A-Z Vật liệu phi kim loại là gì? Tính chất, ứng dụng phi kim loại
Bạn có biết 2 phi kim là hydro và heli đã chiếm tới 99% vật chất trong vũ trụ mà ta có thể quan sát được nếu tính theo khối lượng. Hầu hết các phi kim có vai trò quan trọng trong công nghiệp, sinh học và chúng có ứng dụng và các đặc điểm riêng. Vậy các vật liệu phi kim loại gồm những loại nào? tính chất đặc điểm ra sao?
Vật liệu phi kim loại được ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Vậy vật liệu phi kim loại là gì?
Nội Dung Chính
Vật liệu phi kim loại là
Đầu tiên để hiểu được vật liệu phi kim loại là gì? chúng ta cùng nhau tìm hiểu về phi kim loại là gì nhé.
Phi kim loại là những nguyên tố hóa học có khối lượng riêng tương đối thấp, nằm ở bên phải bảng tuần hoàn hóa học. Phi kim loại có nhiều tính chất khác với kim loại như dẫn điện kém, kém bền nhiệt, khả năng kéo sợi hay dát mỏng tốt, chúng ta có thể dễ dàng nhìn thấy phi kim xung quanh chúng ta như cây cối, đá, nhựa, vải vóc,…
Vậy chúng ta có thể hiểu vật liệu phi kim loại là các vật liệu làm từ phi kim loại hoặc có sự kết hợp giữa phi kim loại và kim loại để tăng tính ứng dụng của nó trong cuộc sống như: poly etylen được cấu tạo từ 2 nguyên tố phi kim là oxi và hidro, mica biotit có công thức cấu tạo là K(Mg, Fe)3AlSi3O10(F, OH)2 ,…
Ngày nay với công nghệ ngày càng phát triển, vật liệu phi kim loại có độ bền cao hơn dần trở nên phổ biến hơn, được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, cụ thể hơn là trong lĩnh vực cơ khí. Nhờ những tính chất đặc biệt của chúng như chịu được sự ăn mòn hóa học cao, cách điện, cách điện,… mà vật liệu phi kim loại có thể thay thế được một số chi tiết từ kim loại.
Vật liệu phi kim loại bao gồm:
- Vật liệu phi kim loại thiên nhiên: gỗ, đá, cao su, amian, graphit,…
- Vật liệu phi kim loại nhân tạo: cao su nhân tạo, thủy tinh, mica, gốm, nhựa,…
Bánh răng được làm từ vật liệu phi kim cụ thể là nhựa POM
Vật liệu phi kim loại có tính chất gì?
Trước khi phân tích mình lưu ý dưới đây là tính chất của các phi kim dùng làm nguyên vật liệu điển hình trong sản xuất như: gỗ, cao su, nhựa, vải, da,… Vì như các bạn đã biết tính chất của phi kim rất đa dạng. Vậy tạm thời mình sẽ chia làm 2 danh mục đầu tiên là tính chất của phi kim, phần thứ 2 là tính chất của vật liệu phi kim điển hình.
Tính chất của phi kim
Tính chất vật lý của phi kim
- Trạng thái tồn tại: Ở điều kiện thường, phi kim sẽ tồn tại ở cả 3 trạng thái là rắn (P, C, S,…), lỏng (Br) và khí (H, O, N,…).
- Tính dẫn điện: Phần lớn các nguyên tố của phi kim không dẫn điện.
- Tính dẫn nhiệt: Hầu hết các nguyên tố phi kim không dẫn nhiệt.
- Nhiệt độ nóng chảy: Phi kim có nhiệt độ nóng chảy thấp.
Tính chất hóa học của phi kim
Tác dụng kim loại
Phi kim có khả năng tác dụng với kim loại tạo thành muối hoặc oxit.
- Phi kim tác dụng với kim loại tạo thành muối
Ví dụ:
Fe + S -> FeS ( to)
2Na + Cl2 -> 2NaCl ( to)
- Oxi tác dụng với kim loại tạo thành oxit
Ví dụ:
4Fe + 2O2 -> 2Fe2O3 ( to)
Tác dụng hidro
Phi kim có khả năng tác dụng với hidro tạo thành hợp chất khí.
- Oxi tác dụng với hidro
Khí oxi tác dụng với khí hidro tạo thành hơi nước. Ta có phương trình hóa học sau:
O2 + 2H2 -> 2H2O ( to)
- Clo tác dụng với khí hidro
Cl2 + H2 -> 2HCl ( to)
Ngoài Clo, thì Hidro cũng có thể tác dụng với nhiều phi kim khác như: C, S, Br,…
Tác dụng với oxi
Các Phi kim tác dụng với oxi tạo thành oxit axit.
Ví dụ:
4P + 5O2 -> 2P2O5 ( to)
S + O2 -> SO2 ( to)
Tính chất của vật liệu phi kim điển hình
Tính chất cơ học
Trong bài tính chất cơ bản của vật liệu cơ khí chúng ta có nhắc đến tính chất cơ học của vật liệu là khả năng biến dạng và chống biến dạng của nó bao gồm tính dẻo, tính cứng,… Vật liệu phi kim loại có thể nói là loại vật liệu dễ gia công nhờ tính mềm và nhiệt độ nóng chảy thấp dẫn đến chúng dễ dàng bị thay đổi hình dạng dưới tác dụng của nhiệt và áp suất.
Bên cạnh đó chúng còn có khả năng biến dạng đàn hồi rất tốt với đại diện điển hình là cao su.
Tính chất điện
Là loại vật liệu an toàn bởi khả năng dẫn điện rất kém, vật liệu phi kim loại thường được chọn lựa để làm những chi tiết cần tính cách điện như vỏ bọc dây điện, lớp ngoài của ổ cắm điện,…
Tính chất nhiệt
Đây là loại vật liệu kém bền nhiệt với nhiệt độ nóng chảy khá là thấp và dễ dàng tác dụng với nhiệt trong môi trường có nhiệt độ cao dẫn tới tình trang trương phình như: gỗ bị giãn nở khi nhiệt độ tăng cao, nhiệt độ nóng chảy của nhựa PVC ~ 80oC, nhựa PE là ~ 120oC,…. Nhưng cũng có những loại vật liệu có nhiệt độ nóng chả lên đến 2600oC như gốm.
Một số vật liệu phi kim loại phổ biến
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều vật liệu phi kim loại khác nhau, để hiểu rõ hơn các tính chất của vật liệu phi kim loại thì cùng tìm hiểu những tính chất của các vật liệu phi kim loại phổ biến dưới đây nhé:
Vật liệu là Chất dẻo
Hầu hết chất dẻo được cấu tạo từ polyme hữu cơ, chủ yếu các polyme này có nguồn gốc từ các chuỗi nguyên tử cacbon liên kết với các nguyên tử oxi, lưu huỳnh hoặc nitơ. Với mỗi thứ tự liên kết mạch cacbon khác nhau thì chất dẻo sẽ có những tính chất khác nhau.
Phần lớn chất dẻo có khối lượng riêng nhỏ, độ bền hóa học tốt, cách điện, cách âm tốt, tính bám dính tốt, dẫn điện, dẫn nhiệt kém và dễ bị lão hóa.
Chất dẻo là vật liệu có thể dễ dàng làm biến dạng hay nói cách khác là dễ gia công bởi chúng dễ dàng bị thay đổi hình dạng theo mong muốn dưới tác dụng của nhiệt và áp suất.
Theo khả năng chịu nhiệt chất dẻo được chia thành 2 loại:
- Chất dẻo nhiệt rắn: là chất dẻo khi bị tác dụng nhiệt sẽ bị mất đi tính chảy dẻo, không có khả năng trở lại như ban đầu. Thường có cấu trúc mạch lưới. Ví dụ: nhựa epoxy, nhựa melamine, bakelit, poly formaldehyde (POM),…
- Chất dẻo nhiệt dẻo: là chất dẻo khi bị tác dụng nhiệt sẽ tan chảy, khi hết tác dụng nhiệt nó sẽ dần đông cứng lại. Ví dụ: poly etylen, poly butadien, poly etylen terephtalat, poly vinylaxetat…
>>> Xem ngay sản phẩm của vật liệu cơ khí bằng phương pháp phay cnc tại đây.
Vật liệu Cao su
Cao su được phát hiện và đưa vào sử dụng từ rất sớm trước cả chất dẻo, nhờ những công dụng mà nó mang lại.
Cao su là một polyme hữu cơ, có khả năng biến dạng đàn hồi cao, bền với các loại hóa chất, chịu được nhiệt và có tính cách điện.
Cao su cứng là vật liệu phi kim loại phổ biến.
Tuy nhiên cao su chịu nén khá kém, để cải thiện nhược điểm này người ta thường lưu hóa cao su với lưu huỳnh, tùy thuộc vào phần trăm lưu huỳnh được sử dụng mà tính chất của cao su sẽ thay đổi.
Ví dụ:
- Với cao su được lưu hóa với 1-5% lưu huỳnh thì cơ tính sẽ được cải thiện mà vẫn dữ được tính đàn hồi của nó.
- Với phần trăm lưu huỳnh nhiều hơn thì lúc này được gọi là cao su cứng bởi tính đàn hồi trở nên kém đi thay vào đó là cao su trở nên cứng hơn, chống ăn mòn tốt hơn.
Vật liệu Compozit
Vật liệu compozit hay còn được biết đến là vật liệu kết hợp, đúng như cái tên của nó, đây là loại vật liệu được kết hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau để tạo nên một loại vật liệu mới có tính chất vượt trội so với các vật liệu ban đầu.
Kết cấu các pha của vật liệu kết hợp.
Vật liệu compozit được cấu tạo từ các pha riêng lẻ khác nhau, ba gồm một pha liên tục duy nhất kết hợp với một hoặc nhiều pha gián đoạn.
Pha liên tục còn gọi là vật liệu nền, thường có nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn tạo nên một khối thống nhất và liên kết.
Vật liệu thường được làm nền như: gốm, chất dẻo, kim loại,…
Pha gián đoạn được gọi là cốt có vai trò làm tăng cơ tính của compozit cũng như tính kết dính, chống mòn, chống xước,…
Vật liệu làm cốt thường là: sợi cacbon, sợi thủy tinh, bột vonfram, sợi thép không gỉ,…
Gỗ vật liệu, nguyên liệu phổ biến
Là loại vật liệu quen thuộc, gỗ được ứng dụng rộng rãi trong đời sống của chúng ta, là một vật liệu nhẹ, dễ tìm kiếm và dễ gia công.
Gỗ có tính co giãn tùy thuộc vào môi trường xung quanh, chúng có khả năng hút ẩm cao, dễ bị thẩm thấu dẫn đến tình trạng dễ bị ăn mòn hoặc trương phình.
Gỗ có cấu tạo không đồng nhất, chịu lực tốt, cách điện khi không bị thấm nước.
Chắc hẳn bạn đã hiểu sơ lược về vật liệu phi kim, để các bạn có cái nhìn chi tiết hơn mình sẽ so sánh giữa vật liệu kim loại và vật liệu phi kim loại ở mục dưới đây.
So sánh vật liệu kim loại và phi kim loại
Đều là những vật liệu quan trọng nên cả kim loại và phi kim đều có những ưu điểm riêng của mình, bên cạnh đó cũng tồn tại những nhược điểm làm cho hai loại vật liệu này bù trừ cho nhau :
Tính chất Phi kim loại Kim loại Khối lượng riêng phần lớn thấp lớn hơn phi kim Kết cấu đa hình tinh thể Tính cơ học chịu lực tốtchịu lực tốt, dễ uốn mỏng Dẫn điện, dẫn nhiệt kémtốt Độ bền không bị oxy hóa, ít mài mòndễ bị oxi hóa, mài mòn Độ cứng mềm (ngoại trừ kim cương)cứng (ngoại trừ natri)Khả năng gia công dễ gia công khó gia công Bảng so sánh tính chất của kim loại và phi kim loại.
Ứng dụng của vật liệu phi kim loại
Vật liệu phi kim loại có vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống đặc biệt là trong công nghiệp và gia công cơ khí, cùng điểm qua một vài ứng dụng nổi bật của phi kim loại nhé:
Trong xây dựng
- Chất dẻo PVC dùng để làm ống, vỏ dây điện,…
- Gỗ làm khung cửa, khung nhà,…
Trong công nghiệp
- Chất dẻo PP, PE dùng làm bao bì sản phẩm, chai, lọ,…
- Cao su nitrile butadience dùng làm các sản phẩm dùng trong môi trường xăng, dầu, mỡ như ống cao su mềm, ống chịu áp lực, ống dẫn hơi, ống dẫn khí.
- Cao su cứng ebonit được dùng trong công nghiệp điện kỹ thuật.
Trong cơ khí
Vật liệu phi kim loại nhựa MC Nylon được dùng nguyên liệu chế tạo thiết bị
- Baketlit, tetolit, polyamit,… có độ cứng và chịu nhiệt cao, thường dùng để chế tạo chi tiết máy
Nếu bạn đang có nhu cầu gia công chính xác thì tại VNJ Precision chúng tôi có:
- Gia công chi tiết máy trên vật liệu phi kim loại như nhựa POM
- Gia công cắt gọt vật liệu phi kim theo phương pháp gia công tiện CNC và phương pháp gia công phay CNC
Sản phẩm phay CNC trên vật liệu nhựa POM tại công ty VNJ Precision.
Trên đây, VNJ Precision đã giúp bạn tóm lược lại toàn bộ nội dung của vật liệu phi kim loại, chúng tôi mong rằng những thông tin trên đây có thể giúp ích được cho bạn.
>>> Dịch vụ gia công cơ khí chính xác tại Bình Dương
