金属液凝固在实际生产中都是以异质形核的方式来触发形核。有效促进异质形核是获得具有优良性能材料的最简便、最经济、最有效的手段。本文从界面能、过冷度以及异质核心与金属液之间的界面出发,研究了Al熔体在不同种和不同取向的氧化物基底上的异质形核能力、形核影响因素以及异质形核机制。首先基于二维错配度理论和静电作用理论分别计算了形核相Al与不同取向氧化物单晶（Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、MgO、MgAl₂O₄）的错配度和晶格电子密度差,从界面能角度预测了不同取向氧化物作为金属Al异质形核核心的可能性。根据Al异质形核理论计算的结果,从中遴选了MgAl₂O₄（100）、（110）、（111）以及Al₂O₃（11-20）、（0001）、（1-102）两种物质六个单晶基底作为研究Al异质形核的实验基底,通过原子力显微镜（AFM）对所选基底的粗糙度进行了检测。然后采用与德国Linseis公司联合研制的DSC-润湿角联测仪测定了所选基底的不同晶面触发Al异质形核的过冷度。实验结果表明,不仅不同基底触发Al异质形核的过冷度不同,而且同种基底不同取向的晶面触发Al异质形核的过冷度也存在差异。通过进一步分析错配度、晶格电子密度差和过冷度三者的关系,发现在错配度和晶格电子密度差这两个因素中,错配度对界面能的影响更显著。最后借助金相显微镜（OM）和高分辨透射电镜（HRTEM）,从宏观形貌到微观原子排列不同尺度表征了MgAl₂O₄（100）与Al₂O₃（0001）作为形核基底与固态金属Al界面的结构特征。在金相显微镜下,发现Al与Al₂O₃（0001）面、MgAl₂O₄（100）面界面处的介观结构没有明显的差异,而在高分辨透射电镜下,Al与MgAl₂O₄（100）面界面处的微观结构与Al₂O₃（0001）面有明显差别。Al与MgAl₂O₄（100）面界面处存在许多间歇的小突起,而Al与Al₂O₃（0001）面界面清晰平整。通过探讨过冷熔体界面前沿相关元素的富集和扩散,指出外延层可能是由于界面处元素的扩散导致的。这些突起作为基底的外延层,可能是导致Al在MgAl₂O₄（100）面上形核过冷度较小的原因,同时验证了外延生长在实际形核中是存在的。结合外延生长模型,预测了有效形核基底上外延层的厚度,并对Al在MgAl₂O₄（100）面上的异质形核机制进行了探讨。本文的研究结果对丰富异质形核理论有一定的参考价值。