一种金属晶体缺陷形成的演示教具及演示方法技术

本发明专利技术公开了一种金属晶体缺陷形成的演示教具及演示方法，所述教具由演示箱体和呈单层自由滚动分布于内部的模型球组成，且当演示箱体发生倾斜时，模型球因自身重力在演示箱体一侧形成堆垛。所述方法是通过控制模型球在水平状的演示箱体内自由滚动来模拟演示金属原子的高温自由运动，并通过控制演示箱体倾斜使模型球在演示箱体内堆垛，来模拟演示降温后的金属晶体及缺陷形成过程，并通过控制不同的倾斜速度模拟不同的金属冷却速度对金属晶体晶粒大小和缺陷密度的影响。本发明专利技术能够实现不同环境条件下金属内部原子运动状态模拟，宏观形象地展示金属晶体缺陷形成的过程。象地展示金属晶体缺陷形成的过程。象地展示金属晶体缺陷形成的过程。

【技术实现步骤摘要】
一种金属晶体缺陷形成的演示教具及演示方法


[0001]本专利技术属于金属材料学科的教学辅助用具
，具体涉及一种金属晶体缺陷形成的演示教具及演示方法。

技术介绍

[0002]“材料科学基础”是材料类专业学生的必修课，是学习后续专业课程的基础。金属晶体缺陷又是材料科学基础中非常重要的概念，现有的关于金属晶体缺陷的教学基本都是依靠课本内容，而课本中关于金属晶体缺陷的内容大多从原子的微观角度出发进行讲解，虽然课本中已通过多幅示意图最大程度地向学生直观地呈现金属晶体缺陷的实际微观结构，但是学生对金属晶体缺陷仍然会感到十分抽象，无法准确理解金属晶体缺陷的形成过程。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术公开了一种金属晶体缺陷形成的演示教具及演示方法，实现不同环境条件下金属内部原子运动状态模拟，宏观形象地展示金属晶体缺陷形成的过程。
[0004]结合说明书附图，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种金属晶体缺陷形成的演示教具，所述教具由演示箱体8和呈单层自由滚动分布于内部的模型球9组成，且当演示箱体8发生倾斜时，模型球9因自身重力在演示箱体8一侧形成堆垛；
[0006]所述演示箱体8与内部模型球9分布形态相对应的平面为透明状的演示面；
[0007]进一步地，所述演示箱体8为密封扁平状，所述演示箱体8内侧高度h与模型球9的直径d之间满足如下关系式：
[0008]d＜h＜2d。
[0009]一种金属晶体缺陷形成的演示教具所述的演示方法，所述演示方法包括：金属内部缺陷状态的演示方法，具体过程如下：
[0010]首先：将演示箱体8的演示面水平朝上并水平晃动演示箱体8，使模型球9在演示箱体8内部沿水平方向无规则自由滚动，以模拟金属原子在能量较高的自由运动状态；
[0011]然后，倾斜演示箱体8的演示面，使模型球9在演示箱体8内部在自身重力作用下向演示箱体8倾斜一侧运动直至静止，且静止的模型球9在演示箱体8内部形成堆垛，以模拟金属原子从能量较高的自由运动状态恢复低能量状态，此时，模型球9在演示箱体8形成若干不规则球群区域，每个不规则球群区域内的模型球9均匀分布，且相邻的不规则球群区域之间存在间隙，此时，演示箱体8内模型球9形成的堆垛状态即为金属内部缺陷状态。
[0012]更进一步地，所述演示方法还包括：金属冷却速度对金属晶体晶粒大小和缺陷密度影响的演示方法，具体过程如下：
[0013]首先：将演示箱体8的演示面水平朝上并水平晃动演示箱体8，使模型球9在演示箱
体8内部沿水平方向无规则自由滚动，以模拟金属原子在能量较高的自由运动状态；
[0014]然后，以不同的倾斜速度控制演示箱体8的演示面倾斜，使模型球9在演示箱体8内部在自身重力作用下向演示箱体8倾斜一侧运动直至静止，且静止的模型球9在演示箱体8内部形成堆垛，以模拟金属原子从能量较高的自由运动状态以不同的速度恢复低能量状态，即模拟不同的金属冷却速度；
[0015]最后，观察不同倾斜速度下，演示箱体8内模型球9的堆垛形态，以演示不同金属冷却速度下，金属晶体晶粒大小和缺陷密度。
[0016]进一步地，所述演示教具还包括：底座1、支撑架2、驱动电机3、电子控制装置4、驱动齿轮5、摆动连接架6、支撑平台7和从动齿轮10；
[0017]所述驱动电机3固定在底座1上，所述电子控制装置4与驱动电机3的控制信号接收端信号连接，所述驱动齿轮5安装在驱动电机3输出端，所述支撑架2竖直设立并固定在底座1两侧，所述支撑平台7固定连接在支撑架2上，所述摆动连接架6固定在支撑平台7底部，所述从动齿轮10与摆动连接架6固定为一体地旋转安装在支撑架2上，从动齿轮10的下半部分为分布半圆周的从动轮齿结构，且从动轮齿与驱动齿轮5相啮合。
[0018]一种金属晶体缺陷形成的演示教具的演示方法，演示方法包括：金属内部缺陷状态的演示方法，具体过程如下：
[0019]首先：将演示箱体8的演示面水平朝上，使模型球9能够在演示箱体8内部沿水平方向无规则自由滚动，以模拟金属原子在能量较高的自由运动状态；
[0020]然后，通过电子控制装置4向驱动电机3发送控制指令信号，控制驱动电机3按照一定的角速度输出扭矩，并控制驱动电机3输出的角位移大小，进而依次通过驱动齿轮5、从动齿轮10、摆动连接架6和支撑平台7控制演示箱体8按照一定角速度倾斜至一定角度并静止，使模型球9在演示箱体8内部在自身重力作用下向演示箱体8倾斜一侧运动直至静止，且静止的模型球9在演示箱体8内部形成堆垛，以模拟金属原子从能量较高的自由运动状态恢复低能量状态，此时，模型球9在演示箱体8形成若干不规则球群区域，每个不规则球群区域内的模型球9均匀分布，且相邻的不规则球群区域之间存在间隙，此时，演示箱体8内模型球9形成的堆垛状态即为金属内部缺陷状态。
[0021]进一步地，所述演示方法还包括：金属冷却速度对金属晶体晶粒大小和缺陷密度影响的演示方法，具体过程如下：
[0022]首先，将演示箱体8的演示面水平朝上，使模型球9能够在演示箱体8内部沿水平方向无规则自由滚动，以模拟金属原子在能量较高的自由运动状态；
[0023]然后，通过电子控制装置4向驱动电机3发送控制指令信号，控制驱动电机3按照不同的角速度输出扭矩，并控制驱动电机3输出的角位移大小，进而依次通过驱动齿轮5、从动齿轮10、摆动连接架6和支撑平台7控制演示箱体8按照不同角速度倾斜至一定角度并静止，使模型球9在演示箱体8内部在自身重力作用下向演示箱体8倾斜一侧运动直至静止，且静止的模型球9在演示箱体8内部形成堆垛，以模拟金属原子从能量较高的自由运动状态以不同的速度恢复低能量状态，以模拟不同的金属冷却速度；
[0024]最后，观察不同倾斜速度下，演示箱体8内模型球9的堆垛形态，以演示不同金属冷却速度下，金属晶体晶粒大小和缺陷密度。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0026]1、本专利技术所述金属晶体缺陷形成的演示教具及演示方法，将抽象的原子排列方式具体化，能够模拟不同环境条件下金属内部原子运动状态，宏观形象地展示金属晶体缺陷形成的过程，解释冷却速度对晶粒大小以及晶体缺陷密度的影响。
[0027]2、本专利技术所述金属晶体缺陷形成的演示教具及演示方法，填补了金属晶体缺陷形成演示教具的空白，既方便教师讲解，又能够加深学生对金属晶体缺陷知识点的印象，提高学生对材料学学习的兴趣，同时增强师生之间的互动。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例一所述金属晶体缺陷形成的演示教具正面结构示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例一所述金属晶体缺陷形成的演示教具侧面结构示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例三所述金属晶体缺陷形成的演示教具的结构示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例三所述金属晶体缺陷形成的演示教具水平状态示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例三所述金属晶体缺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属晶体缺陷形成的演示教具，其特征在于：所述教具由演示箱体(8)和呈单层自由滚动分布于内部的模型球(9)组成，且当演示箱体(8)发生倾斜时，模型球(9)因自身重力在演示箱体(8)一侧形成堆垛；所述演示箱体(8)与内部模型球(9)分布形态相对应的平面为透明状的演示面。2.如权利要求1所述一种金属晶体缺陷形成的演示教具，其特征在于：所述演示箱体(8)为密封扁平状，所述演示箱体(8)内侧高度h与模型球(9)的直径d之间满足如下关系式：d＜h＜2d。3.如权利要求1所述一种金属晶体缺陷形成的演示教具的演示方法，其特征在于：所述演示方法包括：金属内部缺陷状态的演示方法，具体过程如下：首先：将演示箱体(8)的演示面水平朝上并水平晃动演示箱体(8)，使模型球(9)在演示箱体(8)内部沿水平方向无规则自由滚动，以模拟金属原子在能量较高的自由运动状态；然后，倾斜演示箱体(8)的演示面，使模型球(9)在演示箱体(8)内部在自身重力作用下向演示箱体(8)倾斜一侧运动直至静止，且静止的模型球(9)在演示箱体(8)内部形成堆垛，以模拟金属原子从能量较高的自由运动状态恢复低能量状态，此时，模型球(9)在演示箱体(8)形成若干不规则球群区域，每个不规则球群区域内的模型球(9)均匀分布，且相邻的不规则球群区域之间存在间隙，此时，演示箱体(8)内模型球(9)形成的堆垛状态即为金属内部缺陷状态。4.如权利要求3所述一种金属晶体缺陷形成的演示教具的演示方法，其特征在于：所述演示方法还包括：金属冷却速度对金属晶体晶粒大小和缺陷密度影响的演示方法，具体过程如下：首先：将演示箱体(8)的演示面水平朝上并水平晃动演示箱体(8)，使模型球(9)在演示箱体(8)内部沿水平方向无规则自由滚动，以模拟金属原子在能量较高的自由运动状态；然后，以不同的倾斜速度控制演示箱体(8)的演示面倾斜，使模型球(9)在演示箱体(8)内部在自身重力作用下向演示箱体(8)倾斜一侧运动直至静止，且静止的模型球(9)在演示箱体(8)内部形成堆垛，以模拟金属原子从能量较高的自由运动状态以不同的速度恢复低能量状态，即模拟不同的金属冷却速度；最后，观察不同倾斜速度下，演示箱体(8)内模型球(9)的堆垛形态，以演示不同金属冷却速度下，金属晶体晶粒大小和缺陷密度。5.如权利要求1或2所述一种金属晶体缺陷形成的演示教具，其特征在于：所述演示教具还包括：底座(1)、支撑架(2)、驱动电机(3)、电子控制装置(4)、驱动齿轮(5)、摆动连接架(6)、支撑平台(7)和从动齿轮(10)；所述驱动电机(3)固定在底座(1)上，所述电子控制装置(4)与驱动电机(3)的控制信号接收端信号连接，所述驱动齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国勇，赵鑫鑫，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：