钎焊是陶瓷材料与自身或与金属、半导体等连接的最主要方法,由于金属熔液难以润湿陶瓷,传统钎焊方法通过在陶瓷钎焊面形成可被金属熔液润湿的反应过渡层而实现对陶瓷的钎焊连接,然而这种脆性反应过渡层常对钎焊接头的性能造成不利影响。为了使钎料能够无反应过渡层地润湿和钎焊陶瓷,论文基于850℃以上的高温Al熔液对AlN陶瓷的非反应润湿本质的研究,采用磁控溅射的方法在AlN陶瓷或Al基复合材料表面沉积Al及Al合金薄膜作为钎料,对AlN/AlN以及AlN/Al基复合材料进行了钎焊连接。利用扫描电子显微镜、能量分散谱仪和超景深光学显微镜研究了接头的微观结构和形貌。研究结果表明:1)由此方法获得的Al/AlN接头界面结合良好,剪切强度达到104 MPa,含3.8at.%Cu的Al合金钎料的接头强度可进一步提升至165 MPa,增加钎料中的Cu含量至9.4at.%后由于Cu在钎缝与陶瓷界面处的偏聚使接头的剪切强度降低至95 MPa;2)含20.0at.%Ge以及28.0at.%Ge的Al合金钎料可以使AlN的钎焊温度分别降低至510℃和430℃,但高含量的Ge在钎缝与AlN界面处偏聚使接的剪切强度分别降低至48 MPa和39 MPa;3)采用Al-15.0at.%Ge薄膜钎料在580℃下保温30 min后获得的AlN/Al基复合材料的钎焊接头中少有气孔和未焊透区域,Ge元素突破了氧化膜充分扩散于Al基复合材料中,造成界面附近的母材熔化并与液态钎料融合。采用Al基薄膜钎料对AlN与自身和与Al基复合材料的无过渡层直接钎焊连接是基于溅射Al粒子以下两种作用实现的:1)磁控溅射Al粒子“润湿”AlN:Al钎料熔液对AlN润湿的本质是熔液中靠近AlN陶瓷的Al原子与AlN表面的N原子形成了高键能的Al-N化学键而显著降低了固/液界面张力。薄膜沉积过程中,高能溅射Al粒子能够克服能垒与AlN陶形成只有在850℃以上高温体系才能获得的Al-N化学键,从而使熔化后的Al薄膜钎料与AlN呈现具有低固/液界面张力的润湿状态。2)溅射Al粒子“原位”去除氧化膜:磁控溅射Al粒子通过与Al基复合材料表面的氧化膜形成化学结合,从而阻止氧原子向钎料和Al基体界面的扩散。钎焊加热过程中,氧化膜在热应力的作用下发生撕裂,液态Al合金钎料沿氧化膜裂缝向Al基体溶解,使氧化膜浮于Al合金熔液中并在熔液张力和粘性力的作用下进一步破碎并分散于熔液之中,从而实现对Al基复合材料的钎焊连接。