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形核问题一直在金属凝固过程研究中占有重要地位,而界面行为是影响形核的主要因素。本文主要研究Al熔体形核过程中的界面特征及其影响因素,用气悬浮技术测得了纯Al及其添加了合金元素（Ti、Ce、Sb）的合金的本征过冷度,并选用不同取向的氧化物单晶（六种取向的Al2O3和三种取向的MgO）作为基底,测定了高真空环境下异质相基底触发金属熔体形核的过冷度及熔体与异质相基底之间的润湿角,运用SEM（Scanning Electronic Microscopy）,EDS（Energy Dispersive Spectrometer）,XRD（X-Ray Diffraction）,TEM（Transmission Electron Microscopy）,HRTEM（High Resolution Transmission Electron Microscopy）等方式考察了界面微观结构和生成相,并基于Bramfitt的二维晶格匹配模型,异质相外延形核等模型探讨了形核相与异质相间的晶格匹配度与异质相触发形核的过冷度、形核机制、熔体/异质相间润湿性的关系以及合金元素对形核过程的影响。获得了如下主要结果:1.在界面晶格错配度较小（f<14%）的情况下,过冷度和晶格错配度的平方成正比:与形核相晶格匹配度越好的异质相,其触发形核所需的过冷度越小,随着晶格错配度的增加,所需形核过冷度逐渐增大。而当f>14%时,上述基体触发熔体形核的过冷度随着错配度的增加而减小。2.通过TEM的观察,在f<14%时,Al/Al2O3的界面是平直的,新相Al直接在Al2O3的表面形核生长,未出现中间应变层;在f>14%时,形核界面处发现一层几十到几百纳米厚度的存在应变的Al中间层,这层应变层充满微孪晶缺陷。3.新相和基底存在错配时最先生成的应变层可以通过原子的晶格畸变、引入位错或孪晶等晶体缺陷来释放新相与基底之间的界面能。当晶格错配度f<3.1%时,界面能可以通过新相晶格的弹性畸变能和错配能完全释放,即Etotal=Eε+Em。当晶格错配度在3.1%<f<5.8%范围内,界面能通过晶格的弹性应变能和引入刃型位错的位错能释放,即Etotal=Es+Eed。当晶格错配度在5.8%<f<14%范围内,界面能通过晶格的弹性应变能和引入螺型位错的位错能释放,即Etotal=Es+Esd。当晶格错配度f>14%时,界面能通过晶格的弹性应变能和引入孪晶的孪晶能释放,即Etotal=Es+ET。4.Al/Mg O异质形核体系其形核过冷度不受基体MgO的晶格取向影响,其原因在于界面处生成MgAl2O4层。该层MgAl2O4覆盖了整个Al/MgO界面,成为新的形核基底。因此即使采用不同的MgO基底,其得到Al熔体形核的过冷度趋于一致。5.合金元素的添加可以通过生成新的金属间化合物影响形核过程,从而改变熔体形核的过冷度及晶粒取向。6.对润湿角的测量发现Al熔体对不同取向的单晶氧化物的润湿性存在差异。比较连续的中间Al层对于润湿性有很大的改善,不存在中间层时,润湿性随着错配度的增加而变差。