1国外单晶合金在航空发动机中的发展及应用
单晶高温合金也将是今后相当长时期内先进航空发动机的关键材料。20世纪70年代以来，国际上对其他高温材料也一直在进行研究，如：定向共晶合金、难熔金属基合金、金属间化合物基合金、陶瓷材料。
但目前都因某些关键问题未获解决还不能顺利付诸实际应用。迄今还没有一类材料能像镍基单晶高温合金这样具有良好的综合性能。在今后相当长时期内，单晶合金仍将是航空发动机的关键材料。
美欧等国的单晶高温合金应用研究已比较成熟，并在民用航空发动机上得到了广泛应用，单晶合金应用的相关发动机型号与机型如下表所示，尤其是第二代单晶叶片的工程化应用技术，目前正在服役的单晶叶片零件估计超过百万件。
由下表中单晶合金的应用情况总结得出，Pratt&Whitney（P&W公司）与IAE（P&W、RR、JAEC、MTU合资公司）系列主要采用PWA系列单晶合金，GE和CFM（GE、SNECMA合资公司）系列发动机主要采用Rene系列单晶合金，Rolls-Royce（RR公司）Trent系列发动机主要采用Cannon-Muskegon公司的CM-SX系列单晶合金。
Rene系列单晶的专利权是GE公司，由第一代单晶ReneN4发展到第二代单晶ReneN5和第三代单晶ReneN6。CMSX系列单晶的专利人是Cannon-Muskegon公司，由第一代单晶CMSX-3发展到第二代单晶CMSX-4和第三代单晶CMSX-10。
RR公司开发的单晶CMSX-4和第三代单晶CMSX-10。RR公司开发的单晶RR3000和RR3010在美国的CANNON-Muskegong公司生产，按美国惯例需冠上该生产单位的品牌名，命名为CMSX-10K和CMSX-10N，产品验收采用RR公司的企业标准。PWA系列单晶的专利权人是P&W公司，P&W已被美国联合技术公司收购，由第一代PWA1480发展到第二代PWA1484和第四代PWA1497。
第四代、第五代单晶的发展以TMS系列单晶为代表。TMS系列单晶是由NIMS（日本国立材料研究所）研制的。2006年，RR公司在日本NIMS建立航空先进材料研究室，与NIMS联合开发单晶材料。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国高温合金行业发展现状及十三五发展趋势前瞻报告》
单晶的承温能力一般以137Mpa/1000h蠕变断裂为标准进行判断，第二代单晶承温能力大致为1040℃，相应的每代单晶高温合金使用温度都被提高了25~30℃，每提高25~30℃相当于延长叶片寿命3倍。
2我国单晶高温合金的发展
根据文献《镍基高温合金发展概况》（2011年），我国从20世纪80年代开始研究单晶合金，已发展到第二代单晶高温合金，主要研制出如下几种单晶合金牌号：DD3\DD6\DD8，还有其他几种牌号合金为仿制：DD402\DD98\DD99\DD32\DD93\DD90\DD4\DD5。
虽然有些合金有了牌号，其实仍没有得到应用研究，目前为止真正使用过的仅有DD3和DD6，DD5正在研究中。
据专著《先进高温材料与技术》（2012年），北京航空材料研究院研制的单晶，由国内第一代单晶DD3发展到第二代单晶DD6、第三代单晶DD9，并开始探索第四代单晶。其中DD6是在航空发动机涡轮叶片中使用最广泛的单晶。
中国科学院金属所研制了我国第一种抗腐蚀单晶高温合金DD8（第一代单晶），用作舰艇发动机涡轮叶片材料，同时正在研制无铼的第二代单晶。北京航空材料研究院和中国科学院金属所正在研制的第二代单晶高温合金DD5叶片即将在先进航空发动机上试车。
国内单晶成分发展的特点与国外相近，增加固溶强化元素铼是更新换代的标志，因为铼的增加使合金错配度向负方向增大，显著提高单晶高温合金的持久性能。
第二代单晶DD6在第一代单晶DD3基础上增加了晶界强化元素铪（Hf），提高了合金的强度和涂层工艺性，改善了铸造工艺性能，使元素偏析程度略有降低，合金的持久寿命随铪含量的增加先延长后缩短。
根据文献《国外航空发动机用单晶合金体系成分特点及演变》（2014），虽然国内单晶成分设计紧跟国外发展的步伐，已发展至第四代单晶，但是化学成分的控制与国外仍有差距。
单晶高温合金也将是今后相当长时期内先进航空发动机的关键材料。20世纪70年代以来，国际上对其他高温材料也一直在进行研究，如：定向共晶合金、难熔金属基合金、金属间化合物基合金、陶瓷材料。
但目前都因某些关键问题未获解决还不能顺利付诸实际应用。迄今还没有一类材料能像镍基单晶高温合金这样具有良好的综合性能。在今后相当长时期内，单晶合金仍将是航空发动机的关键材料。
美欧等国的单晶高温合金应用研究已比较成熟，并在民用航空发动机上得到了广泛应用，单晶合金应用的相关发动机型号与机型如下表所示，尤其是第二代单晶叶片的工程化应用技术，目前正在服役的单晶叶片零件估计超过百万件。
由下表中单晶合金的应用情况总结得出，Pratt&Whitney（P&W公司）与IAE（P&W、RR、JAEC、MTU合资公司）系列主要采用PWA系列单晶合金，GE和CFM（GE、SNECMA合资公司）系列发动机主要采用Rene系列单晶合金，Rolls-Royce（RR公司）Trent系列发动机主要采用Cannon-Muskegon公司的CM-SX系列单晶合金。
Rene系列单晶的专利权是GE公司，由第一代单晶ReneN4发展到第二代单晶ReneN5和第三代单晶ReneN6。CMSX系列单晶的专利人是Cannon-Muskegon公司，由第一代单晶CMSX-3发展到第二代单晶CMSX-4和第三代单晶CMSX-10。
RR公司开发的单晶CMSX-4和第三代单晶CMSX-10。RR公司开发的单晶RR3000和RR3010在美国的CANNON-Muskegong公司生产，按美国惯例需冠上该生产单位的品牌名，命名为CMSX-10K和CMSX-10N，产品验收采用RR公司的企业标准。PWA系列单晶的专利权人是P&W公司，P&W已被美国联合技术公司收购，由第一代PWA1480发展到第二代PWA1484和第四代PWA1497。
第四代、第五代单晶的发展以TMS系列单晶为代表。TMS系列单晶是由NIMS（日本国立材料研究所）研制的。2006年，RR公司在日本NIMS建立航空先进材料研究室，与NIMS联合开发单晶材料。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国高温合金行业发展现状及十三五发展趋势前瞻报告》
单晶的承温能力一般以137Mpa/1000h蠕变断裂为标准进行判断，第二代单晶承温能力大致为1040℃，相应的每代单晶高温合金使用温度都被提高了25~30℃，每提高25~30℃相当于延长叶片寿命3倍。
表：单晶高温合金叶片在航空发动机中的应用
表：单晶高温合金制备方法（成分质量分数，%）
2我国单晶高温合金的发展
根据文献《镍基高温合金发展概况》（2011年），我国从20世纪80年代开始研究单晶合金，已发展到第二代单晶高温合金，主要研制出如下几种单晶合金牌号：DD3\DD6\DD8，还有其他几种牌号合金为仿制：DD402\DD98\DD99\DD32\DD93\DD90\DD4\DD5。
虽然有些合金有了牌号，其实仍没有得到应用研究，目前为止真正使用过的仅有DD3和DD6，DD5正在研究中。
图：航发集团航空材料研究院单晶高温合金
据专著《先进高温材料与技术》（2012年），北京航空材料研究院研制的单晶，由国内第一代单晶DD3发展到第二代单晶DD6、第三代单晶DD9，并开始探索第四代单晶。其中DD6是在航空发动机涡轮叶片中使用最广泛的单晶。
中国科学院金属所研制了我国第一种抗腐蚀单晶高温合金DD8（第一代单晶），用作舰艇发动机涡轮叶片材料，同时正在研制无铼的第二代单晶。北京航空材料研究院和中国科学院金属所正在研制的第二代单晶高温合金DD5叶片即将在先进航空发动机上试车。
图：航发集团航材院空心单晶高温合金叶片
国内单晶成分发展的特点与国外相近，增加固溶强化元素铼是更新换代的标志，因为铼的增加使合金错配度向负方向增大，显著提高单晶高温合金的持久性能。
第二代单晶DD6在第一代单晶DD3基础上增加了晶界强化元素铪（Hf），提高了合金的强度和涂层工艺性，改善了铸造工艺性能，使元素偏析程度略有降低，合金的持久寿命随铪含量的增加先延长后缩短。
根据文献《国外航空发动机用单晶合金体系成分特点及演变》（2014），虽然国内单晶成分设计紧跟国外发展的步伐，已发展至第四代单晶，但是化学成分的控制与国外仍有差距。
资料来源：中国报告网整理，转载请注明出处（GQ）
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