在生产高温合金材料时候，对给定成分的高温合金，从熔体中定向凝固时，在固液界面前沿一定要有温度梯度存在。温度梯度GL的大小直接影响晶体生长速度和晶体的组织与性能，是控制定向凝固的关键参数。定向凝固工艺方法的发展就是温度梯度GL不断提高的过程。最初的功率降低法(PD法)的温度梯度只有10℃/cm左右，后来发展到国内外广泛采用的高速凝固法(HRS法)，温度梯度提高到30℃/cm左右。当前国外采用先进的液态金属冷却法，温度梯度可达200℃/cm以上。而目前工业生产中的温度梯度也已达到30℃～80℃/cm。
以坩埚下降定向凝固法推导的温度梯度GL的表达式[1]为：式中s和L分别为晶体和熔体的导热系数，m为熔点附近熔体的密度，L为生长单位质量晶体所放出的结晶潜热，GL和Gs分别为液相和固相的温度梯度，R为凝固速率。假设s和L为常数，则在凝固速率一定时，GL和Gs成正比。通过增大固相晶体的温度梯度Gs以增加固相的散热强度，从而增加液相温度梯度GL，这就是前面提到的定向凝固方法不断增大GL的关键技术。当然，固相散热强度的增大，也会使凝固速率R增大。通常也采用提高固液界面前沿熔体的温度来提高GL，定向凝固装置在凝固界面附近加辐射板正是为了此目的。
生产高温合金材料GL增大有利于抑制成分过冷，提高晶体质量。在一定条件下，GL愈大，合金的凝固区间愈窄，铸件的补缩愈好，疏松愈少，偏析愈小，组织愈致密，力学性能愈好。另一方面，GL增大又可以加快凝固速率R。但也并非GL越大越好，超过某一临界值，特别是在制备单晶时，熔体温度过高，会导致熔体剧烈挥发、分解和受到污染，从而影响晶体质量。固相温度梯度Gs过大，还会使生长着的晶体产生过大的内应力，以致使晶体产生裂纹。
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