热端单晶涡轮叶片的冶金质量是保证“两机”寿命和稳定运行的关键。单晶叶片质量的首要决定性因素是冶金缺陷控制，尤其是高代次高温合金复杂结构叶片，其废品率高达30 ~ 40%。本项目针对这一问题，开展了杂晶、雀斑、条带晶等显性晶粒缺陷和马赛克缺陷等新型的隐性晶粒缺陷的系统研究，揭示了其形成机理和影响因素，提出科学有效的控制方法。发明了基于重力平衡原理的单晶叶片定向凝固新技术，开发了全球首台中试级反重力定向凝固设备，从原理上彻底消除了雀斑缺陷，大幅减少了杂晶缺陷，提高了单晶叶片的质量和成品率。
本项目自2019年起，先后获得了国家自然科学基金的资助，在MATERIALS & DESIGN，Journal of Alloys and Compounds等国际知名学术期刊共发表代表性论文5篇，获得授权发明专利3项、软件著作权1项，成果分别应用于中国航发北京航空材料研究院、东方电气集团东方汽轮机有限公司、江苏永瀚特种合金技术股份有限公司和深圳万泽航空科技有限责任公司的单晶涡轮叶片工业生产中，有效减少了叶片生产中的显/隐形缺陷，提高了单晶叶片的冶金质量和成品率，累计实现销售收入1.72亿元，产生了显著的社会和经济效益。