海洋贝壳经过数亿年的进化,可在温和的海洋环境中利用简单的无机物碳酸钙和少量的有机质组装成复杂精巧的多级复合结构,具有高强度和高韧性等优异的力学性能,从而成为材料、化学、生物等领域的研究热点。随着科技的发展,传统材料难以满足一些工程的特殊需求,多功能且高性能的新型材料亟待开发。海洋贝壳的形貌、组分和结构不仅为仿生材料的设计提供了灵感,同时也为人工材料的合成提供了重要的参考价值。贝壳的种类、微观结构及组成对贝壳的强度、韧性、硬度等力学性能的影响非常大。因此,筛选出高强度的贝壳种类并深入理解其结构、组成方式和断裂机理可为仿生材料的制备提供理论基础。解析贝壳的矿化机制,为常温合成人工宝石材料提供了工艺思路,可实现低成本高价值的收益效果。结合贝壳中重要的微观结构,对开发制备出高性能的仿生材料具有重要意义。基于以上设想,本论文以中国南海海域常见的贝壳为研究对象,对贝壳的无机成分、有机质含量和微观结构进行表征和测定;对贝壳的弯曲强度、压缩强度、断裂韧性和硬度等力学性能进行评估;同时,深入分析深海砗磲经过矿化作用后,其物理和化学性能的变化,并提出贝壳的矿化机制。最后,采用常温烧结法制备具有矿物桥结构的仿生氧化铝陶瓷材料,研究贝壳中矿物桥结构对提高材料强度和硬度的效果。筛选了唐冠螺、胭脂旋螺、鳞砗磲和番红砗磲四种贝壳,对其成分组成和微观结构进行了研究,发现四种贝壳主要由文石碳酸钙和有机质（1 wt%-2 wt%）组成,其中唐冠螺无机相含有少量球文石碳酸钙。贝壳为分层结构,每个宏观层均包含不同尺寸的三级次层结构,而各次层由纤维状文石碳酸钙聚集排列而成,次层间存在一定的夹角。根据贝壳的微观形貌,构建了其结构示意图。对四种贝壳的力学性能进行评估,发现鳞砗磲的压缩强度和硬度最高。在不同加载方向对样品进行力学性能研究,发现加载方向垂直第一次序层的弯曲强度高于平行第一次序层的强度;随着宏观层数的增加,贝壳的压缩强度和硬度提高;对样品的载荷-位移曲线及断裂路径分析发现,贝壳发生塑性变形,显著提高了贝壳的强韧性。同时,贝壳中存在未断裂矿物桥、Zig-Zag路径、矿物桥、裂纹偏转、板片拔出等多种增韧机制及其协同效应。对深海矿化砗磲的微观结构和力学性能进行了研究,发现矿化砗磲结构致密、缺陷尺寸小,且硬度、压缩强度和杨氏模量等力学性能高。当矿化砗磲贝的透光率为正常砗磲的2.3倍时,硬度、压缩强度和杨氏模量可分别提高33.20%、23.71%和3.79%,而力学性能的各向异性降低。通过制备矿物桥仿生结构陶瓷发现,调整微米级和纳米级氧化铝颗粒的配比、增加Ti O₂成核剂均可使陶瓷材料的弯曲强度和硬度提高。