特許 7606793 放射線遮蔽機能を有する複合体及び放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】放射線遮蔽機能を有する複合体及び放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 1/08 20060101AFI20241219BHJP

   G21F 1/10 20060101ALI20241219BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20241219BHJP

   B22F 3/11 20060101ALI20241219BHJP

   C22C 1/08 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

G21F1/08

G21F1/10

B22F1/00 N

B22F3/11 B

C22C1/08 E

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024120809

(22)【出願日】2024-07-26

【審査請求日】2024-08-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515243372

【氏名又は名称】アドバンスコンポジット株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098707

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 利英子

(74)【代理人】

【識別番号】100135987

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 重慶

(74)【代理人】

【識別番号】100168033

【弁理士】

【氏名又は名称】竹山 圭太

(74)【代理人】

【識別番号】100161377

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 薫

(72)【発明者】

【氏名】林 睦夫

(72)【発明者】

【氏名】服部 淳一

(72)【発明者】

【氏名】勝亦 修平

(72)【発明者】

【氏名】一尾 昌尚

(72)【発明者】

【氏名】落合 翔梧

【審査官】後藤 慎平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１２１５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９４４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１００１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３２３２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第４４２６２９３（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｆ １／００－７／０６

Ｂ２２Ｆ １／００

Ｂ２２Ｆ ３／１１

Ｃ２２Ｃ １／０８

Ｃ０４Ｂ ４１／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線遮蔽効果がある粉体が複合化されてなる該粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体であって、
酸化ガドリニウム粉末、炭化ホウ素粉末、ホウ素粉末、酸化ホウ素粉末、硫酸バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、タングステン粉末、酸化タングステン粉末、タングステンカーバイド粉末、モリブデン粉末、酸化モリブデン粉末、鉄粉末、酸化鉄粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の前記放射線遮蔽効果がある粉体と、粉末状ではないシリカ系バインダーとを含有してなる混合物からなる成形・焼成物である多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙の全部に、溶融した、融点が２００℃以上９００℃以下である、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金の少なくともいずれかが含浸・充填されて固化して複合化されてなる構成の、或いは、該多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙の少なくとも２５体積％以上に、液状の有機無機封孔剤が含浸されて固化して複合化されてなる構成のものであり、且つ、
前記粉末状ではないシリカ系バインダーが、液状シリコーン樹脂又はシリコーン樹脂を有機溶媒に溶解してなるシリコーン樹脂溶液及び９００℃以下の温度で加熱硬化してなるシリカと有機物からなるシリカアルコキシドからなる群から選ばれる少なくともいずれかである液状のシリカ系バインダーであって、前記放射線遮蔽粉体が分解されることのない温度で前記成形・焼成物である多孔質の成型体（プリフォーム）を形成できる特性のものであることを特徴とする放射線遮蔽機能を有する複合体。

【請求項2】

前記混合物は、前記放射線遮蔽粉体１００質量部に対して、前記液状のシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量部添加されてなるものである請求項１に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体。

【請求項3】

前記液状有機無機封孔剤が、前記多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙内に有機無機封孔剤の固化物及び／又は有機無機封孔剤の加熱処理物として存在しており、該有機無機封孔剤の固化物及び／又は該有機無機封孔剤の加熱処理物が、含浸される前における多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙１００体積％のうちの２５体積％以上を占めてなり、且つ、含浸後におけるプリフォーム全体を１００体積％とした場合に、５体積％以上を前記有機無機封孔剤の固化物及び／又は有機無機封孔剤の加熱処理物が占める請求項１に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体。

【請求項4】

前記液状の有機無機封孔剤が、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下の低粘性で、且つ、不揮発成分を３０質量％以上含有してなる、
メチルシリケートＳｉ（ＯＣＨ_３）_４或いは該メチルシリケートが一部加水分解してなる２量体、４量体のオリゴマーとし、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整された液状メチルシリケート化合物、
エチルシリケートＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４或いは該エチルシリケートが一部加水分解してなる２量体、４量体のオリゴマーとし、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整された液状エチルシリケート化合物、
シロキサン結合を有し、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整されたシリコーン樹脂或いはその誘導体、
アルコキシシラン誘導体であって、空気中の水分と反応して縮合反応して、シリコーン酸素有機物（Ｓｉ－Ｏ－Ｒ）を生成する液状のアルコキシシラン化合物からなる群から選ばれる少なくともいずれかである、請求項１又は３に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体。

【請求項5】

溶融した、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金の少なくともいずれかをマトリックスとし、放射線遮蔽効果がある粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体を調製するための複合体の製造方法であって、
酸化ガドリニウム粉末、炭化ホウ素粉末、酸化ホウ素粉末、ホウ素粉末、硫酸バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、タングステン粉末、酸化タングステン粉末、タングステンカーバイド粉末、モリブデン粉末、酸化モリブデン粉末、鉄粉末、酸化鉄粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の前記放射線遮蔽効果がある粉体に、粉末状ではないシリカ系バインダーを加えて混合してなる混合物を成形した後に、得られた成型体を３００℃以上、９００℃以下の温度で焼成して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程、該工程で使用する前記粉末状ではないシリカ系バインダーが、液状シリコーン樹脂又はシリコーン樹脂を有機溶媒に溶解してなるシリコーン樹脂溶液及び９００℃以下の温度で加熱硬化してなるシリカと有機物からなるシリカアルコキシドからなる群から選ばれる少なくともいずれかである液状のシリカ系バインダーであり、及び、
該工程で得た多孔質成型体（プリフォーム）に、３００℃以上、９００℃以下の温度で溶融した、融点が２００℃以上、９００℃以下である、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金の少なくともいずれかの溶湯を鋳造して、２０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以下の高圧で、前記多孔質成型体（プリフォーム）内に前記溶湯の含浸をさせる目的で３分間～１５分間保持した後に、前記溶湯が含浸した状態の複合体を１５分間以内に取り出して冷却して、該複合体中の放射線遮蔽粉体の分解を抑制する工程、を有することを特徴とする放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【請求項6】

放射線遮蔽効果がある粉体が複合化されてなる該粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる複合体を調製する放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法であって、
酸化ガドリニウム粉末、炭化ホウ素粉末、酸化ホウ素粉末、ホウ素粉末、硫酸バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、タングステン粉末、酸化タングステン粉末、タングステンカーバイド粉末、モリブデン粉末、酸化モリブデン粉末、鉄粉末、酸化鉄粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の前記放射線遮蔽効果がある粉体に、粉末状ではないシリカ系バインダーを加えて混合してなる混合物を成形した後に、得られた成型体を３００℃以上、９００℃以下の温度で焼成して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程、
該多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程で得た多孔質成型体（プリフォーム）の空隙に、不揮発成分を３０質量％以上含有した粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である液状の有機無機封孔剤を、真空含浸させた後、或いは、真空含浸後に加圧して１０気圧以下の圧力で含浸させた後、２００℃以上、９００℃以下の温度に加熱して、前記液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物を、前記多孔質成型体（プリフォーム）の空隙１００体積％対して２５体積％以上残存させて、前記放射線遮蔽粉体と液状の前記有機無機封孔剤に由来する成分と複合化する複合化工程、を有することを特徴とする放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【請求項7】

前記液状の有機無機封孔剤が、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下の低粘性で、且つ、不揮発成分を３０質量％以上含有してなる、
メチルシリケートＳｉ（ＯＣＨ_３）_４或いは該メチルシリケートが一部加水分解してなる２量体、４量体のオリゴマーとし、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整された液状メチルシリケート化合物、
エチルシリケートＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４或いは該エチルシリケートが一部加水分解してなる２量体、４量体のオリゴマーとし、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整された液状エチルシリケート化合物、
シロキサン結合を有し、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整されたシリコーン樹脂或いはその誘導体、
アルコキシシラン誘導体であって、空気中の水分と反応して縮合反応して、シリコーン酸素有機物（Ｓｉ－Ｏ－Ｒ）を生成する液状のアルコキシシラン化合物からなる群から選ばれる少なくともいずれかである、請求項６に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【請求項8】

前記混合物は、前記放射線遮蔽粉体１００質量部に対して、前記液状のシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量部添加されてなるものである請求項５又は６に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【請求項9】

さらに、前記多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程で、前記放射線遮蔽粉体にアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末又はセラミックス粉末を加えて、該アルミニウム金属粉末又はアルミニウム合金粉末又は該セラミックス粉末と前記放射線遮蔽粉体との合計を１００質量％とした場合に、前記粉末状ではないシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量％添加して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する請求項５に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線遮蔽機能を有する複合体及び放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法に関する。詳しくは、放射線遮蔽効果がある特定の無機質粉末又は金属粉末である、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）粉末、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）粉末、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）粉末、ホウ素（Ｂ）粉末、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）粉末、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）粉末、タングステン（Ｗ）粉末、酸化タングステン（Ｗ_２Ｏ_３）粉末、タングステンカーバイド（ＷＣ）粉末、モリブデン（Ｍｏ）粉末、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）粉末、鉄（Ｆｅ）粉末、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末（以下、これらをまとめて放射線遮蔽粉体群とも呼ぶ）から選ばれる少なくともいずれかを含む多孔質のプリフォームの空隙に、融点が２００℃以上９００℃以下である、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金の少なくともいずれかの溶湯を含浸させて固化してなる複合体、或いは、液状の有機無機封孔剤を含浸させて加熱処理して固化して複合化してなる放射線遮蔽機能を有する複合体（以下、これらを単に複合体とも呼ぶ）及びその製造方法に関する。特に、本発明は、上記に挙げた放射線遮蔽粉体の分解が抑制された状態で放射線遮蔽粉体が複合化されてなる複合体の実現を可能にできる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

医療現場では、医療機器や医療設備で生じるＸ線、放射線を考慮して、放射線を遮蔽する遮蔽物材が使用されている。また、原子力産業では、未使用の核燃料の取扱や保管のため、容器や装置にＸ線、ガンマ線、中性子線等の放射線を遮蔽する材料が使用されている。放射線遮蔽材料には、放射線を遮蔽すると共に核連鎖反応を防止するため放熱性が良好な遮蔽材料が求められる。放射線遮蔽材料としては、例えば、鉛（Ｐｂ）やタングステン（Ｗ）等の金属を使用するのが一般的であるが、近年、特に、放射線遮蔽効果が求められる構造部材に対して、軽量で、高放熱性で、且つ、放射線遮蔽効果の大きい放射線遮蔽材料が求められるようになってきている。

【0003】

従来の放射線遮蔽材料は、金属鉛や金属タングステンを使用するのが一般的である。しかし、これらの材料は比重が大きく、比重が大きい材料で作製された構造物材はかなり重くなるため、その使用範囲は限られていた。下記に挙げるように、軽量な放射線遮蔽効果がある構造体を作製するため、放射線遮蔽効果があって比重が小さいＢ_４Ｃ粉末やＢａＳＯ_４粉末を樹脂又は金属と複合化した材料が提案されている。しかし、構造体中における、これらの放射線遮蔽効果がある粉末の含有量が低く、その応用範囲が限定されるという問題点があった。

【0004】

特許文献１では、下記のようなＢ_４Ｃを含有してなるアルミニウム放射線遮蔽体を製造する方法が提案されている。具体的には、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）粉末とアルミニウム粉末からなる混合粉末の圧粉体を作製し、真空焼結、ＨＩＰ、ホットプレスで焼結温度が１０～５０℃の低い温度で焼結し、Ｂ_４Ｃとアルミニウムをなじませてから加熱溶解して鋳造した放射線遮蔽体が提案されている。この方法では、放射線遮蔽体中のＢ_４Ｃの含有量は０．５～５質量％以下の範囲に限られており、それ以上の含有量では鋳造溶湯の粘性が高くなり鋳造が困難とされている。従って、放射線遮蔽効果がより大きい、Ｂ_４Ｃの含有量が５ｖ％を超える放射線遮蔽体を製造するのが困難であった。

【0005】

また、特許文献２には、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）粒子と、ホウ酸アルミニウムウイスカーの混合物に無機バインダーなどを添加して成形し、成形物をアルゴン雰囲気中で、１２５０℃で４時間の高温条件で焼結してプリフォームを作製し、該プリフォームにアルミニウム合金の溶湯を高圧で含浸して放射線遮蔽複合体を作製することが開示されている。この方法では、炭化ホウ素とセラミックスウイスカーとを混合すること、また、１１００～１４００℃の高い温度で焼結することでアルミニウムの高圧含浸に耐えるプリフォームを作製して、アルミニウム合金の溶湯を含浸し、複合体を作製している。この方法は、プリフォームを高温で作製しなければならないのでコストが高く、さらに、炭化ホウ素の含有量が１～１５ｗ％しか含有できないという問題点があり、放射線遮蔽複合体中の炭化ホウ素の含有率を高くできなかった。

【0006】

また、特許文献３には、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）に代表されるホウ素含有セラミック粉末と、アルミニウムを含んでなる金属粉末の混合物から作製されたプリフォームの頂部に、５８０℃～６１０℃で溶融するアルミニウム合金の固体片を置き、該固体片が溶融する溶浸温度に加熱して１分間～２４時間かけて溶浸して、複合体を得ることが開示されている。本発明者らの検討によれば、この方法では、プリフォームにアルミニウム合金を自然含浸（溶浸）させているので長時間反応させる必要があり、また、空気中に不安定なＡｌ_４Ｃ_３ができるのと、プリフォームへの含浸が１００％行かない場合があり、緻密で安定した放射線遮蔽複合体を得ることができなかった。

【0007】

また、特許文献４では、炭化ホウ素粉末、アルミニウム合金粉末の混合粉、或いは、その混合圧粉体を所定の温度まで加熱して保持し、半溶融状態にある条件下で鍛造成形又は圧延成形して複合体を製造する方法が提案されている。本発明者らの検討によれば、この方法では、高温で成形するので面積が大きな複合体や肉厚の複合体を製造することができなかった。また、この技術では半溶融の状態で強制的に鍛造するので、放射線遮蔽粉体とアルミニミウム合金が不均一になったり、１０ｍｍ以上の肉厚な製品が製造できないという問題があった。

【0008】

また、特許文献５では、ボロンを含むアルミニウム合金の素地にボロン繊維を複合化させた容器用材料が提案されている。しかし、ボロン繊維含有率が未だ低く、また、ボロン繊維が高価であるので使用範囲が限られていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００２－２０８２８号公報

【文献】特開２００３－１２１５９０号公報

【文献】特許第４４２６２９３号公報

【文献】特開昭６０－０９６７４６号公報

【文献】特開平１０－３１９１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上記に挙げたように、従来技術の放射線遮蔽材料は、放射線遮蔽粉体に、金属鉛や金属タングステンを使用する場合は重量が大きくなったり、或いは、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）や硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）に代表される粉末等を用いた場合のいずれの複合体においても、放射線遮蔽効果がある粉末の含有量が低く、また、高い含有量を実現することができていなかった。また、従来技術として、石膏やゴム、或いは樹脂に放射線遮蔽粉末を混合させた素材の提案がされている。しかし、ゴムをマトリックスとして使用した素材の場合は、有機物なので２００℃以上の長時間の使用が困難とされている。また、石膏をマトリックスとした素材の場合は、１００℃以上の温度で長時間使用すると石膏の脱水分解反応が起こり、高温での長時間使用ができないという問題があった。

【0011】

上記した従来技術の実情に対して、本発明者らは、Ｂ_４Ｃ粉末やＢａＳＯ_４粉末、またはその他の、酸化ガドリニウム、酸化ストロンチウム、酸化鉄等の放射線遮蔽粉体の含有率が高い材料（素材）の含有量を低含有率から高含有率までコントロールでき、しかも高温で使用できる材料を調製できる方法が開発されれば、構造部材（構造体）、放射線関連機械の部品としての放射線遮蔽応用範囲が、格段に増えると考えた。また、比重が１０以上と大きいタングステン粉末やモリブデン粉末等の放射線遮蔽粉体であっても、放射線遮蔽効果が安定して発揮できる程度の含有量で他の材料と複合化させ、複合体として軽量な材料にすることができれば、用途によっては使用できるので使用範囲が格段に増えると考えた。

【0012】

本発明者らは、従来技術の実情に対して、実用性の高い放射線遮蔽機能を有する複合体材料として、下記の特性を有するものが待望されているとの認識をもった。すなわち、高強度で放射線遮蔽粉体の含有率が高い、特に、含有率が３ｖ％以上、好ましくは６０ｖ％以上、さらに好ましくは８５ｖ％までのものであって、肉厚が５ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以上で、放射線遮蔽効果が大きく、軽量、大型構造体にも使用できる複合体、建築用壁材、機械の保護構造体、さらには、いずれも熱伝導が大きい、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金（以下、これらを「アルミニウム等」と呼ぶ場合もある）との複合体が待望されているとの認識をもった。なお、低融点金属は亜鉛、錫及び鉛以外であっても本発明の目的を損なわない金属であれば、使用することも可能である。本明細書では、体積％のことを「ｖ％」とも表記し、質量％のことを「ｗ％」とも表記する。

【0013】

従って、本発明の目的は、放射線遮蔽機能を有する粉末（放射線遮蔽粉体）を高い含有率で含む放射線遮蔽効果が大きい新規な構成の複合体を開発することである。また、本発明の目的は、放射線遮蔽粉体が、例えば、３ｖ％～８５ｖ％の低含有率から高含有率まで用途に応じてコントロールされた多様な複合体であって、建築用又は機械を構成する部品や部材などの構造体に必要な程度の強度を持つ複合体を開発することである。さらに、本発明の目的は、耐熱性があり熱伝導が大きいアルミニウム金属粉末又はアルミニウム合金粉末又はセラミックス粉末との複合体で、アルミニウム金属又はアルミニウム合金の溶湯をマトリックスとする、放射線遮蔽粉体との優れた複合体を提供できる新たな技術を開発することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記の目的は、下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明では、下記の放射線遮蔽機能を有する複合体を提供する。
［１］放射線遮蔽効果がある粉体が複合化されてなる該粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体であって、
酸化ガドリニウム粉末、炭化ホウ素粉末、ホウ素粉末、酸化ホウ素粉末、硫酸バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、タングステン粉末、酸化タングステン粉末、タングステンカーバイド粉末、モリブデン粉末、酸化モリブデン粉末、鉄粉末、酸化鉄粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の前記放射線遮蔽効果がある粉体と、粉末状ではないシリカ系バインダーとを含有してなる混合物からなる成形・焼成物である多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙の全部に、溶融した、融点が２００℃以上９００℃以下である、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金の少なくともいずれかが含浸・充填されて固化して複合化されてなる構成の、或いは、該多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙の少なくとも２５体積％以上に、液状の有機無機封孔剤が含浸されて固化して複合化されてなる構成のものであり、且つ、
前記粉末状ではないシリカ系バインダーが、前記放射線遮蔽粉体が分解されることのない温度で前記成形・焼成物である多孔質の成型体（プリフォーム）を形成できる特性のものであることを特徴とする放射線遮蔽機能を有する複合体。

【0015】

上記の放射線遮蔽機能を有する複合体の好ましい形態としては、下記が挙げられる。
［２］前記粉末状ではないシリカ系バインダーが、水ガラス（ケイ酸ソーダ）、コロイダルシリカ、液状シリコーン樹脂又はシリコーン樹脂を有機溶媒に溶解してなるシリコーン樹脂溶液及び９００℃以下の温度で加熱硬化してなるシリカと有機物からなるシリカアルコキシドからなる群から選ばれる少なくともいずれかである液状のシリカ系バインダーであり、前記混合物は、前記放射線遮蔽粉体１００質量部に対して、前記液状のシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量部添加されてなるものである上記［１］に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体。

【0016】

［３］前記液状有機無機封孔剤が、前記多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙内に有機無機封孔剤の固化物及び／又は有機無機封孔剤の加熱処理物として存在しており、該有機無機封孔剤の固化物及び／又は該有機無機封孔剤の加熱処理物が、含浸される前における多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙１００体積％のうちの２５体積％以上を占めてなり、且つ、含浸後におけるプリフォーム全体を１００体積％とした場合に、５体積％以上を前記有機無機封孔剤の固化物及び／又は有機無機封孔剤の加熱処理物が占める上記［１］又は［２］に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体。

【0017】

［４］前記液状の有機無機封孔剤が、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下の低粘性で、且つ、不揮発成分を３０質量％以上含有してなる、
メチルシリケートＳｉ（ＯＣＨ_３）_４或いは該メチルシリケートが一部加水分解してなる２量体、４量体のオリゴマーとし、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整された液状メチルシリケート化合物、
エチルシリケートＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４或いは該エチルシリケートが一部加水分解してなる２量体、４量体のオリゴマーとし、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整された液状エチルシリケート化合物、
シロキサン結合を有し、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整されたシリコーン樹脂或いはその誘導体、
アルコキシシラン誘導体であって、空気中の水分と反応して縮合反応して、シリコーン酸素有機物（Ｓｉ－Ｏ－Ｒ）を生成する液状のアルコキシシラン化合物からなる群から選ばれる少なくともいずれかである、上記［１］～［３］のいずれか１に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体。

【0018】

本発明は、別の実施形態として下記の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法を提供する。
［５］溶融した、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金の少なくともいずれかをマトリックスとし、放射線遮蔽効果がある粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体を調製するための複合体の製造方法であって、
酸化ガドリニウム粉末、炭化ホウ素粉末、酸化ホウ素粉末、ホウ素粉末、硫酸バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、タングステン粉末、酸化タングステン粉末、タングステンカーバイド粉末、モリブデン粉末、酸化モリブデン粉末、鉄粉末、酸化鉄粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の前記放射線遮蔽効果がある粉体に、粉末状ではないシリカ系バインダーを加えて混合してなる混合物を成形した後に、得られた成型体を３００℃以上、９００℃以下の温度で焼成して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程、及び、
該工程で得た多孔質成型体（プリフォーム）に、３００℃以上、９００℃以下の温度で溶融した、融点が２００℃以上、９００℃以下である、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金の少なくともいずれかの溶湯を鋳造して、２０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以下の高圧で、前記多孔質成型体（プリフォーム）内に前記溶湯の含浸をさせる目的で３分間～１５分間保持した後に、前記溶湯が含浸した状態の複合体を１５分間以内に取り出して冷却して、該複合体中の放射線遮蔽粉体の分解を抑制する工程、を有することを特徴とする放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【0019】

［６］放射線遮蔽効果がある粉体が複合化されてなる該粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる複合体を調製する放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法であって、
酸化ガドリニウム粉末、炭化ホウ素粉末、酸化ホウ素粉末、ホウ素粉末、硫酸バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、タングステン粉末、酸化タングステン粉末、タングステンカーバイド粉末、モリブデン粉末、酸化モリブデン粉末、鉄粉末、酸化鉄粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の前記放射線遮蔽効果がある粉体に、粉末状ではないシリカ系バインダーを加えて混合してなる混合物を成形した後に、得られた成型体を３００℃以上、９００℃以下の温度で焼成して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程、
該多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程で得た多孔質成型体（プリフォーム）の空隙に、不揮発成分を３０質量％以上含有した粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である液状の有機無機封孔剤を、真空含浸させた後、或いは、真空含浸後に加圧して１０気圧以下の圧力で含浸させた後、２００℃以上、９００℃以下の温度に加熱して、前記液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物を、前記多孔質成型体（プリフォーム）の空隙１００体積％対して２５体積％以上残存させて、前記放射線遮蔽粉体と液状の前記有機無機封孔剤に由来する成分と複合化する複合化工程、を有することを特徴とする放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【0020】

上記の［５］又は［６］の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法の好ましい形態としては、下記が挙げられる。
［７］前記液状の有機無機封孔剤が、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下の低粘性で、且つ、不揮発成分を３０質量％以上含有してなる、
メチルシリケートＳｉ（ＯＣＨ_３）_４或いは該メチルシリケートが一部加水分解してなる２量体、４量体のオリゴマーとし、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整された液状メチルシリケート化合物、
エチルシリケートＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４或いは該エチルシリケートが一部加水分解してなる２量体、４量体のオリゴマーとし、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整された液状エチルシリケート化合物、
シロキサン結合を有し、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整されたシリコーン樹脂或いはその誘導体、
アルコキシシラン誘導体であって、空気中の水分と反応して縮合反応して、シリコーン酸素有機物（Ｓｉ－Ｏ－Ｒ）を生成する液状のアルコキシシラン化合物からなる群から選ばれる少なくともいずれかである、上記［６］に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【0021】

［８］前記粉末状ではないシリカ系バインダーが、水ガラス（ケイ酸ソーダ）、コロイダルシリカ、液状シリコーン樹脂又はシリコーン樹脂を有機溶媒に溶解してなるシリコーン樹脂溶液及び９００℃以下の温度で加熱硬化してなるシリカと有機物からなるシリカアルコキシドからなる群から選ばれる少なくともいずれかである液状のシリカ系バインダーであり、前記混合物は、前記放射線遮蔽粉体１００質量部に対して、前記液状のシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量部添加されてなるものである上記［５］～［７］のいずれか１に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【0022】

［９］さらに、前記多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程で、前記放射線遮蔽粉体にアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末又はセラミックス粉末を加えて、該アルミニウム金属粉末又はアルミニウム合金粉末又は該セラミックス粉末と前記放射線遮蔽粉体との合計を１００質量％とした場合に、前記粉末状ではないシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量％添加して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する上記［５］又は［８］に記載の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法。

【発明の効果】

【0023】

従来、放射線遮蔽粉末を含む構造体は、アルミニウム、ゴム、樹脂に放射線遮蔽粉末を混合して複合体として製造するのが一般的であった。これに対し、本発明によれば、低充填率から高充填率にコントロールされた放射線遮蔽粉末を含む成型体（プリフォーム）を用いてなる点を同様の構成とし、該成型体（プリフォーム）の空隙の全部にアルミニウム等の溶湯が含浸されて固化した状態で複合化されてなる構成の放射線遮蔽機能を有する複合体、或いは、上記成型体（プリフォーム）の空隙の少なくとも２５体積％以上に、液状の有機無機封孔剤が含浸して固化して複合化されてなる構成の放射線遮蔽機能を有する複合体が安定して提供される。また、本発明の各製造方法を複合体の使用目的に合わせて適用し、上記した２種類の構成を巧みに利用することで、例えば、放射線遮蔽粉体が低充填率から高充填率にコントロールされ、且つ、目的に合った強度を示す優れた放射線遮蔽機能を有する、所望する特性に適合した実用価値の高い各種の複合体を安定して得ることができる。本発明の技術の特徴は、以下の通りである。

【0024】

本発明の第１の特徴は、本発明で規定する、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）粉末、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）粉末、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）粉末、ホウ素（Ｂ）粉末、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）粉末、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）粉末、タングステン（Ｗ）粉末、酸化タングステン（Ｗ_２Ｏ_３）粉末、タングステンカーバイド（ＷＣ）粉末、モリブデン（Ｍｏ）粉末、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）粉末、鉄（Ｆｅ）粉末、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる機能性や特性が異なる多くの放射線遮蔽粉体群から、使用目的等に応じて適宜に選択した１種類又は２種類以上の放射線遮蔽粉体を用いることができる点が挙げられる。すなわち、本発明によれば、単独又は色々な組み合わせの放射線遮蔽粉体から構成されてなる多様な放射線遮蔽複合体の提供が可能になる。

【0025】

本発明の複合体を構成する放射線遮蔽粉体群の内、例えば、ホウ素を含む炭化ホウ素は中性子線に対して、また、タングステン又はタングステンカーバイドはγ線及びＸ線に対して、バリウムを含む硫酸バリウムはＸ線、γ線に対して、それぞれ放射線の遮蔽効果があると言われている。これに対し、本発明によれば、下記に挙げるように、放射線遮蔽機能が異なる多様な構成の複合体の提供が実現可能になる。すなわち、本発明で規定する特定の放射線遮蔽粉体群の各粉末単体と、アルミニウム等の溶湯或いは液状の有機無機封孔剤を含浸させて固化してなる複合体だけでなく、例えば、炭化ホウ素とタングステン、炭化ホウ素と硫酸バリウムの２種類、必要に応じて炭化ホウ素とタングステン、硫酸バリウムの３種類の放射線遮蔽粉体と、アルミニウム等の溶湯或いは液状の有機無機封孔剤を含浸させて固化してなる複合体の提供が可能になる。このように、本発明によれば、本発明で規定する放射線遮蔽粉体を適宜に選択することで、Ｘ線、γ線と中性子線を同時に遮蔽することができる複合体の提供も可能になる。

【0026】

本発明の第２の特徴として、例えば、上記に挙げた種々の放射線遮蔽粉体の粒度や配合の調整、また、必要に応じてアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉体を添加することで、放射線遮蔽粉体の体積率が３ｖ％～８５ｖ％まで自由にコンロールされてなる放射線遮蔽機能を有する複合体の提供が可能であることが挙げられる。本発明によれば、特に、高い遮蔽効果が求められる５０ｖ％以上の放射線遮蔽粉体の充填率（体積率）を実現した放射線遮蔽機能を有する複合体からなる構造体の製造が可能になる。

【0027】

本発明の第３の特徴としては、本発明によって提供される放射線遮蔽機能を有する複合体を、下記の異なる２種類の構成のものにできる点が挙げられる。まず、いずれの構成の場合も、本発明で規定する放射線遮蔽粉体群から選択される１種又は２種類以上の放射線遮蔽粉体と、粉末状ではないシリカ系バインダーとを含有してなる混合物からなる成形・焼成物である多孔質の成型体（プリフォーム）を用いる。そして、該多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙の全部に、溶融した、融点が２００℃以上、９００℃以下である、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金の少なくともいずれかの溶湯が含浸・充填されて固化して複合化されてなる構成の、アルミニウム等をマトリックスとした放射線遮蔽粉体を高い含有率で有する複合体を提供することができる。また、上記した多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙の少なくとも２５体積％以上に、液状の有機無機封孔剤を含浸させた後、２００℃以上、９００℃以下の温度に加熱することで、前記液状の有機無機封孔剤が固化して複合化されてなる、放射線遮蔽粉体を高い含有率で有する別の構成の複合体を提供することができる。

【0028】

さらに、上記したいずれの構成の複合体の場合も、プリフォームを作製する際に用いる粉末状ではないシリカ系バインダーが、複合化に用いる放射線遮蔽粉体が分解されることのない温度で、プリフォームを形成できる特性のものであることで、下記の効果が得られる。すなわち、このように構成されてなることで、本発明の放射線遮蔽機能を有する複合体は、本発明で規定する放射線遮蔽粉体が、アルミニウム等又は有機無機封孔剤で結合されてなる強度が高いものになり、加えて使用した放射線遮蔽粉体が分解されることがなく、３００℃以上の高温度でも使用できるものになる。以下、本発明の明細書でいう「溶融したアルミニウム」或いは「アルミニウム溶湯」とは、溶融したアルミニウム金属を代表例として記載しものである。すなわち、本発明の明細書では、「溶融したアルミニウム」或いは「アルミニウム溶湯」の語を、溶融したアルミニウム金属のみならず、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金（例えば、錫や鉛を主成分とした低融点合金のはんだ類や、亜鉛合金等）の溶湯も含む意味で記載している。本発明の明細書で「アルミニウム溶湯」と表現している中の、低融点金属又は該低融点合金は、融点が２００℃以上のものを意味している。また、本発明では、融点が３００℃以上である低融点金属又は該低融点合金を用いることが好ましい。すなわち、本発明者らの検討によれば、融点が３００℃未満である低融点金属又は低融点合金を用いた場合は、その用途によっては得られる複合体の耐熱性が十分でない場合があるので好ましくない。

【0029】

本発明の第４の特徴は、本発明者らの検討によれば、放射線遮蔽粉体と複合化する際の溶湯として高温で溶融したアルミニウム金属或いはアルミニウム合金を用いた場合には、下記の課題があったが、この点の問題が解決できた点が挙げられる。本発明によれば、例えば、アルミニウムとの反応で空気中の水分との分解反応を示すＡｌ_４Ｃ_３が生成する炭化ホウ素や、溶融したアルミニウムとの高温での反応によるＡｌ_２Ｏ_３、ＢａＯとＳＯ_２への分解反応が生じる硫酸バリウムや、９００℃超の温度で、酸化劣化、熱分解、不安定物質の生成が生じる、硫酸ストロンチウム、タングステン、鉄粉末、ホウ酸アルミニウムのような放射線遮蔽粉体であっても原料として利用することができ、安定して３００℃以上の温度でも使用可能な複合体を製造することができる。したがって、本発明で規定した通りの多種多様な放射線遮蔽粉体の利用が可能になるので、本発明によれば、複合体の応用範囲を格段に広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

図１は、第一の製造方法で行う、プリフォーム２にアルミニウム溶湯１で鋳造する様子を示す模式図である。

【図1A】プレス機１０の金型内に加熱したプリフォーム２を設置し、アルミニウム溶湯１を注ぐことを示す模式図である。

【図1B】高圧プレスの上パンチ５と下パンチ４でプリフォーム２にアルミニウム溶湯１を鋳造後、含浸させる様子を示す模式図である。

【図1C】冷却後、下パンチ４を押し上げて含浸したアルミニウム溶湯が固化した状態の複合体３を取り出す様子を示す模式図である。

【図2】第二の製造方法で行う、プリフォーム２の空隙に液状の有機無機封孔剤３２を含浸させる際に使用する減圧圧力容器３０の概略を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

【0032】

本発明を構成する放射線遮蔽機能を有する複合体は、放射線遮蔽効果がある粉体が複合化されてなる該粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体であって、前記放射線遮蔽効果がある、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）粉末、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）粉末、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）粉末、ホウ素（Ｂ）粉末、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）粉末、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）粉末、タングステン（Ｗ）粉末、酸化タングステン（Ｗ_２Ｏ_３）粉末、タングステンカーバイド（ＷＣ）粉末、モリブデン（Ｍｏ）粉末、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）粉末、鉄（Ｆｅ）粉末、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の放射線遮蔽粉体と、粉末状ではないシリカ系バインダーとを含有してなる混合物からなる成形・焼成物である多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙の全部に、溶融したアルミニウムが含浸・充填されて固化して複合化されてなる構成のもの、或いは、該多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙の少なくとも２５体積％以上に、液状の有機無機封孔剤が含浸されて固化して複合化されてなる構成のものであり、且つ、前記粉末状ではないシリカ系バインダーが、前記放射線遮蔽粉体が分解されることのない温度で前記成形・焼成物である多孔質の成型体（プリフォーム）（以下、単にプリフォームとも呼ぶ）を形成できる特性のものであることを特徴とする。

【0033】

上記した構成の本発明の放射線遮蔽機能を有する複合体は、例えば、以下に挙げる第一の手段或いは第二の手段からなる本発明の製造方法によって、放射線遮蔽粉体の分解を抑制しながら安定した複合体が得られるので、先に挙げた本発明の種々の効果が得られる使用目的に合致した良好な品質の複合体を、簡便に安定して調製することができる。

【0034】

上記した特定の構成からなるプリフォームの空隙の全部に、「溶融したアルミニウム」が含浸・充填されて固化して複合化されてなる構成の本発明の放射線遮蔽機能を有する複合体は、下記の本発明の第一の製造方法によって簡便に安定して調製することができる。なお、先に述べた通り、「溶融したアルミニウム」、「アルミニウム溶湯」は、融点が２００℃以上、好ましくは３００℃以上、９００℃以下である、アルミニウム金属、アルミニウム合金、低融点金属及び低融点合金の少なくともいずれかの溶湯を意味している。

【0035】

本発明の第一の製造方法は、アルミニウムをマトリックスとし、放射線遮蔽効果がある粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体を調製するための複合体の製造方法であって、酸化ガドリニウム粉末、炭化ホウ素粉末、酸化ホウ素粉末、ホウ素粉末、硫酸バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、タングステン粉末、酸化タングステン粉末、タングステンカーバイド粉末、モリブデン粉末、酸化モリブデン粉末、鉄粉末、酸化鉄粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の前記放射線遮蔽効果がある粉体に、粉末状ではないシリカ系バインダーを加えて混合してなる混合物を成形した後に、得られた成型体を３００℃以上、９００℃以下の温度で焼成して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程、及び、該工程で得たプリフォームに、３００℃以上、９００℃以下の温度でアルミニウム溶湯を鋳造して、２０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以下の高圧で、前記プリフォーム内に前記アルミニウム溶湯を含浸させる目的で３分間～１５分間、例えば、３～５分間程度保持した後に、前記アルミニウム溶湯が含浸した状態の複合体を直ちに取り出して冷却して、該複合体中の放射線遮蔽粉体の分解、Ａｌ_４Ｃ_３等の不安定物質の生成を抑制する工程、を有することを特徴とする。

【0036】

本発明の第一の製造方法では、さらに、前記プリフォームを作製する工程で、前記放射線遮蔽粉体に、アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末又はセラミックス粉末を加えて、該アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末又は該セラミックス粉末と前記放射線遮蔽粉体との合計を１００質量％とした場合に、前記粉末状ではないシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量％添加してプリフォームを作製することもできる。このように構成することで、アルミニウム又はアルミニウム合金をマトリックスとし、放射線遮蔽効果がある粉体を合計で３体積％以上８５体積％以下の範囲内で適宜にコントロールして含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体の調製を、より容易にすることができる。この点については後述する。

【0037】

上記した特定の構成からなるプリフォームの空隙の少なくとも２５体積％以上に、液状の有機無機封孔剤が含浸されて固化して複合化されてなる構成の本発明の放射線遮蔽機能を有する複合体は、下記の本発明の第二の製造方法によって簡便に安定して調製することができる。

【0038】

本発明の第二の製造方法は、放射線遮蔽効果がある粉体が複合化されてなる該粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる複合体を調製する放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法であって、酸化ガドリニウム粉末、炭化ホウ素粉末、酸化ホウ素粉末、ホウ素粉末、硫酸バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、タングステン粉末、酸化タングステン粉末、タングステンカーバイド粉末、モリブデン粉末、酸化モリブデン粉末、鉄粉末、酸化鉄粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上の前記放射線遮蔽効果がある粉体に、粉末状ではないシリカ系バインダーを加えて混合してなる混合物を成形した後に、得られた成型体を３００℃以上、９００℃以下の温度で焼成して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程、該プリフォームを作製する工程で得たプリフォームの空隙に、不揮発成分を３０質量％以上含有した粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である液状の有機無機封孔剤を、真空含浸させた後、或いは、真空含浸後に加圧して１０気圧以下の圧力で含浸させた後、３００℃以上、９００℃以下の温度に加熱して、前記液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物を、前記プリフォームの空隙１００体積％対して２５体積％以上残存させて、前記放射線遮蔽粉体と液状の前記有機無機封孔剤に由来する成分と複合化する複合化工程、を有することを特徴とする。

【0039】

＜多孔質成型体（プリフォーム）の作製工程＞
以下に、上記した第一及び第二の、本発明の放射線遮蔽機能を有する複合体の製造方法の詳細についてそれぞれ説明する。上記に記載した通り、第一及び第二の製造方法を構成する、多孔質成型体（プリフォーム）を作製する工程は同様である。したがって、まず、プリフォームを作製する工程について説明する。

【0040】

［原料の放射線遮蔽粉体等］
プリフォームを作製するための原材料に使用する放射線遮蔽粉体として、本発明では、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）粉末、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）粉末、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）粉末、ホウ素粉末、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）粉末、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）粉末、タングステン（Ｗ）粉末、酸化タングステン（Ｗ_２Ｏ_３）粉末、タングステンカーバイド（ＷＣ）粉末、モリブデン（Ｍｏ）粉末、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）粉末、鉄（Ｆｅ）粉末、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末及び酸化鉄を主成分とするフェライト粉末からなる群から選択された１種類又は２種類以上を使用する。従来技術では、放射線遮蔽粉体として鉛粉末や酸化鉛粉末を単味で使用するのが一般的である。しかし、本発明では、これらの放射線遮蔽粉体の利用は、構造体（複合体）として重量が大きくなるのと、環境への影響に配慮することに加え、これらの材料は融点が低く、本発明の複合体を効果的に得るために有用な本発明の製造方法には不向きであるので使用しない。

【0041】

本発明では、上記に挙げた放射線遮蔽粉体に加えて複合体における放射線遮蔽粉体の充填率を下げるため、アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末又はセラミックス粉末を添加することができる。このようにすることで、本発明の複合体を構成する放射線遮蔽粉体の充填率（体積率）を広範な状態に自在にコントロールすることが可能になる。この場合には、本発明の製造方法を構成する多孔質成型体（プリフォーム）の作製工程において、本発明で規定する特定の放射線遮蔽粉体に、さらに必要に応じてアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末又はセラミックス粉末を加え、これら粉末の合計体積１００ｖ％に、前記粉末状ではないシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量％（ｗ％）を添加してプリフォームを作製する。その製法は、アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末又はセラミックス粉末を必要に応じて使用すること以外は本発明の複合体の製造方法と同様である。このため下記の説明では、上記した任意の構成を含めてプリフォームを作製する方法について説明する。

【0042】

本発明の製造方法で用いる放射線遮蔽粉体及び、必要に応じて使用するアルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末又はセラミックス粉末（以下、「アルミニウム粉末等」とも呼ぶ）の平均粒径は、０．３μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径を０．３μｍ以上にする理由は、それよりも小さい平均粒径の材料では、粒子同士が凝集し易く、凝集した状態のいわゆるダマになり易く、また、２種類以上の粉末を用いた場合に均一混合が困難になる恐れがあるので好ましくない。加えて、上記した粉体（粉末）に添加するシリカ系バインダーを均一混合しにくくなるといった傾向もある。また、平均粒径が０．３μｍ未満の粉末を使用した場合は、プレス成形、ＣＩＰ成形、鋳込み成形等で成形して得られたプリフォームにおける粉末の充填率が低くなる傾向があるので、本発明を特徴づける放射線遮蔽粉体の体積率（Ｖｆ）が高いプリフォームを作製することができなくなる恐れがある。一方、５００μｍを超える大きい粉末を使用した場合も粉末の充填性に劣り、平均粒径が小さ過ぎる粉末を使用した場合と同様にＶｆの高いプリフォームを作製できなくなる恐れがある。また、本発明者らの検討によれば、上記したような粗い粒子は表面積が小さいので、放射線遮蔽粉体及び必要に応じて使用するアルミニウム粉末等に添加するシリカ系バインダーによるバイダー効果が低く、強固なプリフォームを作製することができなくなるので、この点でも好ましくない。

【0043】

本発明における放射線遮蔽粉体及び必要に応じて使用するアルミニウム粉末等の「平均粒径」は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（メジアン径）である。

【0044】

放射線遮蔽粉体の種類、粒度によっても異なるが、本発明者らの検討によれば、本発明の製造方法を構成するプリフォームの作製工程で通常得られるプリフォームの体積率（Ｖｆ）は、５０ｖ％前後になるのが一般的である。本発明者らの検討によれば、プリフォーム中の放射線遮蔽粉体の体積率Ｖｆを大きくする場合は、大きい平均粒径の粒子と小さい平均粒径の粒子を配合して、大きい粒子の間に小さな粒子が入るように配合することが好ましい。また、本発明において、放射線遮蔽粉体の２種類以上を配合する場合は、互いに平均粒径が異なる同じ種類の放射線遮蔽粉体同士の配合であっても、種類の異なる放射線遮蔽粉体同士の配合であってもよい。本発明において必要なＶｆのプリフォームを作製したい場合は、予めテスト配合を行ってプリフォームの嵩比重から計算して、プリフォームの作製に用いる粒子の配合を決定すればよい。本発明者らの検討によれば、本発明の製造方法で製造することで、粒子の適宜に行う配合によりＶｆが８５ｖ％までのプリフォームを作製することが可能であり、その結果、これまでの従来技術では製造することができなかった、放射線遮蔽粉体の含有率が高い複合体の提供が実現可能になる。

【0045】

放射線遮蔽機能を有する複合体の使用では、様々な状況が考えられる。例えば、放射線遮蔽機能を有する構造体中の放射線遮蔽粉体の体積率（Ｖｆ）が高い方が、放射線遮蔽効果が大きい。しかし、用途によってはＶｆが低くてもよい場合や、また、生産コストを考慮して放射線遮蔽粉体のＶｆを下げる場合も考えられる。これに対し、本発明の製造方法の、必要に応じてアルミニウム粉末等を使用するとした構成の実施形態によれば、本発明で規定する特定の放射線遮蔽粉体にアルミニウム粉末等を必要量添加するという極めて簡便な手段で、作製したプリフォーム中の放射線遮蔽粉体の含有量を適宜に、より広範な範囲にコントロールすることができる。例えば、放射線遮蔽粉体のＶｆが５０ｖ％のプリフォームには、次の工程でアルミニウム溶湯が５０ｖ％含浸することになる。これに対して、例えば、アルミニウム粉末を添加して形成されてなるプリフォームを使用すると、プリフォーム中のアルミニウムと、後工程で含浸させた、アルミニウム金属又はアルミニウム合金又は特定の低融点金属又は特定の低融点合金の溶湯（本発明の明細書で表記する「アルミニウム溶湯」）との全量が複合体中のアルミニウムの量になるので、該複合体で作製した放射線遮蔽機能を有する構造体中のアルミニウムの量を多くすることができる。すなわち、アルミニウム粉末等をプリフォームに添加することにより放射線遮蔽機能を有する構造体中の体積率Ｖｆを自由にコントロールすることが可能になる。

【0046】

上記したように、例えば、特定の放射線遮蔽粉体の大きい粒子と小さい粒子を併用する配合の採用や、必要に応じて行うアルミニウム粉末等の添加などの手段を適宜に用いることで、本発明の製造方法によれば、放射線遮蔽粉体のＶｆ（充填率）が３ｖ％～８５ｖ％である広範囲に配合量がコントロールされた、放射線遮蔽粉体とアルミニウム溶湯からなる複合体の製作を簡便にすることができる。本発明者らの検討によれば、放射線遮蔽粉体の含有率が３ｖ％未満の複合体では、放射線遮蔽効果が低くなり過ぎるので実用的ではない。また、本発明者らの検討によれば、従来技術では、粒子の配合及び様々な成形法を駆使したとしてもＶｆが８５ｖ％以上を実現することは難しい。

【0047】

［プリフォームを作製する工程］
本発明の製造方法を構成するプリフォームを作製する工程では、まず、下記のようにしてプリフォームの形成材料を用意する。本発明で規定する先に説明した特定の放射線遮蔽粉体群の中から１種類或いは２種類以上の粉末を選択し、必要に応じて添加したアルミニウム粉末等を、ボールミルやパドル式撹拌機等で十分に撹拌混合する。例えば、放射線遮蔽粉体として比重の異なるタングステン粉末（比重：１９．３）と、炭化ホウ素粉末（比重：２．５２）を用い、必要に応じてアルミニウム粉末（比重：２．７）を混合する場合は、比重の違いによる分離を防ぐため、混合容器全体が回転するＶ型混合機やドラム缶回転混合機を使用することが好ましい。

【0048】

次に、上記した本発明で規定する放射線遮蔽粉体と必要に応じて使用するアルミニウム粉末等の混合粉末に、粉末状ではないシリカ系バインダーを加えて混合してなる混合物を成形した後に、得られた成型体を３００℃以上、９００℃以下の温度で焼成して多孔質成型体（プリフォーム）を作製する。以下、これらの構成について説明する。

【0049】

（粉末状ではないシリカ系バインダー）
本発明を構成する粉末状ではないシリカ系バインダーとしては、例えば、水ガラス（ケイ酸ソーダ）、コロイダルシリカ、液状シリコーン樹脂又はシリコーン樹脂を有機溶媒に溶解してなるシリコーン樹脂溶液及び９００℃以下の温度で加熱硬化してなるシリカと有機物からなるシリカアルコキシドからなる群から選ばれる少なくともいずれかである液状のシリカ系バインダー（以下、「液状のシリカ系バインダー」とも呼ぶ）であることが適当である。これらの液状のシリカ系バインダーは、使用する放射線遮蔽粉体等の量に応じて必要量を添加する。

【0050】

本発明で使用する上記したような液状のシリカ系バインダーの添加量は、ＳｉＯ_２に換算して、必要に応じてアルミニウム粉末等を含む放射線遮蔽粉体の混合物粉末の１００質量部に対して、例えば、０．５～１０質量部程度の量で添加することが適当である。本発明者らの検討によれば、０．５質量部未満の量では、バインダーとしての強度発揮が小さいので好ましくない。一方、１０質量部を超えた量でもバインダーとしての機能を発揮するが、放射線遮蔽粉体の相対含有率が低くなるのでこれ以上添加する必要がない。

【0051】

上記したエチルシリケート等の液状のシリカ系バインダーは、シリカ（Ｓｉ）と有機物の化合物であり、熱分解して超微粉ＳｉＯ_２になる。水ガラスは、水に溶解したケイ酸ナトリウムで加熱すると超微粉ＳｉＯ_２バイダーとなる。コロイダルシリカとしては、数十ｍμ（ｎｍ）以下の極微細なシリカ粒子が水又は有機溶媒にコロイドして分散しているものを使用することが好ましい。これらのシリカ系バインダーを使用する理由は、次の工程で使用するプリフォームを強固にするためである。

【0052】

低温で熱分解してＳｉＯ_２に変化するシリカを含む、エチルシリケートやシリコーン樹脂、同様に低温でＳｉＯ_２を生成する、水ガラス又は溶媒に分散された超微細なＳｉＯ_２のコロイダルシリカを使用することにより、バインダーと放射線遮蔽粉体とを均一に混合することができる。本発明者らの検討によれば、これらのシリカ系バインダーは、超微粉であること、また、本発明の製造方法の工程で、分子レベルでプリフォーム中に均一に混合した状態からアモルファス（非結晶）の状態を経て、均一なまま超微粉ＳｉＯ_２が生成するので強固なプリフォームを作製することができる。

【0053】

次の工程では、上記で用意したプリフォームの原材料である混合粉末を、成形・焼成してプリフォームを作製する。本発明において重要なことは、本発明の複合体を製造する過程で、本発明で目的とする機能が損なわれないようにするために、放射線遮蔽粉体の分解が生じないようにすることである。このため、本発明の製造方法では、成形・焼成してプリフォームを作製する際の焼成温度を９００℃以下の低温にする必要がある。これに対し本発明に使用する上記した液状のシリカ系バインダーはいずれも、９００℃以下でも十分にバインダーとしての効果を発揮する。ここで、通常のセラミックスの製造工程でシリカ系バインダー使用する場合は、サブミクロンから数μｍのシリカ粉末を使用するのが一般的である。そして、従来技術では、バインダーにシリカ粉末を使用する場合は、得られるプリフォームの強度を発揮させるため、１１００℃以上の温度で焼成してプリフォームを作製する必要がある。しかし、本発明の複合体の技術に、上記した従来技術を応用することはできない。本発明の製造方法では、成形・焼成してプリフォームを作製する際や、作製したプリフォームにアルミニウム溶湯を含浸させる場合等において、放射線遮蔽粉体の分解が生じないようにする必要があるため、９００℃以下の低温でなければならない。この点については、後述する。

【0054】

本発明の製造方法では、上記したアルミニウム粉体等を含んでもよい１種類又は２種類以上の均一に混合した放射線遮蔽粉体に、上記したような液状のシリカ系バインダーを少量ずつ添加する。この際に使用する混合機は、高速剪断力で高速で撹拌するヘンシェルミキサーや、細い針金が鳥かご状の回転体を具備した撹拌機を使用することが好ましい。また、上記液状のシリカ系バインダーの添加の際に、必要に応じて、ＰＶＡ、ＰＶＢ等の有機バイダーを本発明の目的を損なわない範囲で適量添加してもよい。

【0055】

次に、上記のようにして液状のシリカ系バインダーを添加して均一に混合して得られた耐放射線遮蔽粉体を有する混合物を用いて、一般的なプレス成形、タッピング成形、ＣＩＰ成形などの方法で成型体を作製する。

【0056】

本発明の製造方法では、上記のようにして得られた成型体を３００℃～９００℃の温度で加熱焼成して、硬化してプリフォームを作製する。本発明者らの検討によれば、３００℃未満の温度ではシリカ系バインダーの効果が発揮できず、強固なプリフォームを製作することができない。一方、３００℃以上の温度であれば、添加した液状のシリカ系バインダーの効果が発揮されて強固なプリフォームを作製できる。また、以下の理由により、本発明の製造方法では９００℃以下の温度で焼成してプリフォームを作製する必要がある。

【0057】

例えば、放射線遮蔽粉体として炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）を使用した場合は、空気中の高温下で、ＢＯとＣＯ_２に分解する恐れがあるので、９００℃以下の温度で焼成する必要がある。また、プリフォームの形成材料に炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）を使用した際に、必要に応じてアルミニウム粉末等を添加した場合は、高温で、一部炭化ホウ素とアルミニウムから生成したＡｌ_４Ｃ_３が下記の分解反応を起こすことがある。下記分解反応で生じるＡｌ_４Ｃ_３は不安定で、空気中の水分と反応して、Ａｌ（ＯＨ）_３とＣＨ_３に分解する。しかし、複合体中にＡｌ_４Ｃ_３が残存するのは好ましくない。
Ｂ_４Ｃ＋Ａｌ→Ａｌ_４Ｃ_３＋Ｂ

【0058】

また、放射線遮蔽粉体として硫酸バリウム使用した場合は、ＢａＳＯ_４は高温になるとＢａＯとＳＯ_２に分解するので、この場合も高温で焼成することは好ましくない。また、下記のような分解反応を起こす場合もあるので、９００℃超の高温で焼成することは好ましくない。
Ａｌ＋ＢａＳＯ_４→ＢａＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳＯ（ガス）

【0059】

放射線遮蔽粉体としてタングステン（Ｗ）を使用した場合は、タングステンは、空気中で高温になるとＷＯ_３となり、シリカ系バインダーを添加した効果が損なわれるので好ましくない。本発明者らの検討によれば、上記した一連の反応を押さえるため、成型体の焼成温度は９００℃以下の温度にすることが好ましい。このようにすることにで、分解、酸化が抑えられ安定した放射線遮蔽粉末のプリフォームの製造が可能になる。

【0060】

＜複合体の作製工程＞
次に、上記のようにして作製した多孔質成型体（プリフォーム）の空隙に、本発明の第一の製造方法では、空隙の全部に、溶融したアルミニウム溶湯を高圧で含浸・充填して固化することで複合化して放射線遮蔽機能を有する複合体を製造する。また、本発明の第二の製造方法では、プリフォームの空隙の一部或いは全部に液状の有機無機封孔剤を真空含浸させた後、或いは、真空含浸後に加圧して含浸させた後、３００℃以上、９００℃以下の温度に加熱して固化して複合化されてなる構成の放射線遮蔽機能を有する複合体を製造する。以下、本発明の第一の製造方法及び本発明の第二の製造方法における複合体の作製工程について、それぞれ説明する。

【0061】

［第一の製造方法］
本発明の第一の製造方法では、アルミニウムをマトリックスとし、放射線遮蔽効果がある粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体を調製する。具体的には、先に説明したようにして作製したプリフォームを用い、該プリフォームに、３００℃以上、９００℃以下の温度で、アルミニウム金属、アルミニウム合金、亜鉛、錫及び鉛からなる群から選ばれる低融点金属又は該低融点金属とそれ以外の金属との低融点合金等の溶湯（本願明細書では、これらの溶湯を含むものをアルミニウム金属及びアルミニウム合金を代表して「アルミニウム溶湯」とも呼んでいる）を鋳造して、２０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以下の高圧で、前記プリフォームの空隙全体に前記アルミニウム溶湯を含浸させる目的で３分間～１５分間、例えば、３～５分間程度保持して、その後、アルミニウム溶湯を含浸させ始めてから１５分間以内で直ちに取り出して冷却して複合体を得る。より具体的には、下記のような手順で複合化させる。

【0062】

含浸するアルミニウム溶湯の温度は、それぞれの金属が溶ける温度以上、通常、各金属の融点よりも約５０℃～１５０℃高い温度にする。例えば、アルミニウム金属又はアルミニウム合金の場合は７００℃～８００℃程度の温度とする。また、低融点合金を用いる場合では、はんだ合金の場合は３５０℃～５００℃程度の温度とし、亜鉛合金の場合は４５０℃～５５０℃程度の温度とすることが適当である。どの金属の溶湯を用いる場合も、本発明においては、前記したようにして作製したプリフォームの空隙に、９００℃以下の溶湯を含浸させるようにすることが必要である。

【0063】

まず、アルミニウム溶湯の含浸に供するため、先に作製したプリフォームを、３００℃以上、９００℃以下の温度で予熱する。プリフォームの予熱温度が３００℃未満の低い温度の場合は、次に説明するアルミニウム溶湯を鋳造・含浸させる工程で、含浸させたアルミニウム溶湯が速く冷却固化してしまい、プリフォームの空隙全体に含浸させることが難しくなるので好ましくない。本発明者らの検討によれば、プリフォームの予熱温度が３００℃以上の温度であればアルミニウム溶湯はプリフォームの空隙全体に含浸する。しかし、９００℃を超える予熱温度では、例えば、放射線遮蔽粉体である炭化ホウ素と、アルミニウム溶湯の含浸に供したアルミニウムが反応してＡｌ_４Ｃ_３が生成することが生じたり、ＢａＳＯ_４が分解反応を起こしたりする場合があるので好ましくない。

【0064】

次に、上記のようにして予熱したプリフォームへアルミニウム溶湯を含浸して複合化させる工程について、図１を参照して説明する。具体的には、以下の順序で、先に説明したようにして作製したプリフォームにアルミニウム溶湯の含浸を行って、複合化させる。

【0065】

（１）図１Ａに示したように、予めバーナー等で約２００℃～３００℃で予熱したプレス金型１０の下パンチ４に、３００℃～９００℃で予熱したプリフォーム２を載せる。次に、３００℃～９００℃の温度に溶解したアルミニウム溶湯１を、プレス金型１０に鋳造する。アルミニウム金属又はアルミニウム合金を用いる場合であれば、好ましくは７００℃～９００℃の温度の溶湯を用いる。
（２）次に、図１Ｂに示したように、プレス機１０の上パンチ５を載せて荷重をかける。アルミニウム溶湯１の圧力が２０Ｍｐａ～２００Ｍｐａになるように、プレス機１０の上パンチ５に荷重をかけてプリフォーム２の多孔（空隙）にアルミニウム溶湯１を含浸させる。この際、プリフォーム２の空隙内にアルミニウム溶湯１を含浸させる目的で３分間～１５分間、荷重をかけた状態を保持する。
（３）次に、図１Ｃに示したように、プリフォーム２に含浸後直ちに（具体的には、アルミニウム溶湯の含浸をし始めてから１５分以内程度後に）、下パンチ４の下部から突き上げて、アルミニウム溶湯１が含浸した状態の複合体３を直ちに取り出す。そして、できるだけ短時間で複合体３を冷却して、含浸したアルミニウム溶湯１を固化させる。

【0066】

下記に、上記した一連の多孔質成型体であるプリフォーム２へのアルミニウム溶湯１の含浸プロセスにおいて注意すべき点を説明する。まず、アルミニウム金属又はアルミニウム合金を用いる場合においては、鋳造温度が６００℃未満では、アルミニウム溶湯が短時間で硬化してプリフォームの空隙全体に含浸しないことがあるので好ましくない。一方、鋳造温度が９００℃を超える温度では、先に説明したように、例えば、放射線遮蔽粉体の炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）が分解してＡｌ_４Ｃ_３が生成したり、放射線遮蔽粉体に硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）を用いた場合であれば、ＢａＳＯ_４が熱分解することがあるので好ましくない。

【0067】

本発明の第一の製造方法では、アルミニウム溶湯の含浸の圧力は、２０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以下とする。２０ＭＰａ未満では、圧力が低すぎてプリフォームの空隙全体にアルミニウム溶湯が含浸しない場合があるので好ましくない。２０ＭＰａ以上、２００Ｍｐａ以下で十分含浸するので２００ＭＰａを超える圧力で加圧する必要はない。本発明者らの検討によれば、例えば、１００Ｍｐａ程度の圧力でも良好な含浸ができる。

【0068】

高圧含浸して得た複合体は、３分間、好ましくは５分間程度保持した後、少なくとも、アルミニウム溶湯を含浸させ始めてから１５分間以内で金型から取り出すようにする。アルミニウム溶湯をプリフォームの空隙に高圧含浸して得た複合体を、１５分間を超えて長時間金型に保持すると、例えば、炭化ホウ素とアルミニウムが反応してＡｌ_４Ｃ_３が生成する場合があったり、ＢａＳＯ_４が分解することがあり、本発明の規定に反する複合体になるので避けなければならない。

【0069】

上記の説明では、図１に示したように高圧のプレス機で、アルミニウム溶湯を多孔質成型体（プリフォーム）に高圧含浸させる方法を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、アルミニウム溶湯が２０ＭＰａ以上でプリフォーム内に鋳造充填できる構成のものであればよく、例えば、ダイキャストマシン、スクウイーズキャストマシン等を使用してもよい。なお、冷却した複合体は、周囲をアルミニウムが取り囲んでいるので機械加工で除去して複合体を取り出す。以上で説明した本発明の第一の製造方法によれば、放射線遮蔽粉体のＶｆが３％～８５ｖ％を含有してなる安定で緻密な放射線遮蔽機能を有する複合体を作製することができる。

【0070】

［第二の製造方法］
本発明の第二の製造方法では、液状の有機無機封孔剤に起因する固化物が、先に説明したようにして得たプリフォームの空隙１００体積％対して２５体積％以上存在した状態で複合化されてなる、放射線遮蔽効果がある粉体を合計で３体積％以上、８５体積％以下の範囲内で含有してなる放射線遮蔽機能を有する複合体を調製する。

【0071】

（液状の有機無機封孔剤）
本発明の第二の製造方法では、第二の製造方法を特徴づける液状の有機無機封孔剤として、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下の低粘性で、且つ、不揮発成分を３０質量％以上含有してなる、例えば、下記に挙げるような３種の液状の化合物を用いることが好ましい。
（１）第１種
アルコールＳｉ結合を有する液状のエチルシリケート〔Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４〕又は該エチルシリケートの一部が加水分解して２量体、４量体になった液状のオリゴマー、同様な、メチルシリケート〔Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４〕等の液状のアルコキシド及びその一部が加水分解した液状のオリゴマー等の、不揮発成分が３０質量％以上になるように調整されたアルコキシド化合物。

【0072】

（２）第２種
下記一般式のシロキサン結合を主鎖とする液状のシリコーン或いはその誘導体、溶媒で希釈溶解した不揮発成分が３０質量％以上になるように調整されたシリコーン或いはその誘導体。一般式中のＲは、メチル基、エチル基、ビニル基、フェニル基、アセチル基等の有機基である。具体的には、例えば、シリコーンオイルや、有機溶剤に溶かしたシリコーン接着剤などの液状の化合物を用いることができる。

【0073】

（３）第３種
アルコキシシラン誘導体であって、下記の反応式に示すように、空気中の水分と反応して縮合反応して、シリコーン酸素有機物（Ｓｉ－Ｏ－Ｒ）を生成してなる液状のアルコキシシラン化合物。例えば、特許第３８１６３５４号公報に記載の一液常温硬化型封孔剤等の化合物を使用することができる。このようなものとしては、例えば、パーミエイト（登録商標、ディ・アンド・ディ社製）などの市販品を使用することができる。

【0074】

【0075】

（複合化の方法）
本発明の第二の製造方法では、放射線遮蔽粉体を原材料に用いて、先に説明したようにして作製されたプリフォームの空隙に、液状の有機無機封孔剤に起因する固化物が１００体積％対して２５体積％以上存在してなる、放射線遮蔽機能を有する複合体が得られる。具体的な手順としては、多孔質成型体（プリフォーム）の空隙に、不揮発成分を３０質量％以上含有した粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である液状の有機無機封孔剤を、真空含浸させた後、或いは、真空含浸後に加圧して１０気圧以下の圧力で含浸させた後、３００℃以上、９００℃以下の温度に加熱して、前記液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物を、プリフォームの空隙全体を１００体積％とした場合に、空隙全体の２５体積％（１／４）以上に残存させるようにして放射線遮蔽粉体と液状の有機無機封孔剤に由来する成分とを複合化させている。すなわち、プリフォームに占める空隙全体の割合は１５ｖ％～４０ｖ％程度であるので、有機無機封止剤に由来する成分は、その内の１／４以上、すなわち４ｖ％～１０ｖ％以上、空隙内に残存したものになる。換言すれば、得られる複合体は、プリフォームを構成する放射線遮蔽粉体を含む混合物の焼成物が６０ｖ％～８５ｖ％と高い割合を占め、有機無機封止剤に由来する成分が４ｖ％～１０ｖ％以上を占め、残部が空隙である構成のものになる。なお、放射線遮蔽粉体に混合させる液状のシリカ系バインダーの量は、本発明では、放射線遮蔽粉体１００質量部に対して、液状のシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量部程度添加させることが好ましいとしていることから、構成する放射線遮蔽粉体の割合が高い複合体を得ることができる。これらの点は、第一の製造方法で得た複合体の場合も同様である。

【0076】

本発明の第二の製造方法で用いる先に例示したような液状の有機無機封孔剤は、プリフォームに含浸し易いように粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下の低粘性のものを用いる。粘度が５０ｍＰａ・ｓ超では、有機無機封孔剤がプリフォーム細部に含浸しにくくなるので、強固な複合体が得られない恐れがある。また、液状の有機無機封孔剤は、該封孔剤１００ｗ％に対して、不揮発分を３０ｗ％以上含有していることが肝要である。本発明の第二の製造方法では、有機無機封孔剤を、プリフォームの空隙全体１００ｖ％に対して少なくとも２５ｖ％存在するように空隙内に含浸させた後、２００℃～９００℃に加熱して、放射線遮蔽粉体と有機無機封孔剤とを複合化させている。すなわち、上記した温度で加熱することで、プリフォームの空隙内に含浸された液状の有機無機封孔剤は、いずれも固体である、液状の有機無機封孔剤の固化物或いは該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物となって、プリフォームの空隙内に残存することになる。

【0077】

先に説明したようにして複合体を作製した本発明の製造方法に用いるプリフォームは、プリフォーム全体の１００ｖ％に対して、空隙が約１５～４０ｖ％程度存在する多孔質体となる。したがって、液状の有機無機封孔剤をプリフォームに含浸させて、その後、加熱処理するとした本発明の第二の製造方法で得られる複合体は、液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物が、プリフォームの空隙全体を１００ｖ％とした場合に、その内の２５ｖ％以上を占める割合で存在する複合体となる。このことは、本発明の第二の製造方法で得られる複合体は、プリフォームの空隙の一部（２５ｖ％以上）或いは全部に液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物が固定された構成の複合体であることを意味している。

【0078】

本発明者らの検討によれば、本発明の第二の製造方法で得られる複合体における液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物の占める量が、プリフォームの空隙全体１００ｖ％に対して２５ｖ％未満の場合は、強固で実用性に優れる放射線遮蔽機能を有する複合体にすることができない。また、本発明の第二の製造方法で得られる複合体の好ましい構成としては、上記に加えてプリフォーム全体１００ｖ％に対して、空隙内に残存させた液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物の量を約５ｖ％以上とすることが挙げられる。例えば、プリフォームに占める空隙の割合が２０ｖ％の場合、その２５％（１／４）、すなわちプリフォームの１００ｖ％に対しては５ｖ％が有機無機封孔剤となる。上記した例の場合、プリフォームを構成する放射線遮蔽粉体を含む混合物の焼成物は８０ｖ％を占める。先に述べたように、プリフォームを作製する際における放射線遮蔽粉体に混合させる液状のシリカ系バインダーの量は、放射線遮蔽粉体１００質量部に対して液状のシリカ系バインダーをＳｉＯ_２換算で０．５～１０質量部程度添加させることが好ましいとしている。したがって、上記した例の複合体を構成する放射線遮蔽粉体とシリカ系バインダー及び有機無機封孔剤の全量は、７０～７９．５ｖ％と高い比率を示すものになり強固な複合体となる。

【0079】

本発明の第二の製造方法では、プリフォームを作成する際に必要になるシリカ系バインダーと、得られたプリフォームに含浸させる液状の有機無機封孔剤が、同じ化合物であってもよい。しかし、プリフォームの空隙に含浸させる際に使用する液状の有機無機封孔剤は、プリフォームに含浸させて、最終的にプリフォーム内の空隙に含浸した封孔剤が固化した状態で残存させる必要があるので、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下の低粘性で、不揮発分が３０ｗ％以上含有されているものであることが必要になる。よって、これらの要件を満たすシリカ系バインダーであれば共用することも可能である。

【0080】

先に述べたように、本発明の第二の製造方法では、液状の有機無機封孔剤を含浸させた状態のプリフォームを、２００℃以上、９００℃以下の温度で加熱処理する。この場合の加熱温度を２００℃以上としたのは、下記の理由による。加熱する温度を２００℃以上とすることで、液状の有機無機封孔剤として用いた化合物における、シロキサン結合、エチルシリケートのオリゴマー又はシリコーン酸素有機物（Ｓｉ－Ｏ－Ｒ）を生成する液状のアルコキシシラン化合物などを加熱分解させて、シリカ系バインダー又はＳｉ－ＯＲ系有機無機バイダーとして機能させ、これによりプリフォームを強固にするためである。また、加熱する温度を９００℃以下の温度にしたのは、プリフォームを構成しているＢ_４ＣやＢａＳＯ_４等を含む放射線遮蔽効果がある粉体を分解又は酸化させないようにするためである。

【0081】

本発明の第二の製造方法の手順の概略について図２を参照して説明する。図２中の３０は、本発明の第二の製造方法で使用する減圧圧力容器である。減圧圧力容器３０内に設置した室内容器３４の中に、空隙に有機無機封孔剤３１を含浸させる前の状態のプリフォーム３２を設置する。減圧圧力容器３０の開閉治具３３を閉め、減圧圧力容器３０に設けた減圧口３６から真空ポンプ（不図示）を用いて減圧圧力容器３０内を減圧する。減圧して減圧圧力容器３０内がほぼゼロ気圧になったところへ、有機無機封孔剤３１を、有機無機封孔剤投入容器３５から、室内容器３４中に少しずつ投入する。その際、有機無機封孔剤３１の投入量は、プリフォーム３２に有機無機封孔剤３１が全体に含浸し、さらに、プリフォーム３２全体が浸される量を予め予測しておく。

【0082】

上記のようにして有機無機封孔剤３１を投入後、約５～１０分間程度真空を保ち、有機無機封孔剤３１をプリフォーム３２の空隙に真空含浸させる。含浸終了後、次に、徐々に大気開放して、減圧圧力容器３０内に空気を導入する。減圧圧力容器３０内が大気になってから、次に、加圧口３７から、コンプレッサー等（不図示）からの圧縮空気で１０気圧程度に減圧した空気を徐々に導入し、４気圧程度加圧後、約５～１０分間キープして、有機無機封孔剤３１をプリフォーム３２内に含浸させる。

【0083】

その後、減圧圧力容器３０の圧縮空気を徐々に開放し、大気圧になってから、空隙内に液状の有機無機封孔剤の固化物及び／又は該液状の有機無機封孔剤の加熱処理物が固定されたプリフォームを取り出し、徐々に乾燥、３００～４００℃に加熱し、放射線遮蔽機能を有する複合体を得る。

【実施例】

【0084】

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。放射線遮蔽粉体に、粉末状ではないシリカ系バインダーを含有してなる混合物からなる成形・焼成物である多孔質の成型体（プリフォーム）の空隙に、アルミニウム溶湯を含浸させて複合化する方法と、有機無機封孔剤を含浸させて複合化する２つの製造方法についての実施例及び比較例を用いて、具体的に本発明を説明する。本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。文中、％とあるのは特に断らない限り体積％である。遮蔽効果の測定に放射線を扱う必要がある特殊事情から、実施例１～実施例３の複合体について、外部の測定機関に放射線遮蔽率の測定を依頼した。外部機関によって測定された放射線遮蔽率の値は従来の素材よりも高い値を示した。

【0085】

＜プリフォームにアルミニウム溶湯を含浸する方法の例＞
［実施例１］
平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末＃８００（同人産業社製）４５０ｇを、Ｖ型混合機で３０分間混合した。混合した粉体に液状のバインダーとしてエチルシリケートを５ｇ加え、それら全部を、粉体に剪断力がかかるヘンシェルミキサーに入れて１５分間高速撹拌して均一に混合した。得られた混合粉を１００ｍｍ×１００ｍｍの金型に入れ、上蓋をかけ１６０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力でプレス成形を行った。この成型体を焼成炉に入れて、５０℃／時間の昇温速度で４００℃まで上げ、その後４００℃で３時間保持して焼成し、その後、自然冷却した。得られた焼結体（プリフォーム）は、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３５ｍｍの形状を有し、その重量は４４９ｇあった。炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の真比重２．５１から計算して、このプリフォームは、嵩比重が１．３１で、炭化ホウ素の充填率（Ｖｆ）は５２％、空隙が４８％のプリフォームであった。このプリフォームを昇温速度１００℃／時間で昇温し、５００℃で保持して次に行う高圧プレスによるアルミニウム含浸のため、加熱した状態で待機した。

【0086】

高圧プレス機に配備されている内径３００φの金型をバーナーで約２５０℃まで加熱した。そして、加熱状態で待機させていたプリフォームをプレス機の金型に入れ、８００℃で溶解したアルミニウムの溶湯を金型内に注ぎ、下記のようにして高圧鋳造した。図１Ａ及び図１Ｂに示したように、８００℃で溶解したアルミニウム溶湯１を、プリフォーム２を入れた前記金型内に注いだ後、直ちにプレス機１０の上パンチ５を下ろして、アルミニウム溶湯１の圧力が７０ＭＰａになるように上パンチ５に荷重をかけた。先述したように金型の内径が３００φなので、プレス機１０の荷重としては約５００ｔに該当する。

【0087】

上記荷重を掛けたまま５分間保持した後、上パンチ５を外し、直ちに下パンチ４を突き上げて含浸体（複合体）３をプレス機の上側まで持ち上げて（図１Ｃ参照）、自然冷却を行った。そして、取り扱いができるように冷却がされた後、複合体３の周りを取り囲んでいる固化したアルミニウムを機械加工で除去して複合体３を取り出した。

【0088】

取り出した複合体の比重を測定したところ２．６1であった。この値は、プリフォームの空隙にアルミニウムが完全に含浸した計算値とほぼ一致したので、上記で取出したものは、Ｂ_４Ｃとアルミニウムの緻密な複合体であると結論した。比重が２．５２の軽い炭化ホウ素の含有率（体積充填率率）が５２ｖ％と高含有率であったことで、比重が２．６１の軽い複合体を製作することができた。また、得られた複合体の一部を切り取って表面のＸ線回折測定を行ったところ、Ｂ_４Ｃが分解したことで生じるＡｌ_４Ｃ_３の生成については確認できなかった。

【0089】

上記で得られたＢ_４Ｃの体積充填率（Ｖｆ）５２ｖ％、厚み３５ｍｍの素材について、外部の測定機関に依頼して放射線遮蔽効果についての測定を行った。その結果、カリホルニウム（Ｃｆ）の同位体の中性子線Ｃｆ２５２の遮蔽効果は６１％であり、高い値を示した。また、本実施例の複合体についてＪＩＳ－Ｒ１０６１に基づいて曲げ試験を行った結果、１８３Ｍｐａと高強度であった。これらのことは、本実施例で得られた複合体は、原料に用いた、軽量で且つ放射線遮蔽効果に優れるＢ_４Ｃ粉末が分解することなくそのままの状態で複合化されて、Ｂ_４Ｃ粉末の持つ特性を効果的に併せ持つ有用な素材であることを示している。

【0090】

［実施例２］
平均粒径が７０μｍのＢ_４Ｃ粉末＃１８０（同人産業社製）２３０ｇと、実施例１で使用したと同様の平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末＃８００を２６０ｇとを用い、Ｖ型混合機で３０分間混合した。混合した粉末に液状のバインダーとしてエチルシリケートを１５ｇ加えて、実施例１と同様にヘンシェルミキサーで１５分間混合した。

【0091】

得られた混合原料を実施例１で行ったと同様な方法でプレス成形及び焼成して、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２６ｍｍの形状で、嵩比重が１．６６で、Ｂ_４Ｃの充填率Ｖｆが６６％、空隙率３４ｖ％のプリフォームを製作した。得られたプリフォームを、実施例１で行ったと同様な方法で高圧プレス機の金型内に入れてアルミニウム溶湯を高圧含浸させた。その後、実施例１と同じ方法で自然冷却し、複合体周辺の固化したアルミニウムを除去した。

【0092】

この複合体の比重は２．５７であり、プリフォームの空隙にアルミニウムが含浸した場合の計算値とほぼ一致しており、Ｂ_４Ｃとアルミニウムからなる緻密な複合体であった。また、実施例１で行ったと同じ方法で複合体の表面のＸ線回折を行った。その結果、実施例１の場合と同様に、Ａｌ_４Ｃ_３等の生成は観察できなかった。上記したように、平均粒径の異なるＢ_４Ｃ粉末を組み合わせて原料として使用することで、Ｂ_４Ｃ粉末の充填率が実施例１の場合よりも高い６６ｖ％の複合体が製作できた。また、Ｂ_４Ｃの充填率が高いにもかかわらず比重が２．５７の軽い複合体を製作することができた。

【0093】

上記で得られたＢ_４Ｃの体積充填率（Ｖｆ）６６ｖ％、厚み２６ｍｍの素材について、外部の測定機関に依頼して放射線遮蔽効果についての測定を行った。その結果、カリホルニウム（Ｃｆ）の同位体の中性子線Ｃｆ２５２の遮蔽効果は３１％であり、高い値を示した。また、本実施例の複合体についてＪＩＳ－Ｒ１０６１の基づいて曲げ試験を行った結果、１９３Ｍｐａと高強度であった。これらのことは、本実施例で得られた複合体は、原料に用いた、軽量で且つ放射線遮蔽効果に優れるＢ_４Ｃ粉末が分解することなくそのままの状態で複合化されて、Ｂ_４Ｃ粉末の持つ特性を効果的に併せ持つ有用な素材であることを示している。

【0094】

［実施例３］
平均粒径が１５μｍの硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）粉末であるＡ－２００（商品名、竹原化学工業社製）８２０ｇを、実施例１と同様な方法で均一に混合した。液状のバインダーとして、溶解可能なシリコーン樹脂ＫＲ－２００（信越化学社製）をエタノールに溶解して、質量基準で２０ｗ％濃度に調製されたシリコーン系の樹脂溶液を用いた。そして、調製したシリコーン系の樹脂溶液の内の５０ｇを、混合したＢａＳＯ_４粉末に加え、実施例１と同様にしてヘンシェルミキサーで高速撹拌した。

【0095】

実施例１と同じ方法及び手順で作製したプリフォームは、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２８ｍｍの形状を有し、嵩比重が２．９２で、ＢａＳＯ_４の充填率が６５ｖ％であった。次に実施例１と同様の方法で、アルミニウム溶湯を上記プリフォームに高圧含浸し加工して、複合体を取り出した。複合体の比重は３．８６であり、その値は計算値（理論値）とほぼ一致しており、ＢａＳＯ_４とアルミニウムからなる緻密な複合体であることが確認された。

【0096】

上記で得られたＢａＳＯ_４の体積充填率（Ｖｆ）６５ｖ％、厚み２８ｍｍの素材について、外部の測定機関に依頼して放射線遮蔽効果についての測定を行った。その結果、セシウム（Ｃｓ）のガンマ線Ｃｓ１３７の射影率は３５％、Ｘ線１５０Ｋｖの遮蔽率は９９．５％と高い値を示した。また、本実施例の複合体についてＪＩＳ－Ｒ１０６１の基づいて曲げ試験を行った結果、１９３Ｍｐａと高強度であった。これらのことは、本実施例で得られた複合体は、原料に用いた、軽量で且つ放射線遮蔽効果に優れるＢａＳＯ_４粉末が分解することなくそのままの状態で複合化されて、ＢａＳＯ_４粉末の持つ特性を効果的に併せ持つ有用な素材であることを示している。

【0097】

［実施例４］
平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末＃８００（同人産業社製）２５０ｇと、平均粒径が１８μｍのアルミニウム粉末であるＷＡ－１００（山石金属社製）２７０ｇを原料粉とし、実施例１と同様の方法で均一に混合した。これにバインダーとして液状のエチルシリケート（コルコート社製）１０ｇを加えて、実施例１と同様にしてヘンシェルミキサーで高速撹拌した。

【0098】

実施例１と同じ方法及び手順で作製したプリフォームは、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３３ｍｍの形状を有し、嵩比重が１．３０で、Ｂ_４Ｃ粉末とアルミニウム粉末（Ａｌ粉末）の合計の充填率が５０ｖ％であった。次に、実施例１と同じ方法でアルミニウム溶湯を上記プリフォームに高圧含浸し加工して、複合体を取り出した。本実施例の複合体の比重は２．６５であり、プリフォームの空隙の全てにアルミニウム溶湯が含浸した計算値とほぼ一致した。

【0099】

２種類の原料粉のＢ_４Ｃ粉末とＡｌ粉末の体積比率はほぼ１：１であるので、上記プリフォーム中の約５０ｖ％はアルミニウム粉末である。したがって、得られた複合体中におけるアルミニウムの量は、プリフォームに含浸したアルミニウムとの合計で７５ｖ％であるので、複合体の構成は、アルミニウム粉末が７５ｖ％、残りの２５ｖ％がＢ_４Ｃ粉末である。上記のことから、プリフォームの原材料にアルミニウム粉末を適宜な量で混合することで、放射線遮蔽粉体の濃度をコントロールすることが可能であることが確認できた。しかも、上記の場合、プリフォームの原材料にＢ_４Ｃ粉末を用いたことで、比重が２．６５の軽い複合体を製作することができた。また、本実施例の複合体についてＪＩＳ－Ｒ１０６１の基づいて曲げ試験を行った結果、１８２Ｍｐａと高強度であった。

【0100】

［実施例５］
平均粒径が１５μｍのＢａＳＯ_４粉末であるＡ－２００（商品名、竹原化学工業社製）を２８０ｇと、平均粒径が１８μｍのアルミニウム粉末ＷＡ－１００（山石金属社製）を３９５ｇに、実施例３で用いたと同様の、シリコーン樹脂ＫＲ－２００をエタノールに溶解した２０ｗ％溶液を５０ｇ加えて、プリフォームの原材料にした。該原材料は、実施例１と同様にしてヘンシェルミキサーで高速撹拌した。

【0101】

その後、実施例１と同じ方法及び手順で作製したプリフォームは、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３８ｍｍの形状を有し、嵩比重が１．７７であり、ＢａＳＯ_４粉末とＡｌ粉末の合計充填率（Ｖｆ）が５５ｖ％であった。

【0102】

次に、上記で得たプリフォームに実施例１と同じ方法でアルミニウム溶湯を高圧含浸し、加工して複合体を取り出した。調製した複合体の比重は２．９９であり、緻密体の計算値とほぼ一致した。本実施例の複合体は、プリフォーム中の７０ｖ％がアルミニウム粉末であったので、含浸したアルミニウムとの合計で複合体中のアルミニウムは８４ｖ％であり、残りの１６ｖ％がＢａＳＯ_４粉末である複合体であった。このように、本実施例の複合体は、実施例４の複合体と同じく、プリフォームの原材料にアルミニウム粉末を混合することで、複合体中の放射線遮蔽粉体である硫酸バリウム粉末の濃度をコントロールすることを可能にした例である。また、本実施例の複合体についてＪＩＳ－Ｒ１０６１の基づいて曲げ試験を行った結果、２１２Ｍｐａと高強度であった。

【0103】

［実施例６］
平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末＃８００（同人産業社製）２７０ｇと、平均粒径が１５μｍのＢａＳＯ_４粉末であるＡ－２００（商品名、竹原化学工業社製）４９５ｇを原料粉とし、実施例１と同様の方法で均一混合した。これにバインダーとして液状のエチルシリケート（コルコート社製）１５ｇを加え、実施例１と同様にしてヘンシェルミキサーで高速撹拌した。

【0104】

その後、実施例１と同じ方法及び手順で作製したプリフォームは、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３８ｍｍの形状を有し、嵩比重が２．００であり、Ｂ_４ＣとＢａＳＯ_４粉末の合計の充填率（Ｖｆ）が５７ｖ％であった。

【0105】

次に、実施例１と同じ方法でアルミニウム溶湯を含浸し加工して、複合体を取り出した。調製した複合体の比重は３．１６であり、プリフォームにアルミニウム溶湯が含浸した計算値とほぼ一致した。得られた複合体は、Ｂ_４Ｃが２８．５ｖ％で、ＢａＳＯ_４が２８．５ｖ％で、アルミニウムは４３ｖ％であった。本実施例に示したように、本発明の製造方法により２種類の放射線遮蔽粉体を含む複合体が製造できることが確認された。また、本実施例の複合体についてＪＩＳ－Ｒ１０６１の基づいて曲げ試験を行った結果、１９９Ｍｐａと高強度であった。

【0106】

［実施例７］
平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末＃８００（同人産業社製）３８０ｇと、平均粒径が３μｍのタングステン金属粉末Ｗ－４（日本新金属社製）１２７０ｇとを用い、実施例１で行ったと同じ方法で均一混合した。その際、バインダーとして水ガラス４号（富士化学社製）を水で希釈して用い、ＳｉＯ_２分に換算して１６ｇとなる量を加えて実施例１と同様にしてヘンシェルミキサーで高速撹拌した。そして、実施例１と同じ方法及び手順でプリフォームを作製した。プリフォームは１００ｍｍ×１００ｍｍ×３２ｍｍの形状を有し、その嵩比重は５．１８であり、Ｂ_４ＣとタングステンＷの合計充填率（Ｖｆ）は６８％であった。

【0107】

次に、実施例１と同じ方法でアルミニウム溶湯を高圧含浸し、加工して複合体を取り出した。複合体の比重は６．０４であり、プリフォームにアルミニウム溶湯が含浸した計算値とほぼ一致した。得られた複合体は、Ｂ_４Ｃが４８．５ｖ％であり、タングステンが２０．４ｖ％であり、アルミニウムが３２ｖ％の複合体であった。また、本実施例の複合体についてＪＩＳ－Ｒ１０６１の基づいて曲げ試験を行った結果、１９２Ｍｐａと高強度であった。

【0108】

本実施例に示したように、実施例６の場合と同じく、本発明の方法により２種類の放射線遮蔽粉体を含む複合体が製造できた。また、本実施例の複合体は、タングステンを２０．４ｖ％含有してなるものであるが、比重が６．０４であり、タングステン単味の比重１９．５よりもかなり軽い複合体を製作することができた。

【0109】

［実施例８］
実施例１と同じ平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末＃８００（同人産業社製）を使用し、同様な方法でエチルシリケートバインダーを添加、混合、成形、焼成して１００ｍｍ×１００ｍｍ×３５ｍｍで嵩比重が同じく１．３１、炭化ホウ素の充填率（Ｖｆ）が５２％、空隙が４８ｖ％のプリフォームを作成した。該プリフォームを加熱して４００℃の温度で待機した。

【0110】

実施例１と同様な方法で２５０℃に加熱した内径３００ｍｍφの金型に該プリフォームを入れ、５００℃で溶融した低融点合金（亜鉛合金：ＺＤＣ２ 比重６．８）を鋳造し、７０Ｍｐａ（プレスの荷重として５００ｔ）で高圧含浸し、１０分保持後直ちに冷却し、室温まで冷却して複合体を取り出した。該複合体の比重は４．１８で低融点の亜鉛合金がほぼ１００％含浸した複合材であった。Ｂ_４Ｃの発生による分解反応もなかった。また、本実施例の複合体についてＪＩＳ－Ｒ１０６１の基づいて曲げ試験を行った結果、２２３Ｍｐａと高強度であった。

【0111】

［比較例１、２］
実施例１で使用したと同じＢ_４Ｃ粉末を使用して混合し、このうちの４５０ｇ（正味体積１８２ｍｌ）に、平均粒径が１．２μｍの微粉のシリカ粉末（山森土本製作所社製）２ｇと、３ｇの水を加えて、実施例１で行ったと同じように金型に挿入し、プレス成形を行い、成型体を４００℃又は８００℃の異なる温度でそれぞれ焼成し、冷却した。得られた成型体は、いずれの焼成温度の場合も両方共にプリフォームの強度がなく、ハンドリングができず、アルミニウム溶湯の高圧含浸に供することができなかった。

【0112】

［比較例３、４］
実施例１で使用したと同じＢ_４Ｃ粉末を使用して混合し、このうちの４５０ｇ（正味体積１８２ｍｌ）に、平均粒径が２２ｎｍ（２２ｍμ）のレオシールＱＳ－９（トクヤマ社製）の微粉シリカ粉末を４ｇと、６４ｇの水を加え、実施例１で行ったと同じように作製した混合粉末を金型に挿入し、プレス成形を行った。プレス成形して得た成型体を、４００℃又は８００℃の異なる温度でそれぞれ焼成し、冷却した。焼成後の成型体は、いずれの焼成温度の場合も両方共にプリフォームの強度がなく、ハンドリングができず、アルミニウム溶湯の高圧含浸に供することができなかった。

【0113】

［比較例５］
実施例１で行ったと同じ方法でＢ_４Ｃのプリフォームを作製し、得られたプリフォームを金型内に入れて、実施例１と同様にアルミニウム溶湯を用い９００℃で鋳造した。本比較例では、その後、９００℃の温度で２０分間保持した後、実施例１と同じ方法で複合体を作製した。複合体の表面を加工したところ表面が黒ずんでいたので一部を削り出し、Ｘ線回折で調べた。その結果、主原料のＢ_４Ｃ以外に、２θ＝３１．８°、３５．８°、４０．１°、５５°に、Ａｌ_４Ｃ_３の小さなピークが認められた。このことから、本比較例の複合体の場合は、複合体のプレス型内で高温の状態で長時間に保つと、プリフォームの原材料のＢ_４Ｃが一部分解した状態になり、良好な状態の複合体にならないことが確認できた。

【0114】

［比較例６］
実施例５で使用したと同様の、平均粒径が１５μｍのＢａＳＯ_４粉末であるＡ－２００（商品名、竹原化学工業社製）８９０ｇを、実施例１同様な方法で均一に混合した。そして、実施例３で用いたと同様の、シリコーン樹脂ＫＲ－２００をエタノールに溶解した２０ｗ％溶液を５０ｇ加えて、実施例１と同様にしてヘンシェルミキサーで高速撹拌した。

【0115】

実施例１と同じ方法及び手順で作製したプリフォームは、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３３ｍｍの形状を有し、ＢａＳＯ_４の充填率が６０ｖ％であった。次に、実施例１と同じ方法で金型にセットし、９５０℃のアルミニウム溶湯を含浸し加工して、複合体を取り出した。表面を加工し目視で観察したところ、ポアが多かった。その理由は、ＢａＳＯ_４が高温で加熱するとＢａＯとＳＯ_２に分解したためと思われる。

【0116】

表１に、実施例１～８及び比較例１～６におけるプリフォームの調製条件と、得られた実施例１～８及び比較例５、６の各複合体の特性及び評価をまとめて示した。表１中に、分解の「有」「無」とあるのは、各複合体を構成する放射線遮蔽粉末に分解が認められたか否かを示している。

【0117】

【0118】

＜プリフォームに有機無機封孔剤を含浸する方法の例＞
次に、本発明の第二の製造方法の、多孔質成型体（プリフォーム）の空隙に特殊な液状の有機無機封孔剤を含浸させて放射線遮蔽複合体を製造する方法について、実施例及び比較例を挙げて説明する。以下の実施例の複合体について曲げ試験を実施しているのは、下記の理由による。プリフォームの空隙に液状の有機無機封孔剤を含浸させた場合は、プリフォームの空隙内に有機無機封孔剤由来の成分が残存する。ここで、プリフォーム）の空隙に液状の有機無機封孔剤を含浸させた構成の複合体の場合は、先に説明したアルミニウムの溶湯を含浸させた場合のように必ずしもプリフォームの空隙の全てに含浸させる必要はなく、一部空隙が残存した状態でもよい。本発明者らの検討によれば、このような構成においても、液状の有機無機封孔剤を含浸される前におけるプリフォームの空隙１００体積％のうちの２５体積％以上を液状の有機無機封孔剤が占める構成のものであれば、得られる複合体は十分な強度を有するものになり、壁材や天井材等の建築材料として利用することができる。換言すれば、得られる複合体について曲げ試験を行って、その強度を確認すれば、プリフォームの空隙内に有機無機封孔剤の固化物及び／又は有機無機封孔剤の加熱処理物が十分な量で残存したものであることが確認できることになる。以下に示した通り、実施例の複合体は十分な強度を有しており、本発明で規定する構成のものであることがわかる。

【0119】

［実施例９］
先に説明した実施例１と同様な種類の材料構成で、平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末＃８００（同人産業社製）２７０ｇを使用して、同じ方法で混合、成形、焼成、冷却して、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍの形状を有する、２６２ｇの重量のプリフォームを作成した。得られたプリフォームは、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の真比重２．５１から計算して嵩比重が１．３１であり、炭化ホウ素の充填率（Ｖｆ）が５２ｖ％、空隙が４８ｖ％であった。

【0120】

有機無機封孔剤として、粘度が１５．５ｍＰａ・ｓ、比重が１．１５でシロキサン結合を有する、不揮発分が８５ｗ％のパーミエイトＨＳ－２００（商品名、ディ・アンド・ディ社製、以下単にパーミエイトと呼ぶ）を用いた。図２に概略図を示したような減圧圧力容器３０を用いて、下記のようにしてプリフォーム３２に液状の有機無機封孔剤３１であるパーミエイトを含浸させた。減圧圧力容器３０内に配置させた室内容器３４内に、上記で得たプリフォーム３２を入れて浮かないように重石（不図示）を乗せた状態にして、室内容器３４内に有機無機封孔剤投入容器３５を介してパーミエイトを入れて、プリフォーム全体がパーミエイトに浸るようにした。

【0121】

減圧口３６を介して真空ポンプ（不図示）で、減圧圧力容器３０全体を真空に引き１０分間保持した。その後、真空を開放して減圧圧力容器３０内を常圧に戻した後、この減圧圧力容器３０に、コンプレッサー（不図示）からの７気圧の空気を減圧装置（不図示）で４気圧に減圧し、減圧圧力容器３０内にゆっくり導入し減圧圧力容器の全体を４気圧に加圧し、５分間保持してパーミエイトをプリフォーム３２内に加圧含浸した。

【0122】

その後、減圧圧力容器３０を大気圧に戻した後プリフォーム３２を室内容器３４から取り出し、一昼夜自然放置した。その後、５０℃／時間で昇温し、４００℃で３時間加熱処理をして放射線遮蔽機能を有する複合体を作製した。この素材（複合体）の比重を測定した結果から該複合体は、Ｂ_４Ｃが５２ｖ％、有機無機封孔剤が３０ｖ％（プリフォームの空隙の内の６２．５ｖ％）、その空隙が１８ｖ％の素材であった。得られた素材（複合体）の比重は表２中にまとめて示した。

【0123】

上記で得たＢ_４Ｃ粉末の体積充填率（Ｖｆ）５２ｖ％、厚み２０ｍｍの素材（複合体）について、外部の測定機関に依頼して放射線遮蔽効果についての測定を行った。カリホルニウム（Ｃｆ）の同位体の中性子線Ｃｆ２５２の遮蔽率を測定した結果、遮蔽率は３０％であり、高い値を示した。２０ｍｍの厚みでこれだけの中性子線遮蔽率を示した遮蔽材は例がない。この結果は、本実施例で得られた複合体は、原料に用いた、軽量で且つ放射線遮蔽効果に優れるＢ_４Ｃ粉末が分解することなく、そのままの状態で複合化されて、Ｂ_４Ｃ粉末の持つ特性を効果的に併せ持つ有用な素材であることを示している。一方、上記で得た複合体から、３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの曲げ強度を測定するための試験片を作成してＪＩＳ－Ｒ１０６１の基づいて曲げ試験を行った。その結果、２５Ｍｐａの強度を得た。この値は、同じ方法で測定した石膏ボード、コンクリート板の約５～１０倍であることから、外壁材、放射線保存容器には十分使用できる素材であることが確認できた。

【0124】

［実施例１０］
先に実施例２の配合で使用した平均粒径が７０μｍのＢ_４Ｃ粉末＃１８０（同人産業社製）２３０ｇと、平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末＃８００を１００ｇとを用い、実施例２と同じ方法で１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍの成型体を作成した。この成型体を実施例１と同じように４００℃で焼成した結果、重量が２３５ｇ、嵩比重が１．６６のプリフォームを得た。得られたプリフォームは、Ｂ_４Ｃの体積充填率（Ｖｆ）が約６６ｖ％、空隙が３２ｖ％であった。この得られたプリフォームを用いて実施例８と同じようにしてパーミエイトを真空含浸させて４００℃で加熱処理することにより、Ｂ_４Ｃが６６ｖ％、パーミエイト（有機無機封孔剤）が１９ｖ％（プリフォームの空隙の内の５９．４ｖ％）、空隙が１５％の放射線遮蔽材を得た。

【0125】

上記で得たＢ_４Ｃ粉末の体積充填率（Ｖｆ）６６ｖ％、厚み２０ｍｍの素材（複合体）について、外部の測定機関に依頼して放射線遮蔽効果についての測定を行った。カリホルニウム（Ｃｆ）の同位体の中性子線Ｃｆ２５２の遮蔽率を測定した結果、遮蔽率は３４％であり、高い値を示した。また、実施例８と同じように曲げ試験片を作成し、曲げ強度を測定したところ、４１Ｍｐａと高い値を示した。

【0126】

［実施例１１］
実施例３と同様な配合で、平均粒径が１５μｍの硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）粉末であるＡ－２００（商品名、竹原化学工業社製）２４０ｇを用い、実施例１と同様な方法で均一に混合した。バインダーとして、溶解可能なシリコーン樹脂ＫＲ－２００（信越化学社製）をエタノールに溶解して、質量基準で２０ｗ％濃度に調製されたシリコーン系の樹脂溶液を用いた。そして、調製したシリコーン系の樹脂溶液の内の１５ｇを、混合したＢａＳＯ_４粉末に加え、実施例１と同様にしてヘンシェルミキサーで高速撹拌して混合粉を得た。

【0127】

上記で得た混合粉を６０ｍｍφの金型に入れ、１６０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でプレス成形し、これを実施例１と同じように４００℃で加熱して、６０ｍｍφ×２７．８ｍｍ厚の円板形状で、重さが２３５ｇのプリフォームを作成した。得られたプリフォームの嵩比重は２．９５であり、ＢａＳＯ_４が６５ｖ％で、空隙が３５ｖ％であった。

【0128】

次に、上記で得たプリフォームに液状の有機無機封孔剤を用い、下記のようにして複合体を得た。液状の有機無機封孔剤として、ＳｉＯ_２換算で４０ｗ％を含有するコルコート社製のエチルシリケートオリゴマーを容器に入れ、上記で得たプリフォームを浸漬し、真空及び４気圧の加圧によりエチルシリケートをプリフォームに含浸させた。そして、液状の有機無機封孔剤を含浸させた含浸体を容器から取り出し、４８時間空気中に放置して、４００℃で３時間加熱処理して、ＢａＳＯ_４が６５ｖ％、エチルシリケートから生成したＳｉＯ_２の不揮発分が１０ｖ％（プリフォームの空隙の内の２８．６ｖ％）、残部が２３ｖ％である放射線遮蔽機能を有する複合体を得た。

【0129】

上記で得たＢａＳＯ_４粉末の体積充填率（Ｖｆ）６５ｖ％、厚み２７．８ｍｍの素材（複合体）について、外部の測定機関に依頼して放射線遮蔽効果についての測定を行った。その結果、セシウム（Ｃｓ）のガンマ線Ｃｓ１３７の射影率は３６％、Ｘ線１５０Ｋｖの遮蔽率は９９．７％と高い値を示した。また、実施例１と同じ要領で曲げ試験片を作成し、曲げ強度を測定したところ、２８Ｍｐａと高い値を示し、構造体として十分に利用できる素材であることが確認された。

【0130】

［実施例１２］
平均粒径が１６μｍのＢ_４Ｃ粉末を５４ｇ、平均粒径１５μｍのＢａＳＯ_４粉末であるＡ－２００（商品名）１１０ｇに、液状のバインダーとしてエチルシリケート７ｇを添加して実施例１と同じように原料混合、プレス成形した後、４００℃で焼成して、重さが１６５ｇの、６０ｍｍφ×３０ｍｍの形状で嵩比重が１．９３であるプリフォームを得た。得られたプリフォームは、Ｂ_４Ｃが２９ｖ％、ＢａＳＯ_４が２９ｖ％、空隙が４２ｖ％であった。

【0131】

図２に示したような減圧圧力容器３０と、有機無機封孔剤３１として液状のエチルシリケートを用い実施例８と同じようにして、上記で得たプリフォーム３２を、エチルシリケートの液体に浸漬し、真空含浸した後、４００℃で加熱処理して放射線遮蔽機能を有する複合体を得た。得られた複合体は、Ｂ_４Ｃが２９ｖ％、ＢａＳＯ_４が２９ｖ％、エチルシリケートのＳｉＯ_２の不揮発分が１７ｖ％（プリフォームの空隙の内の４０．４ｖ％）、空隙が２５ｖ％であった。

【0132】

上記で得られたＢ_４Ｃ粉末、ＢａＳＯ_４粉末と、液状の有機無機封孔剤を含んでなる素材（複合体）について、外部の測定機関に依頼して放射線遮蔽効果についての測定を行った。その結果、セシウム（Ｃｓ）のガンマ線Ｃｓ１３７の射影率は２５％、Ｘ線１５０Ｋｖの遮蔽率は９８％と高い値を示した。また、他の実施例と同じ要領で曲げ試験片を作成し、曲げ強度を測定したところ、３２Ｍｐａと高い値を示し、構造体として工業的に十分に利用できる素材であることが確認された。

【0133】

表２に、実施例９～１２の複合体の形成に用いたプリフォームを構成する特定粉末の実施形態と、プリフォームの空隙内及び複合体内の有機無機封孔剤の量と、放射線遮蔽効果をまとめて示した。

【0134】

［比較例７～１０］
表２に示した構成の実施例９～１２の複合体を調製する際に用いた、液状の有機無機封孔剤を含浸させて複合化させていない状態の、それぞれのプリフォームを用い、試験片を作成して実施例と同様に曲げ強度の測定を行った。そして得られた測定結果を表３にまとめて示した。比較のために、実施例９～１２の各複合体における曲げ強度の倍率を括弧内に示した。表３に示したように、プリフォームに有機無機封孔剤を複合化させた実施例の複合体の場合は、比較例の素材と比べて曲げ強度を格段に向上させることができることが確認された。

【0135】

【0136】

［比較例１１］
実施例９で調製したと同様の、嵩比重が１．３１で、Ｂ_４Ｃの充填率（Ｖｆ）が５２ｖ％、空隙が４８ｖ％のプリフォームを用い、下記のようにして有機無機封孔剤との複合化を行って比較例１１の複合体を得た。液状の有機無機封孔剤として実施例９で使用したと同様の粘度が１５．５ｍＰａ・ｓ、比重が１．１５でシロキサン結合を有する、不揮発分が８５ｗ％のパーミエイトＨＳ－２００を用い、これをエタノールで希釈して不揮発分を２０ｗ％に調整して用いた。そして、実施例９と同様の手順で液状の有機無機封孔剤を含浸させた後、加熱処理して複合化した素材を得た。重量測定を行った結果から該素材は、Ｂ_４Ｃが５２ｖ％、有機無機封孔剤が８ｖ％（プリフォームの空隙の内の１６.０ｖ％）、空隙が３６ｖ％の素材であった。この素材についても実施例と同様の方法で曲げ強度を測定したところ、曲げ強度が１１ＭＰａで高強度ではなかった。その理由は、プリフォームの空隙に占める有機無機複合剤の量が低いことに起因すると考えられる。

【0137】

［比較例１２］
実施例１１で調製したと同様の、嵩比重が２．９５で、ＢａＳＯ_４の充填率（Ｖｆ）が６５ｖ％で、空隙が３５ｖ％のプリフォームを用い、下記のようにして有機無機封孔剤との複合化を行って比較例１２の複合体を得た。液状の有機無機封孔剤として、実施例１１で用いた液状のエチルシリケートオリゴマー溶液を水で希釈してＳｉＯ_２の不揮発分が１０ｗ％溶液となるように調整して用いた。そして、実施例１１と同様な操作でプリフォームに液状の有機無機封孔剤を含浸させた後、加熱処理して複合化した素材を得た。重量測定を行った結果から該素材は、ＢａＳＯ_４が６５ｖ％、エチルシリケートから生成したＳｉＯ_２の不揮発分が４ｖ％（プリフォームの空隙の内の１１ｖ％）、空隙の残部が３１ｖ％の素材であった。この素材についても実施例と同様の方法で曲げ強度を測定したところ、曲げ強度が９ＭＰａであり、強度が低かった。

【0138】

［比較例１３］
実施例９で調製したと同様の、嵩比重が１．３１で、Ｂ_４Ｃの充填率（Ｖｆ）が５２ｖ％、空隙が４８ｖ％のプリフォームを用い、下記のようにして有機無機封孔剤との複合化を行って比較例１３の複合体を得た。液状の有機無機封孔剤として、不揮発分４０ｗ％でエタノールに溶解した粘度が１５０ｍＰａ．ｍのシリコーン樹脂ＫＲ２２０ｌ（商品名、信越化学社製）溶液を用いた。該シリコーン樹脂溶液を実施例９で行ったと同じ操作でプリフォームに含浸し、加熱処理して複合化した素材を得た。得られた素材は、Ｂ_４ＣのＶｆが５２ｖ％で、シリコーン樹脂から生成したＳｉＯ_２の不揮発分が３ｖ％（プリフォームの空隙の内の６．２ｖ％）、空隙が４５ｖ％であった。この素材についても実施例と同様の方法で曲げ強度を測定したところ、曲げ強度が６ＭＰａであり、強度が低かった。その理由は、粘性（粘度）が高いシリコーン樹脂溶液がプリフォームに十分含浸せず、有機無機封孔剤の含浸量が低かったためと考えられる。

【0139】

【符号の説明】

【0140】

１：アルミニウム溶湯
２：プリフォーム
３：アルミニウム溶湯が含浸した複合体
４：下パンチ
５：上パンチ
１０：プレス金型
３０：減圧圧力容器
３１：有機無機封孔剤
３２：プリフォーム
３３：減圧圧力容器の開閉治具
３４：室内容器
３５：有機無機封孔剤投入容器
３６：減圧口
３７：加圧口
３８：圧力計

【要約】

【課題】放射線遮蔽機能を有する粉末を高い含有率で含む新規な構成の複合体の開発。
【解決手段】放射線遮蔽粉体を合計で３～８５％の範囲で含有してなる、酸化ガドリニウム、炭化ホウ素、酸化ホウ素、ホウ素、硫酸バリウム、酸化ストロンチウム、タングステン、酸化タングステン、タングステンカーバイド、モリブデン、酸化モリブデン、鉄粉末、酸化鉄粉末及びフェライト粉末から選ばれた１種以上の放射線遮蔽粉体と、液状のシリカ系バインダーとを含む混合物からなるプリフォームの空隙の全部に、溶融したアルミニウムが含浸・充填されて固化して複合化されてなるもの、或いは、該プリフォームの空隙の２５％以上に、液状の有機無機封孔剤が含浸されて固化して複合化されてなるものであり、且つ、液状のシリカ系バインダーが、放射線遮蔽粉体が分解されることのない温度でプリフォームを形成できる特性のものである放射線遮蔽機能を有する複合体及びその製造方法。
【選択図】なし

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】