镍基单晶高温合金以其优异的高温性能,成为先进航空发动机热端部件的首选材料。然而,在高温合金涡轮叶片的制备过程中,平台杂晶等凝固缺陷的形成致使叶片的废品率较高,成为制约单晶叶片成本的关键。因而,对单晶凝固缺陷的控制,成为单晶铸件制备工艺研究的重要问题。以往关于平台杂晶的研究大都基于异质形核的论断而展开后续研究,然而平台杂晶是否来源于异质形核或除异质形核外是否有其他来源,并未给出验证。此外,之前的研究将平台温度场简化为平面状或下凹状分布而展开分析,然而平台的实际热场分布相对更为复杂。在复杂热场条件下,杂晶的形成机制是否与简化热场条件下一致,目前还不得而知。再次,对平台杂晶形成的影响因素分析并不全面,如LMC、取向、成分等的影响还报道较少,且在分析不同因素对平台杂晶形成的影响时,并未排除取向的影响。对不同杂晶控制工艺的研究主要以工程应用为主,缺乏不同工艺对杂晶控制机理以及控制效果的定量分析。基于这些问题,本文首先设计了一种籽晶选晶技术,尝试将选晶技术和籽晶技术的优势相结合来制备不同取向的单晶试样,以防止回熔区杂晶进入叶片基体而破坏单晶完整性。同时,结合多种表征手段,并借助实验和模拟对平台杂晶的本质来源、形成机理、影响因素和控制技术做了详细而深入的研究。得到主要结论如下:1.籽晶选晶技术能有效控制了籽晶回熔区杂晶进入叶片基体,保证晶体取向的同时提高了单晶制备的成品率。在本文实验条件下,籽晶选晶技术能有效使用的抽拉速率上限为200μm/s,以防止籽晶外延生长过程中,枝晶的侧向分枝而导致单晶取向的偏离。2.平台杂晶主要来源于热过冷异质形核,其形成经历了形核和生长两个阶段。其中形核受温度场的影响,生长受基体枝晶分枝行为的影响。平台杂晶形核的判据为:基体枝晶分枝时间大于等于平台边角过冷时间,则有杂晶形成;否则,杂晶形成被抑制。平台热场呈“波”状分布,导致贯穿型和包围型两种不同形貌杂晶的出现。3.随着抽拉速率的增加,平台杂晶形成的倾向增加。HRS条件下,平台杂晶形成的临界速率为100μm/s。相比HRS工艺,在相同凝固参数条件下,LMC工艺能有效抑制平台杂晶形成。LMC工艺可推升平台杂晶形成的临界速率至175μm/s附近。平台杂晶的形成倾向随平台几何尺度的增加而增加。4.一次枝晶取向偏离15°并未引起平台杂晶的形核。随二次取向偏离的增加,平台边角杂晶形成倾向增加。二次取向偏离角为30°情况下,平台杂晶来源于枝晶变形。二次取向偏离角为45°情况下,平台杂晶来源于过冷形核。控制单晶取向为(θ1，θ2)=(0°,0°)情况下,可提升叶片平台杂晶出现的临界速率至200 μm/s。5.Re含量为3.16wt.%和6.04wt.%两种情况下,模型叶片平台并未有杂晶缺陷形成。随着C含量由0.085wt.%提升至0.13wt.%水平,平合内的杂晶形成的倾向减小。随着B含量由0.000wt.%增加至0.005wt.%,平台内的杂晶缺陷面积减少,当B含量增加到0.014wt.%水平时,平台内杂晶形成被抑制。6.变速抽拉、石墨导块及引晶杆三种技术均可以实现对平台杂晶形成的有效控制。对三种控制杂晶技术的定量分析表明:引晶杆技术提升空间最大;而就操作难简程度来说,变速抽拉工艺操作最为便捷,模壳制备过程不需要额外步骤;而石墨导块技术更加灵活,可根据需求在任意位置放置一个或多个不同尺度的石墨导块,实现修正局部热场、控制组织演化和杂晶形成。