中國科學(xué)院官網(wǎng)今日（12月1日）公布：日前，我國「深地川科1井」鑽探深度突破萬米，相當(dāng)於向下鑽透了整座珠穆朗瑪峰。鑽頭首次觸及5.4億年前的「震旦系地層」。
項目的井下動力鑽具的關(guān)鍵部件使用了高性能金屬陶瓷複合材料。這一材料由中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究團(tuán)隊深鑽金屬陶瓷複合材料智能設(shè)計平臺研製而成。
「深地川科1井」超級鑽探工程正在向著地球深部極限發(fā)起挑戰(zhàn)。然而，萬米深度絕非易事，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，鑽探如同「蒙眼走刀尖」。更嚴(yán)峻的考驗(yàn)來自地下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標(biāo)準(zhǔn)雙門冰箱上的壓強(qiáng)。在這「高溫高壓煉獄」中，常規(guī)鑽探機(jī)具的鋼材和橡膠變得像麵條一樣柔軟，無法完成鑽探任務(wù)。
面對如此極端環(huán)境，研究團(tuán)隊亮出「黑科技」——新型金屬陶瓷複合材料。這類材料融合金屬的韌性與陶瓷的硬度，成為對抗極端環(huán)境中的高溫、磨損與腐蝕的「利器」。
新型金屬陶瓷複合材料研發(fā)之初，團(tuán)隊藉助通用大模型學(xué)習(xí)材料學(xué)、物理和化學(xué)的基礎(chǔ)知識，並注入團(tuán)隊在金屬陶瓷領(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)計平臺與無人化製備系統(tǒng)。
系統(tǒng)具備高效篩選上千種材料配方、準(zhǔn)確預(yù)測特定配方性能、自動調(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核心功能。
依託系統(tǒng)，團(tuán)隊研製出的新型多元金屬陶瓷複合材料，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%，並應(yīng)用於鑽具軸承、萬向軸等關(guān)鍵承載部件的表面強(qiáng)化，恰似給井下動力鑽具披上了「金鐘罩」。?
同時，研究團(tuán)隊與相關(guān)企業(yè)開展了深度合作，研發(fā)出系列耐高溫螺桿鑽具產(chǎn)品，並在深地川科1井7500米至10000米井深段全面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，為萬米深井重大鑽探工程的推進(jìn)提供了支撐，形成了一套深地能源開發(fā)的中國方案。
頂圖圖說：新型金屬陶瓷複合材料智能設(shè)計與深地重大工程應(yīng)用。（中國科學(xué)院）
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