井下动力钻具关键运动部件及其复合材料在高温、高压极端环境下的服役可靠性面临严峻挑战。金属陶瓷复合材料结合了陶瓷的坚硬与金属的韧性，从而成为有力备选。

近日，位于四川剑阁的深地川科1井钻探深度突破10000米，标志着我国在地球深部能源探索领域迈出关键一步。中科院宁波材料技术与工程研究所（宁波材料所）海洋关键材料全国重点实验室金属基复合材料AI创制团队在常可可研究员的带领下，开发了人工智能AI辅助的耐温/耐磨蚀金属陶瓷复合材料性能预测与成分设计模型（预测精度>90%），包含高通量预测、单点预测、成分优化、3D可视化等多个功能模块；基于该AI模型，筛选了满足目标性能的潜在成分区间，结合深钻材料智能创制平台开展的自动化制备和高通量表征实验，成功研制出新型耐温耐磨蚀多元金属陶瓷复合材料，力学、摩擦学等关键性能指标较现役三元材料体系提升15-30%，为耐高温螺杆钻具研发提供了关键材料支撑。

新型金属陶瓷复合材料智能设计与深地重大工程应用

钻探万米深井时，钻具运动部件面临的环境极为复杂——传统硬质合金很硬但太脆，高强度钢韧性好却不够硬、不耐磨。而多元金属陶瓷通过将坚硬的陶瓷颗粒（如碳化钨、碳化钛）与韧性的金属粘结相（如钴、镍合金）复合，实现了性能上的互补，恰好能够解决这个难题。这类材料并非孤例。受自然界珍珠母“砖-泥”结构启发的仿生陶瓷-金属复合材料也显示出高抗弯强度和高断裂韧性的特点，这为未来研发性能更优异的钻具材料提供了新的思路和方向。

在国家重点研发计划（2022YFB3706600）、中国科学院“智能科学家”、宁波市“科创甬江2035”重点研发计划（2024Z138）、海洋关键材料全国重点实验室开放基金等项目的支持下，宁波材料所和中石油北京石油机械有限公司（中国石油装备制造创新中心）、潍坊珀琦石油机械有限公司深度合作，开展了新型金属陶瓷复合材料强化径向轴承、插接式万向轴等关键部件结构设计与制造技术研究，形成发明专利10余件、制定标准1项。研制的系列耐高温螺杆钻具产品在深地川科1井7500~10000米井深段全面实现进口替代，有力支撑了我国万米特深井重大钻探工程的顺利实施。

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