[發明專利]一種金屬晶體缺陷形成的演示教具及演示方法

有效

• 申請號: 202110690367.0
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113496641B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 王國勇;趙鑫鑫
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G09B23/26
• 分類號: G09B23/26
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉程程

本發明公開了一種金屬晶體缺陷形成的演示教具及演示方法，所述教具由演示箱體和呈單層自由滾動分布于內部的模型球組成，且當演示箱體發生傾斜時，模型球因自身重力在演示箱體一側形成堆垛。所述方法是通過控制模型球在水平狀的演示箱體內自由滾動來模擬演示金屬原子的高溫自由運動，并通過控制演示箱體傾斜使模型球在演示箱體內堆垛，來模擬演示降溫后的金屬晶體及缺陷形成過程，并通過控制不同的傾斜速度模擬不同的金屬冷卻速度對金屬晶體晶粒大小和缺陷密度的影響。本發明能夠實現不同環境條件下金屬內部原子運動狀態模擬，宏觀形象地展示金屬晶體缺陷形成的過程。

技術領域

本發明屬于金屬材料學科的教學輔助用具技術領域，具體涉及一種金屬晶體缺陷形成的演示教具及演示方法。

背景技術

“材料科學基礎”是材料類專業學生的必修課，是學習后續專業課程的基礎。金屬晶體缺陷又是材料科學基礎中非常重要的概念，現有的關于金屬晶體缺陷的教學基本都是依靠課本內容，而課本中關于金屬晶體缺陷的內容大多從原子的微觀角度出發進行講解，雖然課本中已通過多幅示意圖最大程度地向學生直觀地呈現金屬晶體缺陷的實際微觀結構，但是學生對金屬晶體缺陷仍然會感到十分抽象，無法準確理解金屬晶體缺陷的形成過程。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明公開了一種金屬晶體缺陷形成的演示教具及演示方法，實現不同環境條件下金屬內部原子運動狀態模擬，宏觀形象地展示金屬晶體缺陷形成的過程。

結合說明書附圖，本發明的技術方案如下：

一種金屬晶體缺陷形成的演示教具，所述教具由演示箱體8和呈單層自由滾動分布于內部的模型球9組成，且當演示箱體8發生傾斜時，模型球9因自身重力在演示箱體8一側形成堆垛；

所述演示箱體8與內部模型球9分布形態相對應的平面為透明狀的演示面；

進一步地，所述演示箱體8為密封扁平狀，所述演示箱體8內側高度h與模型球9的直徑d之間滿足如下關系式：

d＜h＜2d。

一種金屬晶體缺陷形成的演示教具所述的演示方法，所述演示方法包括：金屬內部缺陷狀態的演示方法，具體過程如下：

首先：將演示箱體8的演示面水平朝上并水平晃動演示箱體8，使模型球9在演示箱體8內部沿水平方向無規則自由滾動，以模擬金屬原子在能量較高的自由運動狀態；

然后，傾斜演示箱體8的演示面，使模型球9在演示箱體8內部在自身重力作用下向演示箱體8傾斜一側運動直至靜止，且靜止的模型球9在演示箱體8內部形成堆垛，以模擬金屬原子從能量較高的自由運動狀態恢復低能量狀態，此時，模型球9在演示箱體8形成若干不規則球群區域，每個不規則球群區域內的模型球9均勻分布，且相鄰的不規則球群區域之間存在間隙，此時，演示箱體8內模型球9形成的堆垛狀態即為金屬內部缺陷狀態。

更進一步地，所述演示方法還包括：金屬冷卻速度對金屬晶體晶粒大小和缺陷密度影響的演示方法，具體過程如下：

首先：將演示箱體8的演示面水平朝上并水平晃動演示箱體8，使模型球9在演示箱體8內部沿水平方向無規則自由滾動，以模擬金屬原子在能量較高的自由運動狀態；

然后，以不同的傾斜速度控制演示箱體8的演示面傾斜，使模型球9在演示箱體8內部在自身重力作用下向演示箱體8傾斜一側運動直至靜止，且靜止的模型球9在演示箱體8內部形成堆垛，以模擬金屬原子從能量較高的自由運動狀態以不同的速度恢復低能量狀態，即模擬不同的金屬冷卻速度；

最后，觀察不同傾斜速度下，演示箱體8內模型球9的堆垛形態，以演示不同金屬冷卻速度下，金屬晶體晶粒大小和缺陷密度。

進一步地，所述演示教具還包括：底座1、支撐架2、驅動電機3、電子控制裝置4、驅動齒輪5、擺動連接架6、支撐平臺7和從動齒輪10；