(57)【要約】  アルミニウム基複合材料の中性子吸収を改良する方法を示し、その方法はアルミニウム合金マトリックスと、アルミニウム−ボロン金属間化合物を含有する相対的に大きいボロン含有粒子とから溶融した複合材料を準備する工程と、（ａ）複合材料を加熱し、ボロンを含有する粒子が部分的に溶解するのに十分な時間保持し、そして微細な２ホウ化チタン粒子を形成するためにチタンを添加し、複合材料を鋳造する工程、または（ｂ）微細なＧｄ−Ａｌ粒子もしくは微細なＳｍ−Ａｌ粒子を鋳造した複合材料の中に析出するために溶融した複合材料もしくはアルミニウム合金マトリックスに、ガドリニウムもしくはサマリウムを添加し、鋳造する工程とを含み、大きいボロン含有粒子の周辺の間隙を中性子を吸収する該微細な粒子が埋める。Ｂ４Ｃまたはアルミニウム−ボロン金属間化合物を含む大きい粒子状の中性子を吸収する化合物と、ＴｉＢ２もしくは（ＡｌＴｉ）Ｂ２、Ｓｍ−アルミニウム金属間化合物またはＧｄ−アルミニウム金属間化合物を含む微細な粒子または微細な析出物の分布とを含む中性子を吸収する鋳造複合材料を得た。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム基の鋳造複合材料の中性子の吸収を改善する方法であって、
（ａ）アルミニウム合金マトリックスと、アルミニウム−ボロン金属間化合物およびＢ４Ｃの少なくとも１つと、から溶融した複合材料を準備し、それによって該複合材料に相対的に大きいボロン含有粒子を含有させる工程と、
（ｂ）該ボロン含有粒子が部分的に溶解するのに十分な温度および時間まで該複合材料を加熱し、その後該複合材料内に微細な二ホウ化チタン粒子の配列を形成するように、該溶融した複合材料にチタンを添加し、該複合材料を鋳造する工程、または
該複合材料の内部にＧｄ−ＡｌもしくはＳｍ−Ａｌの微細な粒子を析出させるためにガドリニウムもしくはサマリウムを、該溶融した複合材料もしくは該溶融した複合材料を製造するのに用いる溶融したアルミニウムマトリックスに添加し、該複合材料を鋳造する工程と、を含み、該微細な粒子または析出物が該大きいボロン含有粒子の周辺の間隙を埋める中性子吸収材料として機能することを特徴とするアルミニウム基複合材料の中性子の吸収を改善する方法。
【請求項２】
上記複合材料が７００℃〜８５０℃の範囲内の保持温度まで加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記複合材料が保持温度で１５分またはそれ以上保持されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記複合材料が保持温度で０．５時間〜４時間保持されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
チタンが０．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記微細な二ホウ化チタン粒子がＴｉＢ２粒子または（ＡｌＴｉ）Ｂ２粒子であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記微細な二ホウ化チタン粒子のサイズが０．１μｍ〜５．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記溶融した複合材料にＧｄが０．２ｗｔ％〜２３．０ｗｔ％の範囲で添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記溶融した複合材料にＳｍが０．５ｗｔ％〜１５．０ｗｔ％の範囲で添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
中性子を吸収する鋳造複合材料であって、アルミニウムマトリクス中に粒子の形態で中性子を吸収する化合物を含み、
該粒子がＢ４Ｃまたはアルミニウム−ボロン金属間化合物を含む大きい粒子の分布と、  ＴｉＢ２、Ｓｍ−アルミニウム金属間化合物またはＧｄ−アルミニウム金属間化合物を含み、中性子を吸収する材料の内部の大きいボロン含有粒子の周辺の間隙を埋める、小さい粒子または析出物の分布と、を有することを特徴とする中性子を吸収する鋳造複合材料。
【請求項１１】
０．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％のチタンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１２】
上記ＴｉＢ２または（ＡｌＴｉ）Ｂ２の小さい粒子が、０．１μｍ〜５．０μｍの範囲のサイズを有することを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１３】
０．２ｗｔ％〜２３．０ｗｔ％のＧｄを含むことを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１４】
上記複合材料は、０．５ｗｔ％〜１５．０ｗｔ％のＳｍを含む円柱状の形態のインゴットに鋳造されたことを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１５】
上記ＧｄまたはＳｍを含む金属間化合物が０．１μｍ〜１０．０μｍの範囲のサイズを有することを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１６】
上記Ｂ４Ｃまたはアルミニウム−ボロン金属間化合物の大きい粒子の平均のサイズが少なくとも１５μｍであることを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボロン基の中性子吸収材料の中性子吸収効率の改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力エネルギー産業界では、例えば廃燃料のコンテナ内に用いる、中性子を吸収し従って放出しない構造材料に大きな関心がある。これらコンテナの大部分は、アルミニウム（Ａｌ）基の材料より造られる。ボロン（Ｂ）は、中性子を吸収する元素として一般的に用いられる。ボロンは通常、Ｂ４Ｃ、ＴｉＢ２またはアルミニウムマトリックス中でＡｌＢ２もしくはＡｌＢ１２を形成するボロン単体としてアルミニウムに添加される。
【０００３】
一般的には、２つのタイプのコンテナ製品が用いられている。１つはアルミニウム合金粉末がボロンカーバイト粒子と混合された、例えば「Ｂｏｒａｌ」（登録商標）（ＡＡＲ  Ｂｒｏｃｋｓ  ＆  Ｐｅｒｋｉｎｓ製）のようなＡｌ−Ｂ４Ｃの粉末冶金製品であり、もう一つはＥａｇｌｅ−Ｐｉｃｈｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＬＬＣによる製品のような同位体濃縮したＡｌ−Ｂの製品である。複雑なプロセスのため、両製品とも高価である。
【０００４】
Ｓｋｉｂｏらによる米国特許第４，７８６，４６７号は、種々の非金属粒子がアルミニウム合金のマトリックスに加えられたアルミニウム合金の複合材料の製造方法を開示している。それらの粒子は、ボロンカーバイトを含むが、しかしながら主には炭化ケイ素である。
【０００５】
Ｌｌｏｙｄらによる欧州特許第０  ６０８  ２９９号は、存在するマグネシウムのマトリックスを消耗してしまうスピネルの生成を抑制するためにストロンチウムを添加した約０．１５％〜約３％のＭｇを含むアルミニウム合金に、アルミナ粒子を分散させる手順を開示している。
【０００６】
Ｆｅｒｒａｎｄｏらによる米国特許第５，８５８，４６０号は、マグネシウム−リチウム合金またはアルミニウム−リチウム合金にボロンカーバイトを加えて、航空宇宙分野に適用される鋳造複合材料を製造する方法を開示している。合金との低い濡れ性および反応性の問題を解消するために、溶けた合金と混合する前に、粒子の表面に銀の金属コーティング層が形成される。
【０００７】
Ｐｙｚｉｋらによる米国特許第５，５２１，０１６号は、ボロンカーバイトのプリフォームに溶融アルミニウム合金を浸透させることにより、アルミニウム−ボロンカーバイド複合材料を製造する方法を開示している。ボロンカーバイトは最初に熱処理プロセスにより不動態化される。
【０００８】
Ｒｉｃｈらによる米国特許第３，３５６，６１８号は、各種金属中のボロンカーバイトまたは二ホウ化ジルコニウムにより形成された核制御棒用の複合材料が開示されている。ボロンカーバイトは、複合材料を形成する前に施されたシリコンカーバイトまたはチタンカーバイトのコーティングにより保護されている。しかしながらマトリックスの材料は高温用の金属であり、アルミニウム合金は含まれていない、
【０００９】
安全上の理由から、ボロンを含有するアルミニウム材料は、その微細構造においてボロン含有粒子の均一な分散が必要である。ボロン含有粒子間の最小の間隔は、同時に中性子の吸収を最大化するためにも必要である。しかしながらボロンの含有量の減少に伴い、ボロン含有粒子の均一な分散を達成することが困難となり、また、ボロン含有粒子のサイズが大きくなると、ボロン含有粒子間の間隔も大きくなる。
【００１０】
ボロン含有粒子間の大きな空間および不均一な分散の両方は、中性子がボロン含有粒子の間を通り抜け、吸収されないチャンネルリング効果を引き起こす。
【００１１】
アルミニウム鋳造複合材料において中性子の吸収を改善する多くの試みがなされている。米国原子力規制委員会により刊行された文献「Ｎｕｃｌｅａｒ  Ａｂｓｏｒｂｅｒｓ：Ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ  Ｔｅｓｔｓ」は、粉末冶金の分野に焦点をあててＢ４Ｃ−Ａｌを含有する吸収材料への必要事項について示している。粒子の形態およびサイズ分布の中性子の吸収効率に及ぼす影響についても考察されている。米国特許第４，８０６．３０７（Ｈｉｒｏｓｅらによる）は、中性子を吸収する用途の、Ｇｄを含む鋳造アルミニウム合金について開示している。Ａｌ−Ｇｄ金属間化合物粒子を小さくすることが示されている。米国特許第５，７００，９６２（Ｒｏｂｉｎによる）は、Ａｌ、Ｇｄ等およびこれら元素の合金を含み得る金属中にＢ４Ｃを含有する複合材料を開示している。しかしながらその複合材料は、費用のかかる粉末冶金学的な手法により形成される。最後に欧州特許公開公報第０２５８１７８号（Ｐｌａｎｃｈａｍｐによる）は、中性子の吸収に適しているとしてＡｌ−Ｓｍ、Ｃｕ−ＳｍおよびＭｇ−Ｓｍ合金を開示している。広い組成範囲が有益と示されている。そして、鋳造を含む各種の製造技術を用いることができる。これらの合金はまた、アルミナ、シリコンカーバイト、ボロンカーバイト等を含む繊維により補強されうる。またプロセスおよび製品の形態について詳細は示されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、チャンネリング効果を低減するために、均一かつ狭い間隔で配置された中性子吸収要素を有するボロン−アルミニウム鋳造複合材料を製造する方法を確立することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、従ってアルミニウム基複合材料の中性子の吸収を改善する方法であって、複合材料に相対的に大きいボロン含有粒子を含有させるために、アルミニウム合金マトリックスと、アルミニウム−ボロン金属間化合物の少なくとも１つまたはＢ４Ｃと、から溶融した複合材料を準備する工程と、（ａ）ボロン含有粒子が部分的に溶解するのに十分な温度および十分な時間まで複合材料を加熱し、その後、複合材料内に微細な二ホウ化チタン粒子の配列を形成するように、溶融した複合材料にチタンを添加する工程、または（ｂ）複合材料内にＧｄ−ＡｌもしくはＳｍ−Ａｌの金属間化合物の微細な粒子を生成するためにガドリニウムもしくはサマリウムを、溶融した複合材料もしくは溶融した複合材料を製造するのに用いる溶融したアルミニウムマトリックスに添加し、複合材料を鋳造する工程のどちらかとを含み、該微細粒子または析出物が、大きいボロン含有粒子の周辺の間隙を埋める中性子吸収材料として機能することを特徴とするアルミニウム基複合材料の中性子の吸収を改善する方法を提供する。
【００１４】
本発明はまた、中性子を吸収する鋳造複合材料であって、アルミニウムマトリックス中に粒子状の中性子を吸収する化合物を含み、その粒子は、Ｂ４Ｃまたはアルミニウム−ボロンの金属間化合物の少なくとも１つを含む大きい粒子の分布と、ＴｉＢ２、Ｇｄ−アルミニウム金属間化合物、またはＳｍ−アルミニウムを含む、小さい粒子または析出物の分布を有することを特徴とする中性子を吸収する鋳造複合材料を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、元来の鋳造複合材料の、中性子を吸収する、より大きい粒子の周りに、均一な間隔で分布し、それによって中性子を捕捉する効率が改善される微細な中性子吸収種（ｓｐｅｃｉｅｓ）を、その場で形成することに重点をおいている。中性子を吸収する材料は、表面積のような「形状因子」および鋳造複合材料の内部での分布のため、単に吸収要素の体積率から予想される中性子の捕捉効率を常に有するわけではない。
【００１６】
ボロン含有粒子の分布に伴う問題を図１により示す。図１ａ）は、ボロン含有量が約１６ｗｔ％と高濃度のボロンを含む複合材料のボロン含有粒子の一般的な構造を示す。図１ｂ）は、例えばボロンが３ｗｔ％程度の範囲の低濃度のボロンを含む複合材料で起こるボロン含有粒子の不均一な分布を示す。最後に図１ｃ）は、このような低濃度のボロンを含む複合材料において、ボロンを含有する粒子の間に存在しうる大きな間隔を示す。
【００１７】
１つの実施形態において、鋳造した金属の複合材料を例えば７００℃〜８５０℃のような高温に加熱し、例えば少なくとも１５分のような一定の時間保持し、さらに二ホウ化チタンの微細な粒子を析出させるために、その溶融した複合材料にチタンを添加することにより鋳造した金属の複合材料に微細な粒子が析出する。
【００１８】
このような材料の中性子吸収の効率を改善するために、１）高温においてボロン含有粒子を部分的に溶解する工程、および２）部分的に溶解した後に、ＴｉＢ２および（ＡｌＴｉ）Ｂ２の小さい粒子を多数形成するためにチタンを添加する工程、の２つの工程を含む方法を提案する。昇温温度と保持時間の組合せによって、後に続くチタン添加が速やかに微細な粒子の分布を形成するように、十分なボロンがアルミニウム溶液中に溶解するのを確保する。加熱工程の好ましい温度範囲は７３０℃〜８２０℃であり、好ましい保持時間は０．５時間〜４時間である。チタンがプロセスに、より早く添加されると、チタンは元来のボロン含有粒子と反応し、それらをコートし、マトリックス中に十分な数の微細な粒子を形成しない。大きいホウ化物粒子の適切な溶解と、添加されるチタンと反応する溶融液中に十分な量のボロンが存在することを確実にするために最小限の保持時間が必要となる。
【００１９】
図２を参照する。図２ａ）に示した、元の複合材料に存在する大きいボロン含有粒子は、高い溶融物温度においては、部分的に溶解可能で、そして液中のボロンの溶解度は、図２ｂ）に示すように溶融物温度の増加とともに増加する。次に図２ｃ）に示すように、ＴｉＢ２および（ＡｌＴｉ）Ｂ２のような数多くの小さいボロン含有粒子をその場で形成するために、チタンを好ましくは０．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％（アルミニウムマトリックス中の重量パーセントとして測定）の範囲で添加する。これら粒子のサイズは０．１μｍ〜５．０μｍの範囲であり、複合材料の微細構造のいたるところに分布するようになり、その結果、ボロン含有粒子間の間隔を減少し、そしてより良い中性子遮へい性を与える。それに比べ、大きいボロン含有粒子は平均のサイズが少なくとも１５μｍであり、Ｂ４Ｃ粒子の場合はおそらく５０μｍと大きく、Ａｌ−Ｂ金属間化合物の場合はさらに大きい。チタンの添加量が過少な場合、粒子の数は十分でなく、チタンの添加量が過多な場合、チタンは最終製品の機械的特性に有害な大きいアルミニウム−チタン金属間化合物を形成しうる。
【００２０】
チタンは、金属粉末または市販のＡｌ−Ｔｉ母合金の形で添加可能であってよい。後者のＡｌ−Ｔｉ母合金は、溶解して溶液中にチタンを供給するアルミニウム−チタン金属間化合物を含む。しかし、供給されるチタンの有効な添加量が好ましい範囲にある限り、上述の大きい金属間化合物による有害な影響は回避される。
【００２１】
所定のボロン量のレベルの場合、特に、一般的には２％〜６％Ｂの低いボロン濃度のアルミニウム基の材料であれば、本方法は中性子の吸収効率を増加させることができる。さらに、その場に生成した多くの小さいＴｉＢ２粒子は、室温および昇温下での材料強度を増加しうる。
【００２２】
本方法は、Ａｌ−Ｂ合金、Ａｌ−Ｂ４Ｃ複合材料およびこれらを組み合わせたものに利用可能である。本プロセスは、新しい材料、または再溶解材およびリサイクル材に適用可能である。
【００２３】
実際は、ボロンよりも高い中性子の吸収性能を有するいくつかの元素がある。表１に示すように、それらの中のガドリニウム（Ｇｄ）およびサマリウム（Ｓｍ）はその高い中性子吸収能力のために、中性子吸収体として非常に有望であることが見出されている。例えば、エネルギーレベルが０．０２５ｅＶの熱中性子に関し、ボロンの中性子吸収能力に比べＧｄは６４倍高い能力を有し、Ｓｍは７．７倍高い能力を有している。さらに、ガドリニウムおよびサマリウムは、また、メタルランプ、塊（ｃｈｕｎｋ）、インゴット、棒材、および板の形で容易に入手可能であり、アルミニウムと合金にすることが容易である。ガドリニウムおよびサマリウムは、近年、リーズナブルな価格となっている。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
それゆえ本発明の別の実施形態では、ガドリニウム（Ｇｄ）またはサマリウム（Ｓｍ）を溶融した複合材料に添加する、もしくはＧｄまたはＳｍを初期の複合材料を製造するために用いるアルミニウム合金に添加することにより、微細な粒子を析出させる。比較的少量のＧｄおよびＳｍをＡｌ−Ｂ４Ｃ金属マトリックス複合材料と合金化することで、Ａｌ−Ｂ４Ｃ−Ｇｄ金属マトリックス複合材料およびＡｌ−Ｂ４Ｃ−Ｓｍ金属マトリックス複合材料は、比較的低いコストで、中性子吸収材用の高効率の材料として機能する。例えば、０．３１ｗｔ％Ｇｄまたは２．６ｗｔ％ＳｍをＡｌ−２５体積％Ｂ４Ｃ複合材料に添加することにより、その材料の中性子吸収能力は略倍増する。これら合金化元素の効果は、吸収される中性子のエネルギーに依存する。
【００２６】
中性子吸収の有用な効果を達成するために、好ましくは、Ａｌ−Ｂ４Ｃ中のＧｄ濃度は少なくとも０．２ｗｔ％であり、Ａｌ−Ｂ４Ｃ中のＳｍの濃度は少なくとも０．５ｗｔ％である。ＧｄまたはＳｍの濃度の上限は、略それらの共晶点の成分値である。例えばＧｄの好ましい上限値は約２３ｗｔ％であり、Ｓｍの好ましい上限値は約１５ｗｔ％である。吸収の効果がＧｄまたはＳｍの濃度に依存していることから、ＧｄおよびＳｍのこれらのレベルまでの濃度（アルミニウムマトリックス中の重量パーセントとして上述された）は、幅広い中性子のエネルギーの範囲に亘って、中性子の吸収の増加を確保するのに有用である。ＧｄおよびＳｍの濃度を上昇させることは、また、混合物の流動性を増加させ、材料の鋳造を容易にするため有利である。しかしながら、鋳造性に有害でかつ中性子の吸収を増加させるのに効果的ではない大きいＧｄまたはＳｍの１次粒子（ｐｒｉｍａｒｉｅｓ）を形成しうるため、共晶点を顕著に超える濃度は、それほど有益ではない。金属間化合物を含む析出したＧｄまたはＳｍは、通常０．１μｍ〜１０μｍの範囲のサイズを有する。
【００２７】
上述したように、中性子吸収体の材料の効果は、粒子の分布および形態の影響を受けうる。アルミニウムのマトリックス中で自然に起こるＢ４Ｃのランダムな分布は、不均一な分布のためにチャンネリングを生じ得る。これは図３ａ）に示されている。例えばＡｌ３ＧｄおよびＡｌ３Ｓｍの金属間化合物の形態のＧｄおよびＳｍ成分は、アルミニウムのセルの境界を占有し、微細なスケールにおいて、より均一な分布を有する傾向がある。これは、金属間化合物の粒子の添加により中性子Ｎ１、Ｎ２およびＮ３のチャンネリングの減少を示す図３ｂ）に表されている。これら金属間化合物を鋳造複合材料に混入することで中性子が逸出するチャンネリング効果を大幅に低減し、従ってより良い中性子遮へい性を与える。これは図３ｃ）に表されている。
【００２８】
好ましい実施形態では、核廃棄物貯蔵への各種の要求に合致する種々の機械的特性および／または材料特性を生じるように、適切な熱処理と組み合わせて、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｍｎ等を用いて、Ａｌ−Ｂ４Ｃ−Ｇｄ金属マトリックス複合材料およびＡｌ−Ｂ４Ｃ−Ｓｍ金属マトリックス複合材料にさらに合金化することが可能である。
【００２９】
相当な量のＢ４Ｃと置き換えるためにＧｄまたはＳｍを添加することにより、鋳造および下流の製造プロセスを単純にできる。特定の中性子の吸収という事項を達成するために加える比較的少量のＧｄまたはＳｍにより、複合材料は機械的特性、溶接性および耐食性を保持できる。
【００３０】
Ａｌ−Ｂ４Ｃ−Ｇｄ金属マトリックス複合材料およびＡｌ−Ｂ４Ｃ−Ｓｍ金属マトリックス複合材料は、最終用途の形状を有する鋳造材、さらに押し出し形状または圧延板や圧延シートを得るための鋳造ビレットまたはインゴットのような製品にも製造することができる。
【００３１】
本発明はまた、アルミニウムマトリックス中に粒子の形をした、中性子を吸収する化合物を含む、中性子を吸収する鋳造複合材料であって、粒子のサイズの分布が、Ｂ４ＣまたはＡｌ−ホウ化物の金属間化合物を含む大きい粒子の分布と、ＴｉＢ２もしくは（ＡｌＴｉ）Ｂ２、Ｓｍ−アルミニウム金属間化合物またはＧｄ−アルミニウム金属間化合物を含む小さい粒子の分布とを有する２峰性分布である中性子を吸収する鋳造複合材料を提供する。
【実施例１】
【００３２】
市販のＡｌ−４％母合金を用いてＡｌ−２．５ｗｔ％合金を準備した。準備した材料の凝固サンプルの顕微鏡写真を図４に示す。このような材料の特徴である大きいＡｌＢ２金属間化合物の粒子を表している。溶融後、元来の大きいボロン含有粒子（ＡｌＢ２）を部分的に溶解するために、材料を８００℃で２時間保持した。その後、その場で多くの微細なボロン含有種（ＴｉＢ２または（ＡｌＴｉ）Ｂ２）を形成するために０．７ｗｔ％のＴｉを溶融金属中に添加し、続いてその複合材料を、インゴットの形態に鋳造した。図５は、インゴットから採取したサンプルの顕微鏡写真であり、これらの微細なボロン含有種は元の鋳造合金のより大きいＡｌＢ２粒子の間に均一に位置している。
【実施例２】
【００３３】
最初に市販のＡｌ−４％Ｂ母合金を用いてＡｌ−１．０ｗｔ％合金を準備した。Ａｌ−Ｂ４Ｃ−Ｂ複合材料を形成するために、溶融後、３．０ｗｔ％のＢ４Ｃ粉末を溶融した金属に添加した。元来の大きいボロン含有粒子（ＡｌＢ２およびＢ４Ｃ）を部分的に溶解するために、溶融した複合材料を８００℃で２時間保持した。その後、０．３ｗｔ％のＴｉを溶融した複合材料に添加し、そして複合材料を円柱状の形態のインゴットに鋳造した。図６はこのような処理を行った複合材料の鋳造インゴットより採取したサンプルを示し、多くのその場で形成されたボロン含有種（ＴｉＢ２または（ＡｌＴｉ）Ｂ２）がみられる。これらボロン含有種は、より大きいＡｌＢ２粒子およびＢ４Ｃ粒子の間の間隙を埋めるよう良好に分配している。
【実施例３】
【００３４】
Ａｌ−Ｂ４Ｃ−Ｇｄ複合材料を準備した。最初に、Ａｌ−２ｗｔ％Ｇｄ合金のバッチを得るため２ｗｔ％のＧｄを溶融アルミニウムに添加した。そしてＡｌ−８％Ｂ４Ｃ−２％Ｇｄ複合材料を形成するために８ｗｔ％のＢ４Ｃ粉末がこの溶融した合金に添加され、その後、複合材料を円柱状の形態のインゴットに鋳造した。鋳造したインゴットのサンプルを採取した。図７にサンプルの顕微鏡写真を示す。インゴットの凝固中に微細なＧｄ−Ａｌ金属粒子を形成し、そしてアルミニウムの粒界を占有する傾向があることを表している。鋳造したＡｌ−Ｂ４Ｃ複合材料へのこれらの金属間化合物の混入は、中性子を吸収するより大きい化合物（Ｂ４Ｃ）間の間隔を顕著に減少させた。
【実施例４】
【００３５】
種々のＡｌ−Ｂ４Ｃ−Ｓｍ複合材料を準備した。最初に、１ｗｔ％〜５ｗｔ％のＳｍを溶融したアルミニウムに添加し、そしてＡｌ−Ｂ４Ｃ−Ｓｍ複合材料を形成するために、５ｗｔ％〜１０ｗｔ％のＢ４Ｃ粉末を、溶融した合金に添加した。凝固中に微細なＳｍ−Ａｌ金属間化合物がアルミニウムの粒界に形成される。鋳造したインゴットより採取したサンプルは、Ａｌ−Ｂ４Ｃ−Ｓｍの微細組織が、図７に示すＡｌ−Ｂ４Ｃ−Ｇｄとよく類似していることを示しており、より大きいＢ４Ｃ粒子と、微細なＳｍ−Ａｌ金属間化合物粒子との２峰性分布が認められた。
【実施例５】
【００３６】
溶融したアルミニウム中の炭化物粉末を撹拌することによりＡｌ−４ｗｔ％Ｂ４Ｃ溶融複合材料を準備した。大きいＢ４Ｃ粒子の明確な分布を伴う、この材料の凝固サンプルを、図８に示した。元来の大きいボロン含有粒子（Ｂ４Ｃ）を部分的に溶解するために、溶融した複合材料を８００℃で２時間保持した。その後、その場で多くの微細なボロン含有種（ＴｉＢ２または（ＡｌＴｉ）Ｂ２）を形成するために１．０ｗｔ％のチタンを、溶融した金属中に添加し、引き続いて鋳造した。図９は、鋳造したインゴットより採取したサンプルの顕微鏡写真を示しており、これらの微細な種は、より大きいＢ４Ｃ粒子間の間隙を埋めるためにこのＢ４Ｃ粒子間に均一に分布している。
【００３７】
方法および物についてのこの詳細な記述は、本発明の主要な実施形態の説明のために用いたものである。本発明の方法は種々の変更を行うことができ、また種々の代替する実施形態を用いることが可能であることは当業者にとって明白であろう。従って、本発明の方法および物の両方ならびに添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲内の方法および物が用いられる適用物について種々の変更が可能であることが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明は、以下の図と関連させて示される。
【図１】アルミニウム鋳造複合材料中のＢ４Ｃ粒子の種々の分布を示す概略図である。
【図２】本発明にかかる方法の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明にかかる方法の別の実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明の方法にかかる処理を実施する前のＡｌ−ＡｌＢ２複合材料を示す顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施形態に従いチタンを添加した後の図４に示すＡｌ−ＡｌＢ２材料を示す顕微鏡写真である。
【図６】図５と同様に本発明の他の実施形態に従い、チタンを添加したＡｌ−ＡｌＢ２−Ｂ４Ｃ材料を示す顕微鏡写真である、
【図７】本発明の別の実施形態に従い準備したＡｌ−Ｂ４Ｃ−Ｇｄ複合材料を示す顕微鏡写真である。
【図８】本発明の方法にかかる処理を実施する前のＡｌ−Ｂ４Ｃ複合材料を示す顕微鏡写真である。
【図９】本発明の実施形態に従いチタンを添加した後の図８のＡｌ−Ｂ４Ｃ材料を示す顕微鏡写真である。
【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】
2007533851.tif 000011
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月22日(2006.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム基の鋳造複合材料の中性子の吸収を改善する方法であって、
（ａ）アルミニウム合金マトリックスと、アルミニウム−ボロン金属間化合物およびＢ４Ｃの少なくとも１つと、から溶融した複合材料を準備し、それによって該複合材料に相対的に大きいボロン含有粒子を含有させる工程と、
（ｂ）該ボロン含有粒子が部分的に溶解するのに十分な温度および時間まで該複合材料を加熱し、その後該複合材料内に微細な二ホウ化チタン粒子の配列を形成するように、該溶融した複合材料にチタンを添加し、該複合材料を鋳造する工程、または
該複合材料の内部にＧｄ−ＡｌもしくはＳｍ−Ａｌの微細な粒子を析出させるためにガドリニウムもしくはサマリウムを、該溶融した複合材料もしくは該溶融した複合材料を製造するのに用いるアルミニウムマトリックスに添加し、該複合材料を鋳造する工程と、を含み、該微細な粒子または析出物が該大きいボロン含有粒子の周辺の間隙を埋める中性子吸収材料として機能することを特徴とするアルミニウム基複合材料の中性子の吸収を改善する方法。
【請求項２】
上記複合材料が７００℃〜８５０℃の範囲内の保持温度まで加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記複合材料が保持温度で１５分またはそれ以上保持されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記複合材料が保持温度で０．５時間〜４時間保持されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
チタンが０．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記微細な二ホウ化チタン粒子がＴｉＢ２粒子または（ＡｌＴｉ）Ｂ２粒子であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記微細な二ホウ化チタン粒子のサイズが０．１μｍ〜５．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記溶融した複合材料にＧｄが０．２ｗｔ％〜２３．０ｗｔ％の範囲で添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記溶融した複合材料にＳｍが０．５ｗｔ％〜１５．０ｗｔ％の範囲で添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
中性子を吸収する鋳造複合材料であって、アルミニウムマトリクス中に粒子の形態で中性子を吸収する化合物を含み、
該粒子がＢ４Ｃまたはアルミニウム−ボロン金属間化合物を含む大きい粒子の分布と、  ＴｉＢ２、（ＡｌＴｉ）Ｂ２、Ｓｍ−アルミニウム金属間化合物またはＧｄ−アルミニウム金属間化合物を含み、中性子を吸収する材料の内部の大きいボロン含有粒子の周辺の間隙を埋める、小さい粒子または析出物の分布と、を有することを特徴とする中性子を吸収する鋳造複合材料。
【請求項１１】
０．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％のチタンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１２】
上記ＴｉＢ２または（ＡｌＴｉ）Ｂ２の小さい粒子が、０．１μｍ〜５．０μｍの範囲のサイズを有することを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１３】
０．２ｗｔ％〜２３．０ｗｔ％のＧｄを含むことを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１４】
上記複合材料は、０．５ｗｔ％〜１５．０ｗｔ％のＳｍを含む円柱状の形態のインゴットに鋳造されたことを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１５】
上記ＧｄまたはＳｍを含む金属間化合物が０．１μｍ〜１０．０μｍの範囲のサイズを有することを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【請求項１６】
上記Ｂ４Ｃまたはアルミニウム−ボロン金属間化合物の大きい粒子の平均のサイズが少なくとも１５μｍであることを特徴とする請求項１０に記載の鋳造複合材料。
【国際調査報告】
2007533851.tif 000013
2007533851.tif 000014
2007533851.tif 000015