镍基单晶高温合金是航空发动机高压涡轮叶片的重要制备材料，其微观结构特征是影响合金关键性能的重要因素。以一种新型第四代镍基单晶高温合金为对象，考察了合金铸态、热处理态和高温低应力蠕变过程中的微观结构演化特征。镍基单晶高温合金的铸态组织为“十字”的枝晶结构，枝晶间和枝晶干存在尺寸不均匀的粗大γ′相和γ/γ′相共晶组织。通过多步阶梯固溶处理，回溶粗大γ′相和γ/γ′相共晶组织并减小偏析，通过两步时效处理获得组织均匀、立方度好的γ′相。在1100℃/137MPa蠕变条件下，获得了合金在不同变形过程中γ′相的筏排化过程、位错网的演化规律，结合断口裂纹的扩展规律，明确了其微观结构演化与蠕变性能的关联关系。