北京
日前，我國“深地川科1井”鉆探深度突破萬米，相當于向下鉆透了整座珠穆朗瑪峰。鉆頭首次觸及5.4億年前的“震旦系地層”。
項目的井下動力鉆具的關鍵部件使用了高性能金屬陶瓷復合材料。這一材料由中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究團隊深鉆金屬陶瓷復合材料智能設計平臺研制而成。
01
“蒙眼走刀尖”
“深地川科1井”超級鉆探工程正在向著地球深部極限發起挑戰。
地下萬米深度鉆探絕非易事，科學家將其比作“在黑暗中解剖地球”。地表至7000米深度尚有數據參考，但7000米以下完全進入“地質盲區”——缺乏地質圖，巖石硬度和結構也未知，鉆探如同“蒙眼走刀尖”。
更嚴峻的考驗來自地下7000米的極端環境：200℃高溫如同滾燙油鍋；130MPa堪比1000頭成年大象站在一臺標準雙門冰箱上的壓強。
在這“高溫高壓煉獄”中，常規鉆探機具的鋼材和橡膠變得像面條一樣柔軟，無法完成鉆探任務。
面對如此極端環境，研究團隊亮出“黑科技”——新型金屬陶瓷復合材料。這類材料融合金屬的韌性與陶瓷的硬度，成為對抗極端環境中的高溫、磨損與腐蝕的“利器”。
02
用AI打造“金鐘罩”
新型金屬陶瓷復合材料研發之初，團隊借助通用大模型學習材料學、物理和化學的基礎知識，并注入團隊在金屬陶瓷領域積累的實驗數據與工藝參數，對AI進行“深度訓練”，培育出“聰明”且具有持續學習能力的材料研發“AI大腦”——智能設計平臺與無人化制備系統。
▲材料智能設計平臺
▲無人化材料制備系統
系統具備高效篩選上千種材料配方、準確預測特定配方性能、自動調整金屬和陶瓷比例優化配方、3D可視化展示材料特性等四個核心功能。
依托系統，團隊研制出的新型多元金屬陶瓷復合材料，其力學、摩擦學等關鍵性能指標較現役材料提升了15%至30%，并應用于鉆具軸承、萬向軸等關鍵承載部件的表面強化，恰似給井下動力鉆具披上了“金鐘罩”。
同時，研究團隊與相關企業開展了深度合作，研發出系列耐高溫螺桿鉆具產品，并在深地川科1井7500米至10000米井深段全面實現國產化，為萬米深井重大鉆探工程的推進提供了支撐，形成了一套深地能源開發的中國方案。
來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所
責任編輯：侯茜
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