镍基单晶高温合金是航空发动机和工业燃气轮机叶片用关键材料。选晶法结合定向凝固技术是制备镍基单晶高温合金涡轮叶片的常用工艺,但在单晶叶片的制备过程中,一些晶体缺陷,如大角度晶界、小角度晶界等容易在涡轮叶片的平台区域出现。这些取向缺陷严重影响了单晶叶片的性能,甚至导致单晶叶片的报废。因而,研究取向缺陷的形成机理以及提出相应的控制措施,成为单晶叶片制备的重要问题。一般来说,异质形核和枝晶偏转都是平台区域晶体取向缺陷形成的原因。目前关于异质形核引起的取向缺陷（如杂晶）的相关研究较为充分,而关于枝晶偏转引起的取向缺陷的相关研究却较为缺乏。枝晶在生长过程中会不可避免地发生晶体学取向的改变,也就是发生枝晶偏转,对于枝晶偏转是否可引起大角度晶界和横向条纹晶的形成,目前还未开展相应的研究。此外,为深入理解取向缺陷的形成,应开展在不同抽拉速率、平台尺寸、单晶铸件原始晶体取向凝固条件下平台区域内三维枝晶生长及取向演化的研究,但目前还缺乏相关研究。基于这些问题,本论文通过系统的定向凝固实验和数值模拟,研究了不同凝固条件下单晶叶片平台区域的枝晶生长、组织特征及取向演化,阐明了大角度晶界、横向条纹晶的形成机理和影响因素,并通过控制凝固界面形状及单晶叶片原始取向对平台区域的晶体取向进行了优化,以控制平台区域晶体取向差。得到的主要结论如下:（1）研究了平台区域的枝晶间距和枝晶排列方式。平台边角区域的枝晶间距明显大于叶身区域的枝晶间距,且在平台边角出现了枝晶横向生长。此外,在叶身区域:枝晶间距随抽拉速率的增加呈现先减小后增加的趋势,而随平台长度的增加枝晶间距基本没有变化;枝晶呈现六边形排列结构,且基本不受抽拉速率和平台长度的影响;叶身边缘与叶身芯部存在枝晶间距的差异,这种差异随抽拉速率或平台长度的增加而增加。（2）考察了不同凝固条件下平台区域的枝晶生长。枝晶的回路式生长使得平台底面可细分为叶身区、二次枝晶区和回路式枝晶生长区;随抽拉速率和平台长度的增加,回路式枝晶生长区的面积逐渐增加,而二次枝晶取向对回路式枝晶生长区的面积未有明显影响;在整个平台的三维空间内,叶身区与二次枝晶区的枝晶沿铸件轴向方向生长,而回路式枝晶生长区的枝晶生长方向与抽拉速率、二次枝晶取向有关:随着抽拉速率的增大或二次枝晶生长方向与平台边缘夹角的减小,枝晶逐渐由沿铸件轴向方向生长变为沿铸件横向方向生长。（3）通过控制凝固界面形状及单晶铸件原始二次枝晶取向可明显降低平台区域的晶体取向差。将凝固界面形状由严重下凹型变为近平直型可使平台区域的晶体取向差由36.2°降至6.4°,而进一步通过增大单晶铸件原始二次枝晶生长方向与平台边缘的夹角,可进一步将晶体取向差降至2.1°,从而减小了小角度晶界的晶体取向差。（4）探讨了横向条纹晶的形成机理及影响因素。在平台底面,上凸型凝固界面下,液相等温线主要由叶身向平台边角推进,二次枝晶由叶身向平台边角横向生长,平台与叶身连接处较大的应力使得二次枝晶之间存在晶体取向差（数值可达10.5°）,由此导致条纹状亚晶粒—横向条纹晶的出现。横向条纹晶的产生主要受抽拉速率的影响,而与平台长度基本无关。经固溶热处理后,横向条纹晶未引起再结晶缺陷,但沿其生长方向的晶体取向梯度由原铸态的0.9°/mm增加至4.0°/mm。（5）研究了严重下凹型凝固界面时枝晶偏转引起的大角度晶界。在平台底面,严重下凹型凝固界面下,液相等温线主要由平台边角向叶身方向推进,平台边缘的枝晶具有明显的生长优势,由此引起了平台边缘的长二次枝晶（贯穿整个平台长度）和枝晶汇聚界面（贯穿整个平台宽度）,且二次长枝晶的枝晶偏转（晶体取向梯度可达6.08°/mm）引起了枝晶汇聚界面上下两侧枝晶之间的晶体取向差（数值可达36.2°）,这表明,二次长枝晶的枝晶偏转是枝晶汇聚界面上大角度晶界形成的原因。此外,随平台长度的增加,长二次枝晶变长,沿其生长方向的取向梯度变大,由此引起枝晶汇聚界面上晶体取向差的增大,导致枝晶汇聚界面上大角度晶界形成的倾向性增加。