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以目前的技術而言，要實現燃氣輪機效率最大化，必須提高溫度。現代燃氣輪機的熱效率已達到42%以上，是最高效、最清潔的動力設備，然而要實現這樣的熱效率，燃氣輪機的最高溫度需要達到1500℃，普通材料到了這個溫度，都已經融化了，所以科學家們希望能找到一種特別耐高溫的材料

最初，科學家從自然界尋找耐高溫的金屬元素，鎳就是其中之一，以鎳為基礎加上少量銅、鐵、錫等元素形成的鎳基合金能承受幾百攝氏度的高溫，想再提高溫度，“天然”的找不到，只好“人造”了。

渦輪葉片的對比：

圖一傳統鑄造渦輪葉片

圖二定向結晶渦輪葉片

圖三單晶渦輪葉片

singlecrystal blade,經過了3代發展。

第一代是：鎳基高溫合金

第二代是：定向晶界的多晶

第三代：正在研制的單晶

晶體的世界，可能會顛覆你對生物與非生物的認識，因為有些特殊用途的晶體是“長出來的”。

耐1100℃的鎳基合金單晶葉片，如何抵抗燃氣輪機內最高1500℃的高溫，這又是一場大戰。發現，在均勻分布的葉片之下，有各種氣孔，在高溫下這些氣孔能通過導入空氣形成冷風，來有效降低葉片的表面溫度。

單晶葉片指，只有一個晶粒的鑄造葉片。定向結晶葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行于應力軸方向，從而改善了合金的使用性能。單晶葉片消除了全部晶界，不必加入晶界強化元素，使合金的初熔溫度相對升高，從而提高了合金的高溫強度，并進一步改善了合金的綜合性能。單晶葉片整個鑄件由一個晶粒組成的鑄造高溫合金。這是繼定向凝固鑄造高溫合金之后，進一步提高合金強度和使用溫度的一條途徑。單晶葉片鑄件的理想組織是葉根、葉身和葉冠，都由毫無缺陷的多相單晶體組成。晶體取向應是〈001〉方向，并與葉片主應力軸方向之間的偏離不應大于10度。單晶鑄件可以用與定向凝固相同的設備和工藝制備，與定向凝固鑄件的區別只在于在水冷底盤的上部加入選晶器或仔晶，以便控制單一晶體進入鑄件。簡史初期的單晶鑄造高溫合金采用普通鑄造高溫合金成分，在此情況下，單晶鑄造高溫合金與定向凝固鑄造高溫合金相比，除了改善橫向強度和塑性外，其他性能并無明顯改善。20世紀70年代末，出現了去掉晶界強化(見高溫合金晶界強化)元素的單晶鑄造高溫合金，如美國的PwAl480、NASAIRl00。碳、硼、鋯、鉿等晶界強化元素去除后，提高了合金的初熔溫度，從而允許提高固溶處理溫度，獲得更細小、彌散的Y’相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)，使合金的潛力得到更充分發揮。經過20多年的發展，出現了20多種單晶鑄造高溫合金。這些合金可以分為三代：第一代以PwAl480為代表，其承溫能力比最好的定向凝固鑄造高溫合金PwAl422有25℃的優勢；第二代以PwAl484為代表，比第一代又提高了25℃；正在研制的是第三代單晶合金。

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