[보고서]중성자 차폐용 Al 복합소재 설계 및 공정기술 개발

조승찬

중성자 차폐용 Al 복합소재 설계 및 공정기술 개발
Development of process technology and design of Al composite materials for neutron shielding 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국기계연구원 Korea Institute of Machinery and Materials
연구책임자	조승찬
참여연구자	조일국 , 이동현 , 신상민 , 고성민 , 장유진
보고서유형	2단계보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2019-01
과제시작연도	2018
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
등록번호	TRKO201900001679
과제고유번호	1711080142
사업명	재료연구소연구운영비지원(주요사업비)
DB 구축일자	2019-06-01
키워드	중성자 흡수.사용후핵연료.알루미늄.보론 카바이드.금속복합재료.Neutron absorbing.Spent nuclear fuel.Aluminum.Boron carbide.Metal matrix composite.
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201900001679

초록 ▼

○ 용탕 교반 공정 개발 및 공정 개선을 통하여 B₄C의 분산성을 향상시킨 5~20vol.% B4C/Al 금속복합소재를 제조하였으며 시행오차에 의해 실험적으로 진행되던 용탕교반 공정에 대하여 공정 해석 및 모델링 기법을 개발

○ 고온환경으로 관찰이 불가능한 용탕교반 공정 모니터링의 기반기술을 개발함. 원격으로 토크를 측정하는 시스템을 구성하는 것에 성공함으로써 토크 측정으로 교반시스템 내의 점도변화를 관찰 할 수 있으며, 이를 이용하여 용탕교반공정 중의 강화재의 분산도를 예측할 수 있는 기술 개발

○ 열간압연공정을 이용하여 체적률별 B₄C/Al6061 판재 및 표면에 Al층을 형성시킨 복합구조의 B₄C/Al 복합소재를 개발. 이러한 표면 Al층 형성을 통하여 중성자와 B₄C의 반응에 의한 헬륨가스 형성시 발생할수 있는 B₄C 입자의 탈락을 방지할 수 있으며 또한 표면조도, 내부식성, 내산화성 등에도 좋은 영향을 미칠 것으로 기대됨

○ 분말야금 공정으로 제조한 해외 선진사 제품 대비 우수한 상/고온 인장강도와 열전도도를 가지는 B₄C/Al6061 복합소재를 주조기반 공정으로 개발

○ 한국표준과학연구원에서 중성자 차폐율을 측정한 결과 20vol.% B₄C/Al6061 복합소재의 경우 1.7mm 두께에서 약 90.6% 중성자를 차폐하여 Metamic에 근접한 성능을 구현. 향후 체적율을 증가시키고 분산성을 향상시킬 경우 우수한 중성자 흡수능을 가지는 B₄C/Al 복합소재를 주조공정 기반으로 제조가 가능할 것으로 예상

(출처 : 초록 3p)

Abstract ▼

Ⅱ. The purpose and need for R&D
< Objective > Development of high-efficiency neutron-absorbing Al composite material for spent fuel transportation / storage cask using unique liquid process and rolling process

< Necessity > Need to develop self-manufacturing technology of neutron absorbing

Ⅱ. The purpose and need for R&D
< Objective > Development of high-efficiency neutron-absorbing Al composite material for spent fuel transportation / storage cask using unique liquid process and rolling process

< Necessity > Need to develop self-manufacturing technology of neutron absorbing material for cask which is imported from foreign manufacturers such as Ceradyne, Metamic, HOLTEC

Ⅲ. R&D contents and scope
- Development of neutron absorbing B₄C-Al composite based on stir casting process
- Development of monitoring system for stir casting process
- Development of neutron absorbing B₄C-Al composite based on liquid pressing process
- Development of neutron absorbing B₄C-Al composite plate using hot rolling process
- Evaluation method and system development for quantitative analysis of reinforcement dispersion in metal matrix composites
- Evaluation of neutron absorbing and thermo-mechanical properties of B₄C-Al composite

Ⅳ. Results of R&D (Quantitative goals)
- 2 SCI papers (including 1 top 10% SCI papers)
- 2 patents related to material and evaluation method for reinforcement dispersion(including 1 PCT patent)

Ⅴ. Application plan of the R&D results
- Establishment of property database for material system
- Maximization of neutron absorbing, thermo-mechanical properties and industrialization process development

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

표지 ... 1
제 출 문 ... 2
보고서 초록 ... 3
요 약 문 ... 4
SUMMARY ... 5
CONTENTS ... 6
목차 ... 7
제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 8
제 1 절 연구개발 목표 및 범위 ... 8
제 2 절 연구개발 필요성 ... 8
제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 14
제 1 절 해외 기술개발 동향 ... 14
제 2 절 국내 기술개발 동향 ... 15
제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 18
제 1 절 용탕교반 공정을 이용한 B4C/Al 복합소재 개발 ... 18
제 2 절 열간압연 공정을 이용한 B4C/Al 복합소재 판재 개발 ... 28
제 3 중성자 흡수 B4C/Al 복합소재 특성 평가 ... 35
제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 39
제 1 절 기술적 성과목표(정량적 목표) 달성도 ... 39
제 2 절 계량적 성과목표 달성도 ... 39
제 3 절 관련분야에의 기여도 ... 39
제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 40
제 6 장 참고문헌 ... 41
끝페이지 ... 42

표/그림 (3)

표 원전별 사용후핵연료 저장시설 현황 및 포화년도

표 금속계 중성자 차폐체 개발동향

표 중성자 흡수소재 기술 – 국내 선도연구기관

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