蓝宝石即为α-Al₂O₃单晶,是一种具有高强度,高熔点,高耐蚀性的光学材料,在民事和军事领域均有广泛的应用。目前针对蓝宝石的焊接主要有大尺寸光学窗口和复杂结构件等多方面的需求,但蓝宝石化学稳定性高,难以与其他金属实现结合,并且由于蓝宝石热膨胀系数小,焊后冷却过程易产生残余应力,因此难以通过常规方法焊接。本文研究了超声作用下蓝宝石在纯铝钎料中的反应外延生长机制,并对纯铝钎料超声钎焊蓝宝石的工艺进行了研究,在此基础上,尝试了借助纯铝直接氧化法改善焊缝结构的工艺探究。在超声作用下,浸在液态纯Al中的蓝宝石表面生成Al₂O₃反应层。实验证明,反应中氧的来源为空气中的O2通过空气/蓝宝石/液态钎料三相线进入。空化泡崩溃的瞬间产生高温高压,促进固液界面处的O2向Al中大量溶解,溶解的O与液态Al发生反应生成Al₂O₃反应层。TEM分析表明,蓝宝石表面的Al₂O₃外延层是以台阶状的方式生长,台阶的晶体取向与蓝宝石基体基本一致。外延层与蓝宝石基体之间通常存在一些层错。随着超声时间的延长,台阶之间相互合并成为多孔片层,并且Al₂O₃反应外延层的厚度随超声时间延长逐渐增加。采用超声钎焊的方法,用纯铝钎料焊接蓝宝石,当超声热浸时长在50s-1000 s之间时,接头断裂在钎料金属内部,剪切强度最高可达56 MPa,但超声作用较短时间（5 s）时,蓝宝石表面的反应外延层与钎料金属的结合成为了接头的薄弱环节,接头最高强度降低到了43 MPa。以Mg O粉末为引发剂的纯铝的直接氧化试验中,Mg O粉末的量为15mg/cm2时,可以引发直接氧化,生成的Al/Al₂O₃相平均厚度随保温时长的增加呈直线上升趋势,利用这一方法进行超声热浸-直接氧化-超声钎焊的试验,获得了掺有Al/Al₂O₃复合相的纯铝钎料焊接接头,尽管焊缝的热胀系数可能得到改善,但由于纯铝相的必然存在导致接头强度没有得到明显提升,最高53 MPa。同样借助直接氧化法,采用超声热浸-超声钎焊-直接氧化的方法获得了含有Al/Al₂O₃复合相的2024钎料焊接接头,接头中发现了Al/Al₂O₃复合相与蓝宝石可以连接,为以复合相直接连接蓝宝石提供了可能,同样由于直接氧化反应难以控制,接头中存在2024合金以及Cu Al化合物相,接头强度最高65 MPa。