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，深入到5.4億年前的震旦系地層。這一全球地質條件最為復雜、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鍵材料全國重點實驗室團隊研發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。”該實驗室副主任常可可研究員解釋道。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，達到全球領先水平。
長期以來，高端鉆具材料市場被少數西方國家壟斷。常可可指出，材料配方和制備工藝是核心技術壁壘，其他國家難以突破。傳統研發模式面臨兩大難題：一是尋找理想配方如同大海撈針，依賴大量運算和運氣；二是行業對穩定性要求極高，新成果產業化周期漫長。為破解這些困境，團隊創新采用“AI+新材料”的研發路徑。
在實驗室自主研發的智能設計平臺上，一張元素周期表發出幽藍光芒。科研人員只需點選碳、鎢、鈷等元素，平臺便會根據預設性能目標，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材料學、物理化學知識，再輸入實驗數據和技術專利，最終培育出可持續進階的AI模型。”常可可比喻道，“這就像炒菜，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據，并針對鉆探行業的特殊需求，通過程序設計逆向推導新材料開發工藝。據統計，項目累計產生多尺度高通量計算和實驗數據超10萬條，提取文獻問答數據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，數臺智能移動機器人正悄然采集實驗數據。針對新材料研發的特殊需求，團隊聯合其他科研力量，打造了一條與智能設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實驗操作。“這些機器人已能替代人力完成結構分析和性能驗證，工作效率提升50%以上。”常可可表示，此類實驗室在行業內處于領先地位。
依托AI模型和無人實驗室，團隊開發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合作，完成了強化徑向軸承、插接式萬向軸等關鍵部件的結構設計與制造。目前，相關產品已在“深地川科1井”7500米至10000米井段實現全面國產化替代，打破了國外技術壟斷。常可可透露，團隊正計劃將智能平臺向社會開放，通過持續數據輸入更新，推動新材料研發領域的創新發展。
