可能な限り最も硬い木材は何ですか、そしてこれはどこで実用的な材料になりますか？

特定の仕事をするために誰かが「より悪い」材料を使用するのはなぜですか？

すべてのエンジニアリングプロジェクトは、望ましい結果を達成するためのさまざまなリソースの使用。コストと可用性が純粋な材料効率の有効性をはるかに上回っているため、「より悪い」材料が頻繁に使用されます。

たとえば、銅配線はほとんどすべての電気アプリケーションで使用されます。どうして？安い指揮者だから。それは最高の指揮者ですか？番号;銅の電気伝導率は$ 0.596 \ cdot 10 ^ 6 / \ text {cm} \Ω$で、銀の$ 0.63 \ cdot 10 ^ 6 / \ text {cm} \Ω$の約95％にすぎません。銅をより多くのアプリケーションにとってより望ましいものにしているのは、その節約の恩恵であり、銀と比較して約$ \ $ 2.7 / \ text {lb} $（過去5年間で2〜4 \ $ / lbの範囲）の費用がかかるという事実です。 $ \ $ 267.8 / \ text {lb} $（過去5年間で200〜500 \ $ / lbの範囲）の値札。実際、アルミニウムは$ 0.377 \ cdot 10であるため、多くのアプリケーションがアルミニウム配線への変換を試みています。 ^ 6 / \ text {cm} \Ω$は、それでもかなり合理的です。$ \ $ 0.85 / \ text {lb} $（過去5年間で0.65-1.20 \ $ / lbの範囲）という低コストです。

コンクリートと鋼は、基本的にそれぞれ圧縮強度と引張強度の銅です。リーズナブルな価格で効率的に仕事をするのに非常に優れているため、ほとんどの超高層ビルやその他の大規模な建設プロジェクトで使用されます。木材は通常、純粋な材料の効率が、可用性と建設の容易さに関連するコストよりも重要ではない小規模な作業に使用されます。

コストが制限要因ではない場合、他のより具体的な設計基準が存在する可能性があります。木材は誘電体（つまり非金属）であるため、高周波反射が望ましくないアプリケーションでは、より望ましい場合があります。同様に、非磁性であり、鋼のように鉄金属のように磁化されることはありません。木材は、コンクリートや鋼に比べて比較的軽量であるため、材料の密度よりも物理的な寸法の問題が少ない場合に便利です。

存在する可能性のある最も硬い種類の木材は何ですか？

この質問に数字で完全に答えるのは少し難しいですが、超未来的なレベルの遺伝子改変を可能にすると、空が限界になります。

木材は本質的に重量に比べて非常に強いため、自然に成長するメタマテリアル。植物の細胞は、セルロース繊維と結合したリグニンポリマー（それぞれ高い引張強度と圧縮強度を持つ）で構成される壁を持ち、繰り返しボックスのマトリックスを形成します。これにより、多くの場合でも大きな剛性が得られます。セル内部の水の重量は乾燥しています。生物をより強くするための生物工学は、セルロースとリグニン（および/または最適化されたバージョン）のより良い有機代替物を設計することだけを必要とします。カーボンナノチューブやグラフェンシートは、ここでは完全に可能性の範囲外ではありません。さらに、より効率的なメタマテリアル構造を設計することは、木材のバルク材料特性を改善する別の方法です。木材のセルロースとリグニンは、ほとんどが長方形のビルディングブロックのマトリックスを形成します。これは、本質的に、細胞外の細胞壁で形成された単純な立方晶格子です。より複雑な細胞内支持構造を持つように植物を設計することで、これらの構造をダイアモンド立方格子構造により近くし、強度をかなり高めることができます。

コメント

• もちろん、’グラフェン/炭素の木を成長させた後でも、それは”木材としてカウントされますか”？
• カーボンナノ構造のフレームワークを構築するナノボットがある場合は、”ツリーよりも多くのナノファクトリーがあります”なので、’マテリアルを”木材と呼ぶのはほとんど意味がありません”。しかし、細胞を次々と積み重ねて成長し、細胞壁に最適に設計されたセルロースとしてナノチューブを使用するだけの樹木がある場合は、それを木材と呼んでみませんか？
• 追加するもう1つの良い例配線はアルミニウムで、実際には銅よりも軽くて安価で、これらの理由で長いオーバーヘッド配線に使用されますが、いくつかの欠点がありますこれは、家の配線や電子機器などの他の多くのアプリケーションのそれを相殺します。そして、そのコインの反対側は、アルミニウムは、導電率が低いなどにもかかわらず、長い架空の高電圧走行に適しているということです。アルミニウムと銅は、さまざまなシナリオでのさまざまな長所/短所の良い例です。
• @JasonC配線段落の最後の文は、AlがCuよりもさらに安価であり、一部のアプリケーションで使用されていることをすでに述べています。 ‘これ以上詳しくは説明しませんが、’詳細が多すぎると、木材に関するこの質問に答えられるのではないかと心配しています。レールから少し離れすぎています。
• 超未来的な遺伝子操作は、木で作られた構造が生物を生かし続けるように、それを作るという非常に興味深い代替案につながる可能性もあります。木材は非常に硬いため、収穫して使用するための処理が難しいため、代わりに、遺伝的に強化された木がその場に植えられ、おそらく照明や格子などの外部ツールを含むプロセスを通じて、目的の形状に成長します。

「最も硬い木材」の質問を回避するのではなく、アプリケーションに関しては…広葉樹は一般的に、重量ではなく強度が必要な場所で使用されます。ツールハンドル、スポーツ用品（野球のバット、ホッケースティックなど）、家具など。

1立方フィートの鋼は非常に強力ですが、490 lbs（7900 kg / m ³ ）と非常に重いです。通常、1立方フィートの広葉樹はに近いです。 50ポンド（800 kg / m ³ ）。

「仕事に最適な素材」に関しては、私は常に木製のホッケースティックを好みましたが、木材で包まれていました。 Kevlarで…からの損耗を助けます…まあ…ホッケー。それらは「軽量で、わずかに柔軟性がありますが、それでも信じられないほど強力です。私の最初のスティックは20年以上前のものであり、ラフなプレイからの多少の音にもかかわらず、それでも使用できます。

建設に関する限り…もちろん、鋼とコンクリートはより強く、多くの場合より耐久性がありますが、それらは「はるかに重く、またはるかに高価です」。

また…可能な限り最も硬い木材は、用途と、「単純なスラブと複合プライのどちらについて話しているかによって異なります。

コメント

• また、木材はコンクリート/鋼よりも環境にやさしいと見なされており、極端な寒さに強い可能性があります…

最も硬い木材を求めているのですか、それとも最も強い木材を求めているのですか？2つの異なるものです。

ブビンガは私が知っている中で最も強い木材であり、破裂係数（曲げ）は24,410 lb $ _ \ text {f} $ / in $ ^ 2 $（168.3 MPa）ですが、破砕強度（圧縮）は10,990 lb $ _ \ text {f} $ / in $ ^ 2 $（75.8 MPa）、曲げ強度の半分未満。

破砕強度は、の方向に大きく依存することに注意してください。応力に対する粒子の場合、応力が粒子に垂直である場合、強度は10分の1に低下する可能性があります。

コメント

• 2つ追加ここでのこと：1）油圧プレスのようなものを使用して、事前に意志を圧縮して、それをより強くすることが可能かもしれません。 2）’の成長を監視/影響を与えることで、木材をより強くすることができる場合があります。例えば。寒い季節には成長が遅くなります。つまり、年輪がきつくなり、木材がコンパクトになります。また、小枝や枝を取り除くなどのことが影響する可能性があります。これは、たとえばウィンドウフレームに使用することを目的とした木で以前に行われていました。
• Ipe（”ブラジルのクルミ”（真のクルミではありませんが）ルプトレの弾性率177 MPa、破砕強度93.8MPa。

リグナムバイタは、何世紀にもわたってエンジニアリングで使用されてきました。密度が高く丈夫であるだけでなく、自己潤滑性という珍しい特性もあります。

多くの水力発電タービンはまだベアリングにリグナムバイタを使用して製造されており、数十年経った今でも多くの古い水力発電スキームがリグナムバイタベアリングで使用されています。

-自動車およびその他の車両の温度ベアリング。特にトラックロッド/タイロッドエンドは、戦前の車では常にリグナムバイタで作られていました。これは、一部のメーカーでは1960年代まで存続しました。

コメント

• ちなみに：数十年前、私はウィニペグ川のポワントデュボアダムのツアーをしました。ダムは1911年に建設されました。タービンは水平軸で、上流端のベアリングはリグナムバイタでできており、水滴で潤滑されていました。 1983年、彼らはまだ元のベアリングを使用していました。
• @SherwoodBotsford興味深い-ありがとう！

最も硬い木を探すだけなら、珪化木を見たいと思うかもしれません。

それは木に似ています見た目は石のような堅固さを提供します。建物の柱を作るのに使うとしたら、木のように見えても石のように振る舞う柱ができます。

抵抗が少ないため、梁としてはほとんど使えません。

コメント

• なぜですか？珪化木はOPに何を提供しますか？現状では、これはリンクのみの回答にすぎません。質問のタイトルの一部を繰り返して、ウィキペディアの記事へのリンクを提供するだけです。
• @MichaelKj ö rling、コメントありがとうございます。答えを拡大しました
• しかし、珪化木は’もはや木材ではなく、’岩です。その基準では、木目調のセラミックタイル（以前は’ Strata ‘のブランド名で販売されていました）はさらに難しくなります。
• 珪化木は’木のように見えたり茶色である必要はありません。乾式壁の色の例をいくつか所有しています。
• 木材を石化するのにどのくらい時間がかかりますか？木造の構造物（梁、接合部など）を彫って、全体を石化してから、石片を組み立て直していただけませんか。そもそも石を彫るよりも利点はありますか？

材料科学にはこれがあります同じ寸法の異なる材料に加えられた同じ力の写真。
「簡単に壊れないようにする方法」に対する最初の答えは、「材料の量を2倍にするか、力が加えられる場所にサポートを配置する」です。

つまり、あなたの質問に対する本当の答えは、場所ではなく、理由と方法です。たとえば、木造船から鉄鋼への切り替えは、鉄鋼船の寸法によって決まりました。一方、小型船は、次の場合に安価で軽量でした。グラスファイバー製。
家と同じですが、洗練された建物ではなく、迅速に建物を建てたい場合は、プレハブを使用します。しかし、木材はよりプラスチックであり、自由に入手できます。だから、あなたはあなたのプロットをつかんで、すでに現場に資料を持っていることができます。

コメント

• あなたは”と書いていますが、木材はよりプラスチックです”。 ‘ more ‘の後に不足している単語を追加するように編集しますが、’ mそこで何を言おうとしていたのかわからない。
• @ Anon234_4521彼は’木がよりプラスチックであると言おうとしている：プラスチックˈplastɪk / 2.（of物質または材料）簡単に成形または成形できます。 （ en.oxforddictionaries.com/definition/plastic

「最も難しい」を「に変更するつもりです」 「タフで用途が広い」というのは、「まだ物事を絞り込むためのユースケースがないためです。しかし、北米で非常にタフで用途の広い木材は、オーセージオレンジです Maclura pomifera 。ヘッジツリーとも呼ばれます。それはまた、自分の庭で1つを削減する必要がある人の疫病でもあります。

1. ヘッジツリーはかなりタフです、北米で最もタフです緑色の場合の2040年のヤンカ硬度。乾燥すると硬くなり、2700までと報告されています。これはオークの最も硬いものの約2倍です。木がまだ緑色のときは、乾くとできないので、彫刻をすることをお勧めします。

2. やや柔軟。硬度と組み合わせると、貴重な弓職人の木材になります。ネイティブアメリカンは、オーセージオレンジから手足を収穫するためにかなり長い道のりを旅します。弓用。

3. 腐敗に対して非常に耐性があります。フェンスの支柱によく使用されます。これは、地面の下で長期間持続するためです。カビやカビが木材の奥深くまで入り込むことはありません。虫も木を避けているようです。果物はしばしば天然の防虫剤として使用されます。

4. それは密集しています。この木はチェーンソーを食べます。私は庭で1本切り落とさなければならないことからこれを知っています。それは約12歳で、3本のチェーンソーチェーンが通り抜けるのにかかりました。確かに、私は安いチェーンソーを持っていますが、それでも。ちなみに、私はまだトランクの大部分を持っています。とてつもなく重いので、何かしたいのですが、まだ何がわかりません。

5. やけどhot ！薪として使用すると、ほとんどの種類のオークの約2倍のBTUで食べることができます。ポップが多いので、暖炉では良くありませんが、密閉された薪ストーブでは、家を約2倍に保つことができました。外が12fだった吹雪の間に80度f。

6. それはさまざまな気候と土壌で育ちます。中西部では、薪ストーブを作成し、ダストボウル中の土壌侵食を助けるために使用されました。

実際に存在する最も丈夫で用途の広い天然木であるOsageOrange Maclura pomifera はあなたの友達です。また、それはあなたの周りのどんな種類の猿もそれの遺伝子でやりたいかもしれません。

私たちは世界を構築しているので、 「遺伝子工学の発展と、規則的な構造の炭素原子の集合を触媒するタンパク質の発展を前提としています。

それなら、私たちの修正された木は、少なくとも細胞スケールで、おそらく細胞壁または内部脊椎として、安定した四面体結晶形の炭素を構築できると考えられます。それはまだ木なので、これらの小さな構造はおそらくセルロースマトリックスに埋め込まれている可能性があり、それ自体に弱点がある可能性があります。

それでも、最終的な硬度は結晶形のダイヤモンドです。

サザンライブオークQuercusvirginianaのヤンカ硬度は2,680lbf（12,920 N）です。

補足回答。木材はセルロース繊維でできています。セルロースはどれくらい強いですか？

非常に強い。ここには多くの詳細があります： https://www.extremetech.com/extreme/134910-nanocellulose-a-cheap-conductive-stronger-than-kevlar-wonder-material-made-from-wood-pulp 。引用：「軽量、柔軟性、鋼よりも強く、より硬いケブラー」…もちろん、それは、進化（長期）と環境（木の生涯中）によって研ぎ澄まされた構造の樹木によって生成され、樹木に最も役立ちます。単に鋸で切るのではなく、ナノセルロースに再形成するために少し作業をする必要があります。

木材には、セルロース繊維を結合するリグニンと呼ばれる天然接着剤も含まれています。セルロースが少なくとも私たちの最高のプラスチックと同じくらい強いのと同じように、リグニンは少なくとも私たちの最高の接着剤と樹脂と同じくらい良いです。最近までは桁違いに良かったのですが、化学者が追いついてきて、今では木が思い通りの形に成長したかのように強く木に接着することができます（*）。集成材を入力します。 （恐ろしい名前：接着ラミネートの収縮だと思います）。とにかく、グーグル「集成材」とあなたは、人々が今、木から小さな超高層ビルを建設し、より大きなものを計画していることに気付くでしょう。結局のところ、それは鋼と同じくらい強い重量の重量です（そして直感に反して、より耐火性があります！）集成材は単純なのこぎりの木材と同じものではないので、建築家はまだ自分の道を感じています、そして最初に小さな構造で経験と自信を構築します。

これは世界を構築するものであるため、これらの参照は（セルロースを使用して）何が可能かを示しています。遺伝子工学を使用して、私たち自身のニーズにより適した木を育てるために木を再プログラムすることができるかもしれません。または、より高い重力の惑星では、進化は同じことをしたかもしれません（そうでなければ、その惑星には木がありません）。そして、セルロースよりも優れた生体高分子が存在する可能性さえあります。

（*）ちなみに、中世の建築家は、木が成長した形を使用していました。彼らは木を恣意的にまっすぐで弱い木材にハッキングしませんでした。彼らはアーチのような屋根と自然に湾曲した木材を含む船を作りました。時折、彼らは木が小さい間に成長していた形を少しいじくり回しましたしなやかで、必要な曲線で木材を収穫するために1世紀待ちます。私たちは今（またはすぐに）、苗木をフレームワークに結び付けるよりも微妙な手段で木の成長を操縦するバイオテクノロジーを手に入れるかもしれません。しかし、忍耐力はありますか？

では、どの木材が最も硬いのかわかりませんが、ここオーストラリアでは鉄材種です歴史的に電柱に使用されてきました。それらの密度と強度は、腐敗（アウトバックでの問題が少ない）とシロアリの攻撃（より重要なこと）に対して非常に耐性があることを意味します。鋼を使用することは、電気を通すため、それほど良い選択肢ではありません。数十年前、周囲の環境からアイアンウッドを切り取ることができたため、アイアンウッドはよりアクセスしやすくなりました。もちろん、それらは過剰に収穫されており、非常に成長の遅い木であるため、もはや持続可能な木材製品ではありません。また、「鋼製のポールを断熱し、キャストコンクリートで成形するのが得意です。