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近年来,利用激光激励纳米结构多层膜自蔓延反应瞬间放热作为热源实现热敏感材料连接的方式,在微纳米器件制造领域备受关注。纳米结构多层膜在自蔓延反应过程中,由于熵值降低而释放原子间结合能,反应速度可高达30 m/s,在局部空间瞬间产生1400K以上的高温,在50 ms内迅速冷却至室温。并且可以在真空或者水下自发持续进行,对降低连接过程对外加热源的要求,精确控制母材热输入,获得微纳器件的精密连接具有重要意义。本论文提出以反应性纳米多层膜（RNML）作为连接中间层,开展了Ti/Ni和Ni/Al纳米多层膜连接研究。通过结构设计、制备及性能表征,获得了调制结构与热学性能相匹配的纳米多层膜,采用纳米多层膜对金属及非金属材料进行了不同连接工艺的试验研究,系统研究了薄膜原子比和连接工艺参数对接头组织和性能的影响,深入分析了连接界面反应和接头失效机理。研究了Ti/Ni,Ti/Al和Ni/Al三种反应性纳米多层膜的微观结构和自蔓延反应特性。采用物理气相沉积技术（磁控溅射法）制备得到Ti/Ni,Ti/Al和Ni/Al三种不同体系的多层膜。通过高速摄影观察了薄膜的自蔓延反应过程,并对放热量及其产物进行了理论计算和微观表征。三种体系的纳米多层膜均在激光照射薄膜表面十几毫秒内完成引燃,燃烧过程伴随明亮的火光,反应特征符合自蔓延反应要求。其中Ni/Al多层膜放热量最大,反映在高速摄影图像里火焰颜色亮度最高,自蔓延速率也最快,约为3 m/s,其反应最终产物为立方晶系NiAl。Ti/Al多层膜放热量最小,其反应产物为Al2Ti。结合高温原位XRD分析结果,确定Ti/Ni多层膜放热反应勋在明显的相变过程,其中间相为B2-TiNi相,其最终产物为TiNi3。根据三种薄膜的放热量对可熔化的钎料层厚度进行了推导计算,为其在微纳器件连接中的应用提供了理论基础。研究了Ti/Ni纳米多层膜为中间层辅助Ti6Al4V合金在真空环境下的瞬态液相扩散连接,系统研究了Ti/Ni薄膜原子比和压力对接头组织和性能的影响。制备了三种不同原子比的Ti/Ni多层膜,在800℃的焊接条件下,得到的焊接接头界面均小于15μm。在10-15 MPa焊接压力下,焊接接头界面处会形成明显的反应扩散区,该区域呈现层状结构,并对接头界面产生的金属间化合物可能的物相进行了分析,得到了TiNi,TiNi3和Ti2Ni三种产物。随着Ti/Ni多层膜Ni含量的增高,连接接头的硬度降低,抗剪强度增高。在15 MPa压力下,原子比为1:3的Ti/Ni多层膜连接接头抗剪强度达到160 MPa。研究证实了Ti/Ni纳米多层膜可作为中间层辅助连接Ti6Al4V合金,熔融薄膜反应放出的热量有利于界面扩散反应的进行,降低了Ti6Al4V钛合金真空扩散焊过程焊接温度和焊接压力的苛刻要求。研究了高放热量的Ni/Al多层膜作为独立热源,自蔓延反应连接碳纤维增强塑料（CFRP）和铝合金工艺,获得了薄膜厚度和连接压力对接头强度的影响规律。采用电子束沉积法制备了大于30μm的Ni/Al纳米多层膜,并将其作为唯一热源对CFRP/铝合金进行连接,获得了致密的可靠接头。连接前将CFRP与铝合金表面采用飞秒激光进行表面处理,有助于提高CFRP/铝合金接头性能。在5 MPa的连接压力下,多层膜厚度越高,接头抗剪强度越高。当采用96μm的Ni/Al多层膜时,连接强度可达到9.5 MPa,整个连接过程在100 ms内完成。纳米多层膜自蔓延连接方法不需要高能量输入以及连接设备,仅靠反应放热就可熔化填充层完成连接,为CFRP/铝合金在太空或水下的连接提供了新思路。同时采用二极管激光对CFRP/铝合金的连接进行了研究。当采用300μm聚碳酸酯（PC）材料作为填充层时,激光为150 W时,抗剪强度最高可达到20 MPa。搭建了一套纳米多层膜辅助激光焊接平台,采用Ni/Al多层膜作为中间层辅助Ti6Al4V合金激光焊接,获得了质量良好的焊缝。该Ni/A多层膜在激光激励下,温度超过200℃时便可引发自蔓延反应。采用Ni/Al多层膜作为中间层进行辅助焊接的焊缝,在700 W激光功率下的抗剪强度可达到约400 MPa,比同功率下采用激光直接焊接的焊缝强度高3倍。并且,采用Ni/Al多层膜作为中间层可在不降低连接强度的条件下将焊接所需要的激光功率降低10-20%。采用Ni/Al多层膜作为中间层,利用自蔓延反应放出的热量在激光焊接同时使焊缝界面瞬间出现液相,有助于降低焊接过程中的激光能量输入,减小钛合金母材的热影响区,同时达到增加焊缝强度的效果。