JPH0379419B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0379419B2 JPH0379419B2 JP57126322A JP12632282A JPH0379419B2 JP H0379419 B2 JPH0379419 B2 JP H0379419B2 JP 57126322 A JP57126322 A JP 57126322A JP 12632282 A JP12632282 A JP 12632282A JP H0379419 B2 JPH0379419 B2 JP H0379419B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- sintered body
- density
- binder phase
- boron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Description
本発明は、各種原子炉の制御材及び遮蔽材に適
した中性子吸収用焼結合金に関する。 制御材及び遮蔽材として使用される中性子吸収
用材料は、中性子吸収断面積が大きく、熱伝導性
が良く、質量が小さくて適当な強度、耐食性、耐
酸化性が有り、熱及び照射線下で安定でしかも量
産性の可能な材料が望まれている。 ホウ素は、 10Bと 11Bの同位体が有り、前者
が中性子吸収断面積が大きいことからB4C、BN、
B2O3等のホウ素化合物が中性子吸収用材料とし
て使用されている。この内、ホウ素含有率が高
く、熱伝導性の良好なB4Cを主体とした材料が中
性子吸収用材料として使用されている。このB4C
は、融点近くの温度においても塑性が低く、粒間
のすべりも悪く、又固体状態での表面張力が低い
等のために焼結性が悪いので、焼結体にせずに粉
末成形体をステンレス製被覆管に充填して制御
棒、安全棒に使用している。B4Cの粉末成形体
は、粒度分布状態及び振動充填等で粉末成形どき
の充填密度を高めてもせいぜい理論密度の約70％
が限度と低密度であるために熱伝導性及び強度が
低い等と高密度な焼結体のものに比較して諸特性
値がマイナス傾向にある。成形体の強度が低いと
作業中成形体に欠け及び破損が生じて成形体をス
テンレス製被覆管に充填するときの作業性が悪く
なつたり、又成形体をステンレス製被覆管に充填
したときの充填量も悪くなる。このように粉末成
形体の密度が低かつたり、ステンレス製被覆管内
の成形体の充填量が悪いとホウ素の充填密度が低
くなつて中性子吸収能力も低下すると云う欠点が
ある。他方難焼結性材料であるB4Cをホツトプレ
スによつて焼結体とし、この焼結体を中性子吸収
用材料として使用する場合もある。このホツトプ
レスによる焼結体は、ホツトプレスするときのモ
ールド及びモールドと焼結体との離型性等の問題
があり、又量産性が非常に乏しいという欠点があ
る。 本発明は、上述した欠点を除去すべく成された
もので、適当な密度と強度を持たせると共に量産
性が容易なB4C基中性子吸収用焼結合金を提供す
ることを目的としたものである。 本発明の中性子吸収用焼結合金は、鉄、ニツケ
ル、コバルト、モリブデンの中から選ばれた少な
くとも１種以上0.5〜20重量％の結合相とホウ素、
リン、ケイ素、アルミニウム、チタン、炭化ケイ
素の中から選ばれた少なくとも１種以上0.01〜５
重量％の結合相助剤と残り、炭化ホウ素と不可避
不純物とから成る焼結合金である。 本発明の中性子吸収用焼結合金は、難焼結性材
料である炭化ホウ素に鉄、ニツケル、コバルト、
モリブデンの中から選ばれた１種以上の結合相と
ホウ素、リン、ケイ素、アルミニウム、チタン、
炭化ケイ素の中から選ばれた１種以上の結合相助
剤とを添加することによつて低温焼結性を可能に
すると共に無加圧焼結で適当な密度と強度を有す
る焼結合金が得られたものである。このようにし
て得られた本発明の中性子吸収用焼結合金は、炭
化ホウ素が本来有している中性子吸収能力、熱伝
導性、軽量性及び耐食性を低下させずに適当な密
度と強度を保持できたものである。Ｂは、熱中性
子の照射によつてHeガスの放出と発熱が起り、
これによつてB4C基焼結自体の膨張が生じて焼結
体の損傷及び焼結体を充填したステンレス製被覆
管の破損にと結び付く場合があるが本発明の中性
子吸収用焼結合金は、B4Cに結合相と結合相助剤
を添加しているためにHeガス放出量を抑制し、
しかも焼結体密度が約95％前後と焼結体としては
密度が低く多孔度を有しているために膨張の抑制
にも寄与しているものである。 本発明の中性子吸収用焼結合金の製造方法は、
従来の粉末冶金法によるもので、B4Cを主体にし
た混合粉末をラバープレス又はコールドプレス等
で成形したものを真空中又は非酸化性雰囲気中で
無加圧焼結するものである。こゝで使用するB4C
は、密度を高めるために出来るだけ微細な粉末又
は粒子サイズの異なつた複数のB4Cを使用するこ
とが望ましい。又結合相と結合相助剤は、それぞ
れ別々に添加してもよいがB4Cとの濡れ性の向
上、焼結性の向上及びB4Cの粒子成長抑制効果付
与のため結合相と結合相助剤による合金又は化合
物として出発原料にすることが望ましい。 こゝで数値限定した理由に就いて述べる。 (a) 結合相 結合相が20重量％を越えて多くなると焼結体
密度が低下しすぎる傾向にあるのとホウ素含有
量が少なくなつて中性子吸収能力も低下し、
B4C本来の軽量化もなくなる。他方、結合相が
0.5重量％未満になると結合相と結合相助剤と
による焼結性促進効果が弱く、焼結体の強度低
下となるために結合相量は、0.5〜20重量％と
決めた。 (b) 結合相助剤 結合相助剤が５重量％を越えて多くなると焼
結体の強度が低下し、結合相助剤が0.01重量％
未満になると焼結体促進効果が弱くなるために
結合相助剤の量は0.01〜５重量％と決めた。 次に本発明の中性子吸収用焼結合金を実施例に
従つて具体的に説明する。 実施例 各種粒子サイズのB4CとFe、Ni、Co、Moの各
種結合相とＢ、Ｐ、Si、Al、Ti、SiCの各種結合
相助剤とから成る合金又は化合物粉末によつて所
定の割合に配合し、３〜５％のパラフインを潤滑
剤として添加後、ヘキサン溶媒中ボールミルにて
粉砕混合した。乾燥後、この混合粉末を2t／cm2〜
5t／cm2の加圧力で成形し、10-2〜10-3mmHgの真
空中で焼結した。焼結後は、各焼結体をパラフイ
ン被覆してアルキメデス法による密度測定と硬度
測定を行ない、更に実用試験として3φ×50寸法
の焼結体を用いてステンレス製被覆管への充填に
よる作業性を試みた。第１表に各試料の配合組成
と焼結条件を示し、第２表に第１表に対応する各
試料の理論密度に対する焼結体の密度比、硬度及
び実用試験どきの作業性を示した。また、ステン
レス製被覆管へ充填した各試料の中性子吸収能力
を調べ、それぞれの試料が限界に達したときの寿
命を第２表に併記した。さらに各試料の熱伝導
性、真空中800℃で１ケ月加熱中の酸化増量によ
る耐酸化性及び800℃での熱膨張率を測定し、そ
の結果を第２表に併記した。
した中性子吸収用焼結合金に関する。 制御材及び遮蔽材として使用される中性子吸収
用材料は、中性子吸収断面積が大きく、熱伝導性
が良く、質量が小さくて適当な強度、耐食性、耐
酸化性が有り、熱及び照射線下で安定でしかも量
産性の可能な材料が望まれている。 ホウ素は、 10Bと 11Bの同位体が有り、前者
が中性子吸収断面積が大きいことからB4C、BN、
B2O3等のホウ素化合物が中性子吸収用材料とし
て使用されている。この内、ホウ素含有率が高
く、熱伝導性の良好なB4Cを主体とした材料が中
性子吸収用材料として使用されている。このB4C
は、融点近くの温度においても塑性が低く、粒間
のすべりも悪く、又固体状態での表面張力が低い
等のために焼結性が悪いので、焼結体にせずに粉
末成形体をステンレス製被覆管に充填して制御
棒、安全棒に使用している。B4Cの粉末成形体
は、粒度分布状態及び振動充填等で粉末成形どき
の充填密度を高めてもせいぜい理論密度の約70％
が限度と低密度であるために熱伝導性及び強度が
低い等と高密度な焼結体のものに比較して諸特性
値がマイナス傾向にある。成形体の強度が低いと
作業中成形体に欠け及び破損が生じて成形体をス
テンレス製被覆管に充填するときの作業性が悪く
なつたり、又成形体をステンレス製被覆管に充填
したときの充填量も悪くなる。このように粉末成
形体の密度が低かつたり、ステンレス製被覆管内
の成形体の充填量が悪いとホウ素の充填密度が低
くなつて中性子吸収能力も低下すると云う欠点が
ある。他方難焼結性材料であるB4Cをホツトプレ
スによつて焼結体とし、この焼結体を中性子吸収
用材料として使用する場合もある。このホツトプ
レスによる焼結体は、ホツトプレスするときのモ
ールド及びモールドと焼結体との離型性等の問題
があり、又量産性が非常に乏しいという欠点があ
る。 本発明は、上述した欠点を除去すべく成された
もので、適当な密度と強度を持たせると共に量産
性が容易なB4C基中性子吸収用焼結合金を提供す
ることを目的としたものである。 本発明の中性子吸収用焼結合金は、鉄、ニツケ
ル、コバルト、モリブデンの中から選ばれた少な
くとも１種以上0.5〜20重量％の結合相とホウ素、
リン、ケイ素、アルミニウム、チタン、炭化ケイ
素の中から選ばれた少なくとも１種以上0.01〜５
重量％の結合相助剤と残り、炭化ホウ素と不可避
不純物とから成る焼結合金である。 本発明の中性子吸収用焼結合金は、難焼結性材
料である炭化ホウ素に鉄、ニツケル、コバルト、
モリブデンの中から選ばれた１種以上の結合相と
ホウ素、リン、ケイ素、アルミニウム、チタン、
炭化ケイ素の中から選ばれた１種以上の結合相助
剤とを添加することによつて低温焼結性を可能に
すると共に無加圧焼結で適当な密度と強度を有す
る焼結合金が得られたものである。このようにし
て得られた本発明の中性子吸収用焼結合金は、炭
化ホウ素が本来有している中性子吸収能力、熱伝
導性、軽量性及び耐食性を低下させずに適当な密
度と強度を保持できたものである。Ｂは、熱中性
子の照射によつてHeガスの放出と発熱が起り、
これによつてB4C基焼結自体の膨張が生じて焼結
体の損傷及び焼結体を充填したステンレス製被覆
管の破損にと結び付く場合があるが本発明の中性
子吸収用焼結合金は、B4Cに結合相と結合相助剤
を添加しているためにHeガス放出量を抑制し、
しかも焼結体密度が約95％前後と焼結体としては
密度が低く多孔度を有しているために膨張の抑制
にも寄与しているものである。 本発明の中性子吸収用焼結合金の製造方法は、
従来の粉末冶金法によるもので、B4Cを主体にし
た混合粉末をラバープレス又はコールドプレス等
で成形したものを真空中又は非酸化性雰囲気中で
無加圧焼結するものである。こゝで使用するB4C
は、密度を高めるために出来るだけ微細な粉末又
は粒子サイズの異なつた複数のB4Cを使用するこ
とが望ましい。又結合相と結合相助剤は、それぞ
れ別々に添加してもよいがB4Cとの濡れ性の向
上、焼結性の向上及びB4Cの粒子成長抑制効果付
与のため結合相と結合相助剤による合金又は化合
物として出発原料にすることが望ましい。 こゝで数値限定した理由に就いて述べる。 (a) 結合相 結合相が20重量％を越えて多くなると焼結体
密度が低下しすぎる傾向にあるのとホウ素含有
量が少なくなつて中性子吸収能力も低下し、
B4C本来の軽量化もなくなる。他方、結合相が
0.5重量％未満になると結合相と結合相助剤と
による焼結性促進効果が弱く、焼結体の強度低
下となるために結合相量は、0.5〜20重量％と
決めた。 (b) 結合相助剤 結合相助剤が５重量％を越えて多くなると焼
結体の強度が低下し、結合相助剤が0.01重量％
未満になると焼結体促進効果が弱くなるために
結合相助剤の量は0.01〜５重量％と決めた。 次に本発明の中性子吸収用焼結合金を実施例に
従つて具体的に説明する。 実施例 各種粒子サイズのB4CとFe、Ni、Co、Moの各
種結合相とＢ、Ｐ、Si、Al、Ti、SiCの各種結合
相助剤とから成る合金又は化合物粉末によつて所
定の割合に配合し、３〜５％のパラフインを潤滑
剤として添加後、ヘキサン溶媒中ボールミルにて
粉砕混合した。乾燥後、この混合粉末を2t／cm2〜
5t／cm2の加圧力で成形し、10-2〜10-3mmHgの真
空中で焼結した。焼結後は、各焼結体をパラフイ
ン被覆してアルキメデス法による密度測定と硬度
測定を行ない、更に実用試験として3φ×50寸法
の焼結体を用いてステンレス製被覆管への充填に
よる作業性を試みた。第１表に各試料の配合組成
と焼結条件を示し、第２表に第１表に対応する各
試料の理論密度に対する焼結体の密度比、硬度及
び実用試験どきの作業性を示した。また、ステン
レス製被覆管へ充填した各試料の中性子吸収能力
を調べ、それぞれの試料が限界に達したときの寿
命を第２表に併記した。さらに各試料の熱伝導
性、真空中800℃で１ケ月加熱中の酸化増量によ
る耐酸化性及び800℃での熱膨張率を測定し、そ
の結果を第２表に併記した。
【表】
【表】
【表】
以上の結果、本発明品１〜11は、本発明品に対
して結合相の含有量が多い方向で外れた比較品
14、結合相助剤の含有量が多い方向で外れた比較
品15、結合相の含有量が少ない方向で外れた比較
品16及び結合相と結合相助剤の両方の含有量が少
ない方向で外れた比較品17に比べて密度、硬さ、
熱伝導性が高く、熱膨張率が低く、耐酸化性に優
れており、中性子吸収限界寿命にも優れているも
のである。
して結合相の含有量が多い方向で外れた比較品
14、結合相助剤の含有量が多い方向で外れた比較
品15、結合相の含有量が少ない方向で外れた比較
品16及び結合相と結合相助剤の両方の含有量が少
ない方向で外れた比較品17に比べて密度、硬さ、
熱伝導性が高く、熱膨張率が低く、耐酸化性に優
れており、中性子吸収限界寿命にも優れているも
のである。
Claims (1)
- １ 鉄、ニツケル、コバルト、モリブデンの中か
ら選ばれた少なくとも１種以上0.5〜20重量％の
結合相とホウ素、リン、ケイ素、アルミニウム、
チタン、炭化ケイ素の中から選ばれた少なくとも
１種以上0.01〜５重量％の結合相助剤と残り、炭
化ホウ素と不可避不純物とから成ることを特徴と
する中性子吸収用焼結合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57126322A JPS5916944A (ja) | 1982-07-20 | 1982-07-20 | 中性子吸収用焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57126322A JPS5916944A (ja) | 1982-07-20 | 1982-07-20 | 中性子吸収用焼結合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5916944A JPS5916944A (ja) | 1984-01-28 |
| JPH0379419B2 true JPH0379419B2 (ja) | 1991-12-18 |
Family
ID=14932311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57126322A Granted JPS5916944A (ja) | 1982-07-20 | 1982-07-20 | 中性子吸収用焼結合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5916944A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2513666Y2 (ja) * | 1995-02-20 | 1996-10-09 | 富士通株式会社 | リボンカセット |
| JP3085229B2 (ja) * | 1997-01-09 | 2000-09-04 | ヤマハ株式会社 | 鍵盤楽器の蓋開閉装置 |
| JP6197264B2 (ja) * | 2012-02-16 | 2017-09-20 | 日立化成株式会社 | 中性子吸収材およびその製造方法ならびに溶融燃料の処理方法 |
| US9604885B2 (en) * | 2013-01-25 | 2017-03-28 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Synthesis and processing of ultra high hardness boron carbide |
| GB2528272B (en) * | 2014-07-15 | 2017-06-21 | Tokamak Energy Ltd | Shielding materials for fusion reactors |
| CN107034386B (zh) * | 2017-04-14 | 2018-11-27 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种抗熔盐腐蚀高温复合材料及熔盐堆堆芯结构件 |
| CN108130438B (zh) * | 2017-12-08 | 2020-03-31 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温结构功能一体化碳化硼增强铝基中子吸收材料的制备方法 |
-
1982
- 1982-07-20 JP JP57126322A patent/JPS5916944A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5916944A (ja) | 1984-01-28 |
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