日前，我國(guó)“深地川科1井”鉆探深度突破萬(wàn)米，相當(dāng)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(xiàng)目的井下動(dòng)力鉆具的關(guān)鍵部件使用了高性能金屬陶瓷復(fù)合材料。這一材料由中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究團(tuán)隊(duì)深鉆金屬陶瓷復(fù)合材料智能設(shè)計(jì)平臺(tái)研制而成。

01

“蒙眼走刀尖”

“深地川科1井”超級(jí)鉆探工程正在向著地球深部極限發(fā)起挑戰(zhàn)。

地下萬(wàn)米深度鉆探絕非易事，科學(xué)家將其比作“在黑暗中解剖地球”。地表至7000米深度尚有數(shù)據(jù)參考，但7000米以下完全進(jìn)入“地質(zhì)盲區(qū)”——缺乏地質(zhì)圖，巖石硬度和結(jié)構(gòu)也未知，鉆探如同“蒙眼走刀尖”。

更嚴(yán)峻的考驗(yàn)來(lái)自地下7000米的極端環(huán)境：200℃高溫如同滾燙油鍋；130MPa堪比1000頭成年大象站在一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)雙門(mén)冰箱上的壓強(qiáng)。

在這“高溫高壓煉獄”中，常規(guī)鉆探機(jī)具的鋼材和橡膠變得像面條一樣柔軟，無(wú)法完成鉆探任務(wù)。

面對(duì)如此極端環(huán)境，研究團(tuán)隊(duì)亮出“黑科技”——新型金屬陶瓷復(fù)合材料。這類(lèi)材料融合金屬的韌性與陶瓷的硬度，成為對(duì)抗極端環(huán)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(fù)合材料研發(fā)之初，團(tuán)隊(duì)借助通用大模型學(xué)習(xí)材料學(xué)、物理和化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，并注入團(tuán)隊(duì)在金屬陶瓷領(lǐng)域積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與工藝參數(shù)，對(duì)AI進(jìn)行“深度訓(xùn)練”，培育出“聰明”且具有持續(xù)學(xué)習(xí)能力的材料研發(fā)“AI大腦”——智能設(shè)計(jì)平臺(tái)與無(wú)人化制備系統(tǒng)。

▲材料智能設(shè)計(jì)平臺(tái)

▲無(wú)人化材料制備系統(tǒng)

系統(tǒng)具備高效篩選上千種材料配方、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)特定配方性能、自動(dòng)調(diào)整金屬和陶瓷比例優(yōu)化配方、3D可視化展示材料特性等四個(gè)核心功能。

依托系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)研制出的新型多元金屬陶瓷復(fù)合材料，其力學(xué)、摩擦學(xué)等關(guān)鍵性能指標(biāo)較現(xiàn)役材料提升了15%至30%，并應(yīng)用于鉆具軸承、萬(wàn)向軸等關(guān)鍵承載部件的表面強(qiáng)化，恰似給井下動(dòng)力鉆具披上了“金鐘罩”。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)與相關(guān)企業(yè)開(kāi)展了深度合作，研發(fā)出系列耐高溫螺桿鉆具產(chǎn)品，并在深地川科1井7500米至10000米井深段全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，為萬(wàn)米深井重大鉆探工程的推進(jìn)提供了支撐，形成了一套深地能源開(kāi)發(fā)的中國(guó)方案。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所

責(zé)任編輯：侯茜