JPS60235096A - 中性子遮蔽吸収用材料の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 本発明は炭化ホウ素が均一に分散した中性子遮蔽吸収材
料の製造を提供することを目的とする。

従来技術 炭化ホウ素は優れた熱中性子吸収材料であるが。

通常は粉末として供給され、使用上程々の制限があった
。また、高密度な製品を得るためには、ホットプレスに
よるかあるいは高温での焼結を必要とするなど製造条件
が厳しく、高価になるため多量に用いられない。この問
題点を解決する方途としてプラスティクや金属に炭化ホ
ウ素が分散した製品を製造する研究が行なわれており、
その狙いは所定量の炭化ホウ素全いかに均一に分散させ
得ることが出来るかということと、製品の強度を可及的
に高くすることである。

強度を高くするためにはマトリックスとなる材質の選定
が重要であル、プラスティクでは強度が弱く、さらに温
度が高くなるにつれて強度の低下が顕著となる欠点があ
る。さらに熱伝導率が低いのもこの種の中性子遮蔽材と
して用いるにプラスティクでは満足な結果は得られない
。プラスティクに代わる材料として、鉛あるいはアルミ
ニウム等の金属を使用することが考えられ、これらの材
料はプラスティクよりも強度あるいは熱伝導率において
改善される可能性がある。しかしながらこれらの材料は
融点が低いことが共通であシ、使用される条件において
十分な信頼を得ることは出来ない。特に火災等の事故の
際に問題が多いと考えられる。プラスティク、鉛、アル
ミニウム等よシも強度が高く、融点が高く、同時に熱伝
導率にも優れる材料を選定することが重要となる。

本発明においては、マトリックス材料として。

ニッケルあるいはそれらの合金を選定することにより上
記欠点を除くことが出来た。すなわら１本発明の要点は
、銅、ニッケルの１種または２種をマトリックス材とし
て使用することを特徴とし。

これら銅および／またはニッケルのマトリックス中に炭
化ホウ素が均一に分散した製品を工業的に合理的な価格
で製造する方法を示したものである。

炭化ホウ素金銅および／またはニッケルのマトリックス
中に分散させる方法として、従来の技術からすれは、炭
化ホウ素粉末と銅粉末あるいはニッケル粉末と全混合し
、混合した粉末を成形、焼結する方法、まｆＣＦｉ混合
した粉末をホットプレスする方法等の通常の粉末冶金法
が考えられる。しかしながらこのような方法で製造した
複合体について炭化ホウ素の分散の均一性を調べたとこ
ろ。

十分な均一性が得られないことが確認された。この理由
は炭化ホウ素の密度が２．５１１７／ｃｔ／ｌ、銅の密
度が８．６＆／ｃｒ／ｌ、ニッケルの密度が８．９．！
ｉｆ／ｃＩＩｔであり、炭化ホウ素とマトリックス材と
の密度差が大きいために、これらの粉末を混合しても均
一に分散させることが困難なことによる。中性子遮蔽材
として使用する時、炭化ホウ素がマトリックス中に均一
に分散していることは重要な因子であることから、この
ような通常の粉末冶金法による製造方法は適当でない。

通常の粉末冶金以外の方法として、銅めるいけニッケル
をルツボ中に融解しておき、その中に炭化ホウ素粉末を
投入し醇湯を撹拌しつつ固化させることが考えられる。

この方法は将来の大量生産を想定した時には興味ある技
術と言えるが、ｅｑ。

ニッケルの融点が１０００度以上の高いことからも、こ
のような高温の湯浴中に炭化ホウ素粉末を分散させるこ
とが現段階では技術的に十分確立されてない。さらに、
粉末冶金法の場合と同様に炭化ホウ素と銅あるいは炭化
ホウ素とニッケルの密度の差が大きいことから、この方
法によっても十分均一な炭化ホウ素の分散した製品を得
ることは困難であると考えられる。

発明の構成 本発明は炭化ホウ素粒子金銅またはニッケルあるいはそ
れらの合金で被覆し、被覆粒子を圧縮し焼結するかまた
はホットプレスすることからなる炭化ホウ素を均一に分
散した中性子遮蔽吸収材料の製法を提供する。

本発明によれば、以下詳細に述べる方法で銅。

ニッケルあるいはそれらの合金全マトリックスとし、炭
化ホウ素が均一に分散した製品を製造することが出来る
。

炭化ホウ素粉末に銅、ニッケルあるいはそれらの合金を
被覆する方法として、気相成長法あるいは液相成長法が
可能であシ、いずれの方法によっても本発明を達成でき
るが、生産性、コストの観点から無電解メッキあるいは
無電解メッキ後電解メッキを採用することが好ましい。

本発明では。

気相成長法では真空蒸着法が、液相成長法では無電解メ
ッキ法が特に好ましい。

気相成長法あるいは液相成長法によシ、銅、ニッケルあ
るいはそれらの合金を炭化ホウ素粉末の裏面に被覆する
場合、粉末の粒度が粗すぎると粉末表面積が小さいだめ
に所定量の金属を被覆するのに長い時間を要し、製造の
面から好ましくない。

さらに炭化ホウ素粉末の粒度が極端に粗すぎると。

製品中にこの粗い炭化ホウ素が島状に分布する組織とな
勺、これは中性子遮蔽体として要求される炭化ホウ素が
可能な限り均一に全面分布するという観点から不利にな
るっこれらのことを勘案して試験を行った結果、炭化ホ
ウ素粉末の平均粒径は５００ミクロン以Ｆが好ましいこ
とがわかった。

カお、平均粒径に対する粒度分布はシャープなほど好ま
しいと考えられるが１％に粒度分布を指定する必要はな
い。

以上で述べたように炭化ホウ素粉末の表面に銅あるいは
ニッケルを所定量コーティングした粉末を成形、焼結す
ることによシ炭化ホウ素が均一に分散した製品を得るこ
とができた。しかしながら。

この管通焼結の方法では十分高い焼結密度の複合体を得
ることが困難であることがわかった。焼結密度が低いと
、一般に強度の低下、熱伝導率の低下が生じ、この種の
材料の使用条件下では、好ましくない。さらに焼結密度
の低下は、製品体積あたりの炭化ホウ素含有量の低下を
招き、結果的にはホウ素含有濃度が低下し、中性子の遮
蔽・吸収能力が低下するっこのことから製品密度は可及
的に高いことが望ましく、かつ炭化ホウ素含有量の高い
ことが必要である。本発明では、炭化ホウ素粉末に銅、
ニッケルあるいはそれらの合金をコーティングし、ホッ
トプレスすることにより、高密度であると同時に炭化ホ
ウ素がマトリックス中に均一に分散した複合体を、製造
することができる。

本発明において、炭化ホウ素粉末にｊ（ｎｌ　、ニッケ
ルあるいはそれらの合金をコーティングした粉末の。

金属の占める体積が低くなると十分高密度な焼結体を得
るととが困難となるＬ試験の結果、金属の体積割合が複
合体の理論体積の２５チ未満になるとホットプレスを行
っても複合体の密度は９５％に達することが困難となり
、しかも強度についても十分高いものが得られなかった
へ一方、炭化ホウ素量については、特に制限はないが、
少なすぎると遮蔽・吸収効果を上げるため複合体の使用
量を多くしなければならないので、工業的に使用するに
はこの量は４０容惜チ以上が望ましい。

本発明では、ホットプレスによる方法以外にホットアイ
ンスタテイクプレス法でも、満足な製品が得られる。さ
らに本発明では、大量にかつ安価に製造する方法として
１通常の焼結法により得られた複合体を圧延すると、密
度が高くなシ、圧延温度を３００℃以上にすることによ
シ良い結果が得られる。

発明の効果 本発明方法によれば理論密度の９８％以上の密度を有す
る炭化ホウ素中性子遮蔽吸収用材料を容易に製造するこ
とができる。

実施態様 次に本発明を実施例によシ詳細に説明する。

実施例１ 平均粒径５０μｍのＢ、Ｃ粉末１００ｇを６０℃のＰｄ
Ｃｌ、（０，００５ｆｊ、／１．　ｐＨ４，（）　）液
で５分間活性化処理し、水洗し、５０℃のＣｕめつきｉ
（奥野裂薬工業製ＯＰＣカッパー、ｐｉ−１１０，５）
で６時間浸漬し、水洗し、中和しく　Ｈ２ＳＯ４１ｒｄ
／　ｌ）水洗、乾燥した。尚、Ｃｕめつき液中の全Ｃｕ
イオン濃度は３６０ｙであシ、６時間のめつきによシそ
の９９５％が、　Ｂ、Ｃ粉末表面に析出した。被覆層の
厚さは炭化ホウ素の体積と銅の体積が同じにした（複合
体の空隙部分の体積のうち銅の体積が５０チ）であった
。この銅で被覆した粉末をグラファイトモールドを使用
し、圧力１５０　ｋｇ／Ｃｄ。

温度／８００℃でホットプレスした。この複合体の密度
は理論密度に対して９８％であった。顕微鏡観察の結果
、マトリックス中の炭化ホウ素は均一に分布しているこ
とが確認された。この炭化ホウ素／銅複合体の特性とし
て熱伝導率および抗折強度を測定した。熱伝導率は９０
　ｋｃａｌ　／ＣｗＬ−ｈ−に、　。

抗折強度は１５＃／−であり、中性子遮蔽体として使用
されるに十分な特性であった。

実施例２ 平均粒径１２０μｍのＢ、Ｃ粉末１００ｇを６０℃のｐ
ｄｃｌ、　（０，００３ｇ／　ＣｐＨ４，０）液で５分
間活性化処理し、水洗し、６０℃のＮｉめっき液（日本
カニゼン裂、５Ｂ−５５，ｐＨ６，９）５時間浸漬し、
水洗し、乾燥した。Ｎｉめつきよシ３７０ｇＮｉがＢ４
Ｃ粉表面上に析出した。被覆層の厚さは実施例１と同様
に被覆後の製品体積の５０チであった。このニッケルで
粉末をグラファイトモールドを使用し、圧力１５０　ｋ
ｇ／Ｃｒ／１．温度９５０℃でホットプレスした。この
製品の密度は理論密度に対して９８チであった。

実施例６ 実施例１および実施例２と同じ方法で得た銅またはニッ
ケルを無電解メッキした炭化ホウ素粉末を重量パーセン
トで等しくなるように混合し、混合した粉末をグラファ
イトモールドを使用し、圧力１５０ｋｇ／ｃＩ／ｌ、温
度９００℃でホットプレスした。この製品の組織を観察
した結果、銅およびニッケルでコーティングした粉末は
均一に分散していることが確認され、また焼結密度は理
論密度に対して９９％以上を示した。高密度の得られた
原因として異種粉末の混合の効果、即ち、銅およびニッ
ケルをコーティングした粉末の粒度が異なることによっ
て緻密化し、銅とニッケルが固溶したことによる焼結が
促進されたと考えられる。

実施例４ 平均粒径２０　ｔｔｍのＢ４Ｃ粉１０，９．３５ｇのＣ
ｕを真空蒸着した。真空蒸着条件は２　Ｘ　１０−’　
Ｔｏｒｒで、蒸発源としては黒鉛るっほを用い、高周波
誘導加熱により加熱を行なった。蒸着時間は２．５時間
であった。このときのＢ、Ｃ粉上へのＣｕ析出量は、３
５．５ｇであった。被覆層の厚さは実施例１と同様に被
覆後の製品体積の５０チであった。この銅で被覆した粉
末をグラファイトモールドを使用し、圧力１５０１ｃ９
／Ｃｒ／ｌ、温度８００℃でホットプレスした。この製
品の密度は理論密度に対して９日チであった。

実施例５ 実施例１と同じ方法で被覆した炭化ホウ素／銅粉末をス
テンレス銅の容器に充填し温度９００℃。

到達圧力１０００気圧でホットアイソスタテイクプレス
した。この製品の密度は理論密度に対して９８％であっ
た。

実施例６ 実施例１と同じ方法で被覆した炭化ホウ素／銅粉末を１
ｔ／ｍの圧力で成形した後、９６０℃で６時間真空雰囲
気で焼結した。この焼結体の密度は理論密度に対して７
５チであった。さらに高密度製品を得るためにこの焼結
体をステンレス缶に真空封入し、８００℃の温度で圧延
した。圧延後の製品の密度は９６％であった。

以上の実施例で示した製品はいずれも炭化ホウ素が均一
に分散しており、高密度であることから中性子遮蔽用材
料として有用であることがわかった。

実施例７ 平均粒径５０μの炭化ホウ素粉末１ｏｏｙを実施例１の
方法で活性化処理したのち。

のめつき液を用いてＮｉ−Ｃｕ合金の無電解めっきを実
施し、被覆後の製品体積の５５％の金属被覆を得た。こ
の炭化ホウ素／　Ｎｉ　−Ｃｕ粉末をステンレス鋼の容
器に充填し温度１０００℃、到達圧力１０００気圧でホ
ットアイソスタテイクプレスした。この製品の密度は理
論密度に対し９９％であった。

実施例８ モ均粒径１２０μの炭化ホウ素粉末１０ｉｌに実施例２
と同様な方法で５μのＮｉ被覆を行なったのち。

のめつき液を用いてＮｉ１０ｗ％Ｃｏ合金′市気めＮｉ
被覆したＢ、Ｃ粉へのＮｉ　−Ｃｏ合金電気めっきは、
被覆Ｂ、Ｃ粉をめっき液に分散させ、陰極上に周期的磁
場を形成することによ、！７　＊　Ｎ＋被覆Ｂ４Ｃ粉を
陰極上に吸着させ、その吸着時に電解を行なうことによ
り、Ｎｉ被覆Ｂ、Ｃ粉上にＮｉ　−Ｃ。

合金被覆を得た。

このように作成した金属被＆　Ｂ４Ｃ粉を実施例７と同
様にホットアイソスタティックプレスを実施し、理論密
ｐ（に対して９８チの一叫品を得た。

時許出１舶人　ｉづシミ金ＪｙｉＫ株式会仕代理人　弁
理±　１公　井　政　広

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　炭化ホウ素粒子を銅またはニッケルあるいはそれ
   らの合金で被覆し、被覆粒子を圧縮し焼結するかまたは
   ホットプレスすることからなる炭化ホウ素を均一に分散
   した中性子遮蔽吸収材料の製法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の製法であって。 被覆を無電解めっきあるいＦｉ無電解めっき後に電解め
   っきによって行なう方法。 ６、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって。 被覆を真空蒸着法によって行なう方法。 ４、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって。 圧縮を１イノスタチツクプレス法によって行なう方法。 ５、特許請求の範囲第１〜４項の何れかの項に記載の製
   法であって、炭化ホウ素粒子の粒径が５００μ（３２メ
   シユ）以下である製法。 ６、特許請求の範囲第１〜５項の何れかの項に記載の製
   法であって、銅被覆炭化ホウ素粒子およびニッケル被覆
   炭化ホウ素粒子が圧縮成形される製法。 Ｚ　炭化ホウ素粒子を銅またはニッケルで被覆し。 被覆粒子を圧縮成形し焼結し、さらに得られる焼結体を
   圧延することからなる炭化ホウ素を均一に分散した中性
   子遮蔽吸収材料の製法。