委凯琪，佟 金，张东光，庄 健，马云海,4※

牛鲨牙齿微观结构组成和摩擦磨损特性

委凯琪1,2，佟 金1,2，张东光2,3，庄 健1,2，马云海1,2,4※

（1. 吉林大学生物与农业工程学院，长春 130022；2. 吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春 130022；3. 太原理工大学机械工程学院，太原 030024；4. 土壤植物机器系统技术国家重点实验室，北京 100083）

为研究牛鲨咬合力大的原因，并以牛鲨牙齿为原型设计仿生刀具，以牛鲨上颌齿和下颌齿为研究对象，利用扫描电子显微镜观察牛鲨牙齿的微观结构，利用能谱仪测试牙齿的元素组成。采用微观摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，考察了牛鲨上颌齿、下颌齿的摩擦学性能，通过激光共聚焦扫描显微镜测量磨损深度，利用扫描电子显微镜观察牛鲨牙齿的磨损形貌。试验表明：釉质层由条状纤维束形成致密的结构，本质层为多孔结构，孔径范围在3～20 μm，这些孔洞呈不规则的排布；能谱仪测试结果中，牛鲨牙釉质比牙本质中Ca、F含量高，氟和钙的组合效应可以帮助其在生存环境下有更好的耐酸性和硬度。牛鲨上下颌齿牙釉质磨斑表面有片状磨屑剥落，且有大量的细小磨粒，上颌齿磨损体积约为1.72×107μm3，主要是磨粒磨损；下颌齿出现明显裂纹，磨损体积约为2.11×107μm3，比上颌齿的磨损体积大。上述结果为新型刀具的仿生设计提供理论依据。

微观结构；摩擦；硬度；釉质；磨损

0 引 言

天然生物材料一般都有着完美的微观复合结构，经过自然选择和不断进化，已经具有适应环境的生物系统和生存本领。……