具有高比强度、高比模量、良好抗氧化和蠕变性能及优异疲劳性能的γ-TiAl合金，由于兼备轻质高强和高温耐蚀的特性使之成为先进航空发动机系统的重要备选结构材料。但由于各种工艺下的γ-TiAl合金室温塑性均较低而使其应用范围大受限制。采用定向凝固技术控制合金的微观片层组织，使之与生长方向平行，可将该取向的室温延展性提高至5％以上。为了实现这一目的，本研究对TiAl合金定向凝固的原理、技术及组织性能进行了较为全面调查和研究，试图寻找到将其推广应用的途径。　　 实验主要以高梯度(200℃/cm)无污染的光学浮区法进行。研究中对该设备的结构和实验方法进行了较为详细的介绍；熟练掌握了常规定向生长、引晶定向生长、变径引晶生长和单晶定向生长四项基本技术，确保TiAl合金定向生长的顺利进行.由于定向用试棒的制备是TiAl合金定向生长的重要环节，是籽晶制备、引晶生长和无籽晶生长的关键所在；因此本研究尝试了三种不同的方法分别制备了Ti-43Al-3Si合金、Ti-Al-Nb合金及二元TiAl合金的φ9mm多晶棒。其中，采用高真空电弧吸铸系统的压差吸铸方法，不仅制备出了具有高纯度、高均匀性和高精度的理想定向用试棒，而且大大提高了实验的效率，可以满足各种多元TiAl合金实验的高要求。　　 引晶定向生长是控制TiAl微观片层组织行之有效的方法之一。本文采用了适用性强的Ti-43Al-3Si合金为范例，对籽晶制备、多晶籽晶引晶生长、二次定向生长等进行了深入研究；在5～10mm/h速度下分别获得了α定向合金、PST单晶体及片层平行生长方向的目标结构。文中对引晶定向生长的机理、合金成分和样品形状尺寸的影响进行了详细剖析，掌握了引晶定向生长的基本原理和技术。在调整合金成分的基础上，提出了多种籽晶合金的有效制备方法，并且应用到Ti-43Al-3Si合金上，获得了有望切出籽晶的片层织构。　　 由于无籽晶定向技术具有更广阔的应用前景，因此本文对无籽晶技术进行了较为全面的研究。文中首先在无籽晶条件下，定向生长了Ti-49Al和Ti-51Al的PST单晶体及Ti-50Al的双晶组织；然后，试图通过合金化探索出一种可操作的无籽晶技术，直接获得片层平行生长方向的目标组织结构。文中设计出一种Ti-44Al-Nb合金，打破了固有规律和观念，有望实现了这一目标。不但生长出与生长方向成35°～47°的片层织构，而且在调整合金成分的情况下，直接获得了占试棒70％以上且与生长方向平行的片层织构。更加重要的是，该合金具有很强的“趋同性”，有望在600～6000mm/h的超快速下完成定向生长。这对于解决困扰TiAl合金定向生长的“模壳”问题具有十分重要的意义。　　 为了验证Ti-44Al-Nb合金的预测结果，检测分析各种TiAl定向合金的组织与性能关系，本文申请到了科学院重大科研装备项目的经费支持，对光学浮区炉进行了二次再开发。将通过研制氩气纯化系统、高纯度活性吸铸系统以及升级光学炉的速度控制系统，建立一整套高效的、适用于高活性、高纯度金属材料的高温度梯度高速定向凝固系统，以满足试验中速度及氧含量要求.同时，采用自制的TiAl定向模壳在ram-type炉中定向生长了Ti-43Al-3Si合金；以研究稳定TiAl模壳的制备方法，为模壳问题的解决及TiAl合金定向生长的应用打下坚实的基础。