(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子が分散された母材と、を備え、
前記母材における前記酸化ガドリニウム粒子の含有率は２質量％以上１０質量％以下であり、前記炭化ホウ素粒子の含有率は１０質量％以上２０質量％以下である、アルミニウム複合材。
【請求項２】
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、酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子が分散された母材と、を備え、
前記母材における前記酸化ガドリニウム粒子の含有率は２質量％以上２０質量％以下であり、前記炭化ホウ素粒子の含有率は１０質量％以上２０質量％以下であり、
伸び率が２％以上である、アルミニウム複合材。
【請求項３】
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、酸化ガドリニウム粒子及び炭化ホウ素粒子が分散された母材と、を備え、
前記母材における前記酸化ガドリニウム粒子の含有率は２質量％以上１０質量％以下であり、前記炭化ホウ素粒子の含有率は１０質量％以上２０質量％以下であり、
伸び率が６％以上であり、
９０度曲げ試験したときの曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、曲率半径Ｒは６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、厚さＤａは１ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、比Ｒ／Ｄａ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。
【請求項４】
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３のいずれか一項に記載のアルミニウム複合材。
【請求項５】
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、酸化ガドリニウム粒子が分散された母材と、を備え、
前記母材における前記酸化ガドリニウム粒子の含有率は６質量％以上３０質量％以下であり、
伸び率が８％以上であり、
９０度曲げ試験したときの曲率半径をＲ、厚さをＤａとしたとき、曲率半径Ｒは６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、厚さＤａは１ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、比Ｒ／Ｄａで表される成形性が２．３以上６．０以下であり、
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、アルミニウム複合材。
【請求項６】
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、
を含み、
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、アルミニウム複合材の製造方法。
【請求項７】
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６に記載のアルミニウム複合材の製造方法。 
【請求項８】
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７に記載のアルミニウム複合材の製造方法。 
【請求項９】
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７又は請求項８に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１７７１４１号公報
【特許文献２】特開昭６２−２４３７３３号公報
【特許文献３】特開昭６３−０３８５５３号公報
【特許文献４】米国特許第７６２５５２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。
【発明の効果】
【００２３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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】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】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】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】図５は、被圧延体の一例を示す断面図である。
【図６】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】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】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】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】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】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】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】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】図１４は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図１５】図１５は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図１６】図１６は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図１７】図１７は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図１８】図１８は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図１９】図１９は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図２０】図２０は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図２１】図２１は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図２２】図２２は、実施例に係る母材の一例を示す写真である。
【図２３】図２３は、比較例に係る母材の一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
［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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
［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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
［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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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）。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
（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。
【００８３】
（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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
［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。
【００９５】
【表１】
0006031194.tif 000002
【００９６】
【表２】
0006031194.tif 000003
【００９７】
【表３】
0006031194.tif 000004
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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）。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
［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。
【０１２０】
【表４】
0006031194.tif 000005
【０１２１】
【表５】
0006031194.tif 000006
【０１２２】
【表６】
0006031194.tif 000007
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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）。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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）。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【符号の説明】
【０１７２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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