先進航空發動機制造技術是一個國家科技工業水平和綜合實力的重要標志，其技術進步與渦輪葉片制造技術的發展密不可分。為了提高航空發動機的推力，美國、歐洲與俄羅斯的大推力航空發動機全都采用了單晶高溫合金葉片。在單晶高溫合金材料和單晶葉片制造技術方面，我國與發達國家相比存在較大差距，航空發動機的動力、壽命與可靠性亟待提高。

我國單晶高溫合金材料的瓶頸問題主要體現在三個方面：一是合金中有害雜質元素O、N、S等含量高；二是合金中易燒損元素成分范圍波動大；三是可控雜質元素個數少。針對這三個問題，中國科學院金屬研究所通過研究合金熔體中O、N、S等有害雜質元素在不同冶煉階段的反應去除機理與過程控制，將單晶高溫合金的O、N、S含量從20ppm以上降低到5ppm以下，接近了國際單晶高溫合金的最高冶煉水平（1-2ppm）。通過開展合金主元素在不同溫度、真空度條件下的揮發和燒損規律研究，實現了合金中各主元素含量的精確控制，把最容易發生成分波動的C、Y元素含量控制在±0.01wt.%以內，Cr、Hf、Al等元素成分波動控制在±0.1wt.%以內，顯著提高了單晶高溫合金的力學及工藝性能穩定性。結合化學成分對單晶高溫合金顯微組織、物理性能、力學性能、高溫腐蝕性能、鑄造性能影響的研究，確定了單晶高溫合金中20多種雜質元素的成分控制范圍。在此基礎上，研制出了多種先進單晶高溫合金，緩解了我國多個型號航空發動機急需的關鍵材料問題。

我國單晶高溫合金葉片制造技術的瓶頸問題主要體現在葉片制造工藝基礎研究薄弱，復雜結構單晶葉片合格率較低上。單晶葉片制造工藝流程復雜，涉及冶煉、鑄造、模具設計、型殼型芯、單晶生長、化學脫芯、熱處理、無損檢測、機加、焊接、表面涂層等幾十個工藝環節，如果這些工藝過程的基礎研究不到位，單晶葉片制造過程中就會不可避免地出現雜晶、小角晶界、取向偏離、界面反應、熱裂紋、再結晶、顯微疏松、夾雜、鑄瘤、欠鑄等冶金缺陷。由于缺少對單晶鑄造缺陷形成機制的深入認識，長期以來我國一直不能制定出有效的缺陷控制措施。針對這些問題，金屬研究所從開展單晶葉片鑄造缺陷形成機制與控制方法基礎研究著手，發展了從模具設計到鑄件檢驗的單晶葉片制造全流程控制技術，并成功應用于多種型號與類型的單晶葉片研制，促進了我國單晶葉片鑄造技術的進步，為中航工業發動機公司以及航天科工集團公司多個新型發動機的研制提供了葉片保障。

高溫合金葉片鑄造過程中，需要通過澆道與冒口設置來避免葉片中出現不可接受的鑄造缺陷。鑄造后澆道與冒口內的高溫合金不允許在航空發動機零部件制造中重復使用，因此高溫合金葉片鑄造過程中產生出的廢料常高達總用料的70%。單晶高溫合金材料的基體為鎳元素，其中含有錸、釕、鉭、鎢、鉬、鈷等稀有貴重金屬。由于缺少相關分離提取技術，使得合金廢料中錸、釕、鉭、鎢、鉬、鈷等高價值元素只能被當作鎳來對待，造成了極大的資源浪費和經濟損失。針對這一問題，金屬研究所建立了從高溫合金廢料中分離回收稀貴金屬元素的技術路線，實現了從高溫合金廢料中分離回收錸、釕、鉭、鎢、鉬、鈷等稀貴金屬元素的目標，同時形成了與之配套的高溫合金低成本制造技術，該技術可使含錸、釕單晶高溫合金的制造成本顯著降低。

目前，我國的自主創新正朝著更高、更遠、更強展翅飛翔，金屬研究所將秉承老一輩科技人員“我們的科研文章發表在祖國的藍天上”的思想，以科研創新為國產先進航空發動機的研制與發展增添新動力。