作为海胆获取食物和构筑洞穴的工具,海胆牙齿在上亿年的进化演变过程中矿化出了独特的组织结构,这一结构赋予其优异的力学性能。先前对海胆牙齿力学性能的研究主要集中在硬度测试这一方面,对海胆牙齿的耐磨性能却鲜有报道,这无疑成为了揭示海胆牙齿磨削机制的一大障碍。本文利用纳米压痕仪对地质方解石、地质白云石和海胆牙齿的硬度、弹性模量及耐磨性能做了系统的研究。结果表明,虽然海胆牙齿的硬度不及地质白云石,且弹性恢复能力与地质方解石相近,但是H/E值却最高,说明海胆牙齿耐磨性能最好。这一结果与纳米划痕实验结果相一致。利用SEM观察引入损伤后的样品,发现海胆牙齿损伤区最小,说明在外载荷作用下,海胆牙齿可以将损伤控制在一定范围,具有损伤局域化的特征。利用TEM进一步观察FIB制备的损伤区样品,结果表明,海胆牙齿结构单元之一的单晶纤维在变形过程中会产生形变孪晶,孪晶交汇处会诱发孔洞和裂纹的产生;介观晶体的基体在应力作用下则更容易发生破碎;在海胆牙齿变形过程中,有机物鞘协调了纤维与基体的变形过程,阻碍了裂纹沿矿物相的持续扩展,为海胆牙齿的损伤局域化做出了重要贡献。本研究可以为材料的仿生设计提供理论基础,为设计和合成具有特殊功能的材料提供新的思路。