貝殼材料的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性能分析.pdf

1、貝殼由大量的CaCO<,3>和微量的有機(jī)質(zhì)組成的天然有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料,由于其具有優(yōu)異的力學(xué)性能,而受到材料設(shè)計(jì)和研究者的關(guān)注.本文綜述了貝殼生物礦化的研究進(jìn)展及其仿生應(yīng)用程度,并對腹足綱的香螺、黃米螺和粗瘤鳳凰螺貝殼的無機(jī)相組成、顯微結(jié)構(gòu)和晶體學(xué)取向以及黃米螺的力學(xué)性能進(jìn)行了分析和研究.希望為貝殼生物礦化理論的完善以及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).研究結(jié)果總結(jié)如下:產(chǎn)自溫帶海域的香螺殼由方解石和文石兩相構(gòu)成,產(chǎn)

2、自熱帶海域的黃米螺和粗瘤鳳凰螺均由單一的文石相組成.香螺殼除胚殼由單一的文石相構(gòu)成外,螺塔和體螺環(huán)部位都是由最外層方解石和兩層或多層文石內(nèi)層構(gòu)成,殼口邊緣只有一層方解石.方解石為柱狀結(jié)構(gòu),文石層為交錯紋片結(jié)構(gòu).黃米螺和粗瘤鳳凰螺的體殼都是由三層文石結(jié)構(gòu)構(gòu)成,其文石相的顯微結(jié)構(gòu)也為交錯紋片結(jié)構(gòu).貝殼中的方解石和文石層均呈多級超微結(jié)構(gòu),微量的有機(jī)質(zhì)在晶界和晶內(nèi)呈不連續(xù)分布.DSC分析結(jié)果表明在一定溫度區(qū)間內(nèi)貝殼中的方解石和文石層內(nèi)的結(jié)合水脫

3、除;不同相中有機(jī)質(zhì)降解的溫度區(qū)間不同,方解石層中的有機(jī)質(zhì)的降解溫度較文石層中的有機(jī)質(zhì)降解溫度低.貝殼中的文石相在結(jié)合水和有機(jī)質(zhì)的"調(diào)和"作用下,其相轉(zhuǎn)變溫度與天然文石相比下降了很多.XRD分析結(jié)果表明三種海螺殼的各個層面都存在晶體學(xué)擇優(yōu)取向,而且海螺殼的晶體擇優(yōu)取向與曲率有一定的關(guān)系,曲率大的部位的文石晶體的主擇優(yōu)取向度減小.貝殼的力學(xué)性能表現(xiàn)出明顯的各向異性.顯微硬度測試結(jié)果表明各層的顯微硬度與其組成相及顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān).其中方解石層