7月29日，中国科学院计划财务局组织专家组在中国科学院金属研究所浑南园区对金属所承担的院重大科研装备研制项目“大型高温度梯度液态金属冷却（LMC）定向凝固设备”进行了验收。专家组认真听取了项目负责人的研制工作报告、使用报告、经费收支报告和测试组的测试报告，现场考察了研制装备的运行情况，审核了相关的文件档案，提出和讨论了相关问题。专家组经充分讨论后认为，研制的大型高温度梯度液态金属冷却定向凝固设备全面达到了预定目标，该设备填补了国内空白。

　　我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确提出了优先主题“煤的清洁能源高效开发利用、液化和多联产”，重型燃气轮机和整体煤气化联合循环（IGCC）是这一领域中拟重点发展的关键技术。大型定向结晶叶片制备技术是高效重型燃机的核心技术之一，目前国内上气、东气、哈气三大集团与西门子、三菱重工及通用电气合资生产的F级重型燃机中，所有定向叶片均完全依赖进口，受价格垄断影响严重。因此，大型定向叶片制备技术是我国重型燃机发展中的关键瓶颈问题，关系到国家重型燃机发展的命运。

　　制备定向和单晶铸件的关键是控制凝固过程，使固液界面温度梯度足够大，并在液相区内维持正向温度梯度以阻止其它新晶粒形成。目前国内小型航空叶片工业生产中普遍应用的是高速凝固法(HRS)定向凝固工艺。随铸型尺寸增加，定向凝固中的温度梯度显著降低，较易出现斑点、等轴晶等铸造缺陷，同时在高温下合金与模壳、陶瓷型芯容易发生反应。此外，由于凝固速率慢，铸件偏析严重，热处理困难。因此HRS法生产重型燃机用大尺寸叶片时，成品率低，效率低，成本高。

　　LMC技术是目前最先进的定向凝固技术之一，其基本原理是：直接将模壳拉入低熔点金属浴槽，由于液态金属与模壳之间换热系数很大，热量始终通过热传导带走，大大增加了铸件冷却速度和凝固过程中的温度梯度，而且整个定向凝固过程中固液界面的温度梯度受铸件尺寸影响很小，因此尤其适合大尺寸定向叶片的制造。由于具有较高的冷却速率，材料凝固偏析明显降低，使大型铸件的热处理简单易行，节约成本，提高效率，并且可以显著提高材料的组织稳定性。

　　目前，国外发达国家已经开始LMC定向凝固技术的研究，实现了工程化应用。国内小型LMC定向凝固技术在实验室中已有应用，但一般只能制备体积很小的样品。2003年中国科学院金属研究所在国内率先开展了LMC定向凝固设备及技术的研发工作，2008年在中国科学院重大科研装备研制项目的资助下开始自主研制大型液态金属冷却定向凝固设备。目前课题组依托大中型LMC设备，突破了一系列关键技术，包括低熔点合金污染的控制、隔热层装置选材及配置、大型铸件稳定悬臂拉伸系统、大型LMC设备半连续工作、高强防裂型壳等，并在近期成功制备出了长度为430mm的大型定向结晶铸件和叶片样件。

　　大型LMC装备的研制成功使我所进一步巩固了在国内先进定向凝固设备及技术领域的领先优势，建立了大型定向结晶和单晶叶片的先进研发平台，为大型燃机叶片、高性能复杂结构定向和单晶叶片的研发奠定了扎实的基础，将迅速推动高性能LMC定向凝固高温合金叶片的工程化应用。