アルミニウム箔 (2021)

アルミニウム箔 Kragen Javier Sitaker, 02021-05-24 (更新 02021-09-11) (14分) キッチン用アルミニウム箔は驚くべき素材です。通常、厚さは10 μm、幅は400 mmで、この次元でのアスペクト比は40000、ロールは一般的に数十メートルの長さで、アスペクト比は1 000 000になります。ヘビーデューティー版は30 μm以上に達することもあります。その薄さにもかかわらず、25 μm以上の箔は酸素、水、光に対して不浸透性ですが、Wikipediaによれば、より薄い箔は通常ピンホールに悩まされるとのことです。完全に焼きなまし状態であるため、曲げると急速に加工硬化し、その薄さからサブミリメートルスケールの深さで曲げてメタマテリアルを形成することができます。可視スペクトル全体で明るい側が88%、赤外線ではさらに高い反射率を持ち、銅に匹敵する導電性があります。数年間、風雨に耐えて腐食に強く、無毒で、軽量（2.71 g/cc）、そして非常に安価で、1平方メートルあたり50¢未満です。Robert Langは、キッチン用アルミニウム箔の片面または両面にティッシュペーパーをラミネートして「ティッシュフォイル」を作ることを推奨しており、彼は長年これを理想的な折り紙素材と考えてきました。特に、彼はラミネートプロセスで箔を所定の位置に保持するために、弱い犠牲接着層を使用しています。一般的な合金には、特に1100と1200、そして8111、8015、8006があり、ケイ素を0.06%–0.6%、鉄を0.4%–1.6%、場合によっては銅またはマンガンを0.5%未満含んでいます。（1100は「非合金アルミニウムグレード」と説明されることもありますが、銅を0.05%–0.20%含むように規定されており、不可避的に他の不純物も含まれています。）これらの合金の室温での降伏強度は30–170 MPa、引張強度は70–200 MPaの範囲であり、もちろんヤング率はすべて約70 GPaです。結晶構造がfccであるため、絶対零度まで延性を保ち、極低温用途に適しています。実際、アルミニウムは極低温ではより強くなります。そして、高温では劇的に弱くなりますが、融点は約650°と低いため、有機材料よりも高い温度で使用できます。酸化されると（例えば、ソーダ溶液、アーク、または陽極酸化処理）、非晶質のサファイアが得られ、結晶化すると優れた絶縁体、耐火物、研磨材になります。酸化プロセスは大量の熱を発生させるため、アルミニウムは非常に高エネルギー密度の燃料となり、アルミニウムの厳格な三価性のおかげで、電気電流も発生します。アルミニウム箔の燃料電池はアマチュアによって日常的に製造されていますが、これらは通常、アルミニウムを酸化物や水酸化物ではなく塩化物に酸化します。1平方メートルあたり50¢は、太陽集光器では1キロワットピークあたり50¢、または0.05¢/Wpであり、現在約18¢/Wpの太陽電池よりも著しく安価で、360倍高価です。（ただし、そこでの箔の数値は太陽光ワット数です。PV太陽集光器を作成している場合、太陽電池の効率、例えば21%で割る必要があり、電気では0.24¢/Wpになります。）大きなアルミニウム箔アセンブリは、かなりのたわみに弱くなりますが、岩や日干しレンガの壁のような硬くて安定した表面に多数の小さなアセンブリを配置できます。あるいは、波形ダンボールのようなものを作ることで箔を強化することも可能かもしれません。水性ホウ酸（Potential local sources and prices of refractory materialsによると1.70ドル/kg）またはホウ砂を接着剤として使用します。水の表面張力は、水が乾くまでアルミニウム箔を所定の位置に保持するのに十分です。現在私の注意を引いている特徴は、加工硬化の可能性であり、これにより、室温でアルミニウム箔自体を加工できるアルミニウム箔製の工具を作成するという魅力的な可能性が示唆されており、この可能性は、日常的に利用可能な巨大なアスペクト比によってさらに強化されます。簡単な例として、理論的には箔を円錐形に丸めることができ、この円錐の先端は、同じ箔をへこませたり、リブを形成したり、さらには貫通させたりすることができます。しかし、これは、まず箔を16層に折りたたんで、最後の折り目に収束するリブを形成し、その先端の周りに円錐を丸めると、実際にははるかに簡単になります。最後に形成された折り目が逆にされている場合、折り目の外縁に沿ったアルミニウムは、可能な限り小さい半径で二重に曲げられたため、以前に最もひずみを受けたアルミニウムであり、最も加工硬化していることになります。私はそのような円錐を使用して、アルミニウム箔だけでなく、リンゴの皮さえも貫通させることができました。箔を256層に折りたたんだものは、私のひどいデジタルノギスで2.57 mmの厚さになり、結果の正方形は一辺が27〜29 mmで、重さは1.8 gでした。密度はわずか0.8〜1.0 g/ccであり、おそらく半分以上が空気ですが、水に急速に沈むため、密度はおそらくそれよりも少し高いでしょう。そのような円錐の先端を使用して、貫通せずにリブを形成することは難しいです。なぜなら、先端の周りにかなりの粗さがあり、裏打ちされていない箔を引き裂く傾向があるからです。これらはpresumably除去でき、生の箔の従来のSPIF処理を、先端を箔の上で滑らせることによって可能にします。より良い代替案は、箔に一連のへこみを作成し、それらの間に新しいへこみを追加することで、金属ブロックを切り抜く方法に類似した方法で連続した溝を生成することかもしれません。しかし、「ワークピース」である箔が、かなり硬いもの（段ボールや前述の詰められた256層アルミニウム箔の正方形を使用しました）で裏打ちされており、私が以下に説明する他のタイプの先端の1つを使用している場合、引き裂きは比較的まれです。この状況では、それはかなり確実にリブを形成するだけです。（先端のタイプ、裏打ち、またはその両方が関連しているかどうかをより厳密にテストする必要があります。）そのようなリブは加工硬化しているため、完全に焼きなましされた箔にその形状を繰り返し刻印することができます。私は層状アルミニウム箔のポイント（「シングルポイントインクリメンタルフォーミング」）を使用して、箔に短い筆記体の単語を書き込みました。箔は、やや硬い256層の正方形で裏打ちされているだけでした。その後、このマスターをいくつかの場所に別の箔のピースに押し付け、「スタンピング」として指で2つの箔を各位置に押し付けました。これにより、いくつかの場所で単語の非常に読みやすいコピーが得られましたが、かなりのバネ反発があったと推測しており、したがって、複数世代にわたるこの種のスタンピングを繰り返すと、各世代でスタンピングが浅くなります。ろうそくの炎やブタンライターの炎でこの箔を燻製して焼きなまししようとしましたが、今のところ、燻製することなく、ほとんどの場合（1秒未満で）溶かすことしかできませんでした。おそらく、中に水を入れると、過熱の瀬戸際にあることがわかるように煙を出すことができるかもしれませんが、そのような薄い材料を焼きなましするには、温度制御されたヒートガンなど、おそらく異なる温度制御方法がより実用的でしょう。より鋭く、より低容量のポイントを持つ、より再現性の高いポイント構造は、箔とリンゴをさらに簡単に貫通させることができました。箔を3回折りたたんで8層にし、直角の角を作りました。角を2回二等分して22½°の角度を得ました。親指の圧力でその角度を二等分するリブを形成しました。その後、最後の折り目を約30°に開いて、ポイントの両側が互いに強化されるようにしました。90°の谷を持つ型に箔を置き、そのようなポイントをその上でドラッグすることで、箔に曲げを加えることができました。曲げに垂直なリブがあった場合、あるケースでは複数回のパスが必要でした。2回目の試みでは、意図した曲げ位置で箔をきれいに切断することに成功しました。40,000:1のアスペクト比を別の見方をするなら、400 mmの長さと、例えば10 mmの幅のストリップからタイトな円筒形のロールを作ることを考えることができます。これは40 mm³で、円筒の両端は4 mm³です。したがって、円筒の半径は1.13 mm、直径は2.26 mmになり、中心を通る断面は226個の10-μm層の箔を通ることになります。つまり、予想される40,000ではなく、それはab