層狀生物貝殼材料的結構表征與斷裂行為研究.pdf

1、由于生物貝殼材料具有一些獨特的力學性能（如：高強度、高韌性），對貝殼的各種基礎性研究及其仿生應用已經引起了研究者的極大關注。本文選擇產自中國大連海域的紫石房蛤貝殼作為研究材料，對其顯微結構、基本力學性能和疲勞斷裂進行了綜合研究和分析，希望為人工合成高性能的復合材料提供一定的實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，同時豐富人們對貝殼這一天然生物材料獨特斷裂行為的認識。
　　 本論文首先對紫石房蛤貝殼的不同層面以及橫切面進行了微觀表征。結果表明，紫石房

2、蛤不同部位的顯微結構存在差異，其中外層、中層為層狀結構，內層為交錯紋片結構。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，而是有一定偏轉角度。越靠近內層，紋路的偏轉角度越大。
　　 在貝殼不同部位進行顯微硬度實驗表明，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構密切相關。內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。
　　 三點彎曲實驗結果表明，貝殼不同位置的彎曲強度存在差異

3、，這與貝殼中的碳酸鈣沉積分布不同密切相關。根據(jù)貝殼自身分泌和自然沉積碳酸鈣的特點可知，碳酸鈣沉積更易在貝殼邊緣發(fā)生，導致其彎曲強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。一般來說，在開裂過程中層與層之間的過渡越突然，強度就越小。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，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