微观孔洞是铝合金铸件中常见的一类缺陷，严重降低铸件的气密性和力学性能。许多研究者在微观孔洞形成机理、预测微观孔洞形成、微观孔洞与铸件力学性能的关系等方面进行了大量的研究。这些研究为在实际生产中控制孔洞类缺陷、得到高品质的铝合金铸件提供了理论基础。铝合金中微观孔洞的三维特征及其相关研究是当前该方向的研究热点，而国内在这一方面的研究报道很少。本文重点研究了不同组织Al-Cu合金中微观孔洞的三维特征，以及相关因素对孔洞三维特征的影响规律。首先采用Bridgman型定向凝固实验装置，在不同抽拉速率条件下制备了定向凝固Al-Cu合金试样，并基于三维X射线断层扫描重构技术对试样进行了断层扫描和微观孔洞三维重构，分析了其中的微观孔洞的三维特征，对比了合金成分、抽拉速率等条件对微观孔洞形成的影响。研究结果表明：控制定向凝固条件以及炉内的气氛可以得到组织定向良好且含有微观孔洞的柱状晶组织Al-Cu合金；在相同的定向凝固条件下，Al-15wt.%Cu合金中微观孔洞的平均体积比Al-4.5wt.%Cu合金中的小，但孔洞三维形貌更加圆整；抽拉速率显著影响合金中的孔洞数量，对于Al-15wt.%Cu合金，150μm/s抽拉速率条件下孔洞数量约为100μm/s条件下得到的孔洞数量的2.3倍，但低抽拉速率条件下的孔洞体积较大，孔洞尺寸分布相对均匀；同时，定向凝固试样中能够明显观察到微观组织和孔洞生长相互影响。为了对比不同等轴晶组织中微观孔洞的三维特征，设计并浇铸了Al-Cu合金楔形铸件，分析了铸件中微观孔洞的分布与三维特征，研究了合金成分、冷却速率对微观孔洞形貌、分布和特征的影响。结果表明，等轴晶组织中微观孔洞的三维形貌普遍比柱状晶组织中的复杂；等轴晶组织Al-15wt.%Cu和Al-4.5wt.%Cu合金中微观孔洞的分布呈现较大的差异，Al-15wt.%Cu合金中微观孔洞呈现集中分布，而Al-4.5wt.%Cu合金中微观孔洞呈分散性分布；Al-4.5wt.%Cu合金中微观孔洞等体积球直径与圆整度均与冷却速率大致为线性关系，随着冷却速率的增大，孔洞等体积球直径减小、圆整度变大。根据定向凝固实验条件，考虑氢的偏析和扩散，分析微观孔洞形成和生长的条件，建立定向凝固条件下微观孔洞形成的数学模型，模型在氢扩散控制微观孔洞生长的基础上考虑了微观孔洞的连续形核；基于所建立的数学模型，使用C++语言编写计算机程序，实现了定向凝固条件下微观孔洞形成的数值计算，并对比分析了计算和实验结果。数值计算的微观孔洞分布与定向凝固实验结果吻合较好，抽拉速率对微观孔洞体积分数和数量的影响规律也与相关文献报道相同，但微观孔洞体积分数计算结果的准确性尚有待提高。