所谓定向凝固技术是指在建立特定方向温度梯度的条件下使熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。在高温疲劳和蠕变过程中，垂直于主应力的横向晶界往往是裂纹产生和扩展的主要部位，也是涡轮叶片高温工作时的薄弱环节。采用定向凝固技术可获得生长方向与主应力方向一致的单向生长的柱状晶体，由于消除了横向晶界，因而大大提高了材料抗高温蠕变和疲劳的能力，从而在航空工业中获得广泛的应用。

　　目前制备叶片主要采用传统的高速凝固法(HighRateSolidification，HRS)，该技术已经相当成熟，具有设备结构简单，工艺稳定等优点。

　　然而，近年来，新型单晶高温合金中添加大量难熔元素，带来了结晶温度间隔增大、偏析加剧等问题。另外，随着大尺寸工业燃气轮机叶片制备的发展，暴露出HRS技术的固有缺陷，即温度梯度低且随凝固过程的进行很快下降，使这种叶片制备在传统的HRS定向凝固设备上难以实现。

　　研究表明，温度梯度对定向凝固产品的性能有很大关系。俄罗斯全俄航空材料研究院发现在梯度为200~250K/cm的高温度梯度下，高温合金强度可提高10%~15%，疲劳性能可提高30%~40%。GE公司采用高温度梯度技术后不仅提高疲劳寿命25%~70%，而且还性能的分散度大大减小。我国学者的工作也表明，高温度梯度下定向凝固的单晶高温合金的蠕变性能得到明显提高，如温度梯度提高3倍，持久寿命可提高75%，而且疲劳性能好得多。近年来，高温度梯度定向凝固方法及相应制备装置的研究，已经成为先进航空发动机和工业燃气轮机单晶高温合金制备的核心技术，也是近年来航空发动机热端部件制备技术竞争的热点。

　　为了克服HRS技术定向凝固温度梯度低且不稳定的问题，研究者提出了多种新的技术，其出发点大都是加强对铸件已凝固部分的冷却。典型的有气冷法(GCC)，流动床淬火法(FBQ)，液态金属冷却法(LMC)等。在这3种高梯度方法中LMC法研究成果最为丰富。

　　以液态金属(如Al或Sn液)为冷却介质的高温度梯度定向凝固技术(LMC)是通过把铸模和铸件从炉内抽出侵没在低熔点的液态金属冷却剂容器里面进行散热。LMC法通过铸模表面的对流来散热，显然要比HRS法通过真空辐射散热更加有效。LMC技术由于零件始终浸在液态金属中，冷却效果比较稳定，在很大程度上克服了HRS法的缺点，特别是对于大尺寸叶片显示出明显的优越性，因而得到高度的重视。

　　在LMC技术中常用的液态金属有Ga—In合金和Ga—In—Sn合金，以及Sn液，前二者熔点低，但价格昂贵，因此只适于在实验室条件下使用。Sn液熔点稍高(232℃)，但由于价格相对比较便宜，冷却效果也比较好，因而适于工业应用。该法已被美国、俄国等国用于航空发动机叶片的生产。目前，工业规模LMC设备的温度梯度已经达到传统HRS法的3倍以上。