TW497104B

TW497104B - Aluminum composite material, aluminum composite powder and its manufacturing method, spent fuel storage member and its manufacturing method

Info

Publication number: TW497104B
Application number: TW090110747A
Authority: TW
Inventors: Kazuo Murakami; Kazumi Ogura; Toyoaki Yasui
Original assignee: Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2002-08-01
Also published as: DE60112853T2; ES2244566T3; US20020021779A1; KR20020006492A; EP1172449B1; KR100439386B1; ATE302859T1; JP3207841B1; DE60112853D1; EP1172449A1; JP2002022880A; US6726741B2

Description

497104 A7 B7 五、發明説明（1 ) 【發明之所屬技術領域】本發明係關於燃燒結束並使用後之核燃料集合體進行收谷、貯藏，而可使用於構成桶罐或齒條之使用後的燃料貯藏部件之材料或其製造方法，又，關於藉由如此之材料所製造的使用後之燃料辟藏部件。【習知技術】在核燃料回收<終期而燃燒結束無法使用之核燃料集合體明爲使用後I核燃料。現在，此使用後之核燃料係至再處理於貯藏設施中貯藏管理。例如，在燃燒池之貯藏方式中，在池内沈入一角管成束之SUS齒條，於此角管内收容使用後之燃料集合體，俾滿足冷卻效果、遮蔽效果、未臨界性等之要求。角可增加使用後之燃料集合體近年，構成齒條之角管，乃開始使用於不銹鋼材添加硼者。若使用如此之角管，可省略配置於角管間之中子吸收材，故可埋設角管間之間隙。因此，***於池之坑内的管根數會增加，基於此理由的收容數。【發明欲解決之課題】經濟部中央標準局員工消費合作社印製如此之角管可適用於桶罐、橫型桶倉、池、板等之各種貯藏方式，但，即使構成齒條其應生產之根數亦很多，故還要可有效生產角管之技術。又，因必須確實吸收產生自使用後之燃料集合體的中子，故要求角管之構造要有高的健全性。又，角管係使用於貯藏使用後之燃料集合體時之物件，

圍使化粒阻分以經濟部中央標準局員工消費合作杜印製方收、發明説明（2 已知除了涊角皆之齒條外尚有平板式之齒條如此之平板式齒條中亦要$古 ^ 文在性。曲馀中吓要求有效的生產性及構造.之健全加壓水型爐（PWR: Pressurized Water Reactor ) ^賤燃料集合體因其重量很大，收容此之齒條乃要 '、有更大的強度。本發明係關於-用以收容如此使用後 3料集合體的材料或其製造方法、丨、使用後之燃料辟臧*邵件。【用以解決課題之手段】 _爲達成上述目的’ _種銘複合粉末，根據中請專利範弟1員I鋁複合粉末係，使用機械合金化，對於鋁基質 -經機械合金化粉碎之中子吸收材、與、由氧化物、氮物、碳化物、或硼化物所構成之第三粒子分散。鋁基質中所分散的中子吸收材係阻礙其結晶粒界中之動，強化材料般進行作用。由氧化物等所構成之第三子，係藉由分散於鋁基質中，更促進結晶粒子滑動之礙，其結果，可進一步提高材料之強度。又，此時，所散I第三粒子的添加量宜爲重量％以上3〇重量❶/〇下’進一步，宜以铭基質中之第三粒子的平均粒徑爲0.01 vm以上1〇以下之方式添加第三粒子。繼而’於上述無複合粉末中，其中子吸收材之添加量宜爲1重量％以上2 0重量❶/。以下，所添加之粉末中子吸收材的平均粒徑宜爲〇·〇1 以上1〇〇以下。又’根據申請專利範圍第6項之鋁複合粉末之製造法，係包括如下步驟：將作爲基質材之鋁粉末、中子吸 5- 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Μ規格（21〇χ297公|

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本百C

經濟部中央榡隼局員工消費合作杜印製 ^7104 A7 一 —__B7_ 五、發明説明（3 ) 一材、與由氧化物、氮化物、碳化物、或硼化物所構成之第三粒子進行混合；將該混合粉末機械合金化，以使粉碎於铭基質中之中子吸收材及第三粒子分散。藉由實施機械合金化，鋁被敲碎同時並折疊，成爲爲平狀。又’ B等之中子吸收材亦藉機械合金化被粉碎成微細’在為平化之無基質中被均一分散。最後，此等爲平粒子會結合而呈一般之粒子狀。藉此，阻礙鋁之結晶滑動，可得到充分的強度，但在本發明中，進一步微細粉碎由氧化物等所構成的第三粒子而分散於鋁基質中。經分散之第一粒子認爲係促進結晶滑動之阻礙。如此所製造之無複合粉末可得到非常大的強度。又’根據申請專利範圍第7項之鋁複合粉末之製造方法’係包括如下步驟：於鋁粉末之表面預先形成氧化皮膜；以機械合金化，使形成於鋁粉末表面之氧化皮膜混入於複合粉末中作爲氧化物。使用氧化物作爲第三粒子時，並非另外添加該氧化物，而於銘粉末表面預先形成氧化皮膜，在機械合金化時，剝離粉碎此氧化皮膜而分散於基質中作爲第三粒子。若如此’可省略製作第三粒子之麻煩或添加此之步驟，鋁複合粉末之製造變成很容易。根據申請專利範圍第8凟之鋁複合材料，係於鋁基質中含有中子吸收材、與、由氧化物、氮化物、碳化物、或硼化物所構成之第三元素。如上述般，於鋁基質中均一分散微細的中子吸收材、與第三粒子，此等可阻礙鋁粒界之滑本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -----」----衣-- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) 訂 ··線 497104 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 A7 B7 i、發明説明（4 ) 動，並提高母材之強度。藉由燒結如此之鋁基質粉末，俾 #材料中會有中子吸收材及第三元素，故可急速提昇其強度。又，在前述燒結中，包括常壓燒結、眞空燒結、及放電燒結等之各種燒結，進一步進行預備成形作爲燒結之前步驟亦無妨。又，如此t鋁複合材料係可使用於收容使用後燃料集合體之籃子。此籃子例如使角管集合之構造、或板材交互組合之構造。又，在上述鋁複合材料中，第三粒子之含量宜爲〇1重量％以上3 0重量％以下，其平均粒徑爲〇〇1 以上」1〇以下。進一步，中子吸收材之含量宜爲J重量％以上2 〇重量％以下。所添加之粉末狀中子吸收材的平均粒徑若爲〇·〇1 "m以上100 以下。可得到更佳之結果。又，有關此等理由，於下述實施形態中説明。根據申請專利範圍第1 3項之使用後之燃料貯藏部件的製造方法，係製造一用於使用後之燃料貯藏的部件中，包含如下步驟：使鋁粉末、中性吸收材粉末、及、由含氧化物、氮化物、碳化物、或硼化物之第三元素進行混合之步驟；上述混合粉末預備成形之步驟：使預備成形體裝罐之步驟··燒結經裝罐之預備成形體的步驟。首先，混合鋁粉末、中子吸收材粉末及第三粒子而預備成形該混合粉末。藉由預備成形，可減少成形密度之參差不齊。繼而，此預備成形體裝罐，實施燒結處理·。藉此，使用後燃料貯藏部件前之鋼胚乃完成。又，取出罐内之鋼胚，進行罐之外削及端面削。燒結宜藉熱壓或熱間靜水壓本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210>< 297公釐) -----」----^批衣丨丨 (請先閲讀背面之注意事填寫本頁) 訂 ·線 ”/iU4 、發明説明（5 經濟部中央標準局員工消費合作社印製，:法（HIP : Hot Isostatic Press)，除此外，亦可使用 Ήιρ ，常壓燒結法等n用後燃料貯藏部件可舉例如構成藍子<角管或構成平板式齒條之板狀部件。據申請專利範圍第15項之使用後之燃料貯藏部件的 =迈方法，係製造一用於使用後之燃料貯藏的部件中，包含如下步驟··使鋁粉末、中性吸收材粉末、及、由含氧= 物、氮化物、碳化物、或硼化物之第三元素進行混合之步驟；使上述混合粉末進行常壓燒結或眞空燒結之步驟。如此，省略上述裝罐而可進行常壓燒結或眞空燒結充 4略裝罐’ f壓燒結式眞空燒結後，不須外削等之機械办 ^即可。因此，鋼胚之製造變得容易。眞空燒結宜爲眞熱壓。此外，亦可使用眞空擬111?等。又，以眞空熱壓仃前述燒結，可以廉價製造高品質之使用後燃料貯藏件〇又，根據申請專利範圍第17項之使用後燃料貯藏部的製造方法，係製造一用於使用後之燃料貯藏的部件中，包含如下步驟：使鋁粉末與中性吸收材粉末混合之步驟；以冷間靜水壓成形法形成預備成形體之步驟，使預備成形體進行放電燒結之步驟。 y /藉由放電燒結預備成形體，可比一般之燒結更短時間行^0結。因此，可有效率地進行使用後燃料貯藏部件之造。又，省略裝罐，故不須外削等之機械加工，可廉價製造使用後燃料貯藏部件。此處，在放電燒結前宜使用電電漿燒結。藉放電電漿燒結產生之能量可除去鋁之不若空進件進製地放請 ka 閱讀背事項i f - 寫遗本衣頁訂 % -8 - 497104 五、發明説明（6 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製體皮膜，可進行良好的燒結。又，放電浆燒結使用熱電漿燒結等。 T 了使製專：範圍第Μ项之使用後之燃料貯藏部件的管之板材的步驟—步包含讀出成形法形成角管或構成角、步驟。又，根據申請專利範圍第20项之使用 =料：藏部件的製造方法中，進—步包含藉押出成形法形成-插人於使用後之燃料導？丨管的棒體之步驟。如此二出以上述方法所製造之鋼胚，可很容易製造使用後疋燃料貯藏部件即角管或棒體…角管係可藉抽出直接成形’亦可抽出板材後焊接成形。，又，、根據申請專利範圍第21項之使用後燃料辟部件的製造万法，係在使用後燃料貯藏部件之製造方法中，進一步’於上述混合中使用機械合金化。機械合金化可使用例如各種球研磨。藉球研磨，㈣末逐漸被折#，成爲平粒子。又’中子吸收材及第三粒子係被球研磨粉碎而比初期疋平均粒徑還更小，並一面陷入鋁基質中一面分散〆炊後，ΜΑ後，爲平粒子最後成爲含有中子吸收材及第三粒 :之粒乎。若如此，可微細且均一地分散中子吸收材，提南使用後之燃料貯藏部件的機械強度。【發明之實施形態】以下參肖圖面詳細說明|關本發明之銘複合粉末及其製造方法、鋁複合材料、使用後之燃料貯藏部件及其製造方法。又，本發明不限於此實施形態。

訂線 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x 297公釐） A7 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製

497104 A7 B7 五、發明説明（8 ) 用於第三粒子之氧化物可舉例A1203、Zr〇2、Si〇2、 MgO、Ti〇2、Cr203。氮化物可使用例如Si3N4、BN。又，碳化物可使用SiC、W C、Cr3C2，硼化物可使用如ΖγΒ2。又，所使用之第三粒子不限於此處所例示者，此以外者依需要可適當選擇。又，可使用之Α1或Α1合金粉末係純A1 ( JIS Ιχχχ系）、 Al-Cu 系鋁合金（JIS 2xxx 系）、Al-Mg 系鋁合金（JIS 5xxx 系）、Al-Mg-Si系銘合金（JIS 6xxx系）、Al-Zn-Mg系銘合金 (JTS 7xxx系）、Al-Fe系錯合金（Fe含有率爲1〜10重量％) 外，尚有如Al-Mn系鋁合金（JIS 3xxx系）等，可依照強度、延展性、加工性、耐熱性等之必要的特性而進行選擇。又，於此等之A1或A1合金係使用一擁有均一且微細的組織之急冷凝固粉。用以得到此急冷凝固粉之急冷凝固法可採用單輥法、雙輥法、空氣霧化或氣體霧化等之霧化法的公知技術。以如此之急冷凝固法而得到之A1合金粉末宜使用平均粒徑爲5〜150 a m者。經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事\^填寫本頁) 其理由係平均粒徑爲5 " m以下，因微粉，各粒子會凝集’故結果會成爲很大粒子塊，及，以霧化法產生之製造界限（必須均分微細的粉末’粉末製造良率會極端惡化，成本急速增加），若平均粒徑超過15〇，因急速冷卻凝固會消失等之霧化法造成的製造界限、及、微細的添加粒子之均一混合會很困難。最佳之平均粒徑爲5〇〜12〇。急冷凝固之急冷速度爲102°C/sec以上，宜爲i〇PC/sec以 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 497104 A7 B7 五、發明説明（9 ) 另外與A1或A1合金粉末混合之b或B化合物，係具有特別高速中子的吸收能很大之特徵。又，本發明可使用之適當B化合物有ic、b2〇3等。其中，b4c係每單位量之b 含量很多，以少量添加即可得到很大的中小吸收能，尚且尤其適宜作爲對非常高硬度之構造材的添加粒子。又，第三粒子係由碳化物、氮化物、碳化物或硼化物所構成’但含有此等以外之粒子亦無妨。例如用以賦予高強度性之添加元素亦可混入Z r、T i等。繼而，以上述調配比率投入之原料粉末藉碾壓研磨機進行有機合金化（MA : Mechanical Alloying )。又，除環壓研磨機外’可使用一般之轉動研磨或搖動研磨。以ΜΑ，A1 粉末或A1合金粉末會被球押碎且折疊而扁平化。藉μα處理’ Β或Β化合物及第三粒子會被微細粉碎而均一地陷入 Α1基質中。又，此等之扁平粒子μα後，會成爲含有A1 或A1合金及第三粒子之一般粒子形狀。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 如此’添加第三粒子且實施MA處理，可迅速提高材料強度。具體上，使用一般之混合裝置（例如交互迴轉混合機或V混合機等）而混合，比燒結形成之材料更可提高其強度至3倍。又，使具有高硬度之β或β化合物微細且均一地分散基質中，藉此可防止B之凝集，故提高押出性。因此，於押出用之模頭的磨耗降低亦有效果。又’當第二粒子之添加時，預先氧化處理A1粉末或A1 合金粉末而於其粒子表面形成氧化皮膜，在上述MA步驟 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公慶）經濟部中央標準局員工消费合作社印製 497104 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 中，該氧化皮膜微細粉碎，分散於A1基質中。A1粉末或 A1合金粉末之氧化處理係於大氣中加熱處理原料粉末。將A1粉末或A1合金粉末裝入加熱容器，以400〜500°C加熱並攪拌。此進行數小時，俾於A1粉末或A1合金粉末表面形成充分的氧化皮膜。 (實施形態2 ) 圖1係表示使用後之燃料貯藏部件即角管的斷面圖。此角管1係斷面爲正方形，由實施形態1所製造之A1合金所構成。圖2表示圖1所示之角管的製造方法流程圖。首先，以實施形態1所示之方法製成A1合金粉末（步驟 5201) 〇繼而，將複合粉末裝入橡膠容器内而抽眞空10_2 Torr 後，以氣密膠帶眞空封入，藉CIP ( Cold Isostatic Press )於常溫從全方向均一地施加高壓，進行預備成形（步驟 5202) 。CIP之成形壓力爲100 MPa〜200 MPa。藉CIP處理，粉狀體之體積約減少2成，其預備成形體之直徑爲600 mm，長度爲1500 mm。又，藉CIP從全方向均一地施加壓力，可得到成形密度很少參差不齊之高密度成形品。然後，將預備成形體眞空封入A1罐（A1合金無接缝罐： JIS 6063 )。罐内抽眞空至10·4 Torr，昇溫至300°C (步驟 S203 )。在此除氣步驟除去罐内之氣體成分及水分。其次之步驟中，以HIP (Hot Isostatic Press)使眞空除氣之成形品進行再成形（步驟S204)。HIP之成形條件係溫度 400〜450°C，時間30 sec，壓力6000 ton，成形品之直徑爲 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 497104 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7五、發明説明（11 ) 400 mm 〇其後，爲除去罐，以機械加工實施外削、端面削（步驟 S205 ) ’使用端孔押出機而熱間押出該鋼胚（步驟S2〇6 )。此時之押出條件係加熱溫度爲500〜52〇°C，押出速度爲5 m/min。又，此條件依B之含量可適當變更。再者，押出成形後，實施抗於矯正（步驟S2〇7)，同時並切斷非常邵及評估部，形成製品（步驟S2〇8 )。所完成之角管1如圖1所示’斷面之一邊爲162 mm，内側爲151 mm之四角形狀。又，在上例中，於押出機使用端孔押出（適於壓縮率高且麵等之軟質材複雜形狀押出），但不限於此。例如，亦可採用固定或移動心軸方式。又，除直接押出外，亦可進行靜水壓押出，在當事者之可能範圍可適當選擇。進一步，使用上述HIP，可進行近網狀成形（nearnetshape)，但，鐘於其後具有押出步驟，代替此而即使使用擬Hlp亦可確保充分的精度。具體上，於朝一軸方向進行壓軸之模具内裝入壓力傳達媒體即陶瓷粒狀體，再進行燒結。藉此方法亦可製造良好的角管1。又，取代上述HIP，而亦可使用熱壓。熱壓係加熱耐熱型而在一軸加熱下進行燒結之方法。上述之情形，熱壓係將預備成形體而封入罐中而眞空除氣後，在4〇〇〜45〇。〇之溫度加熱10〜30 sec，在6000 ton之壓力條件下進行。其後具有押出步驟，故即使以熱壓亦可製作充分品質的鋼胚，但’鋼胚之大小以其他之條件燒結狀態不佳時，只要使用 -14- -----一本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公竣） -Ϊ------ (請先閲讀背面之注意事^填寫本頁)

*1T ·線 497104 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7____五、發明説明（12 ) Η I P即可。熱壓之優點在於生產性佳，便宜。進一步，熱壓外尚有常壓燒結法。又，亦可省略上述C IP。此情形係可省略裝入橡膠容器之麻煩等，故很容易製造角管。 (實施形態3 ) 圖3係表示本發明實施形態3之角管1製造方法的流程圖。此角管1之製造方法如同圖所示係使用眞空熱屢（眞空熱壓步驟；S303 )以取代上述罐封入及眞空加熱除氣（步驟S203 )、HIP (步驟S204)、外削及端面削（步驟S205 )。其他之步驟係與上述實施形態2略相同，故省略其説明 (步驟 S301 〜S302、S304〜S306)。圖4係表示用於角管之製造方法的眞空熱壓裝置構成圖。此眞空熱壓裝置1 〇係包括：模頭i 1、設於模頭1 1内面之模頭環1 2、基座1 3、沖頭1 4。此等任一者均爲石累製。由模頭環1 2、基座1 3及沖頭1 4所構成之成形室内，係***於c ip步驟所製作之預設成形體p。模頭之周固配置有加熱用之石墨加熱器1 5。又，模頭環1 2、基座丨3及沖頭i 4等係被收容於眞空容器16内。眞空容器16中安裝有抽眞空用之泵”。前=沖頭丨4係被設於眞空容器16上部之油壓唧筒“所驅動。前述模頭U内侧設有模頭環12係爲於加壓後易於拔胚。又，模頭U内徑爲直徑350 mm左右。又，實際進行熱壓時，係可於滑動部位塗布或喷霧潤滑材。潤滑二可= 用具有極優潤滑性能之BN (B〇r〇n Nitride)。又，在上^ 例示單側押法，但亦可使用兩側押法或浮動法。处·、 -15- 本紙張尺度適财酬家剩1 ( cnsTT^：(2h)X 297：^ C請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁} 裴、π 線 497104 A7

進订^之熱押係首先於模頭1 1内塗布潤滑材後***預 :成T二P ’從其上安裝沖頭1 4。其次，將眞空容器16 ㈤抽眞工至特疋壓力，同時並藉石墨加熱器”使室内昇溫至400〜50CTC。兮，、w吞胜j1 。 μ /皿度帶域維持30〜60分，加壓係於2〇〇開始進行。然後，加壓燒結預備成形體Ρ後，從眞 ' 内取出母一個模頭1 1而從該模頭1 1取出鋼胚 Β此時彳文外側押出鋼胚Β，但模頭環丨2亦與鋼胚Β 一起押出些許，而很容易取出該鋼胚B。所取出之鋼胚B於以下心押出步驟（步驟S304)被押出，經過抗拉矯正（步驟 S305 )、切斷步驟（步驟幻〇6)，成爲最後之角管丄。以上，若依據此角之製造方法，可省略裝罐同時並使用眞S熱壓而形成鋼胚B，故①可節省罐費；②不須用以除去罐之切削步驟（步驟S2〇5)，以及③可省略附隨之製造步驟（步驟S207)。因此，可有效且低成本製造角管1q (實施形態4 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖5係表示本發明實施形態4之角管的製造方法流程圖。此角管1之製造方法如同圖所示，其特徵在於使用放電電漿燒結（放電電漿燒結步驟：步驟S5〇3)以取代上述罐封入及眞空加熱除氣（步驟S203 )、HIP (步驟S2〇4)、外削及端面削（步驟S205 )。放電電漿燒結係利用過渡弧光放電現像之火花放電能量而在加壓下進行燒結。其他之步躁因係與上述實施形態1略相同，故省略其説明（步驟 S501〜502 、 S504〜S506)。圖6係表示用於此角管之製造方法的放電電漿燒結裝置 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 χ297公慶） 497104 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（14 ) 構成圖。此放電電漿燒結裝置2 0係包括如下構成：石墨製之模頭2 1、兼具上部電極及下部電極之上下沖頭2 2、 23、對上下之沖頭22、23供給脈衝電流之電源24、控制電源2 4之控制部2 5、收容模頭2 1及沖頭2 2、2 3之眞空容器29、眞空容器29内抽眞空之泵26、及驅動沖頭22、 23之油壓唧筒27、28。以CIP形成預備成形體p，係插入一藉模頭2 1及沖頭2 2、2 3所形成之成形室。放電電漿燒結有各種優點：易控制燒能量；容易處理等。但’以鬲速燒法之點在此製造方法中乃很重要。亦即’在上述熱壓例如相對於燒結時間約5小時，但以放電包漿燒結約1小時即可。因此’可高速燒結，故能縮短製造時間。上述放電電漿燒結之條件，係使眞空容器2 9内之眞空度爲1(Γ2 Τ〇ΓΓ，約1 〇分上昇至5〇(TC。然後，維持此溫度領域10〜30分鐘，以5〜10 ton加壓。若在上下之沖頭2 2、 2 3間施加脈衝電流，於預備成形體p内放電點會移動，全體進行分散。在火花放電之部份係局部地成爲高溫狀態 (1000〜10000 C )而粒子間接觸部從點呈面成長，形成頸溝造成落融狀態。藉此，即使爲可形成硬氧化皮膜之鋁系材料’藉放電電漿之濺鍍作用而破壞鋁表面之氧化皮膜，故可容易地燒結鋼胚。以上’若依此角管1之製造方法，比使用熱壓時更可縮短燒結時間。又，藉放電作用破壞鋁之不動體皮膜，故可容易進行燒結。有關省略裝罐之優點，係與上述實施形態 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 497104 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（15 ) 2之情形㈣。又，除了放電電漿燒結外，亦可使用熱電漿燒結法。熱電漿燒結法係使用超高溫之電漿熱而進行無加壓燒結。進而，亦可藉一般之放電燒結來製造。 … (實施例態5 ) 再者，收容使用後之燃料集合體的齒條，係亦可形成平板式以取代上述角管式。圖7爲平板式齒條之斜視圖。在平板式齒條60中，首先，藉上述實施形態2〜4的製造方法所製作的鋼胚，經押出而形成幅爲3〇〇mm〜35〇mm的板狀部件。繼而，於各別之板狀部件幻建設於複數狹缝 62。接著，使此板狀部件61於狹缝62部分呈縱橫交錯地係合而形成格子狀斷面。又，此平板式齒條⑻的情形，比上述角管式，板厚還更小，故，分散於鋁之硼的量會稍多。此平板式齒條可使用於桶罐或使用後之燃料池的齒條等。 (實施形態6 ) 在上述實施形態2〜4中，係藉由使硼分散於角管i，俾賦予中子吸收能，可防止使用後之燃料集合體變成臨界。在此實施形態6中，不依角管i而形成一可吸收來自使用後之燃料集合體的中子之圓棒材。圓棒材7〇係***於圖8 所示之使用後之燃料集合體71的控制棒群導引管72 (或計測管）内。藉由***此囱棒材7〇，可確保特定之中子吸收能，故不須使大量之硼分散於角管！。又，於製造此圓棒材7 0，因只在最終之押出步驟的模頭形狀不同，故可使用上述實施形態2〜4的製造方法。 (請先閲讀背面之注意事填寫本頁) 裝· 、11 -18-

五、發明説明（16 ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (實施形態7 ) 繼而，説明有關上述角管i之具體使用❸圖9表示桶罐的斜視圖。圖1〇爲圖9所示之桶罐的轴方向斷面圖。圖 U爲圖9所示之桶罐的徑方向斷面圖。此桶罐1〇〇，體⑻之腔室⑷内面符合藍子⑴的外周形狀械加工形成者。胴本體⑻及底板1G4係具有厂綠遮蔽功能之碳鋼製的鍛造品…亦可使用不銹鋼取代碳鋼。前述胴本體ι〇ι 與履板1G4係以焊接結合。爲確保作爲耐壓容器之密閉性能，於一次蓋110與胴本體101之間設有金屬清蘭。二在胴本體1〇1與外筒105之間係充填一種含有許多氫之南分子材料而具有中子遮蔽功能之樹脂1()6。〖，在胸本體1(M與外筒1G5之料接著_可進行熱傳導之複數銅製内邵尾翅1〇7，前述樹脂1〇6係在由其内部尾翅ι〇7所形成t空間以流動狀態注入，並冷卻固化。又，内部尾翅 1〇7爲進行均一放熱，宜在熱量多的部分以高的密度設置。又，在樹脂106與外筒105之間設有數瓜瓜之熱膨脹壁 1 08 〇一蓋部109係由一次蓋11〇與二次蓋Ul所構成。此一次盍1 1 0係由遮蔽r線足不銹鋼或碳鋼所構成的圓盤形狀。又，二次蓋111亦爲不銹鋼或碳鋼製的圓盤形狀，但於其上面封入樹脂112作爲中子遮蔽體。一次蓋11〇及二次蓋 1 1 1係藉不銹鋼製或碳鋼製之螺絲i i 3而安裝於胴本體 101進步，在一次蓋110及二次蓋與胴本體1〇1 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) .8__ -裝

、^T _ n ^/1U4

經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 t間分別設有金屬法蘭，保持内部的密封性。又，在蓋部 1091周圍設有一封入樹脂114之補助遮蔽體115。在桶罐本體1 1 6之兩侧係設有一用以吊下桶罐i 〇〇之樞轴117。又’在圖9中，表示一設有補助遮蔽體115者，但’桶罐1 0 0搬送時係卸下補助遮蔽材^ 5而安裝缓衝體 1 1 8 (參照圖1 〇 )。緩衝體i i 8係於不銹鋼材製成之外筒 1 2 0内組入紅杉材等的緩衝材n 9之構造。藍子1 3 0係由6 9根之角管i所構成，而該角管1乃構成一可收容使用後之核燃料集合體的格室131。在該角管1 係使用一以上述實施形態i〜5的製造方法製成者。圖1 2 係表TF上述角管之***方法的斜視圖。以上述步驟製造之角管1係沿著腔室1 〇 2内的加工形狀而依次***。又，如圖12及圖1〇所示般，腔室1〇2之中，在格室爲5 個或7個之角管列的兩側分別***假管i 3 3。此假管1 3 3 之目的在於：減輕胴本體i 〇丨之重量以及使胴本體i 〇 i之厚度均一化，產，確實固定角管1。此假管133亦使用含硼之鋁合金，並以上述同樣之步驟來製作。又，亦可省略此假管1 3 3。收容於桶罐1 0 0之使用後的核燃料集合體，係含有核分裂性物質及核***生成物等，因產生輻射線以及伴隨崩壞熱’故貯藏期間（60年左右）必須確實維持桶罐1〇〇之除熱功能、遮蔽功能及臨界防止功能。有關此實施形態1之桶罐100中，係於胴本體101之腔室1〇2内進行機械加工而以角管1所構成的籃子1 3 0外側以略密閉狀態（無大的間隙） -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

，1T ，線--- 497104 A7 __________B7 五、發明説明（18 ) ***，進一步，於胴本體101與外筒1〇5之間設有内部尾翅1〇7。因此，來自燃料棒的熱係經由角以或所充填之々氦氣而傳導至胸本體⑻，主要經由内部尾翅iq7而從同1 0 5放出。又，發生自使用後之核燃料集合體的r線係被遮蔽於一由碳鋼或不銹鋼所構成的胴本體101、外筒ι〇5、蓋部 109等。又，中子係被樹脂1〇6遮蔽，對於輻射線業務從事者之遭受輻射能的影響可消除。具體上係設計成可得到表面線量當量率爲2mSv/h以下，來自表面im之線量當量率爲100 ASWh以下的遮蔽功能。進一步，構成格室131 之角管1係使用含硼之鋁合金，故可防止吸收中子而達臨界。經濟部中央標準局員工消費合作社印製進一步，若依此桶罐100，機械加工胴本體1〇1之腔室 102内，構成籃子130的外周之角管J，此角略密著狀態***，故，角管與腔室之對面的面積會很廣，可使來自角管1之熱傳導良好。又，可減少腔室J 〇 2内之空間區域，故若角管1之數容數相同，可使胴本體1 0 1小型且輕量化。相反地，不改變胴本體1 〇丨之外徑時，就這樣可確保格室數’故可增加使用後之核燃料集合體的收容數。具體上該桶罐100中，使用後之核燃料集合體的收容數可達 6 9體，且桶罐本體i i 6之外徑抑制至256〇 mm，重量抑制至120 ton 0 (實施形態8 ) 繼而’説明有關上述角管之其他使用側。圖1 3係表示 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 497104 A7 B7 五、發明説明（19 ) P W R用之使用後燃料池的斜視圖。此使用後之燃料池 2 0 0係立設複數個由上述實施形態2〜4所製造的角管i，其上下部分備有一被支撑板201支撑的齒條202。齒條 202設於鐵筋混凝土製之坑井203内，該坑井203内而爲了防止坑井水的洩漏被不銹鋼板之内襯2 0 4披覆。又，此坑井2 0 3内經常被硼酸木填滿。此使用後之燃料池2 〇〇係使用角管1構成，故中子吸收能高，且可確保其構造健全性。因此，可有效防止使用後之燃料集合體達到臨界。【實施例】當上述實施形態1之鋁複合材料製造時，係使用；13八6^^〇1 者作爲A1粉末，其平均粒徑爲70 e m。B化合物係使用平均粒徑爲9 之IC粉末。又，此b4C粉末之添加量爲5 重量％。此粒子係微細分散於A1合金中而成爲移位之滑動障礙，使強度提昇。其次，於第三粒子之原料粉末係使用Al2〇3、B N、S i C、ΖγΒ2，其平均粒徑及添加量設定如下。 [表1 ] 請閑讀背之注意事項J Μ 填寫本頁裝訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製材質平均粒徑& m) 添加量(mass%) Α1203 0.5 5 Α1203 ^ 5 '~~~ 5 Α1203 20 5 Α1203 0.5 0.05 Α1203 05 1 Α1203 一 05~~" 35 SiC " 3 '~~ 5 BN ~ 3 '— 5 ZrB2 " 3 " 5 -22- 497104 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 又，Μ A係以如下之條件實施。又，圖1 4係以下述條件進行MA處理時且表示A1合金之模式圖。在同圖中，符號 141表示A1，符號142爲B4C粒子，符號1 43爲第三粒子。[表2] 旋轉數球粒氣體 SUJ-2 Ar 300RPM 3/8英吋 (17.5kgf) (0.51/min) 粉末量研磨助劑 MA時間乙醇：18cc 0.5Hr 600克/批次 (30cc/粉轴g) l.OHr lO.OHr 如此所製成之A1合金粉末以10 %鹽酸溶解後，未溶解之 B4C粒子與第三粒子經過濾、乾燥而以電子顯微鏡觀察，求取其平均粒徑。其結果表示於以下之表中。 [表3] (請先閲讀背面之注意事填 -裝-- 寫本頁)

、1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製材質平均粒徑〇 m) 添加量(mass%) MA後之平均粒徑〇 m) A1203 0.5 5 0.3 A1203 5 5 1 AI203 20 5 13 A1203 0.5 0.05 0.4 A1203 0.5 1 0.3 A1203 0.5 ^ 35 0.3 SiC 3 5 1 BN 3 5 0.8 ZrB2 3 5 0.9 繼而，使用一以上述Μ A所製造之A1合金粉末而測定抗拉強度及破斷延伸。首先，於石墨模具中裝入MA粉末， -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐）、發明説明（21 以抽眞空之狀態 ^ ’耻反500 C下加鼽嬙牡，塑屮士， mm、高度4〇mm之成形轉 ”、、钇、、° I成直徑40 4Λ ^ 成形。繼而，使押出比爲2 5，古〇 40 mm或小至8 rnm 直彼 ,Κ ξΛν ^ ，以此作爲棒狀之試驗片。其後，I 武驗片在200°c下俣社，六便，將此 i、益m 保持1 0 0小時，冷卻後，加工成試騎^泛可適用於試驗之形壯^ A 4驗片眚狀。抗拉試驗係於2〇〇°C之溫度條件下實施。其結果表示於下矣击^ 、、又餘件下 I作爲比較用之試驗片。 1 〇係[表4 ] 材質平均粒徑 (Am) 添加量 (mass%) —ΜΑ後之平均粒徑〇m) 抗拉程度 (MPa) 破斷延伸 (%)

Νο·3,4,6，1〇 :比較例 (請先閲讀背面之注意事項填寫本頁} 裝 -訂經濟部中央榡準局員工消費合作杜印製只驗之結果’添加第三粒子之各試驗片1、2、5、7、 8、9對於抗拉強度均可得到3〇〇 Mpa以上之高強度。對於破斷延伸亦可得到4 %以上之較佳結果。然而，作爲比較例之試驗片3中，MA後之第三粒子的平均粒徑爲 13 " m，此時不僅無法得到充分的抗拉強度，亦比未添加第三粒子之試驗片1〇的値還低。又，對於試驗片3之破斷 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）經濟部中央標準局員工消費合作社印装 497104 A7 ------ —___B7 五、發明説明（22 ) ^伸亦爲2%左右’無法得到充分者。試驗片4係雖使第二粒子之添加量爲0.05重量％，但比未添加第三粒子之驗片10在抗拉強度及破斷延伸上並無很大的變化。對於試驗片6因第三粒子之添加量爲35重量％ ,雖可得到充分的抗拉強度’但破斷延伸會低至1 %之値。從以上可知第三粒子具有可促進1C粒子引起之滑動抑制效果，其添加量爲〇· i重量％以上3 0重量以下之範圍，並使A1基質中之第三粒子平均粒徑爲〇〇1 "瓜以上ι〇 "瓜以下，可提昇強度及破斷延伸。又，不使、用氧化物（試驗片1、2、5 )而使用碳化物（試驗片7)、氮化物（試驗片 8)、硼化物（試驗片9)作爲第三粒子時，亦可提高強度及破斷延伸。【發明之效果】如以上説明般，在本發明之鋁複合粉末中係使用機械合金化’對於鋁基質而使中子吸收材與第三粒子分散，可大大地提高材料之強度。尤其，使所分散之第三粒子的添加量爲0 · 1重量％以上3 0重量％以下，可得到適當的結果。又’以在铭基質中之第三粒子的平均粒徑爲〇〇 im以上 10 A m以下之方式，添加第三粒子，可進一步得到適宜的結果。繼而，在鋁複合粉末中’，宜使中子吸收材之添加量爲i 重量％以上2 0重量％以下，進一步，宜使所添加之粉末狀中子吸收材的平均粒徑爲〇.〇1 Am以上100 "m以下。如此一來，可得到必要之韌性同時並能防止強度之降低。 -25- 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） ' --*-------裝-- (請先閲讀背面之注意事寫本頁) 訂 •I線 A7 B7 五、發明説明（23 又’在本發明中之鋁末中添加中予吸“物禾的“万法中，係於A1救子，此等於太一 $一步再添加氧化物等之第三粒刀精機械合金化而在A1基質一吸收材及第二夢；^ 月T巧刀敢T于 I子，故可得到非常大的強度。又：在本發明之鋁複合粉末的製造方法中，係使氧化皮膜形成於鋁粉末的矣Λ 4 7、 u 甘從乳亿反 + s π +瞒進行機械合金化，俾剝離粉碎此氧化皮而分教叙其士 . 刀敢鋁基貝中。如此一來，可省略製造第三粒子之麻煩同時並省略筐― 一肩略罘二粒子心添加步驟，可很容易進行鋁複合粉末之製造。本發明I鋁複合材料中，係於燒結體之鋁基質中，含有中子吸收# &、由氧化物、氮化物、竣化物或硼化物所構成之第三元素，故可得到高強度之複合材料。尤其，第二粒子I含量爲O.i重量％以上3〇重量％以下，可得到適苴的結果，其平均粒徑爲0.01 以上10 以下，可進一步得到適當的結果。經濟部中央榡準局員工消費合作社印裝繼而，在上述鋁複合材料中，係使其中子吸收材之含量爲1重量％以上20重量％以下，使所添加之粉末狀中子吸收材之平均梪徑爲0·01 以上1〇〇以下，俾可得到必要的勃性同時並可防止強度之降低。本發明之使用後的燃料貯藏部件之製造方法中，係混合紹粉末、中子吸收材粉末及第三粒子，使混合粉末形成預備成形體，該預備成形體裝罐後燒結。因此，可製造高品質之使用後的燃料貯藏部件。又，藉熱壓或HIP進行燒結，進一步可製造高品質且高強度之使用後的燃料貯藏部 -26- 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 497104 A7 B7 五、發明説明（24 經濟部中央標準局員工消費合作社印製件。發明之使用後的燃料貯藏部件之法中，進行眞空燒結’故不須外削等之機械加工， 2，以化製造步驟。其結果，可極廉價製造使用後之造高品質的使用後之燃料野藏：t，俾可以廉價製又，在本發明之使用後的燃料貯藏部件之製造 Γί預備t體進行放電燒結，故短時間内燒結會完成。放-煻：如：製造效率。又’藉由使用放電電漿燒結作爲放电燒一俾燒結性佳，可以低成本得到高品質之鋼胚。又，在本發明之使用後燃料貯藏部件的製造方法中，係以上述方法押出所製造之鋼胚’俾可很容易製造使用後之燃料貯藏部件管或棒體。又，在本發明之使用後燃料貯藏部件之製造方法中，係，用機械合金化，對於姉末而精粉碎之中子吸收材及第三粒子陷入之方式分散。因此’可防止燒結時之凝集，故使用此而製造之使用後燃料貯藏部件的成分會變成均質，可提高機械強度。【圖面之簡單説明】圖1係表示角管之斷面圖。圖2係本發明實施形態〗之角管的製造方法之流程圖。圖3係本發明實施形態2之角管的製造方法之流程圖。圖4係用於此角管的製造方法之眞空熱壓裝置的構圖0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 ,ιτ 線 -27-

圖5係本發明實施形態3之角管的製造方法之流程圖。圖6係用於此角管之製造方法的放電電漿燒結裝置構成圖。圖7係本發明實施形態4之角管製造方法所使用的碾壓機研磨機之構成圖。圖8係表示以ΜA所製造之高能量粉末的擴大圖。圖9係用以實施本發明實施形態5之製造方法，其粉末製造裝置的概略構成圖。圖10表示以圖9所示之粉末製造裝置製造成的粉末説明圖。圖1 1係表示平板式之齒條的斜視圖。圖1 2係表示使用後之燃料集合體的説明圖。圖1 3係表不桶罐之斜視圖0 圖1 4係表示以特定條件進行Μ A處理時之A1合金的模式圖。 [符號説明] (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 1 角管 1 00 桶罐 10 1 胴本體 1 02 腔體 104 底板 105 外筒 106 樹脂 1 07 内部尾翅線 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 497104 A7 B7 五、發明説明（26 ) 1 0 8 熱膨脹壁 1 0 9 蓋部 1 1 0 —次蓋 111 二次蓋 1 1 5 補助遮蔽體 1 1 6 桶罐本體 1 1 7 樞軸 1 1 8 緩衝體 1 3 0 籃子 1 3 1 格室 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

Claims

A BCD 第090110747號專利申請案中文申請專利範圍修正本(91年6月） 1· 一種鋁複合粉末，其特徵在於：使用機械合金化，對於鋁基質使一經機械合金化粉碎之中子吸收材與由氧化物、氮化物、碳化物、或硼化物所構成之第三粒子分散。 2·根據申請專利範圍第1項之鋁複合粉末，其中第三粒子之添加量為0 · 1重量％以上3 〇重量。/。以下。 3·根據申請專利範圍第1或2項之鋁複合粉末，其中鋁基質中之第三粒子的平均粒徑為〇〇1 以上1〇以下。 4·根據申請專利範圍第丨或2項之鋁複合粉末，其中中子吸收材之添加量為1重量％以上2 〇重量％以下。 5·根據申請專利範圍第丨或2項之鋁複合粉末，所添加之粉末狀中子吸收材的平均粒徑為〇〇1 以上1〇〇 #^以下。 6· —種鋁複合粉末之製造方法，其特徵在於包括如下步驟·· 將作為基質材之銘粉末、中子吸收材、與由氧化物、氮化物、碳化物、或硼化物所構成之第三粒子進行混合；將孩混合粉末機械合金化，以使粉碎於鋁基質中之中子吸收材及第三粒子分散。 7.根據申請專利範圍第6項之鋁複合粉末之製造方法，其中包括如下步驟： ' 於鋁粉末之表面預先形成氧化皮膜；以機械合金化，使形成於叙於古本、风、鋁和末表面又氧化皮膜混入 497104 六申請專利icnzz 於複合粉末中作為氧化物。 8· —種錯複合材料’其特徵在於··於鋁基質中含有中子吸收材與由氧化物、氮化物、碳化物、或硼化物所構成之第三元素。 9·根據申請專利範圍第8項之鋁複合材料，其中第三粒子之含量為0· 1重量％以上3 〇重量％以下。 10·根據申請專利範圍第8或9項之鋁複合材料，其中鋁基質中之第三粒子的平均粒徑為〇〇1 以上1〇以下。 11·根據申請專利範圍第8或9項之鋁複合材料，其中中子吸收材之含量為丨重量％以上2 〇重量％以下。 12·根據申請專利範圍第8或9項之鋁複合材料，所添加之粉末狀中子吸收材的平均粒徑為〇·〇1 以上1〇〇下。 13·種使用後之燃料聍藏部件的製造方法，製造一用於使用後之燃料貯藏的部件中，其特徵在於包含如下步驟、：使鋁粉末、中性吸收材粉末及由含氧化物、氮化物、碳化物、或硼化物之第三元素進行混合之步驟·· 上述混合粉末預備成形之步驟；使預備成形體裝罐之步驟；燒結經裝罐之預備成形體的步驟。 Η·根據申請專利範圍第13項之使用後之燃料貯藏部件的製造万法’其中進-步藉„或熱間靜水壓成形法述燒結。 15· —種使用後之燃料貯藏部件的製』衣坆万法，製造一用於使 -2 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐）用^燃㈣藏的部件中，其特徵在於包含，粉末、中性吸收材粉末及由含氧化物 '氮蚊化物、或硼化物之第三元素進行混合之步帮物、使上述混合粉末進行常壓燒結或真空燒結之步贤。巾5月專利範園第15項之使用後之燃料野藏部件 ^法，其巾進-步藉真空熱壓進行上述燒結的1 17. 一種使用後之燃料貯藏部件的製造方法，迕用，之燃料野藏的部件中，其特徵在於包含用於使使銘粉末與中性吸收材粉末混合之步驟；以冷間靜水壓成形法形成預備成形體之步驟；使預備成形體進行放電燒結之步驟。製燒队:據申請專利範圍第17項之使用後之野 ;方法’其中進一步藉放電電漿燒結進行上减::；燃法 19. ^據中請專利範圍第14至18項中任_者之使科貯藏部件的製造方法，其中進一步包含 < 形成角管或構成角管之板材的步驟。曰、形燃法一〇.根據申清專利範圍第1 4至1 8項中任一者之 ) 燃中 ^成了藏=件的製造方法，其中進一步包含藉押小成一***於使用後之燃料導引管的棒體之步驟。乂 21.根據申請專利範圍第14至18項中任_者之4 :、料貯藏部件的製造方法，其中進一步包用後〈使用機械合金化。 ~括於上述混合 -3 -本紙張尺度相中® ®家#邮卿A4規格(210X297公釐） 497104 第090110747號專利申請案中文圖式修正頁(91年6月）

497104 第090110747號專利申請案中文圖式修正頁(91年6月）

圖6 497104 第090110747號專利申請案中文圖式修正頁(91年6月）

圖9 497104 第090110747號專利申請案中文圖式修正頁(91年6月） a 一〇

00 497104 第090110747號專利申請案中文圖式修正頁(91年6月）

2

圖11