單晶葉片是隻有一個定向結晶晶粒的鑄造葉片，它消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行於應力軸方向，從而改善了合金的使用性能。在過去60年中，單晶渦輪葉片對噴氣發動機的發展至關重要，並且一直是推動航空航天工業發展的重要技術。
航空發動機所使用的葉片主要材料是鎳基高溫合金。正常來說，鎳能承受1000℃左右的高溫，但在高溫下極易氧化並變形，所以需要再添加其它難熔金屬元素使得鎳基高溫合金葉片保持其強度並抵抗極端溫度下的氧化。也就是說最靠近發動機燃燒室的鎳合金葉片材料必須保證能在遠遠超過其熔點的溫度下運行，並且必須保證冷卻到其熔化溫度的80％至90％的程度下還能繼續工作（軍用噴氣發動機需滿足1,982°C）。也因此，用於發動機葉片的合金材料是決定一個航空發動機性能和壽命的關鍵因素。
通常我們製造超耐高溫的合金需要在真空鑄造，使其在1240°至1371°C之間軟化並熔化。單晶材料就是在葉片澆鑄的同時，利用電磁鐵產生強大的定向磁場，未凝固高溫合金在定向磁場的作用下向同方向漫漫凝固，最後形成所有的分子排列一摸一樣的單晶體，而不是像一般的鋼材等分子是亂七八糟排的，這樣排列整齊的材料能承受更高的溫度。
單晶葉片的發展大約起源於上世紀50年代，美國的工程師從概念到製造大約進行了10年。就在1966年，美國工程師製造出定向凝固的柱狀晶粒渦輪葉片，這是向單晶葉片邁出的第一步，這種鎳基合金中含有碳，硼和鋯三種材料。
一般來說，噴氣發動機的熱效率是隨著離開燃燒室並進入渦輪機的氣體的溫度而增加，在高性能噴氣發動機的氣路中，渦輪入口溫度可以超過1,600℃，碳，硼和鋯這三種元素雖然能優先偏析晶界並提供高溫晶界強度和抗蠕變延展性，但是在鑄件中，凝固時間較長且沒有晶界，還會產生一次碳化物，進而傷害葉片高低疲勞特性。
到了上世紀70年代，美國工程師在第一代的基礎上繼續改進，製造出新的合金，這種被稱為“SX合金”的單晶鑄件至今仍在服役。SX合金消除了碳，硼和鋯，更換了新的單晶配方，其大致包括鎳（59％），鈷（10％），鉭（9％），鋁（6％），鎢（6％）和其他元素（10％）。在其它元素中，最重要的材料就是錸（3％），它能使最終合金在變弱和熔化之前承受更高的溫度。錸是一種“副產品的副產品”，來源於特定的銅鉬礦石，儲量稀少，非常昂貴。
一直會有網友被其它自媒體誤導而存在一個誤區，認為錸是這兩年才被我國航空發動機的研究者發現，其實並不是。錸元素早就被我國的科學家熟知，只是近年來才在製造含錸單晶合金的技術上取得突破，也正是因為這項技術的突破，我國自主的“渦扇”系列飛機發動機取得了很大的進展，研發速度大幅提升。
單晶葉片是由真空鑄造爐中的單晶生長而成的超級合金。它能提高了渦輪機的效率和單個葉片的使用壽命，同時賦予其無與倫比的抗高溫蠕變和疲勞性能。在噴氣式發動機中，與等軸晶體葉片相比，單晶渦輪翼型在蠕變強度和耐熱疲勞性方面的相對壽命已證明高達9倍，而耐腐蝕性相對壽命則高出3倍以上。如果沒有這些單晶翼型，現代噴氣發動機的渦輪入口溫度高，壽命長是不可能的（美國發動機的大修時間約25,000小時）。通過消除晶界，它們延長了噴氣發動機的熱和疲勞壽命，並擁有了更高的熔點和更高的耐腐蝕性。此外，葉片也能使用較少的材料，因為它們也可以是空心的，從而減少了噴氣發動機的重量。所有這些改進都有助於提高燃氣輪機的效率。
美國使用SX合金葉片的渦輪機翼被安裝在P＆WF100生產發動機中，為F-15和F-16噴氣式戰鬥機提供動力。第一架商業航空用於P＆W的JT9D-7R4噴氣發動機，該發動機於1982年獲得飛行認證，併為波音767和空中客車A310提供動力。1986年，單晶渦輪葉片的發明者，美國材料工程師普拉特惠特尼獲得了ASM國際工程材料成就獎，以表彰其為航空業所做出的貢獻。
現在，單晶葉片製造技術已經成為各國航空事業絕對的高端材料核心機密，以SX合金為基礎的單晶葉片仍可以在許多現代高性能噴氣發動機中找到，包括為F-22 提供動力的發動機和大型發電渦輪機。
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