(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＦ2にＣａＦ2を０．２wt.％以上、９０wt.％以下含み、嵩密度が２．９６ｇ／ｃｍ３以上である、放射線減速性能に優れた緻密な多結晶構造を有することを特徴とする放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体。
【請求項２】
放射線、とりわけ中性子線に対する減速性能に優れていることを特徴とする請求項１記載の放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体。
【請求項３】
曲げ強度が１５ＭＰａ以上、ビッカース硬度が９０以上の機械的強度を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体。
【請求項４】
ＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を０．２〜９０wt.％混合し、さらに焼結助剤を０．０２〜１wt.％添加して混合する工程、
前工程で配合された原料粉末をプレス成形機を用いて成形圧５ＭＰａ以上で成形する工程、
プレス成形品を、冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）機を用いて成形圧５ＭＰａ以上で成形する工程、
ＣＩＰ成形品を大気雰囲気中で６００〜７００℃の温度範囲で加熱して仮焼結を行う工程、
仮焼結体の発泡開始温度を（Ｔｎ）℃とすると、（Ｔｎ−１００）℃から（Ｔｎ）℃の温度範囲で加熱して大気中または不活性ガス雰囲気中で焼結させる工程、
前工程と同雰囲気中で９００〜１１５０℃の温度範囲で加熱して緻密な構造の焼結体を形成する工程、
を含むことを特徴とする放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記焼結工程における不活性ガス雰囲気が、窒素、ヘリウム、アルゴン、及びネオンの中から選択される１種類のガス、または複数種類のガスを混合させたものからなることを特徴とする請求項４記載の放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体及びその製造方法に関し、より詳細には、中性子線など各種放射線の放射速度とそのエネルギーを抑制するための減速材として好適な緻密な構造を有する放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フッ化物は、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）単結晶体、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）単結晶体などが光学分野において、例えば、波長１６０ｎｍ以下の真空紫外域とか、同３μｍ以上の遠赤外線域などで使用されている。この様に超高純度の石英ガラス、光学ガラスなど、市場で広く使用されている硝材では光が透過しない特殊な波長域用のレンズ、プリズムなどとして使用されており、自ずと高価な光学部材となっている。
【０００３】
一般的に、フッ化物を光学用途以外に使用するケースは極めて少なく、放射線の一種である中性子線用の遮蔽物としてＣａＦ2の単結晶体、フッ化リチウム（ＬｉＦ）の単結晶体、あるいはフッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）の単結晶体を稀に使用する程度であった。しかしながら、単結晶体では結晶方位に起因する減速性能の面方位依存性、あるいは、サブグレインなどの構造欠陥による不均一性を有し、しかも極めて高価なものとなっていた。
【０００４】
放射線の種類は大きく分けてアルファ（α）線、ベータ（β）線、ガンマ（γ）線、エックス（Ｘ）線および中性子線があり、ここで後に列記されたものほど物質を透過する能力（透過力）が大きい。
一番透過力が大きい中性子線は、更に保持するエネルギーレベルに応じて、例えば以下のように分類される。括弧内は各種中性子線の持つエネルギーを示しており、その数値が大きいほど透過力が大きいことを示している。
【０００５】
透過力が小さい方から、低温中性子（〜０．００２ｅＶ）、熱中性子（〜０．０２５ｅＶ）、熱外中性子（〜１ｅＶ）、低速中性子（０．０３〜１００ｅＶ）、中速中性子（０．１〜５００ｋｅＶ）、高速中性子（５００ｋｅＶ以上）に分類される。
ただし、中性子線の分類にはいろいろな説があり、括弧内のエネルギーの値は厳密なものではなく、例えば、熱外中性子のエネルギーとして、上記の中速中性子のエネルギー領域に入る４０ｋｅＶ以下を記す説などもある。
【０００６】
中性子線の有効利用の代表的なものが医療分野への応用である。なかでも、悪性癌などの腫瘍細胞に中性子線を照射して破壊する放射線療法は近年普及しつつある。
現状の放射線療法では医療効果を得るため、ある程度高いエネルギーの中性子線を使用せざるを得ず、中性子線の照射時に、患部以外の健全部への影響も避けられず、副作用を生じる。そのため、重度の患者への適用に限られているのが現状である。
高エネルギーの中性子線が正常細胞にあたるとＤＮＡが傷つき、皮膚炎や放射性貧血、白血球減少などの副作用を生じる。さらに治療後しばらくしてから晩期障害が起き、直腸や膀胱に腫瘍ができて出血することがある。
【０００７】
近年、こうした副作用や晩期障害を生じさせないために、放射線を腫瘍にピンポイントで当てる方法が研究されている。その例として、立体照射による正確な腫瘍部位への高線量照射である“強度変調放射線治療法（ＩＭＲＴ）”、患者の呼吸や心臓の動きなど体内の動きに合わせて放射線を照射する“動体追跡放射線治療法”、治療効果の高い重粒子線や陽子線などを集中的に当てる“粒子線治療法”などを挙げることができる。
【０００８】
中性子は、その半減期が約１５分と短く、短時間で崩壊して電子とニュートリノを放出し、陽子に変わる。また、中性子は電荷を持たず、そのため原子核と衝突した時に吸収されやすい。この様に中性子を吸収することを中性子捕獲と言い、この性質を利用した医療分野への応用例が以下に示す “ホウ素中性子捕捉療法（Boron Neutron Capture Therapy：以下、ＢＮＣＴと称す）”であり、近年注目されつつある新しい癌治療法である。
このＢＮＣＴでは、まず悪性癌などの腫瘍細胞と、注射や点滴などによって体内に注入したホウ素薬剤とを反応させ、その腫瘍部分にホウ素化合物の反応生成物を形成しておく。
その反応生成物に、人体の健全部に影響の少ないエネルギーレベルの中性子線（主として熱外中性子線、およびそれ以下の低エネルギーレベルの中性子線で構成されたものであることが望ましい）を照射してホウ素化合物との間でごく微小な範囲内だけに核反応を生じさせ、腫瘍細胞だけを死滅させる。
元来、癌細胞は、盛んに増殖する過程でホウ素をその細胞内に取り込みやすく、ＢＮＣＴでは、この性質を利用して効果的に腫瘍部分だけを破壊する治療を行う。
【０００９】
この方法は約６０年前に提案され、患者の健全部への影響が少ないなど、優れた放射線療法としてかなり以前から注目され、各国で研究開発がなされてきた。
しかしながら、中性子線発生装置、及び治療に有効な中性子線の種類の選定を行う装置の開発、患者の患部以外の健全部への影響の除去（すなわち、ホウ素化合物を腫瘍部分にだけ形成させること）など、多岐に渡る重要な開発課題が残されており、一般的な治療法として普及するには至っていなかった。普及に至らなかった装置面での大きな要因としては、装置の小型化と高性能化が不十分であったことが挙げられる。
【００１０】
最新のＢＮＣＴの方式としては、例えば、京都大学を中心とするグループが進めているものがある（非特許文献１および非特許文献２）。この方式は、既存の原子炉に附帯せず、中性子線発生装置として専用のサイクロトロン方式の加速器を設けた治療専用の装置で構成される。
一説ではその加速器だけでも重量が約６０トンになると言われており、サイズがかなり大きい。サイクロトロン方式ではサイクロトロンの円形部で遠心力を利用して陽子を加速してターゲットの金属、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）製の板に衝突させて高速中性子線を発生させる。効率的に中性子線を発生させるにはその円形部の直径を大きくして大きな遠心力を得る必要があり、このことが装置大型化の原因の一つとなっている。
【００１１】
さらに、発生した放射線（主として高速中性子線）を安全に、且つ有効に利用するためには、遮蔽板などの放射線用遮蔽物（以下、減速材と記す）が必要となる。減速材としては、Ｐｂ、Ｆｅ、Ａｌ、ポリエチレンとともに、ＣａＦ2あるいはＬｉＦを含有するポリエチレンが選定されている。これら減速材の減速性能は十分なものとは言えず、必要とされる減速を実施するために、減速材の厚さがかなり厚いものとなっており、この減速材を含む減速系装置部分も大型化の原因となっている。
このＢＮＣＴの一般病院への普及には、装置の小型化が必須である。加速器の格段の小型化に加え、減速性能の高い減速材の開発による治療効果の向上と、減速性能の向上による減速系装置の小型化を達成することが急務となっている。ここでは、ＢＮＣＴ装置の小型化と医療効果の向上にとって重要な減速材に関して述べることとする。
【００１２】
前述のとおり放射線を安全、且つ有効に利用するには、適所に適切な性能を有する減速材を配置することが必要である。放射線の中で最も透過能力が高い中性子線を有効利用するには、各種物質の中性子線に対する減速性能を正確に把握し、効果的な減速を図ることが重要である。
【００１３】
中性子線を医療用として効果的に利用するための中性子線種の選定の一例を以下に示す。
身体に悪影響のある高エネルギーの中性子線（例えば、高速中性子線、中速中性子線の内の高エネルギー部分など）をまずは極力除外し、さらに医療効果の少ない極低エネルギーの中性子線（例えば、熱中性子線、低温中性子線）を減らし、医療効果の高い中性子線（例えば、中速中性子線の内の低エネルギー部分、熱外中性子線）の割合を高める。
これにより、効果的利用が可能な医療用中性子線とすることができる。中速中性子線の内の低エネルギー部分及び熱外中性子線は、患者体内の組織への深達性が比較的高く、これら低エネルギー部分及び熱外中性子線を、例えば頭部へ照射する場合、よほど深部の腫瘍でない限り開頭手術を必要とせず、無開頭の状態で患部への効果的な照射が可能となる。
【００１４】
一方、熱中性子線などの極低エネルギーの中性子線は、この深達性が低く、これら中性子線を用いた手術の場合、開頭が必要となり、患者への負担が重いものとなる。
ＢＮＣＴにおいて治療効果を高めるには、熱外中性子線を主体とし、熱中性子線をいくらか含む中性子線を患部に必要量に照射することが大切とされる。
具体的には、照射時間を1時間程度とした場合に必要とされる熱外と熱中性子線量の目安は、おおよそ１×１０9 [n／cm2／sec] である。そのために、中性子線の発生源である加速器の出射ビームエネルギーは、中性子線生成のターゲットにベリリウム（Ｂｅ）を使用する場合、おおよそ５〜１０ＭｅＶが必要と言われている。
【００１５】
次に、加速器を用いたＢＮＣＴ用中性子線照射場での各種減速材による中性子線種の選択について記述する。
加速器から出射されたビームはターゲット（この場合は、Ｂｅ）に衝突し、核反応により主として高エネルギーの中性子線（高速中性子線）を発生する。高速中性子線の減速には、まずは非弾性散乱断面積の大きい鉛（Ｐｂ）や鉄（Ｆｅ）などを用い、ある程度（おおよそ、〜１ＭｅＶ）まで減速する。ある程度まで減速された中性子線に対するさらなる減速には、照射場に必要な中性子エネルギーに応じた最適化が必要となる。
【００１６】
一般的には、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）やフッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、黒鉛、重水（Ｄ2Ｏ）などが減速材として用いられている。１ＭｅＶ近傍まで減速された中性子線をこれら減速材に入射させることによって、ＢＮＣＴ治療に適したエネルギー（０．５ｅＶ〜４０ｋｅＶ）の熱外中性子線領域まで減速する。
【００１７】
上記非特許文献１および非特許文献２の場合、減速材としては、Ｐｂ、Ｆｅ、ポリエチレン、Ａｌ、ＣａＦ2、及びＬｉＦを含有するポリエチレンが使用されている。この内、ポリエチレンとＬｉＦ含有ポリエチレンとは、高エネルギー中性子線の照射場以外への漏洩防止のために、装置外部全体を覆う遮蔽用の減速材として用いられている。
【００１８】
これら減速材群の内、Ｐｂ、Ｆｅを使用して高エネルギー部分の中性子線をある程度まで減速する前半段階の減速は、適切なものと言えたが、ある程度まで減速したあとのＡｌ、ＣａＦ2を用いた後半段階の減速に関しては、適切なものとは言えなかった。
何故なら、この後半段階に用いられている減速材は、高速中性子線に対する遮蔽能力が十分でなく、減速された線種の中に患者の健全組織に害を及ぼす可能性が高い高速中性子線が高い割合で残っていたからである。
【００１９】
その原因は、後半段階における、高エネルギー部分の中性子線に対する減速材としてのＣａＦ2の遮蔽性能不足にあり、一部が遮蔽されずに透過してしまっていたことによる。
ＣａＦ2と共に後半段階で使用されているＬｉＦ含有ポリエチレンは、治療室側の中性子線出射口以外の全面を覆い、患者への高速中性子線による全身被爆を防ぐために設置されており、中性子線出射口における減速材としての機能は有していない。
【００２０】
このため、後半段階における高速中性子線に対する減速材としてのＣａＦ2に代わり、治療に必要とされる中レベルのエネルギーの中性子線の減衰を抑えながら、高エネルギーの中性子線を減速し、遮蔽することが出来る減速材の開発が望まれていた。
【００２１】
本発明者らは種々の調査・研究に基づき、ある程度減速された中性子線（そのエネルギーはおおよそ、〜１ＭｅＶ）から、最も治療効果が高いと見込まれる、熱外中性子線を主体とした中性子線（エネルギーが０．５ｅＶ〜４０ｋｅＶの中性子線）を得ることができる減速材として、ＭｇＦ2焼結体またはＭｇＦ2系の物質、例えばＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体を見出したのである。ＭｇＦ2系の物質としては、ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の他に、ＭｇＦ2−ＬｉＦ二元系焼結体、ＭｇＦ2−ＣａＦ2−ＬｉＦ三元系焼結体などを挙げることができる。
【００２２】
これまでに、中性子線用の減速材としてフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）が使用されたと言う報告は見当たらない。まして、ＭｇＦ2焼結体やＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体が、この様な中性子線の減速材として使用されたという報告はない。
本発明者らは本発明に先立ち、中性子線用の減速材としてＭｇＦ2単味（原料技術系の専門用語であり、“単独”と同意語）の焼結体に係る発明を既に出願している（特許文献１：特願2013-142704、以下、先願と記す）。
【００２３】
理化学辞典によると、ＭｇＦ2は、融点１２４８℃、沸点２２６０℃、密度（すなわち、真密度）３.１５g/cm3、立方晶系、ルチル構造と称される無色の結晶である。一方、ＣａＦ２は、融点１４１８℃、沸点２５００℃、密度（すなわち、真密度）３．１８g/cm3、モース硬度４の立方晶系に属する蛍石構造と称される無色の結晶である。
ＭｇＦ2単結晶体は透明度が高く、波長０．２〜７μｍの広範囲の波長域で高い光透過性が得られることと、バンドギャップが広くレーザー耐性が高いことから主としてエキシマレーザー用窓材として使用されている。また、ＭｇＦ2単結晶体はレンズの表面に蒸着されると内部保護や乱反射防止の効果を発揮し、いずれも光学用途に使用されている。
【００２４】
一方、ＭｇＦ2焼結体は多結晶構造のため、透明度が低く、光学用途に使用されることはない。他方、ＭｇＦ2焼結体はフッ素ガスおよび不活性ガス系プラズマに対する耐性が高いことから、半導体製造工程における耐プラズマ性部材への適用に関して２，３の特許が出されている。しかしながら、半導体製造工程に実際に使われたという発表、報告などは見当たらない。その理由としては、ＭｇＦ2単結晶体の極めて高価なイメージが強いこと、また下記の特許文献２に記載のように、一般的な方法で製造されたＭｇＦ2焼結体は機械的強度が低いことなど、が挙げられる。
【００２５】
ＭｇＦ2焼結体に関しては、例えば特開2000-302553号公報（下記特許文献２）によると、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＹＦ3、ＬｉＦなどのフッ化物セラミックス焼結体の最も大きな欠点は、機械的強度が低いこととなっている。この課題を解決すべく発明されたのが、これらフッ化物とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とを所定の比率で混合して複合化された焼結体であって、フッ化物の優れた耐食性を維持しつつ、高強度が得られる、としている。
【００２６】
しかしながら、この方法で製造された焼結体の耐食性と機械的強度は、いずれの組合せでも、単にそれらフッ化物とアルミナ双方の特性の中庸の特性のものが得られたに過ぎず、複合化により、双方の特性の内で優れた特性を超えるような相乗的効果をもたらすものとはなっていない。しかも、その用途は高耐食性用途に限定されたものであり、本発明に係る用途とは大きく異なっている。
【００２７】
同じくＭｇＦ2をベースとした焼結体としては、特開2000-86344号公報（下記特許文献３）があるが、これも耐プラズマ性部材に用途限定されたものである。特許文献３によれば、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａの群から選ばれた少なくとも1種のアルカリ土類金属のフッ化物からなり、前記アルカリ土類金属以外の金属元素の総量が金属換算で１００ｐｐｍ以下、前記フッ化物の結晶粒子の平均粒径が３０μｍ以下であり、かつ相対密度が９５％以上であるもの、としている。
しかしながら、特許文献３の実施例における一覧表（表１）に記載されている材料は、前記アルカリ土類金属４種のフッ化物（すなわち、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＳｒＦ2、ＢａF2）を各々単独で焼成したものであり、これらフッ化物を混合して焼成されたものは記載されていない。
【００２８】
その他に、ＭｇＦ2をベースとした焼結体の耐プラズマ性部材への適用例としては、特開2012-206913号公報（下記特許文献４）がある。特許文献４によれば、ＭｇＦ2単味の焼結体は機械的強度が弱い欠点があり、この機械的強度が弱い欠点を補うため、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＭｇＯなどの平均線熱膨張係数がＭｇＦ2よりも低い、非アルカリ金属系の分散粒子を少なくとも1種混合すればよい、としている。
しかしながら、このような混合物の焼結体を、上記中性子線の減速材として使用すると、ＭｇＦ2に混合された非アルカリ金属の影響で、ＭｇＦ2単味の減速性能と大きく異なることとなり、この種の混合物焼結体を、減速材用途へ適用することは困難であることが容易に予見された。
【００２９】
さらに、ＣａＦ2をベースとした焼結体を耐プラズマ性部材へ適用した例としては、特開2004-83362号公報（下記特許文献５）がある。特許文献５によれば、Ｍｇを含有する低純度の原料にフッ化水素酸を用いてＭｇ以外の不純物を除去した後、高純度のＣａＦ2を沈殿生成させ、Ｍｇを５０ppm以上５wt.％以下含む高純度のＣａＦ2を出発原料とするフッ化物焼結体の製造方法が記載されている。ここで問題となるのは出発原料に含まれるＭｇの形態であり、その形態については何ら記載されていない。また、低純度の原料をフッ化水素酸で高純度化する手法に関しても何ら記載されていない。
【００３０】
そこで、当業者として低純度原料の高純度化の過程を類推すると、一般的に、低純度の原料をフッ化水素酸を用いて純度を上げる場合、その原料中の不純物をまずフッ化水素酸溶液に可能な限り溶解させる。この溶解過程で主原料としたい成分（ここでは、Ｃａ）が不純物とともに溶解した場合は、その後、溶解した成分ごとの溶解度の差を利用して沈降分離する方法を採用することが多い。
【００３１】
さらに詳細にこの発明の内容を見ると、Ｍｇについては他の不純物と異なる溶解挙動を取ったと推測される。明細書本文中の表現はあくまでも“Ｍｇ”と表記され、かつ、実施例の表１における記載によれば、Ｍｇ以外の高濃度の不純物成分（例えば、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎａ、Ｙ）は高純度化処理によってその濃度が全て低減されているが、Ｍｇだけは処理前が2000ppm、処理後も2000ppmと濃度の変化が全く無い。
これらのことから、Ｍｇはフッ化水素酸に溶解しにくい形態、すなわち、金属形態であった可能性が高い。仮に、金属Ｍｇを含有するＣａＦ2を出発原料とすると、本発明のようにＣａＦ2とＭｇＦ2との混合物を出発原料とする場合とその焼結過程は大きく異なり、その焼結体の特性も大きく異なるものとなる。
【００３２】
他方、最近、中性子線減速材に関する発明が開示された。それが特許第5112105号（特許文献６）である。特許文献６によれば、「中性子線を減速する減速材であって、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）を含有する原料を溶融して得られた第１の減速層と、金属アルミニウム（Ａｌ）、又はフッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）からなる第２の減速層とを備え、前記第１の減速層と前記第２の減速層とは隣接して設けられていることを特徴とする減速材」が開示されている。
特許文献６には、ＣａＦ2を含有する原料を溶融して得られた第１の減速層が開示されているが、その純度、成分、粒度及びその処理方法などの原料条件、また、加熱温度、同保持時間、加熱炉の様式などの溶融条件が一切記載されておらず、特許明細書としては極めて不誠実な内容のものとなっている。特許文献６には、ＭｇＦ2に関するものを中性子線減速材として使用することを示唆するような記載は全くなされていない。
【００３３】
上記したように、従来の文献には、ＭｇＦ2の焼結体を放射線の一種である中性子線用の減速材として用いることを示唆する記載は一切なされていない。このような状況下、本発明者らはＭｇＦ2の焼結体を改良することにより、放射線の一種である中性子線用の減速材として用いることが可能であることを見出し、先願を発明するに至った。
【００３４】
先願では、まず高純度のＭｇＦ2原料を粉砕処理し、２段階の圧縮、成形工程を施す。すなわち一軸プレス成形法で成形したあと、さらにこのプレス成形体に冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）法を用いて成形し、ＣＩＰ成形体を形成する。
次に、雰囲気調整可能な常圧炉を用いて３段階に分けて異なる加熱条件で焼成し、ＭｇＦ2の発泡を極力抑制しながら、緻密な構造の焼結体を製造する。
【００３５】
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、ＭｇＦ2は極めて発泡し易く、その発泡を実際に抑制することは容易ではない。その結果、先願に係る方法で製造した焼結体の相対密度（すなわち、１００×[焼結体の嵩密度]／[真密度]（％））の範囲は９２〜９６％、相対密度の平均値は９４〜９５％程度であった。
中性子線減速材用焼結体に望まれる特性は、「相対密度の平均値で少なくとも９５％以上、望ましくは同平均値で９６％以上が安定的に確保されること」である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特願2013-142704号（2013年7月8日出願）
【特許文献２】特開2000-302553号公報
【特許文献３】特開2000-86344号公報
【特許文献４】特開2012-206913号公報
【特許文献５】特開2004-83362号公報
【特許文献６】特許第5112105号公報
【非特許文献】
【００３７】
【非特許文献１】H．Tanaka et al.、Applied Radiation and Isotopes 69（2011）1642-1645
【非特許文献２】H．Tanaka et al.、Applied Radiation and Isotopes 69（2011）1646-1648
【非特許文献３】熊田博明、山本哲哉；ＪＲＲ-４における中性子捕捉療法の線量評価、保健物理、42（1）、（2007）23〜37
【発明の概要】
【課題を解決するための手段及びその効果】
【００３８】
本発明者らは上記課題に鑑み、さらなる開発に取り組み、ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体を放射線用途に用いた場合、ＭｇＦ2単味焼結体と比べて焼結体の相対密度が向上しやすく、且つ、焼結条件の適正化を図ることにより、より望ましい密度の焼結体を安定的に製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００３９】
すなわち本発明は、放射線の一種である中性子線を治療用に有効利用する際に、その中性子線のエネルギーを減速するために使用される減速材として優れた特性を有し、治療効果を高めることができ、しかも治療用装置の小型化を図ることができ、さらには単結晶体のように高価格とはならない、放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体、及びその製造方法を提供することを目的としている。
換言すれば、本発明は、単結晶体のような結晶方位に起因する減速性能の面方位依存性を有さず、サブグレインなどの構造欠陥に基づく不均一性も無く、極めて緻密な構造を有する放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体、及びこれら焼結体を安定的に製造することができる製造方法を提供することを目的としている。
【００４０】
本発明では、主として中性子線用の減速材として記述するが、本焼結体は中性子線に限らずエックス線とかガンマ線など、その他の放射線の遮蔽用部材としても優れた性能を有している。
【００４１】
本発明者らは、まず、高エネルギー中性子線の遮蔽（すなわち減速）を担う減速材に適した物質（化合物）の選定に関する基本的な考察を行った。
すなわち、各種物質の中性子線の減速性能を比較調査することから始めることにした。
ここでは、中性子線の広いエネルギー範囲のなかで中程度のエネルギーに減速された中性子線を、患者に照射できるレベルのエネルギーに減速できるか否かを検討した。
【００４２】
検討対象とする化合物としては、入射する中性子線のエネルギーレベルが中程度であることから、比較的軽元素系の化合物であるハロゲン系元素を含む化合物を想定した。フッ化カルシウウム（ＣａＦ2）とかフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）などのフッ化物、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）とか塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）などの塩化物をまず想定した。
【００４３】
塩化物は、その加工物を造る際の加熱時に溶融塩（液相）を造り易く、固溶体の生成を利用する焼結反応にはなりにくい。仮に焼結体ができたとしても、化学的に活性となり、安定性を欠く恐れが高い。
ここで、「固溶体」とは、二種類以上の化合物同士の反応において、各々の化合物が類似の性質を持つときに、その化合物同士お互いの成分が混合しながら結晶構造は元の化合物の形を保った状態を「固溶体」と言う。
塩化物に比べ、フッ化物の焼結体は比較的化学的に安定であるため、フッ化物の方に優位性が見込めるとしてフッ化物を選定した。  
【００４４】
減速性能以外の減速材に要求される基本特性としては、製品形状の維持特性が挙げられ、製品製造の機械加工時およびハンドリング時における損傷を防止することができる機械的強度に優れたものであることが重要である。
【００４５】
焼結体の機械的強度は、粒子間の結合部のミクロ強度と、焼結体の緻密さと、さらにはその母体の結晶構造（多結晶または単結晶または非晶質など）に起因する脆性度とによって決まってくる。
前記焼結体の緻密さは、気泡の大きさ、形状、分布、数などの脱泡状態、換言すると、結合部および元の粒子の結合体（母体）の太さ、長さなどの形状によって決まってくる。
【００４６】
本発明における基本的な技術的思想は、
（１）原料を二種類混合することによる焼結条件の緩和、すなわち、一種類単味と比べて低温焼結を可能とすること、
（２）この焼結を、固相間反応による粒成長と固溶体形成による緻密な焼結体の形成、またはそれに加えて溶融反応による溶融焼結とを併用し、焼結体を強固な粒子間結合力を有するものとすること、
（３）フッ化物系原料は高温加熱されると原料の一部が気化し（主として、フッ化物の一部が熱分解（昇華）してフッ素ガスを発生）、気泡が発生（発泡）する。この発泡を避けられる低温加熱で焼結させ、また加熱の経過（焼結ヒートパターン）の適正化を図ることにより緻密な焼結体とすること、
にある。
【００４７】
技術的思想（１）に関しては、図３に示したようにＭｇＦ2単味焼結体と比べてその焼結条件が良好な範囲における相対密度、例えば、各々の最高到達相対密度は、０．５〜１．５％程度高めになる傾向がある。また、ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の方がその嵩密度が高くなる二次焼結温度の温度域が広く、安定した焼結条件に成りやすいことを示している。
また、本発明では、上記技術的思想（２）及び（３）を併用することにより、放射線、特に中性子線減速材用部材として必要な減速性能及び減速性能以外の基本特性としての機械的強度（形状維持）特性に優れた放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系フッ化物焼結体を安定的に製造できるようにしている。
【００４８】
次に、上記技術的思想（３）の発泡現象について少し詳しく説明する。出発原料を示差熱分析計を用いて加温しつつ試料の重量変化と吸発熱量の変化を調査した結果、出発原料の配合割合で少し異なるが、おおよそ８００〜８５０℃くらいから極わずかに重量減少が認められた。これは結合性の弱い、例えば仮焼結体の母材に付着したフッ素とか、母材中に溶解したフッ素がまず先に解離、分解したと思われる。さらに加温していくと、おおよそ温度８５０〜９００℃あたりで重量減少曲線の変曲点となり、その重量減少は活発になる。
【００４９】
この示差熱分析の結果と、後述する予備焼結試験での焼結条件と、その焼結体の構造の調査結果、具体的には、
１．焼結体の気泡発生状況、
２．焼結部の組織構造状況、
３．焼結体の嵩密度
などの調査結果を総合的に勘案した。この重量減少曲線の変曲点となる温度以上で加熱する場合は、ＭｇＦ2またはＣａＦ2中の結合したフッ素元素の一部が分解し始め、フッ素ガスを発生して微細な気泡を生成する原因になる、と想定された。
【００５０】
そこで、この重量減少曲線の変曲点の温度８５０〜９００℃を発泡開始温度（Ｔｎ）と称することにした。気化し始める温度は組成により少し異なり、ＭｇＦ2が主体の組成（ＭｇＦ2が７０〜９９．８wt.％、残りＣａＦ2）の場合、約８００℃から気化し始め、約８５０℃からはかなり活発に気化した（変曲点、すなわち発泡開始温度Ｔｎは８５０℃と規定する）。また、 ＣａＦ2が主体の組成（ＭｇＦ2が１０〜４０wt.％、残りＣａＦ2）の場合、約８５０℃から気化し始め、約９００℃からはかなり活発に気化した（同じく、Ｔｎは９００℃とした）。ＭｇＦ2が４０〜７０wt.％、残りＣａＦ2の場合、前出２つのケースの中間程度、すなわち約８２５℃以上の温度域で気化し始め、約８７５℃からはかなり活発に気化した（同じく、Ｔｎは８７５℃とした）。
【００５１】
すなわち、ＭｇＦ2が主体の組成（ＭｇＦ2が７０〜９９．８wt.％、残りＣａＦ2）の場合、約８００℃から昇華が始まり、約８５０℃から活発に昇華し、発泡が始まる。ＣａＦ2が主体の組成（ＭｇＦ2が１０〜４０wt.％、残りＣａＦ2）の場合、約８５０℃から昇華が始まり、約９００℃から活発に昇華し、発泡が始まる。その中間の配合割合であるＭｇＦ2が４０〜７０wt.％、残りＣａＦ2の場合、約８２５℃から昇華が始まり、約８７５℃から活発に昇華し、発泡が始まる。
【００５２】
このようにフッ化物が昇華（固相から、液相を経ずに気相になる現象。この場合は“気化”と同義語）すると、フッ素ガスを発生するため、焼結体中に微細な気泡が生成する。
電子顕微鏡（ＳＥＭ）で焼結体の破断面を観察すると、その気泡のサイズ゛は、破断面に見える径で表示すると、小さいもので数μｍから、大きいもので２０〜４０μｍ程度であった。
小さい数μｍのものは形状がほぼ円形に近く、大きいものは円形のものは希で、大半は細長い形状、あるいは角張った形状になり、不定形のものとなる。
この形状から、小さいものは上記のフッ化物が昇華して発生したばかりの気泡、大きいものはこの発生した気泡の幾つかが集合したもの、あるいは焼結過程で粒子間の空隙などが脱泡できずに残留したものと考えられた。
【００５３】
一つの嵩密度の値に対して、相対密度の値に範囲が表示されるのは、ＭｇＦ2とＣａＦ2との二元系焼結体の場合、その両者の真密度が異なる（ＭｇＦ2は３．１５ｇ／cm3、ＣａＦ2は３．１８ｇ／cm3）ためであり、その混合割合によって混合物の真密度がわずかながら異なることになる。ここでは、その混合物の真密度の値を次のように定め、相対密度を算出することにした。
【００５４】
（a）ＭｇＦ2が主体の組成、すなわちＭｇＦ2が７０wt.％以上、９９．８wt.％以下（７０〜９９．８wt.％と本願中では表記する。）、残りＣａＦ2の場合の真密度は３．１５ｇ／cm3、
（b）ＭｇＦ2が４０wt.％以上、７０wt.％未満（同４０〜７０wt.％）、残りＣａＦ2の場合の真密度は３．１６ｇ／cm3、
（c）ＭｇＦ2が１０wt.％以上、４０wt.％未満（同１０〜４０wt.％）、残りＣａＦ2の場合の真密度は３．１７ｇ／cm3と定めた。
【００５５】
上記目的を達成するために、本発明に係る放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体（１）（本願請求項１、以下同様）は、ＭｇＦ2にＣａＦ2を０．２wt.％以上、９０wt.％以下含み、その嵩密度が２．９６ｇ／cm3以上である放射線減速性能に優れた緻密な多結晶構造を有することを特徴としている。
また、本発明に係る放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体（２）（本願請求項２、以下同様）は、上記放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体（１）において、放射線、とりわけ中性子線に対する減速性能に優れていることを特徴としている。
【００５６】
上記放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体（１）、（２）によれば、焼結体の組織構造の部位による差が小さく、かつ溶融体の生成量が抑制され、固溶体の結晶成長が抑えられて脆性部分の発生が少なくなり、焼結体の強度が高められる。このため、中性子線減速材として優れた減速性能を有し、かつ機械的強度も高められ、中性子線減速材に要求される全ての特性を満たす焼結体を得ることができる。
【００５７】
また、本発明に係る放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体（３）（本願請求項３、以下同様）は、上記放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体（１）又は（２）において、曲げ強度が１５ＭＰａ以上、ビッカース硬度が９０以上の機械的強度を有することを特徴としている。
【００５８】
上記放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体（３）によれば、強固な粒子間結合力を有し、結合部のミクロ強度は高いものとなり、機械的強度は著しく向上したものとなる。これにより中性子線減速材としてより優れた減速性能を有し、しかも機械的強度も極めて優れた焼結体を提供できることとなる。
【００５９】
また、本発明に係る放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の製造方法（１）
（本願請求項４、以下同様）は、
ＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を０．２〜９０wt.％混合し、さらに焼結助剤を０．０２〜１wt.％添加して混合する工程、
前工程で配合された原料粉末をプレス成形機を用いて成形圧５ＭＰａ以上で成形する工程、
プレス成形品を、冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）機を用いて成形圧５ＭＰａ以上で成形する工程、
ＣＩＰ成形品を大気雰囲気中で６００〜７００℃の温度範囲で加熱して仮焼結を行う工程、
仮焼結体の発泡開始温度を（Ｔｎ）℃とすると、（Ｔｎ−１００）℃から（Ｔｎ）℃の温度範囲で加熱して大気中または不活性ガス雰囲気中で焼結させる工程、
前工程と同雰囲気中で９００〜１１５０℃の温度範囲で加熱して緻密な構造の焼結体を形成する工程、
を含むことを特徴としている。
【００６０】
上記放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の製造方法（１）によれば、焼成された焼結体は強固な粒子間結合力を有し、結合部のミクロ強度は高いものとなり、課題であった機械的強度は著しく向上し、中性子線減速材用部材として実用上問題なく使用できるものとなる。
また、ＭｇＦ2−ＣａＦ2の配合割合、加熱雰囲気、加熱温度パターンなどの選定により、焼結体の緻密度を高めることができる。
また、焼成された焼結体の結晶構造は多結晶となり、単結晶と比較して脆性度は著しく改善される。
また、ＭｇＦ2単味焼結体と比べてその焼結条件が良好な範囲における最高到達相対密度を高めることができ、嵩密度が高くなる二次焼結温度の温度域を広くし、安定した焼結条件の実現を容易にする。
【００６１】
また、本発明に係る放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の製造方法（２）（本願請求項５、以下同様）は上記放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の製造方法（１）において、前記焼結工程における不活性ガス雰囲気が、窒素、ヘリウム、アルゴン、及びネオンの中から選択される１種類のガス、または複数種類のガスを混合させたものからなることを特徴としている。
上記放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の製造方法（２）によれば、焼結過程での脱泡を容易にし、焼結体の相対密度を高めるのを容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系の状態図である。
【図２】ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体を製造する工程フローを示す図である。
【図３】ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体とＭｇＦ2単味焼結体の二次焼結温度と相対密度の関係を示す図である。
【図４】焼結工程の雰囲気ガスを窒素ガス及びヘリウムガスに変更した場合のＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の二次焼結温度と相対密度の関係を示す図である。
【図５】原料配合割合を変えたＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の中性子線減速性能の測定結果を示す表（表１）である。
【図６】実施例、比較例の測定データを示す表（表２）である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
以下、本発明に係る放射線減速性能、特に中性子線減速性能に優れた緻密な多結晶構造を有する放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００６４】
実施の形態に係るＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体の製造方法は、図２に示すように、高純度（純度９９．９wt.％以上）のＭｇＦ2粉末に、高純度（純度９９．９wt.％以上）のＣａＦ2粉末を０．２〜９０wt.％の割合（内掛け）で混合し、焼結助剤として例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）溶液を前記混合物１００に対し、０．０２〜１wt.％添加（外掛け）し、混練したものを出発原料とする（原料配合工程）。
この出発原料を一軸プレス成形機を用いて成形圧５ＭPa以上で成形し（一軸プレス成形工程）、このプレス成形体を冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）機を用いて成形圧５ＭPa以上で成形する（ＣＩＰ成形工程）。
このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中、６００〜７００℃の温度範囲で加熱する仮焼結工程を施す（仮焼結工程）。
この仮焼結体を大気中または不活性ガス雰囲気中で発泡開始温度Ｔｎの直下の温度範囲、すなわち（Ｔｎ−１００℃）からＴｎの温度範囲で比較的長時間（具体的には、３〜１２時間）加熱し、焼結を均一に進行させる（一次焼結工程）。
上記発泡開始温度Ｔｎの直下の温度範囲とは、示差熱分析計による測定で定めた温度範囲であり、その温度範囲は、ＭｇＦ2とＣａＦ2の原料の配合割合に応じて約７５０〜９００℃の範囲で変化する。すなわち上記した通り、ＭｇＦ2が主体の組成では７５０〜８５０℃、ＣａＦ2が主体の組成では８００〜９００℃、この中間の組成では７７５〜８７５℃の温度範囲と組成の割合に応じて設定した。
引き続き、同じ雰囲気中で固溶体が生成し始める温度域近傍（図１に示すＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系状態図における固溶体を生じ始める温度である９８０℃前後の温度域）、すなわち９００〜１１５０℃の温度範囲で比較的短時間（０．５〜８時間）加熱し、その後冷却して緻密な構造のＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体を製造する（二次焼結工程）。
【００６５】
焼結工程を一次と二次の２工程に分けた理由は、発泡を極力抑制し、しかも、焼結体の部位（例えば、外周部と中心部）毎での焼結進行度の差を極力小さくするためである。
大型の緻密な焼結体を製造する場合には特に重要な技術となる。ここで大型とは、後記する実施例に係るプレス成形体で、２２０mm×２２０mm×高さ８５mmのサイズがこれに該当し、小型とは、後記するプレス成形体で、直径８０mm×高さ５０mmのサイズがこれに該当する。
【００６６】
大枠の焼結工程の適正加熱条件を把握するために行った試験では、出発原料をＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系とＭｇＦ2単味とし、試料サイズを前記大型とし、二段階の焼結工程をいずれも窒素ガス雰囲気中とした。一次焼結は８４０℃で６時間保持とし、その後引き続き行う二次焼結では、加熱時間を２時間とし、加熱温度を種々変更して行い、焼結体の相対密度を測定した。
【００６７】
その結果は図３に示すように、ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系、ＭｇＦ2単味いずれも二段階の焼結工程であれば広い加熱条件範囲で相対密度は９５％以上を確保でき、とくにＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系の方は好条件範囲（９５０〜１０５０℃の加熱）では相対密度９６〜９７％が得られた。
それに対して、後記する比較例１１及び１２のように一段階の焼結工程のみでは相対密度は９４％程度以下となってしまった。
【００６８】
主原料のＭｇＦ2粉末に副原料のＣａＦ2粉末を混合する目的は、ＭｇＦ2単味では融点が１２５２℃と高く、しかも固溶体生成の温度領域が一部点線表記で不明瞭となっているのを、図１に示す状態図における固溶体生成領域がより明瞭な範囲となる焼結反応とすることにある。
【００６９】
Ｍｇとは元素の周期律表の族が同じで周期が隣接し、特性が似かよっていると推測されるＣａのフッ素化合物ＣａＦ2を適量混合することによって、融点の低温化と固溶体の生成温度条件の明確化を図ることができる。ＣａＦ2の配合により、図１中の固溶体生成開始の温度領域表示線の左端部の点線領域から、右方に位置する中間配合割合の実線領域に近づけることができる。その結果、焼結温度条件の適正化が容易になる。ＭｇＦ2に対する混合物としては、Ｃａのフッ素化合物ＣａＦ2のほかにＬｉのフッ素化合物ＬｉＦを挙げることができる。
【００７０】
焼結助剤として、前記ＣＭＣと前記ステアリン酸カルシウム（ＳＡＣ）の２種類を選定し、それぞれの添加割合を変化させ、これら焼結助剤の添加効果を確認した。対比のため、焼結助剤を使用しない試験も併せて行った。
主原料のＭｇＦ2と副原料のＣａＦ2との混合割合を０〜９７．５wt.％（内掛け）の範囲で種々変化させた。ボールミルで半日混練したあと、焼結助剤二種類をおのおの０〜２wt.％（外掛け）の割合で添加し、ポットミルを用いて一昼夜混練して出発原料とした。
ボールミルはアルミナ製、内径２８０mm、長さ４００mmのものを使用した。その中に入れるボールは、φ５：１８００g、φ１０：１７００g、φ２０：３０００g、φ３０：２８００gのアルミナ製のものを使用した。ポットミルはアルミナ製で内径２００mm、長さ２５０mmのものを使用した。
【００７１】
この配合原料を、木製の型枠内に所定量充填し、一軸プレス成形機を使用し、一軸のプレス圧を５ＭＰａ以上掛けて圧縮、成形した。実施例用の型の内寸法は、２２０mm×２２０mm×Ｈ１５０mmとし、小型試験用の型の内寸法は、直径８０mm、高さ１００mmとした。
このプレス成形体を厚手のビニール袋内に入れ、脱気、封入して冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）機に掛けた。２分割構造の成形部（内径３５０mm×Ｈ１２０mm）内に前記プレス成形体を装填し、成形部を密封し、前記プレス成形体が入った前記ビニール袋と前記成形部との隙間に上水を満たして後、５ＭＰａ以上の水圧を掛けて等方加圧処理を施し、ＣＩＰ成形体を形成した。
【００７２】
これらＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で加熱温度５００〜７５０℃、加熱時間３〜１８時間の範囲内で条件を種々変化させて仮焼結工程を施した。
これら仮焼結体の外観などを観察した後、事前の予備試験で良好な焼結条件と見込まれた条件で仮焼結体を焼結させた。焼結工程は、窒素ガス雰囲気中で、室温から６００℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に８時間保持し、引き続き１０００℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に１時間保持する条件で実施した。その後１００℃までの冷却に２０時間を掛けた。
【００７３】
取り出した焼結体の外観、内部の緻密化状況などを観察し、適正な原料配合、原料処理条件と仮焼結条件などを調査した。
その結果、主原料ＭｇＦ2への副原料ＣａＦ2の混合割合は、０．２wt.％未満ではＣａＦ2の混合による焼結性能の良化があまり認められなかった。ＭｇＦ2単味の場合と同様に焼結体の内部と外周部の緻密化の差が大きくなりやすく、混合による焼結性能の改善を得るには、０．２wt.％以上が必要と判断された。
他方、９０．1wt.％以上では、焼結体の外周部に比べて内部の方に大きい気泡が多く残り、緻密化が不十分となった。
【００７４】
このような状況から、焼結体の内部と外周部の緻密化の差が小さい、すなわち焼結性能が良好な状態になるＭｇＦ2へのＣａＦ2の混合割合は０．２〜９０wt.％と判断された。焼結体内部と外周部との緻密化の差がさらに小さく優れた均質度とするためのより望ましい混合割合は１．５〜８０wt.％と認められた。これらのことから、ＣａＦ2混合の適正範囲は０．２〜９０wt.％、より望ましくは１．５〜８０wt.％と判断された。
焼結助剤二種類の効果に大差は認められなかったが、同助剤の配合割合が０．０２wt.％未満では成形体の形状維持性能が劣ること、また、配合割合が１．1wt.％を超えると、仮焼結体あるいは焼結体に、その助剤の残留物と思われる着色が認められることがあった。これらのことから、焼結助剤の配合割合の適正範囲は０．０２〜１wt.％と判断された。
【００７５】
上記小型試験用木型を使用した一軸プレス試験で、一軸プレス成形機の成形圧を５ＭPa未満とした場合、ハンドリング時にプレス成形体が崩れて壊れ易く、成形圧を５ＭPaから徐々に大きくしていくとプレス成形体の嵩密度が徐々に大きくなり、仮焼結体や焼結体の嵩密度もわずかではあるが大きくなる傾向が見られた。成形圧を徐々に大きくし、１００ＭPaまで実施した。成形圧を２０ＭPa以上に大きくしても、仮焼結体、焼結体の性能向上は認められなかった。これらのことから、一軸プレス機による成形圧の適正値は５ＭPa以上、望ましくは２０ＭPaとした。
【００７６】
ＣＩＰ機の成形圧が５ＭPa未満ではハンドリング時にＣＩＰ成形体が崩れて壊れ易く、成形圧を５ＭPaから徐々に大きくしていくと、ＣＩＰ成形体の嵩密度が徐々に大きくなり、仮焼結体や焼結体の嵩密度もわずかではあるが大きくなる傾向が見られた。ＣＩＰ成形圧を徐々に大きくしていき６０ＭPaまで実施したが、成形圧を２０ＭPa以上に大きくしても、仮焼結体、焼結体の性能に大きな向上は認められなかった。これらのことから、ＣＩＰ機による成形圧の適正値は５ＭPa以上、望ましくは２０ＭPaとした。
【００７７】
ＣＩＰ成形体の大気雰囲気中の仮焼結条件の調査は、以下の条件下で実施した。ＭｇＦ2に対してＣａＦ2を３wt.％混合し、焼結助剤としてＣＭＣを０．１wt.％添加したものを出発原料とした。前記小型試験用の木型を使用し、一軸プレス成形機の成形圧を２０ＭＰａ、ＣＩＰ機の成形圧を２０ＭＰａに設定し、これらの条件下で形成されたＣＩＰ成形体を用いて仮焼結条件の調査を行った。
【００７８】
加熱温度が６００℃未満では成形体の寸法に比べて収縮がわずかであり、７１０℃以上では収縮速度が早すぎて、収縮の制御が困難になることから、仮焼結温度の適正範囲は６００〜７００℃とした。
加熱時間は、６００℃の場合、収縮速度の評価から８〜９時間が最適であり、４〜１０時間が適正と判断された。７００℃の場合、６〜８時間が最適であり、４〜１０時間が適正と判断された。これらの結果から、仮焼結工程における加熱条件は、大気雰囲気中で６００〜７００℃、４〜１０時間とした。
【００７９】
放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体を製造するうえで最も焼結体の性能に影響を与えると考えられたのが焼結工程である。ここまでの調査、試験などでこの焼結工程直前までの適正条件は明らかになってきている。
まず、放射線減速材用ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体に対して望ましいと思われる焼結工程および焼結機構の整理を試みた。
【００８０】
焼結工程の進行度を表現する用語である“一次凝集過程”、“二次凝集過程”について説明する。“一次凝集過程”は、焼結の前半段階の事象を指しており、その初期段階では粒子と粒子との間隔が徐々に狭まり、粒子同士の間の空隙も狭まってくる。さらに進行すると、粒子同士の接触部分が太くなり、その間の空隙は更に小さくなる。ただし、その空隙の大多数は開気孔で、周りの雰囲気と通じている。この様な段階までを“一次凝集過程”と称する。
一方、一次凝集過程を終え、さらに焼結が進むと、開気孔が徐々に減り、閉気孔化して行く。大まかには、この閉気孔化の段階と、その後の脱泡、緻密化の段階を総称して“二次凝集過程”と称する。
【００８１】
実施の形態に係る製造方法では、原料混合、粒度調整、混練、二段階の成形（一軸プレス成形とＣＩＰ成形）、仮焼結などにより、仮焼結体の粒子間の空隙は小さく、且つ、その空隙は集合せずにほぼ均一に分散していることが認められた（一次凝集過程の前半段階）。
次の焼結工程の昇温過程で徐々に加熱温度が上昇し、仮焼結温度（６００〜７００℃）よりもやや低い温度域（５００〜５５０℃）あたりから粒子同士の集合がはじまる。それに引き続き、固溶体が生成し始める９８０℃よりもかなり低い温度域から固相間反応が始まり、それに伴い粒子同士の凝集が進行し、粒子間距離は短くなり、空隙は小さくなる。
【００８２】
一般的には、固溶体が生成し始める温度から１０％程度、あるいは、それ以上低い温度域から固相間反応は始まると言われている。本発明者らの予備試験などにおける観察結果からは、固相間反応は、一般的に言われている上記温度よりもかなり低い温度域から始まり、５００〜５５０℃程度から始まっていると考えられた。
その根拠としては、仮焼結温度の下限の６００℃では固相間反応による焼結がすでにかなり進行しており、仮焼結体はＣＩＰ成形体に比べてかなり収縮することを挙げることができる。
この温度域では、固相間反応は、ゆっくりとした反応速度で進み、７５０℃近傍、またはそれ以上９８０℃以下の温度域では、かなり早い反応速度で進むと考えられた。ただし、想定している仮焼結程度の比較的低い温度（６００〜７００℃）での短時間の加熱では、大半の空隙は依然として開気孔状態のままである（この状態が、一次凝集過程の前半段階）。
【００８３】
ここで注意すべき点は、上記したように、約８５０〜９００℃以上の温度域では、原料の一部分が気化して発生する微細な気泡（発泡気泡）の挙動である。約１０００℃以上の加熱を実施する場合には、この発泡気泡の発生は顕著になってくるため、可能な限り短時間の加熱にしなければならない。
【００８４】
実施の形態に係る製造方法では、焼結工程を２つに分け、一次焼結工程では発泡気泡が生じない比較的低めの温度域で長時間加熱し、全体をほぼ均一的に焼結を進行させる。焼結体のミクロ構造としては開気孔が主体ではあるが、一部は閉気孔化した状態（一次凝集過程の後半段階を終え、一部分は二次凝集過程にある）とする。
二次焼結工程では固溶体を生じ始める９８０℃前後の比較的高めの温度域で必要最小限の時間加熱する。焼結体のミクロ構造としては発泡気泡の生成を極力抑制しつつ焼結反応を進行させ、ほぼ全ての開気孔を閉気孔化し、すなわち二次凝集過程を終え、高密度の焼結体とする。
【００８５】
ここで、原料粒子のミクロな挙動について付記しておく。ＣａＦ2粒子は主原料のＭｇＦ2粒子の周囲に在って、ＭｇＦ2粒子との界面反応を進めて行くと推定される。加熱温度が固溶体を生じ始める９８０℃を超えたあたりからは、ＣａＦ2粒子が存在する粒子界面付近でＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系化合物の固溶体が生成し始める。この固溶体が粒子間の空隙を埋めて行き、一部では毛細管現象により微細な空隙も埋まると思われる。
【００８６】
他方、加熱温度が９８０℃未満であっても、上記したように約７５０℃以上に比較的長時間加熱保持すると、固相間反応が進み易く、時間経過とともに空隙は徐々に減少し、閉気孔化していく。それと並行して閉気孔内のガス成分が焼結体のバルク（母体）内に拡散して脱泡が進み、気泡の少ない緻密な焼結体となる（この状態が、二次凝集過程）。
【００８７】
ここでも、発泡開始温度Ｔｎ（原料であるＭｇＦ2とＣａＦ2の混合割合によりその発泡開始温度に差を生ずる）以上、すなわち８５０〜９００℃を超える温度での加熱では原料の気化によって発生する微細な気泡（発泡気泡）の生成に注意が必要である。
なぜなら、発泡気泡はフッ素ガスを内包していると想定され、このガスは比較的重い元素であり、焼結体のバルク内には拡散しにくいと考えられるからである。この対策としては、気化する温度域での加熱を可能な限り避けること。必要不可欠な場合は、可能な限り低目の温度での加熱、または短時間の加熱にとどめることが考えられる。
【００８８】
ここで、この発泡気泡と焼結工程で閉気孔化し、脱泡出来ずに残った気泡（以下、残留気泡と称す）との外観上の差異を記す。通常の比較的短時間の加熱で発生した発泡気泡は、サイズはおおよそ直径数μｍ、形状はほぼ真球状である。
一方、残留気泡は、真球状ではなく不定形で、サイズも大中小まちまちであり、形状の差異から見分けることが可能である。ただし、１１６０℃をはるかに超える高温加熱とか、１１６０℃を超えて長時間加熱を行った場合には、発泡気泡同士、あるいは残留気泡と発泡気泡とが集合して大きな不定形の気泡が生成することがあり、この場合は気泡の由来の判別は困難となる。
【００８９】
二次凝集過程の進行に伴い、粒子間の空隙は小さくなり、空隙の全部または大半は粒子または焼結体のブリッジ部分などに囲まれ、閉気孔（気泡）となる。条件によっては空隙（開気孔）を通じて脱ガスし、あるいは粒子とか焼結体のブリッジ部分などのバルク（母体）内に気泡内のガスが浸透して脱ガスし、気泡とはならない場合（脱泡現象と称す）とに分かれる。
この粒子間の空隙が閉気孔、すなわち気泡になるか、あるいは脱ガスして気泡にならないかは、焼結体の緻密化の達成度、ひいては焼結体の特性を決める大きな要素となる。
特に不活性ガスの中でＨｅ、Ｎｅなどの軽元素ガス雰囲気での焼結では、軽元素ほど細孔内とか焼結体のバルク内を拡散し易く、毛細管現象と脱泡現象とが促進され、気泡が残り難く、緻密化が容易になると考えられる。
【００９０】
この様に全体を緻密化させるためには、前記の一次凝集過程（詳細には、一次凝集過程はその前半工程と後半工程に分かれる、と仮定した）と二次凝集過程とを各々の過程ごとに全体でほぼ同時に、ほぼ均一に進めることが重要である。
【００９１】
本実施の形態に係る発明では、主として一次凝集過程の前半段階に当たる仮焼結工程と、主として一次凝集過程の後半段階に当たる一次焼結工程と、主として二次凝集過程に当たる二次焼結工程とを分けて行うこととし、二つの凝集過程が焼結体全体をほぼ均一に進みやすくしている。
しかしながら、このように仮焼結、焼結と、工程を２つに分けたからと言って加熱条件が適切でなければ、緻密化の程度に著しく差を生じる。例えば、仮焼結工程で適正域を超えた高温で加熱したり、焼結工程の昇温段階で急速に加熱をしたり、同工程の保持温度が適正域を超えた高温であったりすると、焼結体の外周部と内部とで緻密化の程度に著しく差を生じる。不適切な加熱では、焼結体内部の緻密化過程で脱ガスが困難となり、内部の緻密化が不十分となり易い。
【００９２】
また、このことは、サイズに即した焼結工程の加熱温度パターンの適正化が重要であることを意味している。特に、大型の焼結体を製造する場合は、焼結体の外周部と内部との緻密化の程度に大きな差がつき易いため、緻密な加熱条件の制御が必要となる。
試料サイズと焼結状態との関係を明らかにするため、本発明者らは、一軸プレス成形機の型枠の内寸法が直径８０mm、高さ１００mmで成形したサンプルを用いた小型試験と、同型枠の内寸法が２２０mm×２２０mm×高さ１５０mmで成形したサンプルを用いた大型試験とを実施した。
その結果、小型試験の場合は、１つの焼結工程でも加熱条件によっては、相対密度が９５％を超える高密度の焼結体が得られる場合があった。他方、大型試験の場合、１つの焼結工程では、小型試験と同様の加熱条件では、いずれも９４％未満の低密度焼結体となってしまった。
【００９３】
ここで重要なことは、仮焼結体の全体が既にほぼ均一に一次凝集の前半段階まで進んでいることであり、この焼結工程の試験に供される仮焼結体は、既に一次凝集の前半段階まで進んだ状態になっているもののみとした。
【００９４】
焼結工程試験の概要
主原料ＭｇＦ2にＣａＦ2を３wt.％混合したものと、比較材としてＭｇＦ2単味のものを出発材とした。焼結助剤としてはＣＭＣを０．１wt.％添加した。この配合原料を、前記大型試験用型枠を使用し、一軸プレス成形機の成形圧を２０ＭＰａ、ＣＩＰ成形機の成形圧を２０ＭＰａで成形した。
このＣＩＰ成形体を用い、大気雰囲気中で６５０℃で６時間仮焼結処理を施し、仮焼結体を形成した。
窒素ガス雰囲気中で、一次焼結工程として８４０℃、６時間保持し、その後、２時間掛けて二次焼結温度まで昇温させた。
二次焼結温度は、７００℃から１２５０℃までの５０℃毎の設定とし、それぞれの温度に２時間保持した。
この後、加熱を停止してそのまま約２０時間自然冷却（所謂、炉冷処理）し、取り出し温度に設定した１００℃以下になったところで取り出した。
【００９５】
このような二段階焼結工程による焼結試験を行った結果、図３に示すように、９００℃から１１５０℃の範囲の焼結温度の場合は、焼結体の嵩密度は、大半が２．９６ｇ／ｃｍ3を超える高密度となった。この二元系配合原料の場合の真密度は３．１５ｇ／ｃｍ3であり、相対密度は９４．０％となり、ＭｇＦ2単味の場合も真密度は３．１５ｇ／ｃｍ3であり、相対密度は９４．０％となった。
【００９６】
９００℃未満の焼結温度の場合と、１１６０℃以上の焼結温度の場合は、いずれも相対密度が９４．０％（嵩密度２．９６ｇ／ｃｍ3）を下回った。ＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系原料の焼結体の相対密度は、ＭｇＦ2単味の場合と比べ、良好な焼結条件の範囲において、０．５〜１．５％程度高くなる傾向にあった。
これら焼結体の断面を観察すると、焼結温度９００℃未満のものでは、わずかではあるが開気孔が認められるものがあり、焼結部分のブリッジ幅が細く、如何にも焼結進行不足と認められた。
【００９７】
焼結温度が１１６０℃以上、特に１２００℃以上のものでは、内部に気泡が無数に発生したようなポーラスな軽石状の組織となり、また、焼結体全体に直径数〜１０数μｍのほぼ真球状の微細な気泡と、径１０μｍ以上の不定形の気泡（発泡気泡とその集合気泡）が断面全体にわたり無数に認められた。
また、本発明者らの示差熱分析計を用いた別の調査によれば、これらＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系の配合原料を昇温して行くと、温度８００〜８５０℃（ＭｇＦ2に対する
ＣａＦ2の混合割合が増すにつれてこの温度範囲で徐々に高くなる）くらいから重量が明確に減少し始め、８５０〜９００℃くらいからは急激に減少することが分かった。これは、約８００〜８５０℃以上の加熱により、ＭｇＦ2またはＣａＦ2が分解・気化してフッ素が発生する昇華現象が始まることを意味している。
【００９８】
このフッ素昇華による発泡現象は、約８５０〜９００℃以上の加熱で顕著になり、焼結体全体に微細な気泡を形成することとなる。この発泡気泡は、焼結工程の進行度、焼結体における発生部位の相違により、脱泡するか、気泡として残るかなどの挙動が決まってくる。例えば一次凝集過程であれば、焼結体全体がまだ開気孔状態であるため、大半の発泡気泡は開気孔を通じて脱泡され、気泡として残るものは少ない。二次凝集過程であれば、主として閉気孔状態にあるため、多くの発泡気泡は脱泡されず、気泡として残ることとなる。また、二次凝集過程での焼結を速やかに完了することが発泡を抑制し、残留気泡を少なくすることとなる。
これらのことから、一次凝集過程から二次凝集過程への移行は焼結体全体で可能な限り、部位毎の程度差なく推移させることが望ましい。しかしながら、一次凝集過程から二次凝集過程への移行を焼結体全体で部位毎の程度差なく行うことは容易ではない。
【００９９】
そこで本発明者らは、以下の方法を考えた。
発泡開始温度Ｔｎ（８５０〜９００℃）直下の温度域、具体的には、（Ｔｎ−１００℃）からＴｎの間の温度域の比較的低めの加熱温度で比較的長い時間加熱を行い、一次凝集過程と二次凝集過程前半を完了させる。その後、固溶体が生成し始める温度（９８０℃）域近傍で比較的短時間加熱して二次凝集過程後半を完了させる。このように焼結させれば、焼結体全体で焼結進行度を合わせることができ、しかも気泡の発生を極力抑えることができた。
【０１００】
以下に焼結条件の適正化について記す。
上記した焼結条件変更試験と同様に、主原料ＭｇＦ2にＣａＦ2を３wt.％混合した。焼結助剤としてはＣＭＣを０．１wt.％添加した。大型試験用の型枠を用いて一軸プレス成形機の成形圧を２０ＭＰａ、ＣＩＰ成形機の成形圧を２０ＭＰａで成形した。このＣＩＰ成形体を用い、仮焼結は大気中、６５０℃で６時間の保持とした。
【０１０１】
焼結工程の条件として、雰囲気は窒素ガス雰囲気とし、加熱パターンのうち、昇温、降温条件はおのおの所要時間を４、６、８時間の３ケースで予備試験を行った。その結果、４時間では焼結体に小さな亀裂が発生し、その他は良好であったので６，８時間のなかで短時間の６時間とした。
雰囲気は窒素ガス雰囲気とし、加熱温度を７００〜１２５０℃の範囲で変化させ、保持時間を２、３、４、５、６、８、１０、１２、１４、１６、１８時間の１１ケースで実施した。
【０１０２】
その結果、７５０℃未満の場合、保持時間に依らず緻密化が不十分となり、また、７５０℃の加熱の場合、保持時間４時間以下では緻密化が不十分となった。一方１１６０℃以上の場合、保持時間に依らず焼結速度が速くなり過ぎるためか気泡が多く発生した。保持時間１８時間では焼結体外周の一部が発泡して外観形状が崩れることが有った。
【０１０３】
これらの結果を詳細に見てみると、７５０℃の加熱の場合、保持時間１４，１６時間が焼結状態は良好であった。
８００℃の加熱の場合、保持時間１０、１２時間が焼結状態は良好であった。６、８時間ではやや焼結不足となり、１４時間以上では良否判定が不能となった。
８３０℃の場合、１０、１２時間が良好であった。
８５０℃の場合、８、１０、１２時間が良好であり、５時間ではやや焼結不足であり、１４時間以上では良否判定が不能となった。
９００℃の場合、５〜１２時間が良好で、４時間ではやや焼結不足となり、１４時間以上では良否判定が不能となった。
１０００℃の場合、５〜１２時間が良好で、４時間ではやや焼結不足となり、１４時間以上では発泡が多くなった。
１０５０℃の場合、５〜１０時間が良好で、４時間ではやや焼結不足となり、１２時間以上では発泡が多くなった。
１１００℃の場合、４〜８時間が良好で、３時間以下ではやや焼結不足となり、１０時間以上では発泡が多く見られた。
１１５０℃の場合、２、３時間が良好で、４時間以上では発泡が多く見られた。
１１６０℃以上の場合、保持時間に依らずいずれも発泡が多くなり、良否判定が不能か、溶け過ぎなどの不良な結果であった。
【０１０４】
ここで、７５０〜８５０℃の比較的低温加熱の場合、保持時間６〜１２時間の場合で良好な焼結状態となり、保持時間３〜５時間ではやや焼結不足気味であった。実施の形態に係る方法では、引き続き二次焼結工程が実施されるため、この工程（一次焼結工程に相当）での評価は、保持時間３〜１２時間を良好な加熱条件と位置付けることにした。
【０１０５】
次に、加熱温度と焼結体の嵩密度との関係を調べるために、上記と同じ仮焼結体を使用して加熱温度を６００〜１３００℃の温度範囲で変更（保持時間は６時間一定）させた。
その結果、加熱温度が８５０℃で嵩密度はおおよそ２．９６g/cm3（相対密度９４．０％）となった。この値以上の嵩密度の焼結体は、後工程での取扱いで崩れる様なトラブルは発生せず、緻密化は十分と判断された。他方、加熱温度が１１６０℃以上の場合、焼結体外周の一部が発泡して外観形状が崩れるトラブルが発生することがあった。
【０１０６】
上記焼結条件調査結果と、上記加熱温度と嵩密度との関係調査結果から、焼結工程をひとつの加熱工程とした場合の加熱温度は、８５０〜１１５０℃、保持時間３〜１２時間が適正であると判断された。
ただし、この中で顕著になったことは、例えば９００℃で１４時間以上、１０００℃で１４時間以上、１１００℃で１０時間以上、１１５０℃で８時間以上の比較的長時間の加熱とした場合、発泡気泡が多くなり、その一部は集合して大きな気泡に成長してしまうことである。この様な焼結体は、次の機械加工工程での加工時に、大きい気泡部分から亀裂が発生したり、割れの原因になるなどの欠陥を内包する。
【０１０７】
上記状況から、焼結工程における基本的な方針としては、発泡を極力抑制し、焼結反応は十分に進行させ、その後の機械加工工程で良好な加工性を有する焼結体を製造することとした。
焼結工程の最初の段階（一次焼結工程）では、発泡を極力生じさせず、ゆっくりと焼結を進行させ、焼結体内部と外周部との焼結の進行度に極力差を生じさせないようにした。
このため、加熱温度は上記した７００〜１１５０℃の範囲内とした。発泡開始温度Ｔｎが、ＭｇＦ2主体の原料の場合、８５０℃であるため、それを下回る８５０℃以下、他方、このＴｎを１００℃以上下回る温度の加熱では焼結不足になることから、焼結工程の最初の段階の加熱温度は（Ｔｎ−１００℃）からＴｎの間、ＭｇＦ2が主体の原料の場合は、７５０〜８５０℃とした。
【０１０８】
一次焼結工程での適正な加熱条件は、加熱温度が（Ｔｎ−１００℃）からＴｎの間、保持時間が３〜１２時間であった。このことは、ＭｇＦ2に対するＣａＦ2の配合割合を０．５〜９０wt.％の間で変化させても同じ傾向にあった。
焼結体の焼結反応を高める段階、すなわち、二次焼結工程の加熱は、固溶体が生成し始める温度である９８０℃前後の温度域、すなわち９００〜１１５０℃を適正とした。保持時間については焼結反応を高め、しかも発泡を抑えるため極力短時間にすることを目標とし、０．５時間未満では焼結反応の高まりが乏しく、９時間以上では発泡が多くなり過ぎたことから０．５〜８時間を適正とした。
【０１０９】
次に、雰囲気ガスを窒素ガスからヘリウムガスに変えた場合の、二次焼結過程の加熱温度と保持時間との適正条件の調査について説明する。
主原料ＭｇＦ2にＣａＦ2を３wt.％混合したものを出発材料とし、焼結助剤としてはＣＭＣを０．１wt.％添加した。
プレス成形の型枠は大型試験用を使用し、一軸プレス成形機の成形圧を２０ＭＰａ、ＣＩＰ成形機の成形圧を２０ＭＰａに設定した。このＣＩＰ成形体を用いて大気雰囲気中、６５０℃で６時間の仮焼結処理を施し、仮焼結体を得た。
【０１１０】
一次、二次焼結過程の雰囲気ガスとしてヘリウムガスを使用し、まず一次焼結として８４０℃で、６時間の保持とした。その後、２時間掛けて二次焼結温度の７００℃から１２５０℃の範囲で、５０℃毎に変更させ、その目標温度に２時間保持した。この後加熱を停止し、そのまま約２０時間自然冷却（所謂、炉冷処理）し、取り出し温度に設定した１００℃以下になったところで取り出した。
【０１１１】
上記二段階焼結工程での焼結試験を行った結果、図４に示すように、焼結体の嵩密度は、９００℃から１１５０℃の温度範囲では、個別の焼結体の大半が２．９６g/cm３を超える高密度となった。この二元系配合原料（ＣａＦ2を３wt.％混合したもの）の場合の真密度は３．１５g/cm３であり、相対密度は９４．０％となり、ＭｇＦ2単味と同じ真密度であり、相対密度も同じ値となる。
９００℃未満の焼結温度の場合と、１１６０℃以上の焼結温度の場合は、いずれも相対密度が９４．０％（嵩密度２．９６g/cm３）を下回った。窒素ガス雰囲気よりもヘリウムガス雰囲気下で焼結させた方が、良好な焼結条件の範囲内（９００℃から１１５０℃の温度範囲）での相対密度は０．５〜１％程度高くなる傾向にあった。
【０１１２】
ヘリウムガス雰囲気下で嵩密度が高くなる原因は、窒素ガスと比べてヘリウムガスの方が焼結体のバルク（母体）内における拡散速度が速いことが考えられる。同バルク内にヘリウムガスの方が拡散し易いことから、焼結過程において焼結が進行し、空隙が閉気孔化する際に、その閉気孔の一部が気孔とならずに消滅する。あるいは、閉気孔のサイズが小さくなることが起こっているものと推定される。
しかしながら、ヘリウムガスの効果は上記のように適正な焼結条件の範囲内でより良好な結果をもたらすが、一方で、その効果は万能ではなく、適正な焼結条件以外の領域での効果は顕著には認められなかった。
【０１１３】
このような結果になった原因は、適正範囲外の焼結条件下では、例えば、加熱条件不足の場合の低すぎる焼結速度の向上には限界があり、また、加熱条件過剰の場合の焼結体の部位毎の焼結速度の不均一性を改善するには、ヘリウムガスのバルク内への拡散性の向上程度では改善し切れなかったためと考えられる。
ヘリウムガスの場合、焼結工程の加熱温度が９００℃未満では保持時間に依らず、また、保持時間４時間以下では緻密化が不十分となった。１１６０℃以上の場合、窒素ガス中と同様に保持時間に依らず焼結速度が速過ぎて気泡が多く発生し、保持時間１６時間以上では発泡して外観形状が崩れることがあった。
【０１１４】
従って、ＭｇＦ2主体でＣａＦ2を混合した出発原料の場合、焼結工程の不活性雰囲気ガスの種類に依らず焼結温度は９００〜１１５０℃が適正範囲であると判断した。さらに、同温度が９３０〜１１００℃の場合、この焼結体を機械加工に供す場合にも割れ等の構造上の欠陥が生じ難く、機械加工性も良好であった。従って、より望ましい焼結温度は９３０〜１１００℃の温度範囲であると判断した。
よって、ヘリウムガス雰囲気中での焼結工程における適正な加熱条件は、上記窒素ガス雰囲気の場合と同様に、一次焼結工程では、７５０℃以上、発泡開始温度未満の範囲、二次焼結工程では、９００〜１１５０℃の温度範囲となった。
【０１１５】
不活性ガスとしては窒素、ヘリウムに限らず、アルゴンでもネオンでも同様の効果が得られる。さらに、ネオンに関しては、ヘリウムと同様に、この焼結体の母材への溶解度とか拡散性が高いと見込まれるため、脱泡現象をより促進し、ヘリウム同等の効果が期待される。
【０１１６】
これら焼結工程の加熱条件が適正範囲の場合、焼結体の出来上がり状態は常に全体が緻密であり、一般的なセラミックス焼結体などで局部的に見られる大きい空隙とか亀裂などの明らかな欠陥部位は、この焼結体では見られなかった。
【実施例】
【０１１７】
以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
ここで、焼結体について行う特性評価試験について説明する。大型の焼結体（焼結体の概略寸法：約２０５mm×約２０５mm×高さ約７０mm）を試作し、必要なサンプル形状に切り出すなどの機械加工を施して評価用サンプルを作製する。
【０１１８】
中性子線の減速性能を評価するには、上記非特許文献１および非特許文献２に示されたように、まず、加速器から射出されたビームをターゲットであるＢｅ製の板に衝突させ、主として高エネルギーの中性子線（高速中性子線）を核反応により発生させる。
つぎに、非弾性散乱断面積の大きいＰｂとＦｅとを前半の減速材として用い、中性子数の減衰を抑えながらある程度（おおよそ、〜１ＭｅＶ）まで前記高速中性子線を減速する。
つぎに、減速された中性子線を評価する減速材（後半の減速材）に照射し、減速された後の中性子線の内容を調べることにより減速材を評価した。
中性子線の内容の調査方法に関しては、上記「非特許文献３」記載の方法に準拠した。
【０１１９】
評価する減速材は、ＭｇＦ2とＣａＦ2の原料配合割合を数種類変更したものとした。上記した各種原料配合工程、成形工程、焼結工程を経て、相対密度が一定範囲（９５．０±０．５％）の高密度のＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体を製作した。後半の減速材のトータル厚さは６００mmの一定とした。
ここでは、減速材によって減速された中性子線の中に、治療に有効な中レベルのエネルギーを持つ熱外中性子線の線量、また、患者に悪影響（副作用）を及ぼす可能性が大きい高レベルのエネルギーを有する高速中性子線およびガンマ線がどの程度残留しているかを評価した。その結果を図５（表１）に示す。
【０１２０】
治療に有効な熱外中性子線の線量は、ＭｇＦ2にＣａＦ2を混合する量を増やしていくとわずかに変化するが、熱外中性子線の中性子束（線量）の桁数はいずれも９乗台であり、混合割合に依らず、治療には十分な線量が確保された。
他方、患者に悪影響を及ぼす可能性が高い高速中性子線の混入率（減速材透過後の全中性子線量に占める高速中性子線量の割合）は、ＣａＦ2を数〜１０wt.％混合した場合が最も少なく、これらの混合割合を大きく超え、２０wt.％、４０wt.％と混合割合が増えると徐々に増加した。ＣａＦ2が１００wt.％の場合が最も大きくなった。
【０１２１】
また、高速中性子線に次いで患者に悪影響を及ぼす可能性があるガンマ線の混入率（減速材透過後の全中性子線量に占めるガンマ線量の割合）は、ＭｇＦ2にＣａＦ2を混合する割合に依らず、Ｅ−１４（マイナス１４乗）台と低い桁数であった。ガンマ線の影響はＣａＦ2の配合割合に依らず少ないものであった。
これらの結果から、ＭｇＦ2を主体にＣａＦ2を２〜１０wt.％混合した場合が、減速材として最も優れた性能を有するものとなることが判明した。この混合割合以外、例えば０．２wt.％以上、２wt.％未満、あるいは１０．１wt.％以上、９０wt.％以下の場合であっても、治療に使用可能なレベルの中性子線の内容となっていた。
【０１２２】
上記の評価結果は、焼結体の相対密度がほぼ一定範囲内（９５．０±０．５％）のものに限定した場合である。焼結体の相対密度が高いものほど高速中性子線の残留線量は減少し、反対にその相対密度が低いものほど高速中性子線の残留線量は増大する。このため、焼結体の密度向上が重要であることに代わりはない。
【０１２３】
中性子線用減速材の減速性能は、緻密な構造のＭｇＦ2−ＣａＦ2二元系焼結体にあっては、焼結体の嵩密度が２．９６ｇ／cm3以上のものであれば、十分であった。
また、中性子線用減速材は、減速性能以外に、機械的強度が要求される。本発明に係わる放射線減速材用焼結体は、下記の機械的強度の調査によって、ＢＮＣＴの減速系装置内の減速材部材として切断、研削、研磨、洗浄、乾燥などの加工成形、更には、その減速系装置への設置などのハンドリング時においても問題無く使用できる十分な機械的強度を有していることが実証された。また、中性子線が照射されても、その照射衝撃に耐え得る極めて優れたものであった。
【０１２４】
機械的強度の調査は、曲げ強度とビッカース硬度に関して行った。曲げ強度は、JIS Ｃ2141に準拠して試料寸法４mm×４６mm×ｔ３mmで上下面を光学研磨とし、３点曲げ試験JIS R1601に準拠して行った。
ビッカース硬度はJIS Z2251-1992に準拠し、島津製作所製の商品名“Micro Hardness Tester”を使用し、荷重１００ｇ、荷重時間５秒の条件で圧子を押しつけ、圧痕の対角長を測定し、下記の硬度換算を行うことにより求めた。
ビッカース硬度 = 0．18909 × Ｐ／（ｄ）2
ここで、Ｐ：荷重（Ｎ）、 ｄ：圧痕対角線長さ（mm）
【０１２５】
［実施例１］
主原料である高純度ＭｇＦ2粉末（平均粒径４μｍ、純度９９．９wt.％以上）にＣａＦ2粉末（平均粒径４μｍ、純度９９．９wt.%以上）を１．５wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）溶液を前記混合物１００に対し、０．１wt.％の割合で添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。
【０１２６】
この出発原料を一軸プレス成形機の型枠（型枠の内寸法２２０mm×２２０mm×高さ１５０mm）内に充填し、一軸のプレス圧を２０ＭＰａ掛けて圧縮、成形した。このプレス成形体（寸法約２２０mm×２２０mm×ｔ８５mm）を厚手のビニール袋内に入れ、脱気、封入したものを冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）機の成形部（内寸法：直径３５０mm×高さ１２０mm）に装填した。前記プレス成形体が入った前記ビニール袋と前記ＣＩＰ成形部との隙間に上水を満たしてから、室温で成形圧２０ＭＰａの等方加圧を掛け、ＣＩＰ成形を行った。
【０１２７】
このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６５０℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８００℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に８時間保持した後、１０５０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に１．５時間保持した。この後加熱を停止してそのまま約２０時間自然冷却（所謂、炉冷処理）し、取り出し温度に設定した１００℃以下になったところで取り出した。
【０１２８】
焼結体の嵩密度は、外観の嵩体積と重さから３．０２g/cm3（この配合原料における真密度は３．１５g/cm3であり、相対密度は９５．９％となる。以下、“真密度３．１５g/cm3、相対密度９５．９％”と記す）であり、焼結状態は良好であった。
ここで言う“嵩密度”は、焼結体の外観が方形の形状であるため、計測したその方形の２辺と厚さから嵩体積を計算で求め、別に計測した重さを前記嵩体積で除して求める方法を採った。以下、同様に行った。
【０１２９】
この焼結体から採取した試料を用いて中性子線減速性能および各種の特性評価試験を行った結果を図６（表２）に示す。
以下、実施例、比較例ともに同様とした。なお、比較材であるＭｇＦ2単味焼結体およびＣａＦ2単味焼結体についても中性子線減速性能、機械的強度を実施例、比較例と同様に測定した。
実施例１の焼結体は優れた中性子線減速性能を呈し、また機械的強度に関しても、後の工程でのハンドリングなどに問題を生じさせない良好なものであった。
【０１３０】
［実施例２］
主原料のＭｇＦ2粉末（平均粒径６μｍ、純度９９．９wt.％）にＣａＦ2粉末（平均粒径６μｍ、純度９９．９wt.％）を０．２wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、上記実施例１の場合と同じ成形条件でＣＩＰ成形体を作製し、このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６４０℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体をヘリウムガス雰囲気中で室温から８００℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に５時間保持した後、９２０℃まで４時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に１時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は２．９７g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９４．３％）であり、やや軽めであったが、外観上焼結状態に異常は見られなかった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１３１】
［実施例３］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を２wt.%混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてステアリン酸カルシウム（ＳＡＣ）を１．０wt.%添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。
一軸プレス成形機を使用し、プレス圧３０ＭＰａでプレス成形し、この後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用し、ＣＩＰ圧３０ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で７００℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を大気雰囲気中で室温から８４０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に８時間保持した。この後、１１５０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に０．７５時間保持した。その後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３．０６g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９７．１％）であり、焼結状態は良好であった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１３２】
［実施例４］
上記の実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を３wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＣＭＣ溶液を０．０３wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。
一軸プレス成形機を使用してプレス圧３０ＭＰａでプレス成形し、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧３０ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６６０℃、８時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８３０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に６時間保持した後、１０８０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。その後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３．０７g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９７．５％）であり、焼結状態は良好であった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１３３】
［実施例５］
上記の実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を７．５wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてステアリン酸カルシウム（ＳＡＣ）を０．０７wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。
一軸プレス成形機を使用してプレス圧４０ＭＰａでプレス成形し、その後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧４０ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６９０℃、８時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８３０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に９時間保持した後、１０８０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温し、同温度に２時間保持した。この後取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３.０６g/cm3（真密度３.１５g/cm3、相対密度９７.１％）であり、焼結状態は良好であった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１３４】
［実施例６］
主原料のＭｇＦ2粉末（平均粒径５μｍ、純度９９．９wt.％）にＣａＦ2粉末（平均粒径５μｍ、純度９９．９wt.％）を１８wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＣＭＣ溶液を０．３wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。
一軸プレス成形機を使用してプレス圧６ＭＰａでプレス成形し、この後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧１５ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６３０℃、８時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８２０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に６時間保持した後、９３０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に４時間保持した。この後取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は２.９８g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９４．６％）であり、焼結状態は良好であった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった
【０１３５】
［実施例７］
上記実施例６の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を２５wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＣＭＣ溶液を０．１wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧３０ＭＰａでプレス成形し、その後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧３０ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６５０℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８４０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に５時間保持した後、１１５０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に０．５時間保持した。この後取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３.０１g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９５．６％）であり、焼結状態は良好であった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった
【０１３６】
［実施例８］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を５０wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＣＭＣ溶液を１wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧７ＭＰａでプレス成形し、その後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧１２ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６００℃、５時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体をヘリウムガス雰囲気中で室温から８６０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に８時間保持した後、１０８０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３.０２g/cm3（真密度３．１６g/cm3、相対密度９５．６％）であり幾分軽めであったが、外観上焼結状態に異常は見られなかった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１３７】
［実施例９］
上記実施例２の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を５０wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＣＭＣ溶液を１wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧３０ＭＰａでプレス成形し、その後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧３０ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６１０℃、７時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８６０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に８時間保持した後、９７０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に４時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３.００g/cm3（真密度３．１６g/cm3、相対密度９４．９％）であり幾分軽めであったが、外観上焼結状態に異常は見られなかった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１３８】
［実施例１０］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を７５wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＳＡＣを０．０７wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧８ＭＰａでのプレス成形し、その後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧１０ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６５０℃、５時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８８０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に８時間保持した後、１０６０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に３時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３.０２g/cm3（真密度３．１７g/cm3、相対密度９５．３％）であり、幾分軽めであったが、外観上焼結状態に異常は見られなかった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１３９】
［実施例１１］
上記実施例６の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を８８wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＣＭＣ溶液を１wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧３０ＭＰａでプレス成形し、その後冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧３０ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６５０℃、５時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８８０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に８時間保持した後、９５０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に４時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３.０１g/cm3（真密度３．１７g/cm3、相対密度９５．０％）であり幾分軽めであったが、外観上焼結状態に異常は見られなかった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１４０】
［実施例１２］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を８８wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＣＭＣ溶液を１wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧８ＭＰａでプレス成形し、その後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧１０ＭＰａでＣＩＰ成形を行った。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６５０℃、５時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体をヘリウムガス雰囲気中で室温から８８０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に８時間保持した後、１１２０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は３.０４g/cm3（真密度３．１７g/cm3、相対密度９５．９％）であり、外観上焼結状態に異常は見られなかった。
中性子線減速性能および機械的強度の評価結果は、表２に示すようにいずれも良好であった。
【０１４１】
［比較例１］
上記実施例１の場合と同じ主原料のＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を１.５wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＳＡＣを０.０７wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。
上記実施例１の場合と同様に、一軸プレス成形機を使用してプレス圧２０ＭＰａでプレス成形し、その後、冷間等方圧力成形（ＣＩＰ）機を使用してＣＩＰ圧２０ＭＰａでＣＩＰ成形を施した。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で５５０℃、８時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から６７０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に６時間保持した後、１２００℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体の嵩密度は２．９３g/cm3と（真密度３．１５g/cm3、相対密度９３．０％）軽いものであった。焼結体の内部を観察すると、直径０.１mm以上の大きい気泡が無数に存在していた。この大きい気泡は、融点の低いＭｇＦ2粉末を１２wt.％と多く混合し、且つ、最終の焼結工程の加熱温度を１２００℃と高温度で加熱したため発泡し易くなり、微細な発泡気泡同士、あるいは発泡気泡と残留気泡とが集合したものと考えられた。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが散見された。
【０１４２】
［比較例２］
上記実施例１の場合と同じ主原料のＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を０．２wt.％混合し、比較例１の場合と同様に原料調整したものを出発原料とした。
一軸プレス成形機を使用してプレス圧４ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を実施例１の場合と同様に成形圧４ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６００℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８３０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に５時間保持した後、９５０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に４時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体の嵩密度は２．９０g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９２．１％）であり、軽めであった。この焼結体を、純水にインク液を少量入れ着色したものに約１時間浸し、引き上げてからその破断面を観察した。外周部が全体的にこのインク液の色に着色していた。これは、焼結不足で開気孔が多く残っているものと考えられた。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが見られた。
【０１４３】
［比較例３］
上記実施例１の場合と同じ主原料のＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を５wt.％混合し、ボールミルで１２時間混練した。その後、焼結助剤としてＣＭＣ溶液を１.０wt.％添加し、ポットミルで１２時間混合したものを出発原料とした。
実施例１の場合と同様に、一軸プレス成形機を使用してプレス圧２０ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を成形圧２０ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で７００℃、１０時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から９００℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に１０時間保持した後、１２００℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に４時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体は、外周部の一部にはがれたところが見受けられた。このはがれは、発泡気泡や残留気泡などが外周部に集まり、外周部の一部が気泡の内圧でひび割れを生じたものと思われた。なお、嵩密度は形状が崩れたところがあったことから、計測出来ない状態であった。
【０１４４】
［比較例４］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を５wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧３ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を上記実施例１の場合と同様に成形圧３ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６００℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から９００℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に５時間保持した後、１２００℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体は、一部外周エッジ部に欠けが存在した。このため、嵩密度は概算値となったが、約２.９２g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９２．７％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１４５】
［比較例５］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を２５wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧３０ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を実施例１の場合と同様に成形圧３０ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で５５０℃、８時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８７０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に６時間保持した後、１１６０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に３時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は、２.９３g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９３．０％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１４６】
［比較例６］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を２５wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧４ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を上記実施例１の場合と同様に成形圧４ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６００℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８３０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に５時間保持した後、９５０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に４時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。焼結体の嵩密度は、２.９１g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９２．４％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１４７】
［比較例７］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を５０wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧２０ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を実施例１の場合と同様に成形圧２０ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で５５０℃、８時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８８０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に５時間保持した後、１２００℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体の嵩密度は、２.９１g/cm3（真密度３．１６g/cm3、相対密度９２．１％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１４８】
［比較例８］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を５０wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧４ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を実施例１の場合と同様に成形圧４ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６００℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８５０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に５時間保持した後、９６０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に４時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体の嵩密度は、２.９２g/cm3（真密度３．１６g/cm3、相対密度９２．４％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１４９】
［比較例９］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を８８wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧２０ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を実施例１の場合と同様に成形圧２０ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で５３０℃、８時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から９００℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に６時間保持した後、１１６０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に４時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体の嵩密度は、２.９０g/cm3（真密度３．１７g/cm3、相対密度９１．５％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１５０】
［比較例１０］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を８８wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧４ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を実施例１の場合と同様に成形圧４ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６００℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８６０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に６時間保持した後、９７０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に５時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体の嵩密度は、２.９３g/cm3（真密度３．１７g/cm3、相対密度９２．４％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１５１】
［比較例１１］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を３wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧３０ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を成形圧３０ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６６０℃、８時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から１０６０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結工程は一段階のみで行った（一次焼結、二次焼結の内二次焼結のみ行った）。焼結体の嵩密度は、２.９３g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９３.０％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１５２】
［比較例１２］
上記実施例１の場合と同じＭｇＦ2粉末にＣａＦ2粉末を２５wt.％混合し、同様に原料調整したものを出発原料とした。一軸プレス成形機を使用してプレス圧３０ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を成形圧３０ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６５０℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から１１５０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に１．５時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結工程は一段階のみで行った（一次焼結、二次焼結の内二次焼結のみ行った）。焼結体の嵩密度は、２.９０g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９２.１％）であった。
中性子線減速性能、機械的強度に不十分なレベルのものが認められた。
【０１５３】
［比較材１］
上記実施例の場合と同じＭｇＦ2粉末単味を、実施例１の場合と同様に原料調整したものを出発原料とした。実施例１の場合と同様に一軸プレス成形機を使用してプレス圧２０ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を成形圧２０ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６００℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８４０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に６時間保持した後、１１００℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体の嵩密度は、２.９７g/cm3（真密度３．１５g/cm3、相対密度９４．３％）であった。
中性子線減速性能は、表２に示すように実施例と比較しても遜色ないほど良好であった。一方、機械的強度は、表２に示すように良好なレベル内ではあったが、実施例の中で低い強度レベル相当であった。ちなみに、この比較材１は先願の焼結体に相当する。
【０１５４】
［比較材２］
上記の副原料のＣａＦ2粉末を、実施例１の場合と同様に原料調整したものを出発原料とし、実施例１の場合と同様に一軸プレス成形機を使用してプレス圧２０ＭＰａでプレス成形し、このプレス成形体を成形圧２０ＭPaでＣＩＰ成形し、ＣＩＰ成形体を得た。このＣＩＰ成形体に大気雰囲気中で６００℃、６時間の仮焼結工程を施し、仮焼結体とした。
この仮焼結体を窒素ガス雰囲気中で室温から８８０℃まで６時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に６時間保持した後、１１３０℃まで２時間掛けて一定速度で昇温させ、同温度に２時間保持した。この後、取り出し温度の１００℃まで炉冷して取り出した。
焼結体の嵩密度は、３.００g/cm3（真密度３．１８g/cm3、相対密度９４．３％）であった。
機械的強度は良好であったが、中性子線減速性能に不十分なレベルのものが認められた。
【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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