在颗粒增强金属基复合材料、纯净金属的制备以及合金凝固过程中,颗粒在凝固界面前沿的行为--被推斥或被吞没,对材料的最终性能产生重要的影响,因此颗粒在凝固界面前沿的行为是一个非常基础的问题.自二十世纪六十年代以来,许多研究者致力于这种现象的研究,期望找出影响颗粒行为的主导因素,进而控制颗粒的行为和分布.但是由于过程涉及的参数太多,至今为止,尚不能人为地改变颗粒在凝固界面前沿的行为,主要原因是无法控制颗粒受力情况.本文从理论和实验的角度,对金属凝固界面前沿颗粒的行为和分布展开了研究.综合评述了电磁力场对凝固界面前沿颗粒行为影响的热力学和动力学条件,并探讨了影响颗粒被推斥或被吞没行为的动力学参数;搭建了电磁场下定向凝固装置;探讨了电磁场耦合定向凝固过程中,颗粒再分配系数与电磁力的定量关系.从理论上指出,控制电磁力周期及凝固参数可制备出颗粒浓度与金属生长距离呈函数关系的新型复合材料;研究了电磁场耦合定向凝固过程中电磁力对固液界面的影响,发现了向熔化的Al-Si金属液中施加电磁力时,固液界面向正电极方向倾斜;而且施加电磁力的大小和周期均影响固液界面的形状,缩短电磁力施加周期有助于获得宏观平直的凝固界面;为此采用电解液模拟体系,对电磁力改变固液界面前沿颗粒的迁移行为以及熔体流动的过程进行了直接观察,证明了上述现象的正确性:长时间施加电磁力可以破坏颗粒的定向迁移行为;缩短电磁力施加周期,能够保证颗粒的定向迁移;在此基础上,采用周期施加电磁力,对铝硅、铝-氧化铝体系的定向凝固过程中颗粒的行为及分布进行了实验研究其中采用过共晶Al-19﹪Si合金的定向凝固实验结果表明:通过周期性地施加电磁力,合金中的初晶富硅颗粒呈层状分布,表面硬度也呈周期变化;通过改变电磁力施加周期和凝固速度,还可以自由改变富硅层之间的宽度;而且初步探索了定向凝固条件下Al-8﹪Mg-2﹪Al<,2>O<,3>熔体中Al<,2>O<,3>颗粒的行为,周期性施加电磁力可以改变Al<,2>O<,3>在铝基体中的分布,制备出了硬度也呈周期变化的层状金属基复合材料.本文结果对金属基复合材料、梯度功能材料以及纯净金属等的设计和制备具有重要的借鉴意义.