真空扩散连接广泛应用于异种材料的连接。锆具有较低的热中子吸收截面、高温耐腐蚀性和易加工等特点;Q345钢属于低合金高强度钢,塑性和焊接性能良好。锆与Q345钢的复合常用于化工反应容器的外壳,但是锆和钢的物理和化学性质相差很大,很难直接连接在一起。利用添加中间层的真空扩散连接技术,能够很好的解决这个难题。本文结合国内外锆与钢真空扩散连接的研究现状,采用较薄的非晶态铜箔作为中间层材料,在700℃下扩散连接纯锆与Q345钢,在铜箔熔化条件下控制反应层厚度。利用光学显微镜、SEM、EDS、XRD、EBSD、显微硬度试验、剪切试验和三点弯曲试验等表征技术,研究显微结构与力学性能的关系。同时,提出在更低温度下（≤620℃）,采用纯铝箔作为中间层材料,在铝箔不熔化的条件下控制反应层厚度,研究界面显微结构与力学性能的关系,以及反应层生长的热力学和动力学规律。纯锆/铜箔/Q345钢在700℃,3MPa下保温1h时,铜箔与母材发生冶金结合。界面反应产物分为五个区域,依次为Fe₃P、Cu、CuNiPZr、Cu₅₁Zr₁₄、Cu₃Zr₂,其中Zr元素所占的区域宽度大于Fe元素。当铜箔厚度为30μm和60μm时,界面反应总厚度分别为27.0μm和31μm,界面内存在较多孔洞和缺陷,最大剪切强度和弯曲强度分别为30MPa、803MPa和47MPa、1017MPa。当铜箔厚度增加到90μm时,界面反应层总厚度为63μm,孔洞数量大大减少,在Cu内出现两种树枝状共晶组织,界面结合质量得到很大改善,最大剪切强度和弯曲强度增至88MPa和1079MPa。剪切断裂机制表明:随着铜箔厚度增加,反应层中裂纹源减少,裂纹扩展路径和受树枝状共晶阻力增加,因此铜箔为90μm时具有最大剪切强度。对比前、后弯曲断裂机制,结果表明:反应层中孔洞在前弯曲中受压应力作用下闭合,在后弯曲中受拉应力作用张开,因此前弯曲性能优于后弯曲。纯锆/铝箔/Q345钢在545-575℃,3MPa下保温3-4h,铝箔与母材发生固相扩散反应,界面产物主要为波浪状的Al₅Fe₂和层状的Al₃Zr,并存在一层微米级的过渡相Al₃Fe和齿状的Al₃Zr₂。增加扩散温度和延长扩散时间均能增加反应层的总厚度,生成的Al₅Fe₂厚度比Al₃Zr宽,过渡相Al₃Fe和Al₃Zr₂形态更加清晰,但是延长扩散时间会导致过渡相逐渐向基体中溶解。界面力学性能研究表明,Al₅Fe₂具有最高显微硬度,剪切裂纹完全在Al₅Fe₂中扩展。保持扩散时间3h不变的条件下,575℃时复合板具有最大剪切强度为30MPa,但升高至590℃时,Al₅Fe₂与Al之间的界面发生开裂。保持扩散温度560℃不变的条件下,3.5h时复合板具有最大剪切强度为37MPa。通过EHF热力学模型计算Al₅Fe₂和Al₃Zr分别具有最负的有效生成焓,为第一生成产物。在545-575℃保温3h时,产物随温度的扩散动力学方程为:x_Al5Fe2=1.01×10⁴exp（-126800/RT）,x_Al3Zr=1.57×10¹¹exp（-249400/RT）。在560℃保温3-4h时,产物随时间的扩散动力学方程为:x_Al5Fe2=5.37×10^-16t^2.81,x_Al3Zr=1.93×10^-14t^2.3。其中Al₅Fe₂在界面生长具有明显特定取向,即c轴[001]方向,呈波浪形态;而Al₃Zr则无明显特定的取向。