近日，聊城大学郭安福教授团队从龟甲咬合缝的结构以及鳞足蜗牛贝壳材料的分层结构中获取灵感，提出了一种仿生层状陶瓷-金属复合材料的设计与制备方法。相关研究成果以《仿生层状陶瓷-金属复合材料的增材制造：增强韧性和抗损伤性》（Additive manufacturing of bionic layered ceramic - metal composites for enhanced toughness and damage resistance）为题，发表于国际期刊Virtual and Physical Prototyping（中科院1区，IF="10.2）。该期刊是增材制造领域内TOP期刊，在工业和制造工程领域具有较高的学术影响力。
为实现这两种仿生结构的融合，该团队创新性地将还原光聚合（VPP）和粉末床熔融（PBF）两种增材制造工艺相结合，成功制备出具有高断裂韧性和弯曲强度的陶瓷-金属复合材料。该团队还深入研究了二维与三维结构对这种复合材料抗弯强度和断裂韧性的影响。研究结果表明，复合材料的机械性能受三维结构的影响较为显著。具体而言，二维结构能够最大程度地降低部件发生灾难性损坏的风险，而三维结构则有助于增强材料的抗弯强度和断裂韧性。通过有限元分析进一步证实，三维结构有利于加快载荷传递速度，提高应力分布的均匀性。由于316L SS提供了内在增韧机制，浸渗剂提供了外在增韧机制，与普通层状复合材料相比，这种仿生复合材料的抗弯强度和断裂韧性均得到了明显提升。
该研究成果为复合材料的设计与应用提供了极具价值的参考，为仿生复合材料设计制备提供新思路，展示了多材料复合制备的新途径，且该复合材料因兼具316L SS和Al2O3的特性，在工业管道、环保、高压电气等领域有广泛应用前景，有望推动相关领域发展。
本文第一作者为聊城大学机械与汽车工程学院硕士生吴海龙，通讯作者为聊城大学郭安福教授和深圳大学陈张伟教授；合作研究者为美国密西西比州立大学胡莹宾助理教授。该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、广东省教育厅重点项目等项目支持。
（审核 郭宏亮）
