Первый полёт на реактивном самолёте состоялся в Германии 27 августа 1939 года, но тогда реактивный двигатель оставался малоизвестным героем современной транспортной революции. Сегодня в глобальном флоте из 19 400 воздушных судов большинство составляют реактивные машины, обеспечивающие ежедневное обслуживание пяти миллионов пассажиров. Ключом к успеху реактивного мотора стала непрерывная эволюция газотурбинного двигателя, работающего по законам термодинамики, где главная цель — повышение термической эффективности и рабочей температуры потока газа. Современные высокопроизводительные двигатели пропускают газ через турбину при температуре более 1650 градусов Цельсия, что превышает температуру кипения расплавленной серебря. Чтобы детали survived таких экстремальных условий, инженеры перешли к использованию никелевых суперсплавов. Эти материалы обладают кристаллической структурой с центрированием по гране куба и содержат две фазы кристаллов, что обеспечивает устойчивость к окислению и коррозию при высоких температурах. Однако традиционные методы литья в вакуумных печах дают поликристаллические детали, где границы между кристаллами становятся слабыми местами. На этих границах возникают дефекты, приводящие к ползучести, коррозии и трещинам, что заставляет снижать рабочую температуру двигателя и ухудшает его производительность.
В начале 1960-х исследователи компании Pratt & Whitney Aircraft осознали, что нужно полностью устранить кристаллические границы. Механик Маврис Шанк покинул Массачусетский технологический институт и создал в Коннектикуте лабораторию AMRDL, где за десять лет были протестированы технологии однокристального производства турбинных лопаток. Первым шагом стало использование направляемой кристаллизации, когда расплавленный сплав литьё в вертикальную керамическую форму, охлаждая её снизу медной пластиной. Это заставляло кристаллы расти строго вдоль оси лопатки, выстраиваясь вдоль главных напряжений. Следующим прорывом стало изобретение «pigtail» — устройства для отбора одного кристалла. Исследователь Барри Пиарси обнаружил, что изгибы в форме заставляют появляться дополнительные кристаллы, а гладкий спиральный канал Фиамей позволял выбрать только один, идеально подходящий для формирования структуры всей лопатки. Управление процессом было сложным: любой приток тепла к боковым стенкам формы вызывал вторичную кристаллизацию, разрушающую монолитную структуру.
Для производства таких уникальных деталей требовались специальные сплавы. Из существующих поликристаллических материалов убрали углерод, бор и цирконий, которые осаждались на границах зерен и ухудшали усталостные свойства. В 1980-х появились сплавы вроде PWA 1484, содержащие рений, дорогой редкий металл, поставляемый по контракту с чилийской горной компанией. Первые тесты однокристальных лопаток проводились на двигателях для разведчиков SR-71 Blackbird, а широкое внедрение началось в 1970-х годах на истребителях F-15 и F-16. Коммерческий успех пришёл в 1982 году с сертификацией JT9D-7R4 для самолётов Boeing 767 и Airbus A310. Отказ от границ зерен позволил увеличить срок службы деталей в девять раз по показателю ползучести и в три раза по стойкости к коррозии. Без таких лопаток современные двигатели с налётом 25 тысяч часов между ремонтами были бы невозможны. Технология позволила делать тоньше стенки лопаток, уменьшая вес, и повышать температуру работы, что напрямую улучшает КПД турбины. Сегодня сверхгигантские однокристальные лезвия используются в энергетических турбинах Siemens и GE на сотни мегаватт мощности. Завод Howmet в Хэмптоне способен производить их методом направленной кристаллизации или создания полностью однокристальной структуры с точной ориентацией решётки, что позволяет оптимизировать характеристики для конкретных зон нагружения. С развитием технологии затраты падают, что делает возможным использование таких прочных деталей в новых электростанциях, сокращая выбросы парниковых газов за счёт работы на более высоких температурах.