2.5.3 影響固相擴散焊質量的因素
1.焊接溫度的影響
焊接溫度是固相擴散焊接的重要參數，一般來說，焊接溫度應達到金屬或陶瓷熔點（熱力學溫度K）的60%以上。固相擴散焊接時，通常將發生化學反應，反應層的厚度對接頭強度有十分重要的影響。
例如：用0.5mm的Al作為中間層來固相擴散焊接鋼和Al2O3陶瓷時，反應層的厚度與焊接溫度之間的關系如圖2-28所示。
焊接溫度對接頭抗拉強度的影響也有相同的趨勢，研究表明焊接溫度與接頭抗拉強度（Rm）之間存在如下關系：
式中 B0——常數；
Qapp——表觀激活能，可以是各種激活能的總和。
例如：用0.5mm的Al作為中間層來固相擴散焊接鋼和Al2O3陶瓷時，接頭抗拉強度與焊接溫度之間的關系如圖2-29所示。
應當指出，圖2-28和圖2-29給出的資料還是有限的，它是在反應層厚度不太大的范圍內。事實上，當焊接溫度超過某一個溫度后，由于高溫下界面反應的加劇，反應層厚度增大。由于反應產物一般為脆性物質，因此，反應層厚度太大，接頭強度反而下降。這個事實，已經為很多研究結果所證實。
圖2-28 固相擴散焊接鋼和Al2O3陶瓷時反應層的厚度與焊接溫度之間的關系
圖2-29 固相擴散焊接鋼和Al2O3陶瓷時接頭抗拉強度與焊接溫度之間的關系
但是，焊接溫度的升高是有限的，焊接溫度的升高，會引起殘余應力的增大以及陶瓷性能的改變。一般來說，焊接溫度不應高于金屬或陶瓷的熔點，而是存在一個最佳焊接溫度。圖2-30給出了Al2O3陶瓷與金屬固相擴散焊接接頭抗拉強度與金屬熔點之間的關系。
圖2-30 Al2O3陶瓷與金屬固相擴散焊接接頭抗拉強度與金屬熔點之間的關系
2.焊接時間的影響
焊接時間（t）也同樣影響到反應層的厚度（X），圖2-31給出了SiC陶瓷與Nb固相擴散焊接時反應層的厚度與焊接時間之間的關系。同樣，固相擴散焊接時焊接時間對接頭抗拉強度的影響也有相同的趨勢，研究表明焊接時間與接頭抗拉強度（Rm）之間存在如下關系：
在一定的溫度下，焊接時間對接頭抗拉強度的影響存在一個最佳值。圖2-32給出了Al2O3陶瓷與金屬Al進行固相擴散焊接時焊接時間對接頭抗拉強度的影響。
圖2-31 SiC陶瓷與Nb固相擴散焊接時反應層的 厚度與焊接時間之間的關系
圖2-32 Al2O3陶瓷與金屬Al進行固相擴散焊接時焊接時間對接頭抗拉強度的影響
在以Nb為中間層進行SiC陶瓷-SUS304不銹鋼的固相擴散焊接時，焊接時間對接頭抗剪強度（τb）的影響也存在一個最佳值，如圖2-33所示。焊接時間太長，會產生線脹系數與SiC陶瓷相差很大的NbSi2相，因而接頭抗剪強度降低。當用Al作為中間層來固相擴散焊接Si3N4陶瓷和因瓦接頭及用V作為中間層來固相擴散焊接AlN時，焊接時間太長，而且產生了V5Al8脆性相，因而接頭抗剪強度降低。
圖2-33 SiC陶瓷-SUS304不銹鋼的固相擴散焊接時焊接時間對接頭抗剪強度的影響
3.壓力的影響
固相擴散焊接時，施加壓力是為了使工件產生塑性變形，減小表面不平整和破壞表面氧化膜，增加表面接觸，為擴散創造條件。用Cu或Ag來焊接Al2O3陶瓷、用Al來焊接SiC陶瓷時，施加壓力對接頭抗剪強度的影響如圖2-34所示。用貴金屬（如Au、Pt）來焊接Al2O3陶瓷時，金屬表面的氧化膜非常薄，隨著壓力的升高，抗彎強度可以提高到一個穩定值，如圖2-35所示。有時也存在一個最佳接頭抗彎強度值，如用Al來固相擴散焊接Si3N4陶瓷和用Ni來焊接Al2O3陶瓷，其最佳壓力分別為4MPa和15～20MPa。可見壓力的影響還與材料的類型、厚度及表面狀態有關。
圖2-34 壓力對接頭抗剪強度的影響
圖2-35 Pt-Al2O3陶瓷固相擴散焊接時施加壓力對接頭抗彎強度的影響
4.固相擴散焊接時化學反應的影響
（1）界面反應形成的化合物 在用金屬中間層進行陶瓷與陶瓷或金屬與陶瓷固相擴散焊接時，會發生各種化學反應，形成不同的化合物，表2-33給出了幾個例子。
表2-33 各種固相擴散焊接組合中可能出現的化合物
焊接條件不同，反應產物不同，接頭性能也不同。如1517℃下用金屬Nb做中間層固相擴散焊接SiC陶瓷，焊接時間2h時，接頭界面組成為SiC/Nb5Si3Cx/Nb2C/Nb；焊接時間2～20h時，接頭界面組成為SiC/NbC/Nb5Si3Cx/NbC/Nb2C/Nb；焊接時間超過20h后，接頭中的Nb消失，接頭界面組成為SiC/NbC/NbSi2/NbC/NbSi2/NbC/SiC，出現NbSi2后，接頭強度降低。
（2）焊接環境氣氛的影響 一般情況下，在真空中固相擴散焊接的接頭強度比在氬氣和空氣中的高。用Al做中間層固相擴散焊接Si3N4時，其接頭強度依下列順序降低：氬氣，氦氣，空氣。
5.線脹系數的影響
在彈性范圍內因線脹系數不匹配時，兩材料之間將產生殘余應力。焊接溫度與室溫之差和線脹系數之差越大，殘余應力也越大。陶瓷與金屬焊接時，陶瓷的線脹系數較小，因此，一般來說，陶瓷受壓，金屬受拉。若再用塑性中間層，則使接頭中的殘余應力更加復雜。圖2-36給出了用Al作為中間層進行Al2O3陶瓷與金屬焊接時，線脹系數的不匹配對抗拉強度的影響。因此，選用線脹系數與陶瓷相差較小的金屬，就可以降低接頭的殘余應力。
6.中間層材料的影響
固相擴散焊接使用中間層是為了降低焊接溫度、減少焊接時間和降低焊接壓力，以及促進擴散和去除雜質，同時也可以降低殘余應力。圖2-37給出了中間層材料及其厚度對Al2O3
圖2-36 用Al作為中間層進行Al2O3陶瓷與金屬焊接時線脹系數的不匹配對抗拉強度的影響（BS316為英國316不銹鋼）
圖2-37 中間層材料及其厚度對Al2O3陶瓷與AISI405固相擴散焊接接頭殘余應力的影響
陶瓷與鐵素體不銹鋼（AISI405）固相擴散焊接接頭殘余應力的影響。但是，正如前面所述，中間層材料將使接頭中的殘余應力更加復雜。
7.表面狀態的影響
表面狀態對固相擴散焊接接頭強度有十分重要的影響，表面粗糙將使接頭強度降低。
8.焊后退火的影響
Si3N4陶瓷在加熱1500℃、加壓21MPa、保溫60min的情況下，在1MPa的氮氣中進行直接固相擴散焊接時，界面不會完全消失。但是，焊后經過1750℃保溫60min的退火處理后，可顯著改善界面組織，提高接頭強度，使接頭的室溫抗彎強度從380MPa提高到1000MPa左右，達到陶瓷母材的強度。