WO2015025805A1 - アルミニウム複合材、及びアルミニウム複合材の製造方法 - Google Patents

アルミニウム複合材、及びアルミニウム複合材の製造方法 Download PDF

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雄介 上村
慎吾 小泉
大介 長澤
俊明 山崎
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日本軽金属株式会社
日軽金アクト株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum composite material and a method for producing the aluminum composite material.
  • Patent Document 1 Alloys as disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4 are known as materials having neutron absorption performance.
  • An object of an aspect of the present invention is to provide an aluminum composite material having neutron absorption performance and good workability, and a method for producing the aluminum composite material.
  • An aluminum composite material includes a first metal plate, a second metal plate, a base material disposed between the first metal plate and the second metal plate, and formed of aluminum powder.
  • the gadolinium oxide particles are dispersed in the base material.
  • the gadolinium oxide particles are dispersed in the base material of the aluminum powder, an aluminum composite material having neutron absorption performance and good workability is provided. Moreover, since the 1st metal plate and 2nd metal plate which pinch
  • the base material may contain the gadolinium oxide particles in an amount of 6% by mass to 30% by mass.
  • the base material contains the gadolinium oxide particles in an amount of 6% by mass to 30% by mass, an elongation rate of 8% or more, and a radius of curvature that does not cause a crack when subjected to a 90-degree bending test.
  • R and the thickness are Da
  • the formability represented by the minimum value of the ratio R / Da may be 2.3 or more and 6.0 or less.
  • boron carbide particles may be further dispersed in the base material.
  • an aluminum composite material having a good balance in characteristics such as neutron absorption performance, workability, and manufacturing cost is provided.
  • boron carbide particles are further dispersed in the base material, the gadolinium oxide particles are contained in the base material in an amount of 2% by mass to 10% by mass, and the boron carbide particles are 10% by mass or more. You may contain 20 mass% or less. Thereby, an aluminum composite material having neutron absorption performance and good workability is provided.
  • boron carbide particles are further dispersed in the base material, the gadolinium oxide particles are contained in the base material in an amount of 2% by mass to 20% by mass, and the boron carbide particles are 10% by mass or more. It may be contained in an amount of 20% by mass or less, and the elongation may be 2% or more.
  • an aluminum composite material having neutron absorption performance and good workability is provided.
  • boron carbide particles are further dispersed in the base material, the gadolinium oxide particles are contained in the base material in an amount of 2% by mass to 10% by mass, and the boron carbide particles are 10% by mass or more. It is contained by 20% by mass or less, the elongation is 6% or more, and when the radius of curvature is R and the thickness is Da, when the 90-degree bending test is performed, the minimum value of the ratio R / Da is expressed.
  • the moldability may be 4.5 or more and 7.5 or less. Thereby, an aluminum composite material having neutron absorption performance and good workability is provided.
  • At least one of the first metal plate and the second metal plate may be made of aluminum or stainless steel.
  • the aluminum composite material which has corrosion resistance and has the expected strength is provided.
  • the method for producing an aluminum composite material includes a step of mixing aluminum powder and gadolinium oxide particles, a step of filling a case with the mixed material generated by the mixing, and forming a rolled body, A step of heating the rolled body, and a step of rolling the heated rolled body to produce an aluminum composite.
  • the mixed material is filled in a case and rolled, so that the gadolinium oxide particles are uniformly dispersed in the aluminum powder.
  • Aluminum composites can be manufactured. Thereby, an aluminum composite material having neutron absorption performance and good workability can be manufactured.
  • the mixing may be performed so that the gadolinium oxide particles are contained in an amount of 6% by mass to 30% by mass in the mixed material.
  • an aluminum composite material having neutron absorption performance and good workability can be manufactured.
  • the mixing step may further include mixing boron carbide particles.
  • an aluminum composite material having a good balance in characteristics such as neutron absorption performance, workability, and manufacturing cost can be manufactured.
  • the mixing step further includes mixing boron carbide particles, the gadolinium oxide particles are contained in the mixed material in an amount of 2% by mass to 20% by mass, and the boron carbide particles
  • the said mixing may be performed so that it may contain 10 mass% or more and 20 mass% or less.
  • the case includes a first case and a second case
  • the step of forming the body to be rolled includes filling the mixed material in a recess of the first case, and the mixing Covering the opening of the recess filled with the material with the second case.
  • the filling of the mixed material into the first case may include tapping the first case. Thereby, the filling density of the mixed material in the first case can be increased.
  • the first case is arranged such that the upper surface of the mixed material filled in the concave portion of the first case and the upper surface of the first case around the concave portion are arranged in the same plane. May be filled with the above-mentioned mixed material. Thereby, after filling a 1st case with a mixed material, a 1st case and a 2nd case can be joined smoothly.
  • an aluminum composite material having neutron absorption performance and good workability can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an aluminum composite material according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of a method for producing an aluminum composite material according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of a case used in the method for producing an aluminum composite material according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a case and a reinforcing material used in the method for producing an aluminum composite material according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a member to be rolled.
  • FIG. 6 is a view for explaining an example of the manufacturing method of the aluminum composite material according to the present embodiment, and shows an example in which the first case is prepared.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an aluminum composite material according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of a method for producing an aluminum composite material according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of the manufacturing method of the aluminum composite material according to the present embodiment, and shows a state in which the first case and the extension sleeve are overlapped.
  • FIG. 8 is a view for explaining an example of the manufacturing method of the aluminum composite material according to the present embodiment, and shows a state in which the mixed material is put into the space formed by the first case and the extension sleeve. It is.
  • FIG. 9 is a view for explaining an example of the manufacturing method of the aluminum composite material according to the present embodiment, and the tapping is performed by introducing the mixed material into the space formed by the first case and the extension sleeve.
  • FIG. 10 is a view for explaining an example of the manufacturing method of the aluminum composite material according to this embodiment, and shows a state in which the extension sleeve is removed from the first case.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the method for manufacturing the aluminum composite material according to the present embodiment, and shows a state in which at least a part of the mixed material of the first case has been recovered.
  • FIG. 12 is a view for explaining an example of the manufacturing method of the aluminum composite material according to the present embodiment, and shows a state in which the opening of the first case is covered with the second case.
  • FIG. 13 is a view for explaining an example of the manufacturing method of the aluminum composite material according to the present embodiment, and is a view showing a state in which the material to be rolled is formed by filling the case with the mixed material.
  • FIG. 14 is a photograph showing an example of the base material according to the example.
  • FIG. 15 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 16 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 17 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 18 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 19 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 14 is a photograph showing an example of the base material according to the example.
  • FIG. 15 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 16 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 20 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 21 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 22 is a photograph showing an example of a base material according to the example.
  • FIG. 23 is a photograph showing an example of a base material according to a comparative example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the aluminum composite material 100 according to the present embodiment.
  • aluminum is a concept including one or both of pure aluminum and an aluminum alloy.
  • an aluminum composite material 100 includes a metal plate 1, a metal plate 2, and a base material 3 arranged between the metal plate 1 and the metal plate 2.
  • One surface of the base material 3 and the metal plate 1 are in contact with each other, and the other surface of the base material 3 facing the opposite direction of the one surface is in contact with the metal plate 2.
  • the base material 3 is sandwiched between the metal plate 1 and the metal plate 2.
  • the base material 3 may be referred to as the core material 3
  • the metal plate 1 and the metal plate 2 may be referred to as the skin material 1 and the skin material 2, respectively.
  • the base material 3 is made of aluminum powder, and particles having neutron absorption performance are dispersed in the base material 3.
  • the neutron absorption performance includes a function of inhibiting neutron transmission.
  • gadolinium oxide particles are dispersed in the base material 3.
  • Gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ) is a material having neutron absorption performance.
  • the base material 3 may contain 6% by mass or more and 30% by mass or less of gadolinium oxide particles.
  • the base material 3 may be produced from aluminum powder and gadolinium oxide particles. When the base material 3 is produced
  • boron carbide particles may be dispersed in the base material 3.
  • Boron carbide (B 4 C) is a material having neutron absorption performance.
  • the base material 3 may contain 2% by mass or more and 20% by mass or less of gadolinium oxide particles, and may contain 10% by mass or more and 20% by mass or less of boron carbide particles.
  • the base material 3 may contain 2% by mass or more and 10% by mass or less of gadolinium oxide particles, and may contain 10% by mass or more and 20% by mass or less of boron carbide particles.
  • Base material 3 may be generated from aluminum powder, gadolinium oxide particles, and boron carbide particles.
  • the base material 3 When the base material 3 is produced from aluminum powder, gadolinium oxide particles and boron carbide particles, the base material 3 is composed of 2% by mass to 10% by mass of gadolinium oxide particles and 10% by mass to 20% by mass of carbonization. It may be produced from boron particles and the remaining aluminum powder.
  • neutron absorption particles one or both of gadolinium oxide particles and boron carbide particles having neutron absorption performance are appropriately referred to as neutron absorption particles.
  • the metal plate 1 and the metal plate 2 are each made of aluminum. Both the metal plate 1 and the metal plate 2 may be made of stainless steel, or one of the metal plate 1 and the metal plate 2 may be made of aluminum and the other may be made of stainless steel.
  • the thickness Da of the aluminum composite material 100 is a total value of the thickness D1 of the metal plate 1, the thickness D2 of the metal plate 2, and the thickness D3 of the base material 3.
  • the total value (D1 + D2) of the thickness D1 of the metal plate 1 and the thickness D2 of the metal plate D2 is set to 15% or more and 25% or less of the thickness Da of the aluminum composite material 100.
  • the aluminum powder of the base material 3 will be described.
  • the aluminum powder that forms the base material 3 may be formed of, for example, an aluminum alloy defined by A1100 according to JIS standards (AA1100 according to AA standards).
  • the aluminum powder has a total of 0.95 wt% or less of silicon (Si) and iron (Fe), 0.05 wt% to 0.20 wt% of copper (Cu), and manganese (Mn). It is formed from a material having a composition of 0.05% by mass or less, zinc (Zn) of 0.10% by mass or less, and the remainder being aluminum and inevitable impurities.
  • the composition of the aluminum powder is not limited to the above composition.
  • the aluminum powder may be pure aluminum (JIS1050, JIS1070, etc.), Al—Cu alloy (JIS2017, etc.), Al—Mg—Si alloy (JIS6061, etc.), Al—Zn—Mg alloy (JIS7075, etc.), and You may form from the at least 1 alloy of an Al-Mn type alloy.
  • the composition of the aluminum powder may be determined in consideration of required characteristics, moldability, the amount of particles to be mixed, raw material costs, and the like.
  • the aluminum powder is preferably pure aluminum powder. Pure aluminum powder is more advantageous in terms of raw material costs than aluminum alloy powder.
  • the upper limit of the average particle diameter of the aluminum powder is, for example, 200 ⁇ m or less, preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average particle diameter of the aluminum powder is, for example, 0.5 ⁇ m or more, preferably 10 ⁇ m or more.
  • the average particle size of the aluminum powder is not particularly limited as long as it can be produced. In the present embodiment, an aluminum powder having an average particle size of 0.5 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less is used.
  • the average particle diameter of the aluminum powder is 100 ⁇ m or less, and the average particle diameter of the neutron absorbing particles (one or both of gadolinium oxide particles and boron carbide particles) is 30 ⁇ m or less.
  • the portion in which the aluminum composite material 100 is uniformly dispersed and the neutron absorbing particles are thin is reduced, and the characteristics of the aluminum composite material 100 are stabilized.
  • the difference between the average particle diameter of the aluminum powder and the average particle diameter of the neutron absorbing particles is large, there is a high possibility that the base material 3 will crack in the rolling process described later. Therefore, it is preferable that the difference between the average particle size of the aluminum powder and the average particle size of the neutron absorbing particles is small.
  • the average particle size of the aluminum powder is too large, there is a high possibility that it is difficult to uniformly mix the aluminum powder and the neutron absorbing particles.
  • the average particle diameter of the aluminum powder is too small, aggregation tends to occur between the aluminum powders, and there is a high possibility that it is difficult to uniformly mix the aluminum powder and the neutron absorbing particles.
  • the average particle diameter of the aluminum powder is a value determined by a laser diffraction particle size distribution measurement method.
  • the average particle diameter of the aluminum powder may be measured by “Microtrack” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
  • the average particle diameter is a volume-based median diameter.
  • the shape of the aluminum powder is not particularly limited.
  • the shape of the aluminum powder may be any shape such as a teardrop shape, a true spherical shape, a spheroid shape, a flake shape, and an indefinite shape.
  • grain can be measured with the same method.
  • Aluminum powder can be manufactured in accordance with a known metal powder manufacturing method.
  • the manufacturing method of aluminum powder is not limited.
  • Examples of the method for producing the aluminum powder include an atomizing method, a melt spinning method, a rotating disk method, a rotating electrode method, and other rapid solidification methods. From the viewpoint of industrial production, the atomizing method is preferable, and the gas atomizing method is more preferable.
  • the atomizing medium / atmosphere during atomization may be air, nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, water, or a mixture thereof, but the atomizing medium is air, nitrogen gas or argon gas from an economic viewpoint. Is preferred.
  • Gadolinium oxide particles Next, the gadolinium oxide particles dispersed in the base material 3 will be described. Gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ) has neutron absorption performance, and the gadolinium oxide particles are dispersed in the base material 3 so that the aluminum composite material 100 functions as a neutron absorber.
  • the gadolinium oxide particles are preferably contained in the aluminum powder in an amount of 6.0% by mass to 30.0% by mass.
  • the amount is less than 6% by mass, there is a high possibility that the base material 3 cannot have sufficient neutron absorption performance.
  • it is more than 30% by mass there is a high possibility that the molded body becomes brittle and easily breaks.
  • the bondability between the aluminum powder and the gadolinium oxide particles is also deteriorated, voids are easily formed, the desired functions cannot be obtained, and the strength and thermal conductivity are likely to be lowered. Further, the machinability of the aluminum composite material 100 is likely to deteriorate.
  • the average particle diameter of the gadolinium oxide particles is arbitrary, and the difference between the average particle diameter of the aluminum powder and the average particle diameter of the gadolinium oxide particles is appropriately selected according to the required specifications.
  • the average particle diameter of the gadolinium oxide particles is 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the gadolinium oxide particles is larger than 30 ⁇ m, there is a high possibility that problems such as the wear of the cutting tool immediately occur during cutting.
  • the average particle diameter of the gadolinium oxide particles is smaller than 1 ⁇ m, aggregation is likely to occur between the fine gadolinium particles, which may make it difficult to uniformly mix the aluminum powder and the gadolinium oxide particles. Becomes higher.
  • the average particle diameter of the gadolinium oxide particles is a value determined by a laser diffraction particle size distribution measurement method.
  • the shape of the gadolinium oxide particles is not limited, and may be any of, for example, a teardrop shape, a true spherical shape, a spheroid shape, a flake shape, and an indefinite shape.
  • boron carbide particles Next, the boron carbide particles will be described. In the present embodiment, not only gadolinium oxide particles but also boron carbide particles may be dispersed in the base material 3 formed of aluminum powder. Boron carbide (B 4 C) has neutron absorption performance, and the aluminum composite material 100 functions as a neutron absorber by dispersing gadolinium oxide particles and boron carbide particles in the base material 3.
  • the boron carbide particles are preferably contained in an amount of 10 to 20% by mass.
  • the amount of boron carbide particles is less than 10% by mass, it is highly likely that the base material 3 cannot have sufficient neutron absorption performance.
  • the amount of boron carbide particles is more than 20% by mass, there is a high possibility that the molded body becomes brittle and easily breaks.
  • the gadolinium oxide particles may be contained in an amount of 2% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the average particle diameter of the boron carbide particles is arbitrary, and the difference between the average particle diameter of the aluminum powder and the average particle diameter of the boron carbide particles is appropriately selected according to the required specifications.
  • the average particle diameter of the boron carbide particles is 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the boron carbide particles is larger than 30 ⁇ m, there is a high possibility that problems such as the wear of the cutting tool immediately occur during cutting.
  • the average particle diameter of the boron carbide particles is smaller than 1 ⁇ m, the fine boron carbide particles are likely to aggregate with each other, so that it is difficult to uniformly mix the aluminum powder and the boron carbide particles.
  • the average particle size of the boron carbide particles is a value determined by a laser diffraction particle size distribution measurement method.
  • the powder shape of the boron carbide particles is not limited, and may be any of, for example, a teardrop shape, a true spherical shape, a spheroid shape, a flake shape, and an indefinite shape.
  • the base material 3 may or may not contain boron carbide particles. Further, the base material 3 may contain other particles in addition to the gadolinium oxide particles. Ceramic particles may be contained as particles contained in the base material 3. Examples of the ceramic contained in the base material 3 include Al 2 O 3 , SiC, BN, aluminum nitride, and silicon nitride in addition to B 4 C. These ceramics are used in powder form, and these can be used alone or as a mixture, and are selected depending on the use of the composite material.
  • the aluminum composite material 100 can be used as a neutron absorber.
  • the boron-based ceramic include TiB 2 , B 2 O 3 , FeB, and FeB 2 in addition to the above-described B 4 C. These boron-based ceramics are used in the form of powder, and these can be used alone or as a mixture. In particular, it is preferable to use boron carbide B 4 C containing a large amount of 10 B, which is an isotope of B that absorbs neutrons well.
  • the average particle diameter of these ceramic particles is arbitrary, but is preferably 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and more preferably 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • At least one having neutron absorption performance such as hafnium (Hf), samarium (Sm), gadolinium (Gd), etc. Seed elements may be added to the aluminum powder.
  • titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), magnesium (Mg), iron (Fe), copper (Cu), nickel (Ni ), Molybdenum (Mo), niobium (Nb), zirconium (Zr), strontium (Sr) and the like may be added to the aluminum powder.
  • at least one of silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), magnesium (Mg), zinc (Zn) and the like may be added to the aluminum powder.
  • the manufacturing method of the aluminum composite material 100 includes a mixing step (step S1) in which aluminum powder and gadolinium oxide particles are mixed to generate a mixed material M, and a mixing step.
  • step S4 for filling the case 10 with the mixed material M generated in the process to form the rolled body 18, the preheating step (step S5) for heating the rolled body 18, and the heated rolled roll A rolling step (step S6) in which the body 18 is rolled to produce the aluminum composite material 100.
  • Step S1 mixing process
  • Aluminum powder and gadolinium oxide particles are prepared and mixed uniformly.
  • the aluminum powder may be one kind or a mixture of plural kinds.
  • mixing is performed so that the admixture M of aluminum powder and gadolinium oxide particles contains 6% by mass to 30% by mass of gadolinium oxide particles.
  • the mixing method of the aluminum powder and the gadolinium oxide particles may be a known method.
  • various mixers such as a V blender and a cross rotary mixer, a vibration mill, a planetary mill, etc. may be used for mixing for a predetermined time.
  • the mixing time is 10 minutes or longer and 10 hours or shorter, preferably 3 hours or longer and 6 hours or shorter.
  • the mixing may be either dry or wet.
  • an abrasive medium such as alumina or a SUS ball may be appropriately added for the purpose of crushing during mixing.
  • the mixed material M produced by mixing the aluminum powder and the gadolinium oxide particles is sent to the next step as it is.
  • Step S2 Case preparation process
  • a hollow flat metal case 10 filled with the mixed material M generated in the above-described mixing process is prepared.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of the case 10.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the structure of the case 10.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the rolled body 18 including the case 10 and the mixed material M filled in the case 10.
  • the case 10 is preferably made of aluminum or stainless steel.
  • pure aluminum JIS 1050, JIS 1070, etc.
  • an Al—Cu based alloy JIS2017, etc.
  • an Al—Mg based alloy JIS 5052, etc.
  • an Al—Mg—Si based alloy JIS 6061, etc.
  • an Al—Zn—Mg based alloy Various types of alloy materials such as JIS7075 and Al—Mn alloys can also be used.
  • the composition of aluminum to be selected may be determined in consideration of required characteristics, cost, and the like.
  • the case 10 is preferably formed of pure aluminum. Pure aluminum is advantageous in terms of raw material costs compared to the case of an aluminum alloy.
  • the case 10 is preferably formed of an Al—Mg alloy (JIS 5052 or the like).
  • 1 to 50 mass% of at least one element having neutron absorption performance such as Hf, Sm, and Gd may be added to the case 10.
  • the case 10 includes a lower case (first case) 12 and an upper case (second case) 14, and the lower case 12 and the upper case 14 are prepared in the case preparation process.
  • Each of the lower case 12 and the upper case 14 is formed of the same material, and is made of aluminum in the present embodiment.
  • the lower case 12 includes a side plate 12A, a side plate 12B facing the side plate 12A, a front plate 12C, a rear plate 12D facing the front plate 12C, and a bottom plate 12E.
  • the upper case 14 includes a side plate 14A, a side plate 14B facing the side plate 14A, a front plate 14C, a rear plate 14D facing the front plate 14C, and an upper plate 14E.
  • the lower case 12 is formed in a bottomed rectangular parallelepiped shape whose upper surface is open, and has a recess 12H filled with the mixed material M.
  • the upper case 14 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and functions as a closing member that closes the upper surface of the opened lower case 12.
  • the upper case 14 has a size slightly larger than the lower case 12 and is fitted so as to cover the outer periphery of the lower case 12 from above the lower case 12.
  • the upper case 14 is disposed so as to cover the opening 12K at the upper end of the recess 12H filled with the mixed material M.
  • Step S3 Stiffener preparation process
  • a reinforcing material (reinforcing frame) 16 for reinforcing the outer periphery of the case 10 is prepared.
  • the reinforcing material 16 is disposed to reinforce the outer peripheral surface of the case 10 in the rolling process.
  • the case 10 When the case 10 is rolled, the case 10 has a longitudinal direction of the case 10 (in the case where the planar shape of the case 10 is a square, any central axis) along the rolling direction, and the extending surface thereof is in the horizontal direction. It is arranged along.
  • the side plate 14A and the side plate 14B of the upper case 14 are arranged along the rolling direction, and the front plate 14C and the rear plate 14D are arranged along the direction orthogonal to the rolling direction.
  • the reinforcing member 16 includes a first reinforcing member 16A connected to the side plate 14A, a second reinforcing member 16B connected to the side plate 14B, a third reinforcing member 16C connected to the front plate 14C, and a rear plate. And a fourth reinforcing member 16D connected to 14D.
  • the first reinforcing member 16A is attached to the side plate 14A, and the second reinforcing member 16B is attached to the side plate 14B.
  • the first reinforcing member 16A has both ends of the first reinforcing member 16A extending forward and backward from the side plate 14A in the rolling direction, and the second reinforcing member 16B has both ends of the second reinforcing member 16B in the rolling direction. Extends beyond the side plate 14B.
  • the third reinforcing member 16C is attached to the front plate 14C, and the fourth reinforcing member 16D is attached to the rear plate 14D.
  • the third reinforcing member 16C has the same length as the front plate 14C in the direction orthogonal to the rolling direction, and the fourth reinforcing member 16D is the same as the rear plate 14D in the direction orthogonal to the rolling direction. Have a length.
  • Step S4 filling step
  • the filling step includes an operation of uniformly feeding the mixed material M.
  • the filling operation uniform charging operation
  • the lower case 12 is tapped.
  • Tapping includes a process of hitting the lower case 12. The tapping may be performed in parallel with at least a part of the uniform charging operation, or may be performed after the uniform charging operation. By tapping, the filling density of the mixed material M in the lower case 12 can be increased. Tapping is performed so that the theoretical filling rate of the mixed material M is in the range of 35% to 65%.
  • FIG. 6 to 13 are diagrams showing an example of a filling process for forming the rolled body 18.
  • the lower case 12 is arranged at a predetermined filling position so that the opening 12K of the recess 12H faces upward.
  • the extension sleeve 20 is disposed on the lower case 12 so that the extension sleeve 20 and the lower case 12 overlap each other.
  • the extension sleeve 20 includes a sleeve body 20A having a lower surface that can be in close contact with the upper surface 12J of the lower case 12 around the recess 12H, and an outer side from the lower surface of the sleeve body 20A. And a skirt portion 20B fitted to the lower case 12 from the outside in a state where the lower surface of the sleeve body 20A and the upper surface 12J of the lower case 12 are in contact with each other.
  • the lower case 12 and the extension sleeve 20 are tapped in a state where the mixed material M is put into the space formed by the lower case 12 and the extension sleeve 20. That is, one or both of the lower case 12 and the extension sleeve 20 are hit. As a result, as shown in FIG. 9, the filling density of the mixed material M is increased in the space formed by the lower case 12 and the extension sleeve 20, and the upper surface of the mixed material M is lowered.
  • the tapping is stopped, and the extension sleeve 20 is lifted upward and removed from the lower case 12.
  • the mixed material M is disposed in the recess 12 ⁇ / b> H of the lower case 12, and a part of the mixed material M present in the extension sleeve 20 protrudes above the lower case 12. Placed in.
  • the scraper 22 moves along the upper surface 12J of the lower case 12, so that a part of the mixed material M protruding above the lower case 12 is frayed, and as shown in FIG.
  • the material M is collected in the collection box 24. Note that the mixed material M collected in the collection box 24 is returned to the blender described above, stirred again, and reused.
  • the concave portion 12H of the lower case 12 is fully filled with the mixed material M having a high filling density.
  • the upper surface of the mixed material M filled in the recess 12H of the lower case 12 and the upper surface 12J of the lower case 12 around the recess 12H are arranged in the same plane (being flush with each other).
  • the upper case 14 and the lower case 12 are fitted, and the opening 12 ⁇ / b> K of the recess 12 ⁇ / b> H filled with the mixed material M is covered with the upper case 14.
  • the opening 12K of the lower case 12 is closed, as shown in FIG. 13, the rolled body 18 in which the mixed material M is fully filled is formed inside the case 10.
  • the state of the to-be-rolled body 18 shown in FIG. 13 is extremely “a material” (meaning a material to be rolled in the rolling process described later) for producing the aluminum composite material 100 according to the present embodiment.
  • a material meaning a material to be rolled in the rolling process described later
  • the bottom plate 12E of the lower case 12 defines the lowermost layer (skin layer)
  • the mixed material M is the intermediate layer (core layer).
  • the upper plate 14E of the upper case 14 defines the uppermost layer (skin layer).
  • the reinforcing work includes surrounding the outer periphery of the rolled body 18 excluding the upper and lower surfaces in the rolling posture with the reinforcing material 16.
  • the first reinforcing member 16A is temporarily fixed to the side plate 14A of the upper case 14, and the second reinforcing member 16B is temporarily fixed to the side plate 14B of the upper case 14.
  • both ends of the first reinforcing member 16A extend from the side plate 14A, and temporarily fixed so that both ends of the second reinforcing member 16B extend from the side plate 14B.
  • the third reinforcing member 16C is temporarily fixed to the front plate 14C of the upper case 14, and the fourth reinforcing member 16D is temporarily fixed to the rear plate 14D of the upper case 14.
  • One end of the third reinforcing member 16C abuts on the end of the first reinforcing member 16A in the direction orthogonal to the rolling direction, and the other end of the third reinforcing member 16C contacts the end of the second reinforcing member 16B.
  • Temporarily fastened to touch One end of the fourth reinforcing member 16D is in contact with the end of the first reinforcing member 16A in the direction orthogonal to the rolling direction, and the other end of the fourth reinforcing member 16D is in contact with the end of the second reinforcing member 16B.
  • the rolled body 18 is placed in a vacuum furnace, depressurized at a predetermined degree of vacuum, and degassed.
  • the temporarily fixed reinforcing material 16 is fixed to the rolled body 18 by MIG welding.
  • MIG welding is performed by welding the upper edge of the reinforcing material 16 and the upper edge of the upper case 14 over the entire circumference, and welding the lower edge of the reinforcing material 16 and the lower edge of the upper case 14 over the entire circumference. carry out.
  • the lower edge of the upper case 14 and the lower edge of the lower case 12 are closely adjacent to each other.
  • the lower edge of the reinforcing member 16 and the lower edge of the upper case 14 are welded, the lower edge of the lower case 12 is also welded together.
  • the case 10 is hermetically sealed as a whole. It will be.
  • the case 10 is hermetically sealed, if air exists (residual) in the rolled body 18, this may remain as a defect. For this reason, in order to prevent air from escaping from the inside of the body to be rolled 18 and not remaining in the rolling process, air vent holes (not shown) are formed in the four corners of the upper surface of the upper case 14 or welding is performed. A gap may be formed in the case partially. The formation of the holes and gaps can also be expected to remove the gas that has entered the rolled material 18 during welding.
  • Step S5 Preheating process
  • the rolled body 18 reinforced with the reinforcing material 16 is preheated (heated) before being rolled.
  • Preheating is carried out in a heating furnace by leaving it in an air atmosphere in the range of 300 ° C. to 600 ° C. for 2 hours or longer. In this embodiment, preheating is performed at 500 ° C. for 2 hours or more.
  • the preheating atmosphere is not limited to being performed in the air. It is preferable to carry out in an inert gas such as argon. More preferably, it is performed in a vacuum atmosphere of 5 Pa or less.
  • the rolling target 18 is heated so that the powder state of the mixed material M is maintained.
  • Step S6 Rolling process
  • a plastic processing called rolling is performed on the body to be rolled 18.
  • the mixed material M to be rolled remains as a powder and is not solidified at all. That is, as before, before being subjected to the rolling process, it is preformed for the purpose of maintaining the shape, and more specifically, it is preliminarily pressed into the desired shape by pressing or conducting current and pressure sintering. It is something that is not considered to be molded.
  • the filling rate is increased by the above-described tapping, the state as a powder is maintained rather than a solidified one.
  • this to-be-rolled body 18 is a plate-like clad material as a three-layer clad structure in which the mixed material M is filled in the case 10 and sealed, and the mixed material M is sandwiched between the upper and lower aluminum plates. "Material" is specified.
  • the pre-rolled body 18 is subjected to a rolling process and formed into a target shape.
  • a rolling process When producing a plate-like clad material, it is also possible to obtain a clad plate material having a predetermined clad rate with an Al plate material or an Al container only by cold rolling.
  • One processing may be performed by hot plastic processing, or a plurality of processing may be combined. Further, cold plastic working may be performed after hot plastic working. In the case of performing cold plastic working, if the annealing is performed at 300 ° C. to 600 ° C. (preferably 400 ° C. to 500 ° C.) before the processing, the processing becomes easy.
  • the to-be-rolled body 18 is clad with an aluminum plate, there is no ceramic particle on its surface that becomes a base point of fracture during plastic working or wears a die or the like. Therefore, it is possible to obtain an aluminum composite material 100 having excellent rolling processability and excellent strength and surface properties. Moreover, since the surface of the obtained hot plastic working material is clad with a metal and the adhesion between the surface metal and the inner mixed material M is good, the aluminum composite material 100 whose surface is not clad with the metal material, Excellent corrosion resistance, impact resistance and thermal conductivity.
  • a metal protective plate for example, a thin plate made of SUS or Cu
  • hot rolling is performed by repeatedly performing 10 to 14 passes in the range of a rolling reduction of 10% to 70%.
  • the rolling temperature in this hot rolling is set to 500 ° C.
  • warm rolling may be performed in the range of 200 ° C to 300 ° C.
  • the second warm rolling may be performed at a temperature of 200 ° C. or lower.
  • a heat treatment process for a predetermined time that is, an annealing process is performed in the range of 300 ° C. to 600 ° C.
  • a cooling process is performed, a correction process for correcting to a desired flatness is performed, and both side edges, leading edge, and trailing edge are cut off to obtain a predetermined product shape (aluminum composite material). 100 plate clad material).
  • annealing may be performed at 450 ° C. for a predetermined time.
  • the mixed material M is the base material 3, at least a part of the upper case 14 is the metal plate 1, and at least a part of the lower case 12 is the metal plate 2.
  • the base material 3 is generated from aluminum powder and gadolinium oxide particles.
  • the base material 3 is produced from aluminum powder, gadolinium oxide particles, and boron carbide particles
  • the aluminum powder, gadolinium particles, and boron carbide particles are mixed in the mixing step.
  • the mixture M of aluminum powder, gadolinium oxide particles, and boron carbide particles contains 2% by mass to 10% by mass of gadolinium oxide particles, and 10% by mass to 20% by mass of boron carbide particles. Mixing is performed so that it is contained below.
  • Example 1 Next, Example 1 according to the present invention will be described. As shown in Table 1, Table 2, and Table 3, samples of aluminum composite material 100 (sample 1 to sample 13) having 13 types of base materials 3 having different compositions are prepared, and the performance of each of these samples is measured. evaluated. The composition of each material can be analyzed by ICP emission spectroscopy.
  • Table 1 shows the composition of the base material 3 of each sample and the equivalent B 4 C concentration of those samples.
  • Each sample has a base material 3 having the composition shown in Table 1, and an aluminum metal plate 1 and a metal plate 2 arranged so as to sandwich the base material 3.
  • Samples 1 to 4, Sample 6, Sample 7, and Samples 9 to 11 correspond to examples according to the present invention.
  • Samples 1 to 4 are samples in which the base material 3 is generated from aluminum powder (Al) and gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ).
  • Sample 6, Sample 7, Sample 9 to Sample 11 are samples in which the base material 3 is generated from aluminum powder (Al), gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ), and boron carbide particles (B 4 C).
  • Sample 5, Sample 8, Sample 12, and Sample 13 are samples according to a comparative example, and the base material 3 is a sample that does not contain gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ).
  • samples 1 to 4 are samples in which the base material 3 is generated from aluminum powder (Al) and gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ) and does not contain boron carbide particles (B 4 C). It is. Sample 1 contains 6% by weight of gadolinium oxide particles, Sample 2 contains 12% by weight of gadolinium oxide particles, Sample 3 contains 15% by weight of gadolinium oxide particles, and Sample 4 contains gadolinium oxide particles. Contains 30% by mass.
  • Samples 5 to 7 are samples in which the base material 3 contains 10% by mass of boron carbide particles (B 4 C).
  • Sample 5 is a sample in which base material 3 is generated from aluminum powder (Al) and boron carbide particles (B 4 C) and does not contain gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ).
  • Samples 6 and 7 are samples in which the base material 3 was generated from aluminum powder (Al), gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ), and boron carbide particles (B 4 C). Sample 6 contains 4% by mass of gadolinium oxide particles, and sample 7 contains 10% by mass of gadolinium oxide particles.
  • Samples 8 to 11 are samples in which the base material 3 contains 20% by mass of boron carbide particles (B 4 C).
  • Sample 8 is a sample in which base material 3 is generated from aluminum powder (Al) and boron carbide particles (B 4 C) and does not contain gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ).
  • Samples 9 to 11 are samples in which the base material 3 is generated from aluminum powder (Al), gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ), and boron carbide particles (B 4 C). Sample 9 contains 2% by mass of gadolinium oxide particles, sample 10 contains 8% by mass of gadolinium oxide particles, and sample 11 contains 20% by mass of gadolinium oxide particles.
  • Samples 12 and 13 are samples in which the base material 3 is generated from aluminum powder (Al) and boron carbide particles (B 4 C) and does not contain gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ). Sample 12 and Sample 13 contain a large amount of boron carbide particles (B 4 C), Sample 12 contains 30% by mass of boron carbide particles, and Sample 13 contains 60% by mass of boron carbide particles.
  • the equivalent B 4 C concentration indicates the thermal neutron absorption performance of each sample when the entire base material 3 is formed of boron carbide particles and the thermal neutron absorption performance of the base material 3 is 100. It is a relative numerical value.
  • the tensile test was based on JIS-Z2241, and the tensile strength (MPa), 0.2% proof stress (MPa), and elongation (%) were measured.
  • the bending test is based on JIS-Z2248. Samples with a thickness Da of 1 mm, 2 mm, 4 mm, and 8 mm of the aluminum composite material 100 were prepared, and curvature radii of 6 mm (R6), 9 mm (R9), and 12 mm ( A bending test of 90 degrees was performed at R12), 15 mm (R15), and 20 mm (R20).
  • Table 1 shows the results (tensile properties) of the tensile test of each sample.
  • Tables 2 and 3 show the bending test results of the samples.
  • Sample 1 Sample 2, Sample 3, Sample 4, Sample 6 are shown in FIGS. 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, and 23, respectively.
  • Sample 7, Sample 9, Sample 10, Sample 11, and Sample 12 are photomicrographs taken at a magnification of 500 times using an optical microscope.
  • neutron absorbing particles are uniformly dispersed in the aluminum powder.
  • gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ) have a neutron absorption performance (thermal neutron absorption performance) that is about five times higher than that of boron carbide particles (B 4 C). That is, the equivalent B 4 C concentration of Sample 4 containing no boron carbide particles and containing 30% by mass of gadolinium oxide particles is 150% by mass (expected).
  • the aluminum composite material 100 having the base material 3 containing gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ) has sufficient elongation.
  • the elongation of the aluminum composite material 100 having the base material 3 containing gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ) is a high value and has sufficient elongation. .
  • the elongation of the sample 4 which does not contain boron carbide particles and contains 30% by mass of gadolinium oxide particles is 8.0%, does not contain gadolinium oxide particles, and contains 30% by mass of boron carbide particles.
  • the elongation of 12 is 3.8%, and the base material 3 containing gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ) extends more sufficiently than the base material 3 containing boron carbide particles (B 4 C). I understand.
  • the base material 3 when the base material 3 is produced from aluminum powder and gadolinium oxide particles, it has sufficient neutron absorption performance (equivalent B 4 C concentration) and is sufficient
  • the base material 3 preferably contains 6% by mass or more and 30% by mass or less of gadolinium oxide particles. It can be seen that when gadolinium oxide particles are contained within the numerical range, sufficient values can be obtained not only for the tensile properties but also for the tensile strength and 0.2% proof stress.
  • the tensile strength in the market where neutron absorbers are distributed is required to be 35 MPa or more as a general required specification value. As can be seen from Table 1, it can be seen that Samples 1 to 4 have sufficient tensile strength as compared with the required specification values.
  • the 0.2% proof stress in the market where neutron absorbers are distributed is required to be 15 MPa or more as a general required specification value.
  • Table 1 it can be seen that Samples 1 to 4 have sufficient 0.2% proof stress as compared with the required specification values.
  • the base material 3 when the base material 3 is formed from aluminum powder, gadolinium oxide particles, and boron carbide particles, sufficient neutron absorption performance (equivalent B 4 C concentration) ) And sufficient tensile properties, the base material 3 contains 2% by mass to 10% by mass of gadolinium oxide particles and 10% by mass of boron carbide particles. It has been found that the content is preferably 20% by mass or less. It can be seen that when gadolinium oxide particles are contained within the numerical range, sufficient values can be obtained not only for the tensile properties but also for the tensile strength and 0.2% proof stress.
  • the base material 3 includes gadolinium oxide particles in consideration of the required tensile properties and the above-described required specification values (target tensile strength, target 0.2% yield strength, and target elongation). Is contained in an amount of 2% by mass or more and 10% by mass or less, and boron carbide particles are preferably contained in an amount of 10% by mass or more and 20% by mass or less.
  • the aluminum composite material 100 (neutron absorber) according to the present embodiment exhibits a value considerably higher than the specification value required by the market in terms of its mechanical strength, and is sufficiently It has been found that it has a high mechanical strength and therefore has high industrial applicability.
  • Example 2 shows an example in which the evaluation test was performed with the number of samples increased from that in Example 1.
  • Table 4 Table 5, and Table 6, samples of aluminum composite material 100 (sample 1 to sample 18) having 18 types of base materials 3 having different compositions are prepared, and the performance of each of these samples is measured. evaluated.
  • Table 4 shows the composition of the base material 3 of each sample and the equivalent B 4 C concentration of those samples.
  • Each sample has a base material 3 having the composition shown in Table 4, and an aluminum metal plate 1 and a metal plate 2 arranged so as to sandwich the base material 3.
  • Samples 1 to 13 shown in Tables 4, 5 and 6 are the same as Samples 1 to 13 in Example 1.
  • Example 2 Sample 14 to Sample 18 were newly added and an evaluation test was performed.
  • Sample 1 to sample 4 sample 14, sample 6, sample 7, sample 9 to sample 11, and sample 15 correspond to examples according to the present invention.
  • Samples 1 to 4 and sample 14 are samples in which the base material 3 is generated from aluminum powder (Al) and gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ) and does not contain boron carbide particles (B 4 C).
  • Sample 1 contains 6% by mass of gadolinium oxide particles.
  • Sample 2 contains 12% by mass of gadolinium oxide particles.
  • Sample 3 contains 15% by mass of gadolinium oxide particles.
  • Sample 4 contains 30% by mass of gadolinium oxide particles.
  • Sample 14 contains 8% by mass of gadolinium oxide particles.
  • the base material 3 is generated from aluminum powder (Al), gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ), and boron carbide particles (B 4 C). This is a sample.
  • Sample 6 contains 4% by mass of gadolinium oxide particles and 10% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 7 contains 10% by mass of gadolinium oxide particles and 10% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 9 contains 2% by mass of gadolinium oxide particles and 20% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 10 contains 8% by mass of gadolinium oxide particles and 20% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 11 contains 20% by mass of gadolinium oxide particles and 20% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 15 contains 5% by mass of gadolinium oxide particles and 20% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 16 Sample 5, Sample 8, Sample 12, Sample 17, Sample 18, and Sample 13 are samples according to a comparative example, and the base material 3 is a sample that does not contain gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ). .
  • the sample 16 is a sample in which the base material 3 does not contain both gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ) and boron carbide particles (B 4 C).
  • the base material 3 is produced from aluminum powder (Al) and boron carbide particles (B 4 C), and gadolinium oxide particles (Gd 2 O). 3 ) The sample does not contain.
  • Sample 5 contains 10% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 8 contains 20% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 12 contains 30% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 17 contains 40% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 18 contains 50% by mass of boron carbide particles.
  • Sample 13 contains 60% by mass of boron carbide particles.
  • the equivalent B 4 C concentration indicates the thermal neutron absorption performance of each sample when the entire base material 3 is formed of boron carbide particles and the thermal neutron absorption performance of the base material 3 is 100. It is a relative numerical value.
  • Example 1 As an evaluation test, (1) tensile test and (2) bending test were performed. Similar to Example 1, the tensile test was based on JIS-Z2241, and the tensile strength (MPa), 0.2% yield strength (MPa), and elongation (%) were measured. Similar to Example 1, the bending test is based on JIS-Z2248. Samples with a thickness Da of 1 mm, 2 mm, 4 mm, and 8 mm of the aluminum composite material 100 were prepared, and the curvature radii were 6 mm (R6) and 9 mm. A bending test of 90 degrees was performed at (R9), 12 mm (R12), 15 mm (R15), and 20 mm (R20).
  • Table 4 shows the tensile test results (tensile properties) and bending test results (formability) of each sample.
  • Tables 5 and 6 show the bending test results of each sample.
  • the aluminum composite material 100 having the base material 3 containing gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3 ) has a sufficient elongation. It can be seen that
  • the elongation of the sample 14 containing 8% by mass of gadolinium oxide particles and no boron carbide particles is 17.4%.
  • the elongation of sample 10 containing 8% by mass of gadolinium oxide particles and 20% by mass of boron carbide particles is 6.7%.
  • the base material 3 containing gadolinium oxide particles (Gd 2 O 3) towards the base material 3 content is small boron carbide particles (B 4 C) is the mother content large boron carbide particles (B 4 C) It can be seen that the material 3 has a sufficient elongation.
  • the base material 3 when the base material 3 is formed from aluminum powder and gadolinium oxide particles, it has sufficient neutron absorption performance (equivalent B 4 C concentration). And in order to implement
  • the base material 3 is formed from aluminum powder, gadolinium oxide particles, and boron carbide particles.
  • the base material 3 contains 2% by mass or more and 20% by mass or less of gadolinium oxide particles.
  • the boron carbide particles are contained in an amount of 10% by mass or more and 20% by mass or less.
  • the elongation percentage of the aluminum composite material 100 is 2.1% of the sample 11, and the elongation percentage of the other samples (sample 6, sample 7, sample 9, sample 10, and sample 15) is 2.1% or more.
  • 11.2% of sample 6 is the maximum value.
  • the base material 3 contains 2% by mass or more and 20% by mass or less of gadolinium oxide particles, 10% by mass or more and 20% by mass or less of boron carbide particles, and the elongation is about 2% or more (2. It can be confirmed that the aluminum composite material 100 of 1% or more and 11.2% or less can be manufactured.
  • the radius of curvature R when a crack does not occur in the case of OK
  • the ratio R / Da was determined as an evaluation value. That is, the formability of the aluminum composite material 100 was expressed by the ratio R / Da, where R is the radius of curvature at which cracking does not occur when the 90-degree bending test is performed, and Da is the thickness.
  • the ratios R / Da when the aluminum composite material 100 having a thickness Da of 1 mm, 2 mm, 4 mm, and 8 mm was subjected to a 90-degree bending test so that the curvature radius R was 9 mm were “9” and “4.5”, respectively. ”,“ 2.25 ”,“ 1.125 ”.
  • the ratio R / Da is “6”, “3”, “9”, “4.5”, “12”, “6”, “3”, “15”, “7.5”, “3.75”, “20”, “10”, “5”, “2.5” "
  • the minimum value of the plurality of ratios R / Da obtained is used as the evaluation value of the formability of the aluminum composite material 100.
  • the ratio R / Da shows the minimum value “2.5” (see the shaded portion in Table 6).
  • the ratio R / Da is “6”, “9”, “12”, “6”, “15”, “7.5”, “20”, “10”.
  • the minimum value of the plurality of ratios R / Da obtained is used as the evaluation value of the formability of the aluminum composite material 100.
  • the ratio R / Da shows the minimum value “6” (see the shaded portion in Table 5).
  • sample 1 and sample 4 have been described as examples.
  • the minimum value of the ratio R / Da is obtained for all samples (sample 1 to sample 18) (see the shaded portions in Tables 5 and 6).
  • Table 4 shows the minimum value of the ratio R / Da of Sample 1 to Sample 18.
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 1 is “2.5”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 2 is “2.25” (in Table 4, 2.25 is shown as an approximate number 2.3).
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 3 is “3.75” (in Table 4, 3.75 is shown as an approximate number 3.8).
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 4 is “6”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 14 is “2.5”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 6 is “4.5”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 7 is “6”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 9 is “6”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 10 is “7.5”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 11 is at least “20”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 15 is “7.5”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 16 is “1.875” (in Table 4, 1.875 is shown as an approximate number 1.9).
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 5 is “4.5”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of sample 8 is “7.5”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 12 is “15”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 17 is at least “20”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 18 is at least “20”.
  • the minimum value of the ratio R / Da of the sample 13 is at least “20”.
  • the gadolinium oxide particles are dispersed in the base material 3 of the aluminum powder, the aluminum composite material 100 having neutron absorption performance and good tensile properties is provided.
  • the aluminum composite material 100 having neutron absorption performance and good tensile properties is provided.
  • an aluminum composite material having a good balance in performance such as neutron absorption performance, workability, and manufacturing cost is provided.
  • the gadolinium oxide particles are cheaper than, for example, gadolinium, and are advantageous from the viewpoint of raw material costs. Further, according to the knowledge of the present inventors, when gadolinium oxide particles are added to aluminum powder in the existing casting process, the gadolinium oxide particles are not uniformly dispersed, and the quality of the manufactured article may be lowered. It has been found. In the present embodiment, aluminum powder and gadolinium oxide particles are mixed and gadolinium oxide particles are uniformly dispersed in the aluminum powder, and then the material to be rolled 18 is sandwiched between cases (metal plate).
  • the aluminum composite material 100 having the base material 3 in which the gadolinium oxide particles are uniformly dispersed in the aluminum powder can be produced by producing and rolling without passing through a sintering step or the like.
  • the base material 3 in which gadolinium oxide particles having excellent neutron absorption performance at low cost are uniformly dispersed in the aluminum powder can be manufactured and manufactured. This contributes to improving the quality of the aluminum composite material 100.
  • the aluminum composite material 100 excellent in workability can be provided by the gadolinium oxide particles.
  • the to-be-rolled body 18 is formed by filling the case 10 with the mixed material M and sealing the case 10 in a state where the filling density of the mixed material M is increased by tapping. Moreover, the to-be-rolled body 18 has a structure in which the mixed material M as a powder is sandwiched between the upper case 14 and the lower case 12. As a result, the aluminum composite material 100 as the clad material can be manufactured in a state where the high packing density of the mixed material M is maintained by preheating and rolling the workpiece 18.
  • the upper surface of the base material 3 (mixed material M) of the clad structure and the metal plate 1 (upper case 14) are in close contact, and the lower surface of the base material 3 (mixed material M) and the metal plate 2 ( Since the lower case 12) is in close contact with each other, the layers adjacent to each other are firmly bonded.
  • the mechanical strength of the aluminum composite material 100 increases dramatically.
  • the surface of the aluminum composite material 100 is formed of the metal plate 1 and the metal plate 2 and there is no particle, for example, the surface is less likely to be destroyed than an existing sintered body. A rolled material can be obtained.
  • the upper surface (upper case 14) and the lower surface (lower case 12) of the hollow case 10 function as the upper and lower metal plates 1 and 2 when forming the clad material.
  • the structure as the clad material is completed in a state where the material M is filled in the case 10, and the manufacturing process is simplified.
  • the mixed material M in the hollow case 10 is used in the rolling process in the form of powder, the bulk density maintained in a state where the mixed material M is filled in the case 10 is the maximum. It can be done up to about 65%.

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Abstract

　アルミニウム複合材は、第１金属板と、第２金属板と、第１金属板と第２金属板との間に配置され、アルミニウム粉末で形成された母材と、を備え、母材に酸化ガドリニウム粒子が分散されている。

Description

アルミニウム複合材、及びアルミニウム複合材の製造方法
　本発明は、アルミニウム複合材、及びアルミニウム複合材の製造方法に関する。
　中性子吸収性能を有する材料として、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に開示されているような合金が知られている。
特開昭６２－１７７１４１号公報 特開昭６２－２４３７３３号公報 特開昭６３－０３８５５３号公報 米国特許第７６２５５２０号明細書
　放射性物質の格納用容器等に使用される中性子吸収性能を有するアルミニウム複合材を製造する場合、アルミニウム複合材が物品の製造に適した特性（加工性）を有していないと、物品を円滑に製造できず、物品の性能が低下する可能性がある。
　本発明の態様は、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材、及びアルミニウム複合材の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の態様に係るアルミニウム複合材は、第１金属板と、第２金属板と、前記第１金属板と前記第２金属板との間に配置され、アルミニウム粉末で形成された母材と、を備え、前記母材に酸化ガドリニウム粒子が分散されている。
　本発明の態様によれば、アルミニウム粉末の母材に酸化ガドリニウム粒子が分散されているため、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材が提供される。また、母材を挟む第１金属板及び第２金属板が設けられるため、所期の強度を有するアルミニウム複合材が提供される。
　本発明の一態様として、前記母材に前記酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有されてもよい。これにより、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材が提供される。
　本発明の一態様として、前記母材に前記酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有され、伸び率が８％以上であり、９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、比Ｒ／Ｄａの最小値で表される成形性が２．３以上６．０以下でもよい。これにより、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材が提供される。
　本発明の一態様として、さらに、前記母材に炭化ホウ素粒子が分散されていてもよい。これにより、中性子吸収性能、加工性、製造コストなどの特性においてバランスの良いアルミニウム複合材が提供される。
　本発明の一態様として、さらに、前記母材に炭化ホウ素粒子が分散され、前記母材に、前記酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、前記炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されてもよい。これにより、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材が提供される。
　本発明の一態様として、さらに、前記母材に炭化ホウ素粒子が分散され、前記母材に、前記酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上２０質量％以下含有され、前記炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有され、伸び率が２％以上でもよい。これにより、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材が提供される。
　本発明の一態様として、さらに、前記母材に炭化ホウ素粒子が分散され、前記母材に、前記酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、前記炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有され、伸び率が６％以上であり、９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、比Ｒ／Ｄａの最小値で表される成形性が４．５以上７．５以下でもよい。これにより、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材が提供される。
　本発明の一態様として、前記第１金属板及び前記第２金属板の少なくとも一方は、アルミニウム又はステンレス鋼製でもよい。これにより、耐食性を有し、所期の強度を有するアルミニウム複合材が提供される。
　本発明の態様に係るアルミニウム複合材の製造方法は、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とを混合する工程と、前記混合により生成された混合材をケースに充填して被圧延体を形成する工程と、前記被圧延体を加熱する工程と、加熱された前記被圧延体を圧延してアルミニウム複合材を製造する工程と、を含む。
　本発明の態様によれば、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とを混合して混合材を生成した後、その混合材をケースに充填して圧延するため、アルミニウム粉末に酸化ガドリニウム粒子が均一に分散されたアルミニウム複合材を製造することができる。これにより、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材を製造することができる。
　本発明の一態様として、前記混合材に前記酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有されるように前記混合が行われてもよい。これにより、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材を製造することができる。
　本発明の一態様として、前記混合する工程は、さらに炭化ホウ素粒子を混合することを含んでもよい。これにより、中性子吸収性能、加工性、製造コストなどの特性においてバランスの良いアルミニウム複合材を製造することができる。
　本発明の一態様として、前記混合する工程は、さらに炭化ホウ素粒子を混合することを含み、前記混合材に、前記酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上２０質量％以下含有され、前記炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されるように、前記混合が行われてもよい。これにより、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材を製造することができる。
　本発明の一態様として、前記ケースは、第１ケースと第２ケースとを含み、前記被圧延体を形成する工程は、前記混合材を前記第１ケースの凹部に充填することと、前記混合材が充填された前記凹部の開口を前記第２ケースで覆うことと、を含んでもよい。これにより、混合材をケースに円滑に充填することができる。
　本発明の一態様として、前記第１ケースに対する前記混合材の充填において、前記第１ケースをタッピングすることを含んでもよい。これにより、第１ケースにおける混合材の充填密度を高めることができる。
　本発明の一態様として、前記第１ケースの凹部に充填される前記混合材の上面と前記凹部の周囲の前記第１ケースの上面とが同一平面内に配置されるように、前記第１ケースに前記混合材が充填されてもよい。これにより、第１ケースに混合材を充填後、第１ケースと第２ケースとを円滑に接合することができる。
　本発明に係る態様によれば、中性子吸収性能を有した加工性が良いアルミニウム複合材を提供することができる。
図１は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の一例を示す断面図である。 図２は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法において使用されるケースの一例を示す斜視図である。 図４は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法において使用されるケース及び補強材の一例を示す図である。 図５は、被圧延体の一例を示す断面図である。 図６は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を説明するための図であって、第１ケースが準備された例を示す図である。 図７は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を説明するための図であって、第１ケースと延長スリーブとが重ねられた状態を示す図である。 図８は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を説明するための図であって、第１ケースと延長スリーブとで形成された空間に混合材が投入された状態を示す図である。 図９は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を説明するための図であって、第１ケースと延長スリーブとで形成された空間に混合材が投入されてタッピングが実施された状態を示す図である。 図１０は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を説明するための図であって、延長スリーブが第１ケースから外された状態を示す図である。 図１１は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を説明するための図であって、第１ケースの混合材の少なくとも一部が回収された状態を示す図である。 図１２は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を説明するための図であって、第１ケースの開口が第２ケースで覆われた状態を示す図である。 図１３は、本実施形態に係るアルミニウム複合材の製造方法の一例を説明するための図であって、ケースの内部に混合材が充填されて被圧延体が形成された状態を示す図である。 図１４は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図１５は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図１６は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図１７は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図１８は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図１９は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図２０は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図２１は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図２２は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。 図２３は、比較例に係る母材の一例を示す写真である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、以下で説明する実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
［アルミニウム複合材の構造］
　図１は、本実施形態に係るアルミニウム複合材１００の一例を模式的に示す断面図である。なお、本実施形態において、アルミニウムとは、純アルミニウム及びアルミニウム合金の一方又は両方を含む概念である。
　図１において、アルミニウム複合材１００は、金属板１と、金属板２と、金属板１と金属板２との間に配置された母材３とを備えている。母材３の一方の表面と金属板１とが接触し、一方の表面の反対方向を向く母材３の他方の表面と金属板２とが接触する。母材３は、金属板１と金属板２とに挟まれる。なお、母材３を、コア材３と称してもよいし、金属板１及び金属板２をそれぞれ、スキン材１及びスキン材２と称してもよい。
　母材３は、アルミニウム粉末で形成され、その母材３に中性子吸収性能を有する粒子が分散されている。中性子吸収性能は、中性子の透過を阻害する機能を含む。本実施形態において、母材３に酸化ガドリニウム粒子が分散されている。酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）は、中性子吸収性能を有する材料である。本実施形態において、母材３に酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有されてもよい。母材３は、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とから生成されてもよい。母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とから生成される場合、母材３は、６質量％以上３０質量％以下の酸化ガドリニウム粒子と、その残余のアルミニウム粉末とから生成されてもよい。
　さらに、母材３に炭化ホウ素粒子が分散されてもよい。炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）は、中性子吸収性能を有する材料である。本実施形態において、母材３に、酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上２０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されてもよい。母材３に、酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されてもよい。母材３は、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子と炭化ホウ素粒子とから生成されてもよい。母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子と炭化ホウ素粒子とから生成される場合、母材３は、２質量％以上１０質量％以下の酸化ガドリニウム粒子と、１０質量％以上２０質量％以下の炭化ホウ素粒子と、その残余のアルミニウム粉末とから生成されてもよい。
　以下の説明においては、中性子吸収性能を有する酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子の一方又は両方を適宜、中性子吸収粒子、と称する。
　金属板１及び金属板２はそれぞれ、アルミニウム製である。なお、金属板１及び金属板２の両方がステンレス鋼製でもよいし、金属板１及び金属板２の一方がアルミニウム製で他方がステンレス鋼製でもよい。
　アルミニウム複合材１００の厚さＤａは、金属板１の厚さＤ１と金属板２の厚さＤ２と母材３の厚さＤ３との合計値である。本実施形態において、金属板１の厚さＤ１と金属板Ｄ２の厚さＤ２の合計値（Ｄ１＋Ｄ２）は、アルミニウム複合材１００の厚さＤａの１５％以上２５％以下に定められる。
［原材料の説明］
（アルミニウム粉末）
　母材３のアルミニウム粉末について説明する。母材３を形成するアルミニウム粉末は、例えば、ＪＩＳ規格によるＡ１１００(ＡＡ規格によるＡＡ１１００）で規定されるアルミニウム合金から形成されてもよい。本実施形態において、アルミニウム粉末は、シリコン（Ｓｉ）と鉄（Ｆｅ）の合計が０．９５重量％以下、銅（Ｃｕ）が０．０５質量％～０．２０質量％、マンガン（Ｍｎ）が０．０５質量％以下、亜鉛（Ｚｎ）が０．１０質量％以下、その残余がアルミニウム及び不可避不純物である組成を有する材料から形成される。
　なお、アルミニウム粉末の組成は、上述の組成に限定されていない。例えば、アルミニウム粉末が、純アルミニウム（ＪＩＳ１０５０、ＪＩＳ１０７０等）、Ａｌ－Ｃｕ系合金（ＪＩＳ２０１７等）、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（ＪＩＳ６０６１等）、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金（ＪＩＳ７０７５等）、及びＡｌ－Ｍｎ系合金の少なくとも一つの合金から形成されてもよい。
　アルミニウム粉末の組成は、要求される特性、成形加工性、混合される粒子の量、及び原料コストなどを考慮して決定されてもよい。例えば、アルミニウム複合材１００の加工性又は放熱性を高めたい場合、アルミニウム粉末は、純アルミニウム粉末であることが好ましい。純アルミニウム粉末は、アルミニウム合金粉末に比べて原料コストの面で有利である。なお、純アルミニウム粉末は、純度が９９．５質量％以上のものを使用することが好ましい。
　アルミニウム粉末の平均粒径の上限値は、例えば２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。アルミニウム粉末の平均粒径の下限値は、例えば０．５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上である。なお、アルミニウム粉末の平均粒径は、製造可能であれば特に限定されない。本実施形態においては、平均粒径が０．５μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下のアルミニウム粉末が使用される。
　なお、アルミニウム粉末の平均粒径が１００μｍ以下であり、中性子吸収粒子（酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子の一方又は両方）の平均粒径が３０μｍ以下であることにより、母材３において中性子吸収粒子が均一に分散され、中性子吸収粒子が希薄な部分が少なくなり、アルミニウム複合材１００の特性が安定する。
　アルミニウム粉末の平均粒径と中性子吸収粒子の平均粒径との差が大きい場合、後述の圧延加工において母材３に割れが発生する可能性が高い。そのため、アルミニウム粉末の平均粒径と中性子吸収粒子の平均粒径との差は小さいことが好ましい。
　また、アルミニウム粉末の平均粒径が大きすぎる場合、アルミニウム粉末と中性子吸収粒子とが均一に混合されることが困難となる可能性が高くなる。一方、アルミニウム粉末の平均粒径が小さすぎる場合、アルミニウム粉末同士で凝集が生じやすくなり、アルミニウム粉末と中性子吸収粒子とが均一に混合されることが困難となる可能性が高くなる。アルミニウム粉末の平均粒径が上述の範囲に定められることにより、優れた加工性、成形性、及び機械的特性が得られる。
　アルミニウム粉末の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定法による値を示す。例えば、日機装株式会社製「マイクロトラック」でアルミニウム粉末の平均粒径が計測されてもよい。平均粒径は、体積基準メジアン径である。アルミニウム粉末の形状も特に限定されない。アルミニウム粉末の形状は、例えば、涙滴状、真球状、回転楕円体状、フレーク状、及び不定形状などのいずれの形状でもよい。なお、後述する酸化ガドリニウム粒子の平均粒径、炭化ホウ素粒子の平均粒径、及びその他の粒子の平均粒径も、同様の手法で計測可能である。
　アルミニウム粉末は、公知の金属粉末の製造方法にしたがって製造可能である。アルミニウム粉末の製造方法は限定されない。アルミニウム粉末の製造方法としては、アトマイズ法、メルトスピニング法、回転円盤法、回転電極法、その他の急冷凝固法等が挙げられる。工業的生産の観点からは、アトマイズ法が好ましく、ガスアトマイズ法がより好ましい。
　なお、アトマイズ法においては、溶湯を通常７００℃以上１２００℃以下に加熱してアトマイズすることが好ましい。この温度範囲に設定することにより、より効果的なアトマイズを実施可能である。アトマイズ時の噴霧媒・雰囲気は、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、水、あるいはそれらの混合体であってもよいが、噴霧媒は、経済的観点から、空気、窒素ガス又はアルゴンガスによるのが好ましい。
（酸化ガドリニウム粒子）
　次に、母材３に分散される酸化ガドリニウム粒子について説明する。酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）は、中性子吸収性能を有し、母材３に酸化ガドリニウム粒子が分散されることによって、アルミニウム複合材１００は中性子吸収材として機能する。
　酸化ガドリニウム粒子は、アルミニウム粉末に、６．０質量％以上３０．０質量％以下の量で含有されることが好ましい。６質量％よりも少ない場合、母材３は十分な中性子吸収性能を有することができない可能性が高くなる。一方、３０質量％よりも多い場合、成形体が脆くなって折れやすくなるという問題が生じる可能性が高くなる。また、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子の結合性も悪くなり、空隙ができやすく、求める各機能が得られなくなり、強度や熱伝導性も低下する可能性が高くなる。さらに、アルミニウム複合材１００としての切削性も低下する可能性が高くなる。
　酸化ガドリニウム粒子の平均粒径は任意であり、アルミニウム粉末の平均粒径と酸化ガドリニウム粒子の平均粒径との差は、要求される仕様により適宜選択される。本実施形態において、酸化ガドリニウム粒子の平均粒径は、１μｍ以上３０μｍ以下である。酸化ガドリニウム粒子の平均粒径が３０μｍよりも大きい場合、切断時に切断工具が直ぐに摩耗してしまうなどの問題が生じる可能性が高くなる。一方、酸化ガドリニウム粒子の平均粒径が１μｍよりも小さい場合、微細な酸化ガドリニウム粒子同士で凝集が生じやすくなるため、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とが均一に混合されることが困難となる可能性が高くなる。
　なお、酸化ガドリニウム粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定法による値を示す。酸化ガドリニウム粒子の形状も限定されず、例えば、涙滴状、真球状、回転楕円体状、フレーク状、不定形状等のいずれであってもよい。
（炭化ホウ素粒子）
　次に、炭化ホウ素粒子について説明する。本実施形態において、アルミニウム粉末で形成された母材３に、酸化ガドリニウム粒子のみならず、炭化ホウ素粒子が分散されてもよい。炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）は、中性子吸収性能を有し、母材３に酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子が分散されることによって、アルミニウム複合材１００は中性子吸収材として機能する。
　アルミニウム粉末に酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上２０質量％以下の量で含有される場合、炭化ホウ素粒子は、１０質量％以上２０質量％以下の量で含有されることが好ましい。炭化ホウ素粒子が１０質量％より少ない場合、母材３は、十分な中性子吸収性能を有することができない可能性が高くなる。一方、炭化ホウ素粒子が２０質量％よりも多い場合、成形体が脆くなって、折れやすくなるという問題が生じる可能性が高くなる。なお、アルミニウム粉末に炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下の量で含有される場合、酸化ガドリニウム粒子は、２質量％以上１０質量％以下の量で含有されてもよい。
　炭化ホウ素粒子の平均粒径は任意であり、アルミニウム粉末の平均粒径と炭化ホウ素粒子の平均粒径との差は、要求される仕様により適宜選択される。本実施形態において、炭化ホウ素粒子の平均粒径は、１μｍ以上３０μｍ以下である。炭化ホウ素粒子の平均粒径が３０μｍよりも大きい場合、切断時に切断工具が直ぐに摩耗してしまうなどの問題が生じる可能性が高くなる。一方、炭化ホウ素粒子の平均粒径が１μｍよりも小さい場合、微細な炭化ホウ素粒子同士で凝集が生じやすくなるため、アルミニウム粉末と炭化ホウ素粒子とが均一に混合されることが困難となる。
　なお、炭化ホウ素粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定法による値を示す。炭化ホウ素粒子の粉末形状も限定されず、例えば、涙滴状、真球状、回転楕円体状、フレーク状、不定形状等のいずれであってもよい。
　なお、母材３には炭化ホウ素粒子が含有されてもよいし、含有されなくてもよい。また、母材３には、酸化ガドリニウム粒子に加えて、他の粒子が含有されてもよい。母材３に含有される粒子として、セラミックス粒子が含有されてもよい。母材３に含有されるセラミックスとしては、Ｂ４Ｃの他に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＢＮ、窒化アルミ、窒化ケイ素等が挙げられる。これらセラミックスは、粉末形状として用いられ、これらを単独で又は混合物として使用することができ、複合材の用途によって選択される。
　ホウ素（Ｂ）には中性子吸収性能があるため、ホウ素系セラミックス粒子を用いた場合、アルミニウム複合材１００は中性子吸収材として使用可能である。その場合、ホウ素系セラミックスとしては、上述のＢ４Ｃの他に、例えば、ＴｉＢ２、Ｂ２Ｏ３、ＦｅＢ、ＦｅＢ２等が挙げられる。これらホウ素系セラミックスは、粉末の形状として用いられ、これらを単独で又は混合物として使用することができる。特に、中性子を良く吸収するＢの同位体である１０Ｂを多く含む炭化ホウ素Ｂ４Ｃを使用するのが好ましい。これらのセラミックス粒子の平均粒径は任意であるが、１μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。
　母材３にさらに中性子吸収性能を付与したい場合、換言すれば、中性子透過性を低く押さえたい場合、ハフニウム（Ｈｆ）、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）等の中性子吸収性能を備えた少なくとも１種の元素を、アルミニウム粉末中に添加してもよい。また、高温強度が要求される場合には、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等の少なくとも１種を、アルミニウム粉末に添加してもよい。室温強度が要求される場合には、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）等の少なくとも１種を、アルミニウム粉末に添加してもよい。
［製造方法］
　次に、本実施形態に係るアルミニウム複合材１００の製造方法の一例について説明する。なお、以下の説明では、母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とから生成される例について説明する。
　図２のフローチャートに示すように、本実施形態に係るアルミニウム複合材１００の製造方法は、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とを混合して混合材Ｍを生成する混合工程（ステップＳ１）と、混合工程により生成された混合材Ｍを充填するためのケース１０を準備するケース準備工程（ステップＳ２）と、ケース１０を補強するための補強材１６を準備する補強材準備工程（ステップＳ３）と、混合工程により生成された混合材Ｍをケース１０に充填して被圧延体１８を形成する充填工程（ステップＳ４）と、被圧延体１８を加熱する予熱工程（ステップＳ５）と、加熱された被圧延体１８を圧延してアルミニウム複合材１００を製造する圧延工程（ステップＳ６）と、を含む。
（ステップＳ１：混合工程）
　アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とが用意され、均一に混合される。アルミニウム粉末は一種のみでもよいし複数種を混合したものでもよい。混合工程においては、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子との混合材Ｍに、酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有されるように混合が行われる。アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子との混合方法は、公知の方法でよく、例えばＶブレンダー、クロスロータリーミキサー等の各種ミキサー、振動ミル、遊星ミル等を使用し、所定の時間混合すればよい。本実施形態において、混合時間は、１０分以上１０時間以下であり、好ましくは、３時間以上６時間以下である。また、混合は、乾式又は湿式の何れであってもよい。また、混合の際に解砕の目的で、アルミナ又はＳＵＳボール等の研磨メディアが適宜加えられてもよい。
　混合工程において、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とを混合して生成された混合材Ｍは、そのまま次工程に送られる。
（ステップＳ２：ケース準備工程）
　ケース準備工程においては、上述した混合工程で生成された混合材Ｍを充填する中空扁平状の金属製のケース１０が準備される。図３は、ケース１０の一例を示す分解斜視図である。図４は、ケース１０の構造の一例を示す図である。図５は、ケース１０とそのケース１０に充填された混合材Ｍとを含む被圧延体１８の一例を示す断面図である。
　ケース１０は、好適にはアルミニウム製又はステンレス鋼製である。例えば、アルミニウム製のケース１０の場合、純アルミニウム（ＪＩＳ１０５０、ＪＩＳ１０７０等）が好適に用いられる。なお、ケース１０を形成する材料として、Ａｌ－Ｃｕ系合金（ＪＩＳ２０１７等）、Ａｌ－Ｍｇ系合金（ＪＩＳ５０５２等）、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（ＪＩＳ６０６１等）、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金（ＪＩＳ７０７５等）、Ａｌ－Ｍｎ系合金等、種々のタイプの合金素材を使用することもできる。
　どのような組成のアルミニウムを選択するかは、要求される特性、及びコスト等を考慮して決定されてもよい。例えば、加工性又は放熱性を高めたい場合、ケース１０は、純アルミニウムで形成されることが好ましい。純アルミニウムは、アルミニウム合金の場合に比べて原料コストの面で有利である。また、更にケース１０の強度や加工性を高めたい場合、ケース１０は、Ａｌ－Ｍｇ系合金（ＪＩＳ５０５２等）で形成されることが好ましい。更に、中性子吸収性能を高めたい場合、Ｈｆ、Ｓｍ、Ｇｄ等の中性子吸収性能を有する少なくとも１種の元素が、ケース１０に１～５０質量％添加されてもよい。
　本実施形態において、ケース１０は、下ケース（第１ケース）１２と上ケース（第２ケース）１４とを含み、ケース準備工程において、下ケース１２と上ケース１４とが準備される。下ケース１２及び上ケース１４のそれぞれは、同一の材料から形成されており、本実施形態においては、アルミニウム製である。図３、図４、及び図５に示すように、下ケース１２は、側板１２Ａと、側板１２Ａと対向する側板１２Ｂと、前板１２Ｃと、前板１２Ｃと対向する後板１２Ｄと、底板１２Ｅとを有する。上ケース１４は、側板１４Ａと、側板１４Ａと対向する側板１４Ｂと、前板１４Ｃと、前板１４Ｃと対向する後板１４Ｄと、上板１４Ｅとを有する。
　下ケース１２は、上面が開放された有底直方体状に形成されており、混合材Ｍが充填される凹部１２Ｈを有する。上ケース１４は、略直方体状に形成されており、開放された下ケース１２の上面を閉塞する閉塞部材として機能する。上ケース１４は、下ケース１２よりも僅かに大きい寸法を有し、下ケース１２の上方から下ケース１２の外周を覆うように嵌合される。上ケース１４は、混合材Ｍが充填された凹部１２Ｈの上端の開口１２Ｋを覆うように配置される。
（ステップＳ３：補強材準備工程）
　ケース１０の外周を補強するための補強材（補強枠）１６が準備される。補強材１６は、圧延工程においてケース１０の外周面を補強するために配置される。ケース１０の圧延時において、ケース１０は、ケース１０の長手方向（ケース１０の平面形状が正方形である場合には、何れかの中心軸線）が圧延方向に沿うとともに、これの延出面が水平方向に沿うように配置される。
　上ケース１４の側板１４Ａ及び側板１４Ｂは、圧延方向に沿って配置され、前板１４Ｃ及び後板１４Ｄは、圧延方向と直交する方向に沿って配置される。補強材１６は、側板１４Ａに接続される第１の補強部材１６Ａと、側板１４Ｂに接続される第２の補強部材１６Ｂと、前板１４Ｃに接続される第３の補強部材１６Ｃと、後板１４Ｄに接続される第４の補強部材１６Ｄとを有する。
　第１の補強部材１６Ａは、側板１４Ａに取り付けられ、第２の補強部材１６Ｂは、側板１４Ｂに取り付けられる。第１の補強部材１６Ａは、圧延方向に関して、第１の補強部材１６Ａの両端が側板１４Ａよりも前後に延出し、第２の補強部材１６Ｂは、圧延方向に関して、第２の補強部材１６Ｂの両端が側板１４Ｂよりも前後に延出する。
　第３の補強部材１６Ｃは、前板１４Ｃに取り付けられ、第４の補強部材１６Ｄは、後板１４Ｄに取り付けられる。第３の補強部材１６Ｃは、圧延方向と直交する方向に関して、前板１４Ｃと同一の長さを有し、第４の補強部材１６Ｄは、圧延方向と直交する方向に関して、後板１４Ｄと同一の長さを有する。
（ステップＳ４：充填工程）
　次に、上述した混合工程で生成された混合材Ｍが下ケース１２の凹部１２Ｈに充填される。充填工程は、混合材Ｍを均一投入する作業を含む。下ケース１２に対する混合材Ｍの充填作業（均一投入作業）において、下ケース１２がタッピングされる。タッピングは、下ケース１２を叩く処理を含む。タッピングは、均一投入作業の少なくとも一部と並行して行われてもよいし、均一投入作業後に行われてもよい。タッピングにより、下ケース１２における混合材Ｍの充填密度を高めることができる。混合材Ｍの理論充填率３５％から６５％の範囲となるようにタッピングが行われる。
　図６から図１３は、被圧延体１８を形成する充填工程の一例を示す図である。図６に示すように、凹部１２Ｈの開口１２Ｋが上方を向くように、下ケース１２が所定の充填位置に配置される。次に、図７に示すように、延長スリーブ２０と下ケース１２とが重なるように、延長スリーブ２０が下ケース１２上に配置される。延長スリーブ２０と下ケース１２とが重ねられた状態で、延長スリーブ２０は、凹部１２Ｈの周囲の下ケース１２の上面１２Ｊと密着可能な下面を有するスリーブ本体２０Ａと、スリーブ本体２０Ａの下面から外側に突出するように形成され、スリーブ本体２０Ａの下面と下ケース１２の上面１２Ｊとが接触した状態で、下ケース１２に外側から嵌合するスカート部２０Ｂとを有する。
　このように、下ケース１２上に延長スリーブ２０が重ねられた状態で、図８に示すように、下ケース１２と延長スリーブ２０とで形成される空間に混合材Ｍが投入される。
　本実施形態においては、下ケース１２と延長スリーブ２０とで形成される空間に混合材Ｍが投入された状態で、下ケース１２と延長スリーブ２０とがタッピングされる。すなわち、下ケース１２及び延長スリーブ２０の一方又は両方が叩かれる。その結果、図９に示すように、下ケース１２と延長スリーブ２０とで形成される空間において混合材Ｍの充填密度が高まり、混合材Ｍの上面が下降する。
　そして、所定のタッピング時間が経過して、混合材Ｍの充填密度が必要とされる充填密度になるとタッピングが停止され、延長スリーブ２０が上方に持ち上げられて下ケース１２から外される。その結果、図１０に示すように、下ケース１２の凹部１２Ｈに混合材Ｍが配置されるとともに、延長スリーブ２０内に存在していた混合材Ｍの一部分が下ケース１２の上方に突出するように配置される。
　この後、下ケース１２の上面１２Ｊに沿ってスクレーパー２２が移動することにより、下ケース１２の上方に突出した混合材Ｍの一部分が擦り切られ、図１１に示すように、擦り切られた混合材Ｍが回収箱２４に回収される。なお、回収箱２４に回収された混合材Ｍは、上述したブレンダーに戻され、再び攪拌されて、再利用される。
　混合材Ｍの一部分が擦り切られることにより、下ケース１２の凹部１２Ｈ内には充填密度が高い混合材Ｍがフルに充填される。本実施形態においては、下ケース１２の凹部１２Ｈに充填された混合材Ｍの上面と、凹部１２Ｈの周囲の下ケース１２の上面１２Ｊとが同一平面内に配置される（面一となる）。
　この後、図１２に示すように、上ケース１４と下ケース１２とが嵌合され、混合材Ｍが充填された凹部１２Ｈの開口１２Ｋが上ケース１４で覆われる。下ケース１２の開口１２Ｋが閉塞された状態で、図１３に示すように、ケース１０の内部に混合材Ｍがフルに充填された被圧延体１８が形成される。
　ここで、図１３に示す被圧延体１８の状態は、本実施形態に係るアルミニウム複合材１００を製造するための「素材」（後述する圧延工程において、圧延の対象となる素材の意味）として極めて重要な意味を持つ。詳細は後述するが、この被圧延体１８を圧延することにより得られる３層クラッド構造において、下ケース１２の底板１２Ｅが最下層（スキン層）を規定し、混合材Ｍが中間層（コア層）を規定し、上ケース１４の上板１４Ｅが最上層（スキン層）を規定する。
　そして、この３層クラッド構造が、充分な機械的特性を発揮するために、隣接する互いの層が密着している必要がある。本実施形態においては、混合材Ｍの下面と下ケース１２の底板１２Ｅの上面とが、全面に渡り密着し、混合材Ｍの上面と上ケース１４の上板１４Ｅの下面とが、全面に渡り密着している。本実施形態において、隣接する層同士が密着した状態で圧延され、圧延後の３層クラッド構造において、それら層同士は強固に接合される。したがって、３層クラッド構造のアルミニウム複合材１００の機械的強度が充分に担保される。
　次に、補強材１６で被圧延体１８を補強する作業が実施される。図５に示すように、補強する作業は、圧延時の姿勢における上下両面を除く被圧延体１８の外周を補強材１６で囲むことを含む。
　すなわち、第１の補強部材１６Ａが上ケース１４の側板１４Ａに仮止めされ、第２の補強部材１６Ｂが上ケース１４の側板１４Ｂに仮止めされる。圧延方向に関して第１の補強部材１６Ａの両端が側板１４Ａから延出し、第２の補強部材１６Ｂの両端が側板１４Ｂから延出するように仮止めされる。次に、第３の補強部材１６Ｃが上ケース１４の前板１４Ｃに仮止めされ、第４の補強部材１６Ｄが上ケース１４の後板１４Ｄに仮止めされる。圧延方向と直交する方向に関して第３の補強部材１６Ｃの一端が第１の補強部材１６Ａの端部に当接し、第３の補強部材１６Ｃの他端が第２の補強部材１６Ｂの端部に当接するように仮止めされる。圧延方向と直交する方向に関して第４の補強部材１６Ｄの一端が第１の補強部材１６Ａの端部に当接し、第４の補強部材１６Ｄの他端が第２の補強部材１６Ｂの端部に当接するように仮止めされる。
　このように、補強材１６が被圧延体１８に仮止めされた状態で、この被圧延体１８が真空炉に配置され、所定の真空度で減圧されて脱ガスされる。
　脱ガス作業が終了した後、仮止めした補強材１６が被圧延体１８にＭＩＧ溶接により固着される。ＭＩＧ溶接は、補強材１６の上縁と、上ケース１４の上縁とを全周にわたり溶接するとともに、補強材１６の下縁と、上ケース１４の下縁とを全周にわたり溶接することにより実施する。ここで、上ケース１４の下縁と、下ケース１２の下縁とは、緊密に隣接した状態となっている。この結果、補強材１６の下縁と上ケース１４の下縁とを溶接する時点で、下ケース１２の下縁もともに溶接されることとなり、この結果、ケース１０は全体として気密に密封されることになる。
　ここでケース１０は気密に密封されることになるため、被圧延体１８内に空気が存在（残留）する場合、これが欠陥として残る可能性がある。このため、圧延工程において空気が被圧延体１８内から逃げて内部に残らないようにするために、上ケース１４の上面の４隅に空気抜きの穴（図示せず）を形成するか、溶接を部分的に行いケースに隙間を形成しても良い。なお、この穴や隙間の形成により、溶接時に被圧延体１８内に入り込んだガスが除去される効果も期待できる。
（ステップＳ５：予熱工程）
　補強材１６で補強された被圧延体１８は、圧延される前に、予熱（加熱）される。予熱は、加熱炉において、３００℃～６００℃の範囲の大気中の雰囲気で２時間以上放置することにより実施する。本実施形態においては、５００℃で２時間以上予熱する。ここで、予熱雰囲気としては、大気中で行うことに限定されない。アルゴン等の不活性ガス中で行うことが好ましい。より好ましくは、５Ｐａ以下の真空雰囲気中で行われる。予熱工程では、混合材Ｍの粉状態が維持されるように、被圧延体１８が加熱される。
（ステップＳ６：圧延工程）
　圧延工程は、被圧延体１８に圧延という塑性加工を実施するものであるが、この被圧延体１８において本実施形態において特有の効果をもたらす状況を、先ず、説明する。
　すなわち、圧延工程で圧延処理される被圧延体１８において、圧延対象となる混合材Ｍは粉体のままであり、何ら固化する状況となっていない。すなわち、従前のように、圧延加工に供せられる前に、形状維持の目的で予備成形、具体的には、プレス加工したり、通電加圧焼結したりして、目的とする形状に予備成形する状況とはされていないものである。本実施形態における被圧延体１８においては、上述したタッピングにより充填率が高められているものの、固化する程度のものではなく、粉体としての状況が維持されたものである。
　また、圧延工程に供せられる際、粉体としての混合材Ｍは、その上下をアルミニウムのケース１０（下ケース１２及び上ケース１４）で挟み込まれた状況となっている。具体的には、混合材Ｍの上面は、上ケース１４の上板１４Ｅにより全面的に、且つ、緊密に覆われているものであり、混合材Ｍの下面は、下ケース１２の底板１２Ｅにより全面的に、且つ、緊密に覆われているものである。このようにして、この被圧延体１８は、混合材Ｍをケース１０内に充填して密封した状態で、混合材Ｍを上下からアルミニウム板で挟み込んだ３層クラッド構造としての板状クラッド材の「素材」が規定されているものである。
　予熱された被圧延体１８は、圧延加工を施され、目的とする形状に成形される。板状クラッド材を作製する場合、冷間圧延のみでＡｌ板材やＡｌ容器との所定のクラッド率を有するクラッド板材を得ることも可能である。熱間塑性加工で一つの加工を行ってもよいし、複数の加工を組み合わせてもよい。また熱間塑性加工後、冷間塑性加工を行ってもよい。冷間塑性加工を行う場合は、加工前に３００℃～６００℃（好ましくは４００℃～５００℃）で焼鈍を行うと加工が行いやすくなる。
　被圧延体１８はアルミニウム板によってクラッドされているので、その表面には塑性加工の際に破壊の基点となったり、ダイス等を摩耗させたりするセラミックス粒子は無い。そのため、圧延加工性が良好であり、強度や表面性状の優れたアルミニウム複合材１００を得ることができる。また得られた熱間塑性加工材は、表面が金属でクラッドされ、表面の金属と内部の混合材Ｍとの密着性もよいので、表面を金属材にクラッドされていないアルミニウム複合材１００より、耐食性、耐衝撃性、熱伝導性に優れる。
　好適な他の実施形態では、圧延加工を施す前に、被圧延体１８の表面を金属製の保護板、例えばＳＵＳ又はＣｕ製の薄板で覆うことも有効である。これにより、塑性加工時に生じる恐れのある前後方向の割れや亀裂等を未然に防止することができる。
　更に詳細には、圧延工程は、圧下率１０％～７０％の範囲で１０～１４パスを繰り返し実施して熱間圧延を行う。この熱間圧延における圧延温度は５００℃に設定されている。
　なお、この熱間圧延で所望の最終厚さに仕上げてもよい。また、この熱間圧延の後、２００℃～３００℃の範囲で温間圧延をしてもよい。更に、この温間圧延の後、２００℃以下の温度で第２回の温間圧延を実施してもよい。
　そして、圧延工程が終了した後、３００℃～６００℃の範囲で所定時間の熱処理工程、すなわち、焼鈍工程を実施する。この焼鈍工程の後、冷却工程を実施して、所望の平坦度に矯正する矯正工程を実施して、両側縁、先端縁、後端縁を、夫々切り落として、所定の製品形状（アルミニウム複合材１００としての板状クラッド材）とする。例えば、この圧延後、４５０℃で所定時間焼鈍してもよい。
　本実施形態においては、混合材Ｍが母材３となり、上ケース１４の少なくとも一部が金属板１となり、下ケース１２の少なくとも一部が金属板２となる。
　なお、上述の実施形態においては、母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とから生成される例について説明した。母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子と炭化ホウ素粒子とから生成される場合、混合工程においては、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子と炭化ホウ素粒子とが混合される。また、混合工程においては、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子と炭化ホウ素粒子との混合材Ｍに、酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されるように混合が行われる。
［実施例１］
　次に、本発明に係る実施例１について説明する。表１、表２、及び表３に示すように、組成が異なる１３種類の母材３を有するアルミニウム複合材１００のサンプル（サンプル１～サンプル１３）を用意し、それらサンプルのそれぞれについての性能を評価した。なお、各材料の組成は、ＩＣＰ発光分光分析法により分析可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１は、各サンプルの母材３の組成と、それらサンプルの相当Ｂ４Ｃ濃度とを示す。各サンプルは、表１に示す組成を有する母材３と、その母材３を挟むように配置されるアルミニウム製の金属板１及び金属板２とを有する。
　サンプル１～サンプル４、サンプル６、サンプル７、サンプル９～サンプル１１は、本発明に係る実施例に相当する。サンプル１～サンプル４は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）とから生成されているサンプルである。サンプル６、サンプル７、サンプル９～サンプル１１は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）と炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）とから生成されているサンプルである。サンプル５、サンプル８、サンプル１２、及びサンプル１３は、比較例に係るサンプルであり、母材３は酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）を含まないサンプルである。
　表１に示すように、サンプル１～サンプル４は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）とから生成され、炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）を含有しないサンプルである。サンプル１は、酸化ガドリニウム粒子を６質量％含有し、サンプル２は、酸化ガドリニウム粒子を１２質量％含有し、サンプル３は、酸化ガドリニウム粒子を１５質量％含有し、サンプル４は、酸化ガドリニウム粒子を３０質量％含有する。
　サンプル５～サンプル７は、母材３が炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）を１０質量％含有するサンプルである。サンプル５は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）とから生成され、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）を含有しないサンプルである。サンプル６及びサンプル７は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）と炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）とから生成されたサンプルである。サンプル６は、酸化ガドリニウム粒子を４質量％含有し、サンプル７は、酸化ガドリニウム粒子を１０質量％含有する。
　サンプル８～サンプル１１は、母材３が炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）を２０質量％含有するサンプルである。サンプル８は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）とから生成され、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）を含有しないサンプルである。サンプル９～サンプル１１は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）と炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）とから生成されたサンプルである。サンプル９は、酸化ガドリニウム粒子を２質量％含有し、サンプル１０は、酸化ガドリニウム粒子を８質量％含有し、サンプル１１は、酸化ガドリニウム粒子を２０質量％含有する。
　サンプル１２及びサンプル１３は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）とから生成され、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）を含有しないサンプルである。サンプル１２及びサンプル１３は、炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）を多く含有し、サンプル１２は、炭化ホウ素粒子を３０質量％含有し、サンプル１３は、炭化ホウ素粒子を６０質量％含有する。
　表１において、相当Ｂ４Ｃ濃度とは、母材３の全部を炭化ホウ素粒子で形成してその母材３の熱中性子吸収性能を１００としたときの、各サンプルの熱中性子吸収性能を示す相対的な数値である。
　評価試験として、（１）引張試験、（２）曲げ試験を行った。引張試験は、ＪＩＳ－Ｚ２２４１に基づくものであり、引張強さ（ＭＰａ）、０．２％耐力（ＭＰａ）、及び伸び（％）を測定した。曲げ試験は、ＪＩＳ－Ｚ２２４８に基づくものであり、アルミニウム複合材１００の厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍのサンプルをそれぞれ用意し、曲率半径６ｍｍ（Ｒ６）、９ｍｍ（Ｒ９）、１２ｍｍ（Ｒ１２）、１５ｍｍ（Ｒ１５）、２０ｍｍ（Ｒ２０）で９０度の曲げ試験を行った。
　表１は、各サンプルの引張試験の結果（引張特性）を示す。表２及び表３は、各サンプルの曲げ試験の結果（曲げ性）を示す。
　また、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、図２１、図２２、及び図２３のそれぞれに、サンプル１、サンプル２、サンプル３、サンプル４、サンプル６、サンプル７、サンプル９、サンプル１０、サンプル１１、及びサンプル１２それぞれを、光学顕微鏡を用いて５００倍の倍率で撮影した顕微鏡写真を示す。図１４～図２２に示すように、本発明に係る母材３においては、アルミニウム粉末に中性子吸収粒子（酸化ガドリニウム粒子、炭化ホウ素粒子）が均一に分散されていることが分かる。
　一般的に、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）は、炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）よりも５倍程度の高い中性子吸収性能（熱中性子吸収性能）を有する。すなわち、炭化ホウ素粒子を含有せず、酸化ガドリニウム粒子を３０質量％含有するサンプル４の相当Ｂ４Ｃ濃度は、１５０質量％である（と期待される）。
　また、表１のサンプル１～サンプル４などの引張特性の伸びから分かるように、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）が含有された母材３を有するアルミニウム複合材１００は、十分な伸びを有することが分かる。中性子吸収材が流通している市場における伸びの一般要求仕様値として、０．５％以上が要求されている。この要求仕様値と比較して、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）が含有された母材３を有するアルミニウム複合材１００の伸びは、高い値となっており、充分な伸びを有することが分かる。また、炭化ホウ素粒子を含有せず、酸化ガドリニウム粒子を３０質量％含有するサンプル４の伸びは、８．０％であり、酸化ガドリニウム粒子を含有せず、炭化ホウ素粒子を３０質量％含有するサンプル１２の伸びは、３．８％であり、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）を含有する母材３のほうが、炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）を含有する母材３よりも十分に伸びることが分かる。
　表１のサンプル１～サンプル４から分かるように、母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とから生成される場合において、十分な中性子吸収性能（相当Ｂ４Ｃ濃度）を有し、且つ、十分な引張特性を有するアルミニウム複合材１００を実現するためには、母材３に酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有されることが好ましいことが判明した。その数値範囲で酸化ガドリニウム粒子が含有されることにより、引張特性の伸びのみならず、引張強さ及び０．２％耐力も十分な値を得られることが分かる。
　中性子吸収材が流通している市場における引張強さは、一般要求仕様値として、３５ＭＰａ以上が要求されている。表１から分かるように、この要求仕様値と比較して、サンプル１～サンプル４は、充分な引張強さを有することが分かる。
　また、中性子吸収材が流通している市場における０．２％耐力は、一般要求仕様値として、１５ＭＰａ以上が要求されている。表１から分かるように、この要求仕様値と比較して、サンプル１～サンプル４は、充分な０．２％耐力を有することが分かる。
　サンプル６、サンプル７、サンプル９、及びサンプル１０から分かるように、母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子と炭化ホウ素粒子とから生成される場合において、十分な中性子吸収性能（相当Ｂ４Ｃ濃度）を有し、且つ、十分な引張特性を有するアルミニウム複合材１００を実現するためには、母材３に酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されることが好ましいことが判明した。その数値範囲で酸化ガドリニウム粒子が含有されることにより、引張特性の伸びのみならず、引張強さ及び０．２％耐力も十分な値を得られることが分かる。
　伸びが高いほうが物品の加工性が良いため、本発明に係るアルミニウム複合材１００は、良好な加工性を有することが分かる。
　なお、ある中性子吸収性能（相当Ｂ４Ｃ濃度）を得ようとした場合、酸化ガドリニウム粒子が含有され炭化ホウ素粒子が含有されない場合のほうが、酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子の両方が含有される場合よりも、引張特性（伸び）が向上する場合がある。例えば、例えばサンプル２とサンプル７とから分かるように、６０質量％の相当Ｂ４Ｃ濃度を得ようとした場合、炭化ホウ素粒子が含有されていないサンプル２の伸びは、２０．８％であるが、炭化ホウ素粒子が含有されているサンプル７の伸びは、８．１％となる。このように、中性子吸収性能を維持しつつ、十分な伸びを得ようとすると、炭化ホウ素粒子の含有率は少ないほうがよい。
　一方、要求される加工性（引張特性）、及び要求される中性子吸収性能、製造コストなどを考慮して、酸化ガドリニウム粒子のみを含有するか、酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子の両方を含有するかが決定されてもよい。本実施形態においては、必要とされる引張特性、及び上述の要求仕様値（目標引張り強さ、目標０．２％耐力、及び目標伸び）を考慮して、母材３には、酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されることが好ましいと判定する。
　表２及び表３において、「×」は、曲げ試験の結果、アルミニウム複合材１００の少なくとも一部に割れが生じた場合（ＮＧの場合）を示し、「○」は、割れなどが生じなかった場合（ＯＫの場合）を示す。表２及び表３に示すように、曲げ性も、酸化ガドリニウム粒子のみが含有されるか、酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子の両方が含有されるかによって変化する。また、アルミニウム複合材１００の厚さＤａに応じて試験結果も変化する。厚さＤａが小さいほうが、ＮＧになる確率は低くなる。そのため、要求される加工性（曲げ性）、及び要求される中性子吸収性能などを考慮して、酸化ガドリニウム粒子のみを含有するか、酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子の両方を含有するかが決定されてもよい。
　このように、本実施形態に係るアルミニウム複合材１００（中性子吸収材）は、その機械的強度の観点で、市場が要求する仕様値よりも、かなり高い値を発揮しているものであり、十分な機械的強度を有していて、したがって、産業上の利用性が高いことが判明した。
［実施例２］
　次に、本発明に係る実施例２について説明する。実施例２は、実施例１よりもサンプル数を増やして評価試験を実施した例を示す。表４、表５、及び表６に示すように、組成が異なる１８種類の母材３を有するアルミニウム複合材１００のサンプル（サンプル１～サンプル１８）を用意し、それらサンプルのそれぞれについての性能を評価した。
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　表４は、各サンプルの母材３の組成と、それらサンプルの相当Ｂ４Ｃ濃度とを示す。各サンプルは、表４に示す組成を有する母材３と、その母材３を挟むように配置されるアルミニウム製の金属板１及び金属板２とを有する。
　表４、表５、及び表６に示すサンプル１～サンプル１３は、実施例１のサンプル１～サンプル１３と同じである。実施例２では、サンプル１４～サンプル１８を新たに加えて評価試験を実施した。
　サンプル１～サンプル４、サンプル１４、サンプル６、サンプル７、サンプル９～サンプル１１、及びサンプル１５は、本発明に係る実施例に相当する。
　サンプル１～サンプル４、及びサンプル１４は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）とから生成され、炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）を含有しないサンプルである。
　表４に示すように、サンプル１は、酸化ガドリニウム粒子を６質量％含有する。サンプル２は、酸化ガドリニウム粒子を１２質量％含有する。サンプル３は、酸化ガドリニウム粒子を１５質量％含有する。サンプル４は、酸化ガドリニウム粒子を３０質量％含有する。サンプル１４は、酸化ガドリニウム粒子を８質量％含有する。
　サンプル６、サンプル７、サンプル９～サンプル１１、及びサンプル１５は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）と炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）とから生成されているサンプルである。
　表４に示すように、サンプル６は、酸化ガドリニウム粒子を４質量％含有し、炭化ホウ素粒子を１０質量％含有する。サンプル７は、酸化ガドリニウム粒子を１０質量％含有し、炭化ホウ素粒子を１０質量％含有する。サンプル９は、酸化ガドリニウム粒子を２質量％含有し、炭化ホウ素粒子を２０質量％含有する。サンプル１０は、酸化ガドリニウム粒子を８質量％含有し、炭化ホウ素粒子を２０質量％含有する。サンプル１１は、酸化ガドリニウム粒子を２０質量％含有し、炭化ホウ素粒子を２０質量％含有する。サンプル１５は、酸化ガドリニウム粒子を５質量％含有し、炭化ホウ素粒子を２０質量％含有する。
　サンプル１６、サンプル５、サンプル８、サンプル１２、サンプル１７、サンプル１８、及びサンプル１３は、比較例に係るサンプルであり、母材３は酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）を含まないサンプルである。
　表４に示すように、サンプル１６は、母材３に酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）及び炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）の両方を含有しないサンプルである。
　サンプル５、サンプル８、サンプル１２、サンプル１７、サンプル１８、及びサンプル１３は、母材３がアルミニウム粉末（Ａｌ）と炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）とから生成され、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）を含有しないサンプルである。
　表４に示すように、サンプル５は、炭化ホウ素粒子を１０質量％含有する。サンプル８は、炭化ホウ素粒子を２０質量％含有する。サンプル１２は、炭化ホウ素粒子を３０質量％含有する。サンプル１７は、炭化ホウ素粒子を４０質量％含有する。サンプル１８は、炭化ホウ素粒子を５０質量％含有する。サンプル１３は、炭化ホウ素粒子を６０質量％含有する。
　表４において、相当Ｂ４Ｃ濃度とは、母材３の全部を炭化ホウ素粒子で形成してその母材３の熱中性子吸収性能を１００としたときの、各サンプルの熱中性子吸収性能を示す相対的な数値である。
　評価試験として、（１）引張試験、（２）曲げ試験を行った。実施例１と同様、引張試験は、ＪＩＳ－Ｚ２２４１に基づくものであり、引張強さ（ＭＰａ）、０．２％耐力（ＭＰａ）、及び伸び（％）を測定した。実施例１と同様、曲げ試験は、ＪＩＳ－Ｚ２２４８に基づくものであり、アルミニウム複合材１００の厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍのサンプルをそれぞれ用意し、曲率半径６ｍｍ（Ｒ６）、９ｍｍ（Ｒ９）、１２ｍｍ（Ｒ１２）、１５ｍｍ（Ｒ１５）、２０ｍｍ（Ｒ２０）で９０度の曲げ試験を行った。
　表４は、各サンプルの引張試験の結果（引張特性）及び曲げ試験の結果（成形性）を示す。表５及び表６は、各サンプルの曲げ試験の結果（曲げ性）を示す。
　表４のサンプル１～サンプル４、及びサンプル１４などの引張特性の伸びから分かるように、酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）が含有された母材３を有するアルミニウム複合材１００は、十分な伸びを有することが分かる。
　酸化ガドリニウム粒子を８質量％含有し、炭化ホウ素粒子を含有しないサンプル１４の伸びは、１７．４％である。酸化ガドリニウム粒子を８質量％含有し、炭化ホウ素粒子を２０質量％含有するサンプル１０の伸びは、６．７％である。酸化ガドリニウム粒子（Ｇｄ２Ｏ３）を含有する母材３において、炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）の含有率が小さい母材３のほうが、炭化ホウ素粒子（Ｂ４Ｃ）の含有率が大きい母材３よりも十分な伸びを有することが分かる。
　表４のサンプル１～サンプル４、及びサンプル１４などから分かるように、母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とから生成される場合において、十分な中性子吸収性能（相当Ｂ４Ｃ濃度）を有し、且つ、十分な引張特性を有するアルミニウム複合材１００を実現するためには、母材３に酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有されることが好ましいことが分かる。その数値範囲で酸化ガドリニウム粒子が含有されることにより、引張特性の伸びのみならず、引張強さ及び０．２％耐力も十分な値を得られることが分かる。
　表４のサンプル６、サンプル７、サンプル９、サンプル１０、サンプル１１、及びサンプル１５などから分かるように、母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子と炭化ホウ素粒子とから生成される場合において、十分な中性子吸収性能（相当Ｂ４Ｃ濃度）を有し、且つ、十分な引張特性を有するアルミニウム複合材１００を実現するためには、母材３に酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上２０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されることが好ましいことが分かる。この場合、アルミニウム複合材１００の伸び率は、サンプル１１の２．１％が最小値であり、他のサンプル（サンプル６、サンプル７、サンプル９、サンプル１０、及びサンプル１５）の伸び率は、２．１％以上である。表４に示す例においては、サンプル６の１１．２％が最大値である。本実施例により、母材３に、酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上２０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有され、伸び率が約２％以上（２．１％以上１１．２％以下）であるアルミニウム複合材１００が製造可能であることが確認できる。
　なお、サンプル６、サンプル７、サンプル９、サンプル１０、及びサンプル１５などから分かるように、母材３がアルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子と炭化ホウ素粒子とから生成される場合において、母材３に酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されることが好ましい。その数値範囲で酸化ガドリニウム粒子が含有されることにより、引張特性の伸びのみならず、引張強さ及び０．２％耐力も十分な値を得られることが分かる。
　表５及び表６において、「×」は、曲げ試験の結果、アルミニウム複合材１００の少なくとも一部に割れが生じた場合（ＮＧの場合）を示し、「○」は、割れなどが生じなかった場合（ＯＫの場合）を示す。
　本実施例では、アルミニウム複合材１００の成形性の評価のために、厚さＤａのアルミニウム複合材１００を９０度曲げ試験したときの、割れが生じない場合（ＯＫの場合）の曲率半径Ｒを求め、比Ｒ／Ｄａを評価値として定めた。すなわち、９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、アルミニウム複合材１００の成形性を、比Ｒ／Ｄａで表した。
　表５に示すように、厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、及び８ｍｍのアルミニウム複合材１００を曲率半径Ｒが６ｍｍとなるように９０度曲げ試験したときの比Ｒ／Ｄａは、それぞれ、「６」、「３」、「１．５」、「０．７５」、である。
　厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、及び８ｍｍのアルミニウム複合材１００を曲率半径Ｒが９ｍｍとなるように９０度曲げ試験したときの比Ｒ／Ｄａは、それぞれ、「９」、「４．５」、「２．２５」、「１．１２５」、である。
　厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、及び８ｍｍのアルミニウム複合材１００を曲率半径Ｒが１２ｍｍとなるように９０度曲げ試験したときの比Ｒ／Ｄａは、それぞれ、「１２」、「６」、「３」、「１．５」、である。
　厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、及び８ｍｍのアルミニウム複合材１００を曲率半径Ｒが１５ｍｍとなるように９０度曲げ試験したときの比Ｒ／Ｄａは、それぞれ、「１５」、「７．５」、「３．７５」、「１．８７５」、である。
　厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、及び８ｍｍのアルミニウム複合材１００を曲率半径Ｒが２０ｍｍとなるように９０度曲げ試験したときの比Ｒ／Ｄａは、それぞれ、「２０」、「１０」、「５、「２．５」、である。
　例えば、表５に示すように、サンプル１において、曲率半径Ｒが６ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍ及び２ｍｍのとき、割れが生じない。割れが生じない曲率半径Ｒが６ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「６」である。割れが生じない曲率半径Ｒが６ｍｍ、厚さＤａが２ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「３」である。
　また、表５に示すように、サンプル１において、曲率半径Ｒが９ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍ及び２ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが９ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「９」である。厚さＤａが２ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが９ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「４．５」である。
　また、表５に示すように、サンプル１において、曲率半径Ｒが１２ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、及び４ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１２ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「１２」である。厚さＤａが２ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１２ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「６」である。厚さＤａが４ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１２ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「３」である。
　また、表６に示すように、サンプル１において、曲率半径Ｒが１５ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、及び４ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１５ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「１５」である。厚さＤａが２ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１５ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「７．５」である。厚さＤａが４ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１５ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「３．７５」である。
　また、表６に示すように、サンプル１において、曲率半径Ｒが２０ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、及び８ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが２０ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「２０」である。厚さＤａが２ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが２０ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「１０」である。厚さＤａが４ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが２０ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「５」である。厚さＤａが８ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが２０ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「２．５」である。
　このように、サンプル１において、９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、比Ｒ／Ｄａは、「６」、「３」、「９」、「４．５」、「１２」、「６」、「３」、「１５」、「７．５」、「３．７５」、「２０」、「１０」、「５」、「２．５」、となる。本実施例では、複数求められる比Ｒ／Ｄａの最小値を、アルミニウム複合材１００の成形性の評価値として用いる。サンプル１において、曲率半径Ｒが２０ｍｍ、厚さＤａが８ｍｍのとき、比Ｒ／Ｄａは最小値「２．５」を示す（表６の網掛け部分参照）。
　例えば、表５に示すように、サンプル４において、曲率半径Ｒが６ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが６ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「６」である。
　また、表５に示すように、サンプル４において、曲率半径Ｒが９ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが９ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「９」である。
　また、表５に示すように、サンプル４において、曲率半径Ｒが１２ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍ及び２ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１２ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「１２」である。厚さＤａが２ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１２ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「６」である。
　また、表６に示すように、サンプル４において、曲率半径Ｒが１５ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍ及び２ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１５ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「１５」である。厚さＤａが２ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが１５ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「７．５」である。
　また、表６に示すように、サンプル４において、曲率半径Ｒが２０ｍｍ、厚さＤａが１ｍｍ及び２ｍｍのとき、割れが生じない。厚さＤａが１ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが２０ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「２０」である。厚さＤａが２ｍｍ、割れが生じない曲率半径Ｒが２０ｍｍのときの比Ｒ／Ｄａは、「１０」である。
　このように、サンプル４において、９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、比Ｒ／Ｄａは、「６」、「９」、「１２」、「６」、「１５」、「７．５」、「２０」、「１０」、となる。本実施例では、複数求められる比Ｒ／Ｄａの最小値を、アルミニウム複合材１００の成形性の評価値として用いる。サンプル４において、曲率半径Ｒが６ｍｍで、厚さＤａが１ｍｍのとき、比Ｒ／Ｄａは最小値「６」を示す（表５の網掛け部分参照）。
　以上、サンプル１及びサンプル４を例にして説明した。本実施例では、全てのサンプル（サンプル１～サンプル１８）について、比Ｒ／Ｄａの最小値を求める（表５及び表６の網掛け部分参照）。表４に、サンプル１～サンプル１８の比Ｒ／Ｄａの最小値を示す。
　本実施例では、サンプル１の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「２．５」である。サンプル２の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「２．２５」である（なお、表４においては、２．２５を概数２．３と示す）。サンプル３の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「３．７５」である（なお、表４においては、３．７５を概数３．８と示す）。サンプル４の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「６」である。サンプル１４の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「２．５」である。サンプル６の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「４．５」である。サンプル７の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「６」である。サンプル９の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「６」である。サンプル１０の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「７．５」である。サンプル１１の比Ｒ／Ｄａの最小値は、少なくとも「２０」である。サンプル１５の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「７．５」である。サンプル１６の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「１．８７５」である（なお、表４においては、１．８７５を概数１．９と示す）。サンプル５の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「４．５」である。サンプル８の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「７．５」である。サンプル１２の比Ｒ／Ｄａの最小値は、「１５」である。サンプル１７の比Ｒ／Ｄａの最小値は、少なくとも「２０」である。サンプル１８の比Ｒ／Ｄａの最小値は、少なくとも「２０」である。サンプル１３の比Ｒ／Ｄａの最小値は、少なくとも「２０」である。
　表４のサンプル１～サンプル４、及びサンプル１４に示すように、母材３に酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有される場合において、伸び率が約８％以上（８．０％以上２０．８％以下）であり、９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、比Ｒ／Ｄａの最小値で表される成形性が２．３以上６．０以下であるアルミニウム複合材１００が製造可能であることが確認できる。
　また、表４のサンプル６、サンプル７、サンプル９、サンプル１０、及びサンプル１５に示すように、母材３に酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子が分散され、母材３に、酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有される場合において、伸び率が約６％以上（６．７％以上１１．２％以下）であり、９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、比Ｒ／Ｄａの最小値で表される成形性が４．５以上７．５以下であるアルミニウム複合材１００が製造可能であることが確認できる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、アルミニウム粉末の母材３に酸化ガドリニウム粒子が分散されているため、中性子吸収性能を有した加工性、引張特性が良いアルミニウム複合材１００が提供される。また、母材３に酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子の両方が分散されることにより、中性子吸収性能、加工性、製造コストなどの性能においてバランスの良いアルミニウム複合材が提供される。
　酸化ガドリニウム粒子は、例えばガドリニウムと比較して安価であり、原料コストの観点から有利である。また、本発明者の知見によると、既存の鋳造法の工程においてアルミニウム粉末に酸化ガドリニウム粒子を添加すると、酸化ガドリニウム粒子が均一に分散せず、製造される物品の品質が低下する可能性があることが判明している。本実施形態においては、アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とを混合して、アルミニウム粉末に酸化ガドリニウム粒子を均一に分散させた後、その混合材Ｍをケース（金属板）で挟んで被圧延体１８を生成し、焼結工程などを経ることなく圧延加工することにより、アルミニウム粉末に酸化ガドリニウム粒子が均一に分散された母材３を有するアルミニウム複合材１００を生成することができる。このように、本実施形態に係る製造方法を用いることにより、安価で優れた中性子吸収性能を有する酸化ガドリニウム粒子をアルミニウム粉末に均一に分散させた母材３を製造することができ、製造されるアルミニウム複合材１００の品質の向上に寄与する。また、その酸化ガドリニウム粒子により、加工性に優れたアルミニウム複合材１００を提供することができる。
　本実施形態において、被圧延体１８は、ケース１０内に混合材Ｍを充填して、タッピングにより混合材Ｍの充填密度を高めた状態でケース１０を密閉することにより形成される。また、被圧延体１８は、粉体としての混合材Ｍを上ケース１４と下ケース１２とで挟んだ構造である。この結果、被圧延体１８を予熱して圧延加工することにより、混合材Ｍの高い充填密度が維持された状態でクラッド材としてのアルミニウム複合材１００を製造することができる。
　また、本実施形態においては、クラッド構造の母材３（混合材Ｍ）の上面と金属板１（上ケース１４）とが密着し、母材３（混合材Ｍ）の下面と金属板２（下ケース１２）とが密着しているため、互いに隣接する層同士が強固に接合される。その結果、アルミニウム複合材１００の機械的強度が飛躍的に増大する。また、本実施形態においては、アルミニウム複合材１００の表面は金属板１及び金属板２で形成され、粒子が存在しないため、例えば、既存の焼結体に比べて、表面が破壊し難い良好な圧延加工材を得ることができる。
　すなわち、セラミックス粒子を多く含む金属粉末を、従来のように、焼結加工して焼結体を形成し、この焼結体を塑性加工するようにすると、表面のセラミックス粒子が破壊の基点となり、塑性加工材に割れが発生する傾向が強い。また、押出ダイス、圧延ローラ、鍛造金型等を摩耗させる問題点もある。しかしながら、本実施形態においては、アルミニウム複合材１００の表面は金属板１及び金属板２で形成され、粒子が存在しないため、例えば、既存の焼結体に比べて、表面には、破壊の基点となったり、ダイス等を摩耗させたりするセラミックス粒子が無い。このように、良好な圧延加工材を得ることができるという効果を得ることができる。
　また、本実施形態においては、中空のケース１０の上面（上ケース１４）及び下面（下ケース１２）が、クラッド材を構成する際の上下の金属板１及び金属板２として機能するため、混合材Ｍをケース１０に充填した状態でクラッド材としての構成が完了することになり、製造工程が簡略化される。さらに、中空のケース１０内の混合材Ｍは、粉体の形態のままで圧延工程に供せられるので、混合材Ｍがケース１０内に充填された状態で維持される嵩密度は、最大で６５％程度までで済まされる。
　以上、本願発明の種々の有用な実施例を示し、且つ、説明を施した。本願発明は、上述した種々の実施例や変形例に限定されること無く、この発明の要旨や添付する請求の範囲に記載された内容を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは言うまでも無い。
　１　金属板
　２　金属板
　３　母材
　１０　ケース
　１２　下ケース
　１４　上ケース
　１８　被圧延体
　１００　アルミニウム複合材

Claims (15)

  1. 　第１金属板と、
    　第２金属板と、
    　前記第１金属板と前記第２金属板との間に配置され、アルミニウム粉末で形成された母材と、を備え、
    　前記母材に酸化ガドリニウム粒子が分散されているアルミニウム複合材。
  2. 　前記母材に前記酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有される請求項１に記載のアルミニウム複合材。
  3. 　前記母材に前記酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有され、
    　伸び率が８％以上であり、
    　９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、比Ｒ／Ｄａの最小値で表される成形性が２．３以上６．０以下である請求項１に記載のアルミニウム複合材。
  4. 　さらに、前記母材に炭化ホウ素粒子が分散されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材。
  5. 　さらに、前記母材に炭化ホウ素粒子が分散され、
    　前記母材に、前記酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、前記炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有される請求項１に記載のアルミニウム複合材。
  6. 　さらに、前記母材に炭化ホウ素粒子が分散され、
    　前記母材に、前記酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上２０質量％以下含有され、前記炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有され、
    　伸び率が２％以上である請求項１に記載のアルミニウム複合材。
  7. 　さらに、前記母材に炭化ホウ素粒子が分散され、
    　前記母材に、前記酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上１０質量％以下含有され、前記炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有され、
    　伸び率が６％以上であり、
    　９０度曲げ試験したときの割れが生じない曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、比Ｒ／Ｄａの最小値で表される成形性が４．５以上７．５以下である請求項１に記載のアルミニウム複合材。
  8. 　前記第１金属板及び前記第２金属板の少なくとも一方は、アルミニウム又はステンレス鋼製である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材。
  9. 　アルミニウム粉末と酸化ガドリニウム粒子とを混合する工程と、
    　前記混合により生成された混合材をケースに充填して被圧延体を形成する工程と、
    　前記被圧延体を加熱する工程と、
    　加熱された前記被圧延体を圧延してアルミニウム複合材を製造する工程と、
    を含むアルミニウム複合材の製造方法。
  10. 　前記混合材に前記酸化ガドリニウム粒子が６質量％以上３０質量％以下含有されるように前記混合が行われる請求項９に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
  11. 　前記混合する工程は、さらに炭化ホウ素粒子を混合することを含む請求項９又は請求項１０に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
  12. 　前記混合する工程は、さらに炭化ホウ素粒子を混合することを含み、
    　前記混合材に、前記酸化ガドリニウム粒子が２質量％以上２０質量％以下含有され、前記炭化ホウ素粒子が１０質量％以上２０質量％以下含有されるように、前記混合が行われる請求項９に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
  13. 　前記ケースは、第１ケースと第２ケースとを含み、
    　前記被圧延体を形成する工程は、前記混合材を前記第１ケースの凹部に充填することと、前記混合材が充填された前記凹部の開口を前記第２ケースで覆うことと、を含む請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
  14. 　前記第１ケースに対する前記混合材の充填において、前記第１ケースをタッピングすることを含む請求項１３に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
  15. 　前記第１ケースの凹部に充填される前記混合材の上面と前記凹部の周囲の前記第１ケースの上面とが同一平面内に配置されるように、前記第１ケースに前記混合材が充填される請求項１３又は請求項１４に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
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