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丽文哈贝壳螺旋微结构研究大尺寸约为氖匝将得到的试样用专用导11122陈言贝壳显微结构观察实验10(3)引121稀有金属材料与工程自然界中的贝壳是一种典型的自然生物陶瓷复合材料。经过若干世纪的选择进化,贝壳具有了强韧皆各的优良力学性质。研究表明,尽管贝壳是由强度较低的脆性无机碳酸钙物质ァ和有机胶原蛋白糽%~复合而成,它的断裂韧性却能3000l良的力学性质归因于其内部无机碳酸钙物质和有机胶原蛋白的微结构形状、尺寸、分布及组合关系【】。对贝壳微结构的深入研究,。将可能获得高强韧性新型陶瓷复合材料设计的有益启示,减小或改变现有陶瓷材料的脆性及发展新型高性能仿生陶瓷复合材料【“】,满足各个领域对新型高性能陶瓷及陶瓷复合材料的迫切需求。不同的贝壳因其种类以及其生存环境等的不同,1Sarikaya2了贝壳珍珠层的层状微结构,制成了陶瓷/聚合物和陶5晶体结构进行了分析,仿生制备出具有纳米量级的介6用轧膜或流延成型工艺,制备出具有优良力学性能的Si3BN1~3这些多种优良微结构的存在,使贝壳具有了优良的综合力学性能,对其深入研究对发展高性能陶瓷及陶瓷复合材料具有重要意义。本研究用扫描电镜观察了丽文哈贝壳的微结构,并对其结构进行了研究。(1)种贝壳形状为三角卵圆形。壳面光滑,壳质坚硬。扫描电镜试样的制备步骤是:ū纯侵糜诤嫦淠诟稍hKYKY203Amary20kV28000下对试样的微结构进行扫描电镜观察。,丽文哈贝壳的扫描电镜观察照片如图所2原蛋白组成的层状生物陶瓷复合材料,无机霰石层平行于贝壳表面整齐排列。在贝壳的不同位置处霰石层的厚度可能有所不同,观察表明在靠近贝壳表面处的(1400044)(2400044)(SEM)种生物陶瓷复合材料,其中无机霰石层平行于贝壳表面整齐排列。观察也显示这些霰石层是由长而薄的霰石片所组成,不同霰石层中的霰石片具有不同的方向,构成螺旋等铺层形式。更仔细的观察显示每一霰石片又是由长而细的霰石纤维所组成,最细的霰石纤维具有纳米的尺度。根据在贝壳中观察到的螺旋结构,进行了螺旋结构和平行结构最大拔出力的比较实验研究,结果显示螺旋结构的最大拔出力大于平行结构的最大拔出力,它使贝壳具有高的强韧性。研究结果对高性能仿生陶瓷复合材料设计提供了有益指导。关键词:丽文哈贝壳:生物陶瓷复合材料;螺旋微结构;最大拔出力中图法分类号:文章编号:一作者简介:陈斌,男,年生,教授,博士,博导,重庆大学资源及环境科学学院工程力学系,重庆,篵如甧.∞第卷l年1VOI37Suppl1Jua2008A收稿日期:..基金项目:国家自然科学基金和重庆市自然科学基金资助ENGrEluNG;
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拔出力实验霰石层厚度较小,而靠近贝壳心部的霰石层厚度较大。贝壳在其不同位置处采用不同的微结构尺寸以满足其结构及功能的需要。进一步对霰石层的观察发现每一霰石层是由长而薄的霰石片所组成,这些霰石片垂直(3)石层中的霰石片具有不同的方向,从而构成不同的铺(4)结构中任一霰石层中的霰石片与它相邻霰石层中的霰石片保持一个几乎固定的夹角,并按同一方向旋转。这种结构使贝壳在断裂时。霰石片沿不同方向拔出而消耗大量能量,提高了贝壳的断裂韧性。更仔细的观察发现这些霰石片又是由许多更为细小的霰石纤维所(5)Aragonite复合材料的断裂韧性紧密相关于复合材料中增强7()旋结构可能使其具有