層狀生物貝殼材料的結(jié)構(gòu)表征與斷裂行為研究.pdf

1、由于生物貝殼材料具有一些獨(dú)特的力學(xué)性能（如：高強(qiáng)度、高韌性），對貝殼的各種基礎(chǔ)性研究及其仿生應(yīng)用已經(jīng)引起了研究者的極大關(guān)注。本文選擇產(chǎn)自中國大連海域的紫石房蛤貝殼作為研究材料，對其顯微結(jié)構(gòu)、基本力學(xué)性能和疲勞斷裂進(jìn)行了綜合研究和分析，希望為人工合成高性能的復(fù)合材料提供一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，同時(shí)豐富人們對貝殼這一天然生物材料獨(dú)特?cái)嗔研袨榈恼J(rèn)識。
　　 本論文首先對紫石房蛤貝殼的不同層面以及橫切面進(jìn)行了微觀表征。結(jié)果表明，紫石房

2、蛤不同部位的顯微結(jié)構(gòu)存在差異，其中外層、中層為層狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為交錯(cuò)紋片結(jié)構(gòu)。在橫切面上的金相觀察顯示，各層紋路并不是成直線平行排列的，而是有一定偏轉(zhuǎn)角度。越靠近內(nèi)層，紋路的偏轉(zhuǎn)角度越大。
　　 在貝殼不同部位進(jìn)行顯微硬度實(shí)驗(yàn)表明，貝殼的顯微硬度存在明顯的各向異性，這與其組成相以及顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。內(nèi)層的硬度明顯高于外層的硬度，橫截面的硬度值明顯要高于表面的硬度。
　　 三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，貝殼不同位置的彎曲強(qiáng)度存在差異

3、，這與貝殼中的碳酸鈣沉積分布不同密切相關(guān)。根據(jù)貝殼自身分泌和自然沉積碳酸鈣的特點(diǎn)可知，碳酸鈣沉積更易在貝殼邊緣發(fā)生，導(dǎo)致其彎曲強(qiáng)度明顯比中間的部分要大很多。貝殼的斷裂形式多樣，斷裂路徑與在貝殼上的取樣位置緊密相關(guān)。一般來說，在開裂過程中層與層之間的過渡越突然，強(qiáng)度就越小。對斷口表面的掃描電鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)，斷裂具有明顯的層狀開裂特點(diǎn)，有些層與層之間存在“薄弱界面”，能引起貝殼的快速開裂。
　　 最后測試了貝殼這種脆性材料的三