TiAl基合金作为一种应用前景广泛的新型轻质的工程材料,其密度不到镍基合金的50%,具有轻质、高比强度、耐磨、耐高温、优异的抗氧化性和抗蠕变性能等优点,其工程化应用前景良好。但其室温延性低、室温加工性能差和850℃以上使用抗氧化能力不足及稳定性差等问题,极大的限制其在生产实际的应用。TiAl基合金定向凝固技术的引入,最大可能的减少横向晶界的存在,可以有效地提高其高温稳定性,因此,定向凝固技术得到了发展。冷坩埚法定向凝固作为一种新型的合金制备技术,由于其采用冷壁材料制成的坩埚本身不与合金熔体接触,具有零污染等其他优点,被广泛应用于高熔点、高活性的TiAl基合金的定向凝固,但冷坩埚定向凝固技术只能制备出坩埚形状的产品,对于复杂形状产品的制备是个技术性难题。模壳法定向凝固技术不仅在成型工艺上具有水冷铜坩埚制备TiAl基合金的优势,而且还能对特定形状合金进行高效制备。但是TiAl基合金熔体具有极高的化学活性,容易与模壳材料发生界面化学反应,污染合金熔体。因此,寻求一种稳定的耐火材料是实现定向凝固高效制备TiAl基合金甚至单晶的技术关键。锆酸钡（BaZrO₃）是一种新型钛合金制备用耐火材料。本课题组前期将BaZrO₃耐火材料成功地应用于Ti6Al4V、TiAl、TiNi、TiFe合金熔炼的熔炼,并通过以BaZrO₃耐火材料作为模壳面层,EC95（Al₂O₃）为背层材料应用到精密铸造领域当中。基于此,本论文创新性的使用该耐火材料制备复合型壳并通过定向凝固技术尝试制备TiAl单晶。前期工作中,课题组利用BaZrO₃复合型壳定向凝固TiAl基合金,成功得到5个柱状晶组织的铸件。但是在凝固过程中,模壳需要与高温熔体经历长时间的直接接触,不可避免的会发生熔体渗透侵蚀,为了解决出现的渗漏现象,需对模壳进行优化。论文的主要研究内容包括以下几个方面:1)通过使用自合成的BaZrO₃粉料作为模壳面层耐火材料（钇溶胶为粘结剂）,Al₂O₃为背层耐火材料（硅溶胶为粘结剂）制备BaZrO₃复合模壳。在课题组前期研究的基础上,优化了BaZrO₃复合型壳面层,研究BaZrO₃粒度对模壳面层致密性的影响。结果表明:细粒度颗粒（100-200目）作为第一涂层的BaZrO₃复合模壳面层厚度可达3500μm,涂层内表面孔隙数量减少,尺寸减小,孔隙率由17.3%降低为13.5%;优化后的过渡层厚度从200μm提高至1200μm,BaZrO₃面层与Al₂O₃背层粘结性提高。烧结后模壳内表面波纹起伏存在变化,粗糙度Ra=3.62μm,在粗糙度14个等级中处于6等级范围。2)细粒度颗粒作为涂层的模壳与合金的界面渗透层从优化前的900μm降低为300μm,合金熔体的渗透被限制在模壳面层,无合金液渗入背层。面层材料与合金液接触后除了产生渗透现象还形成了新的反应产物,除了BaZrO₃之外,还存在BaAl₂O₄。3)在晶粒选择结束时,可以获得一个大晶粒。螺旋部分对晶粒选择显示出极好的效果。大的柱状晶粒覆盖了稳定生长区域,柱状晶粒沿生长方向连续生长。然而,由于存在异质形核点,在边缘和中间区域可以看到三个小晶粒,形成具有三个错误晶粒取向的柱状晶。层状方向与生长方向之间的夹角为45°,且在微观结构中未检测到BaZrO₃颗粒。样品中的Ba和Zr含量分别为24和4130ppm。最大氧含量（3730ppm）低于hcp-α相的生长临界值4800ppm。与优化前模壳定向凝固后合金中的污染量相比,合金中的Ba、Zr、O含量由89、16800、7580ppm减小为24、4130、3690ppm。