming a concave groove penetrating at least a portion of the central portion of the first composite material structure;
Charging the mixed powder of the aluminum powder and the second neutron absorbing particle powder into the concave groove;
Including; the step of hot rolling the first composite material structure charged with the mixed powder;
Manufacturing method of multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
제 9 항에 있어서,
상기 열간 압연하는 단계는 알루미늄의 융점 이하의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는,
다층구조의 중성자 흡수 알루미늄 복합소재의 제조방법.
The method of claim 9,
The hot rolling step is characterized in that it is carried out at a temperature below the melting point of aluminum,
Manufacturing method of multi-layered neutron-absorbing aluminum composite material.
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