在四川劍閣，中石油的“深地川科1井”鉆探深度已突破萬米大關(guān)，深入到5.4億年前的震旦系地層。這一全球地質(zhì)條件最為復雜、鉆井難度最高的深地工程，標志著我國在地球深部能源探索領(lǐng)域取得了重大進展。而支撐這一“超級工程”的，正是中國科學院寧波材料所海洋關(guān)鍵材料全國重點實驗室團隊研發(fā)的高性能金屬陶瓷復合材料。

“深地鉆探對工具材料的性能要求極為嚴苛，既要耐磨耐高溫，又要具備足夠的韌性?！痹搶嶒炇腋敝魅纬？煽裳芯繂T解釋道。金屬陶瓷復合材料恰好融合了金屬的韌性與陶瓷的硬度，成為制造鉆具的理想選擇。團隊開發(fā)的這種材料，由碳化鎢-鈷、碳化鈦-鎳等化合物組成，耐磨性較國外同類產(chǎn)品提升15%至30%，可承受130兆帕的極限壓強和200至300攝氏度的高溫，使用壽命超過500小時，達到全球領(lǐng)先水平。

長期以來，高端鉆具材料市場被少數(shù)西方國家壟斷。?？煽芍赋?，材料配方和制備工藝是核心技術(shù)壁壘，其他國家難以突破。傳統(tǒng)研發(fā)模式面臨兩大難題：一是尋找理想配方如同大海撈針，依賴大量運算和運氣；二是行業(yè)對穩(wěn)定性要求極高，新成果產(chǎn)業(yè)化周期漫長。為破解這些困境，團隊創(chuàng)新采用“AI+新材料”的研發(fā)路徑。

在實驗室自主研發(fā)的智能設(shè)計平臺上，一張元素周期表發(fā)出幽藍光芒。科研人員只需點選碳、鎢、鈷等元素，平臺便會根據(jù)預設(shè)性能目標，自動生成多種“新配方”，并輸出復合材料的能力預測報告。“我們讓平臺先學習基礎(chǔ)材料學、物理化學知識，再輸入實驗數(shù)據(jù)和技術(shù)專利，最終培育出可持續(xù)進階的AI模型?！背？煽杀扔鞯溃斑@就像炒菜，配料、火候、工藝缺一不可。”

搭建這一“科研大腦”并非易事。團隊需從海量文獻中篩選可用數(shù)據(jù)，并針對鉆探行業(yè)的特殊需求，通過程序設(shè)計逆向推導新材料開發(fā)工藝。據(jù)統(tǒng)計，項目累計產(chǎn)生多尺度高通量計算和實驗數(shù)據(jù)超10萬條，提取文獻問答數(shù)據(jù)50萬條。目前，平臺對材料性能的預測精度已超過90%，大幅縮短了測試驗證周期。

有了聰明的“大腦”，還需靈巧的“雙手”。在寧波材料所的無人實驗室里，數(shù)臺智能移動機器人正悄然采集實驗數(shù)據(jù)。針對新材料研發(fā)的特殊需求，團隊聯(lián)合其他科研力量，打造了一條與智能設(shè)計平臺無縫銜接的無人實驗流水線。通過機器語言模擬，機器人配備了簡易操作裝置，可模仿科研人員進行基礎(chǔ)實驗操作。“這些機器人已能替代人力完成結(jié)構(gòu)分析和性能驗證，工作效率提升50%以上。”?？煽杀硎荆祟悓嶒炇以谛袠I(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。

依托AI模型和無人實驗室，團隊開發(fā)出多款高性能井下鉆具材料，并與中石油北京石油機械有限公司、濰坊珀琦石油機械有限公司等企業(yè)合作，完成了強化徑向軸承、插接式萬向軸等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造。目前，相關(guān)產(chǎn)品已在“深地川科1井”7500米至10000米井段實現(xiàn)全面國產(chǎn)化替代，打破了國外技術(shù)壟斷。常可可透露，團隊正計劃將智能平臺向社會開放，通過持續(xù)數(shù)據(jù)輸入更新，推動新材料研發(fā)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。