如何给压电陶瓷施加适当的预紧力

在我们的封装压电陶瓷以及压电纳米定位台等产品参数表中，通常会列出拉力这个参数值，这个拉力值大小取决于我们预先加载的预紧力即预压缩力的大小。

为什么要给压电陶瓷加载预紧力？

我们都知道，压电陶瓷是通过单层陶瓷片堆叠共烧或堆叠粘接而成，对拉力非常敏感，过大的拉力会造成陶瓷堆叠连接层出现断裂而损坏，所以在做外部机械结构设计的时候要尽量避免拉力的存在，但是在实际动态操作压电系统时，压电陶瓷的快速伸长对于压电陶瓷来说相当于一个拉力，可能会导致压电陶瓷的损坏。而适当的预紧力可以有效的降低拉力引起损坏的风险。

压电陶瓷主要是作为推进器：采用机械预载力来保持陶瓷始终处于压缩的状态。预紧系统大多是被动力存储原则，例如机械压力，液压或者气动弹簧。

预紧系统设计基本原则

预紧力不应损失压电陶瓷的位移，预紧刚度应该非常低，陶瓷刚度的百分之几。

预紧力应该足够高以加速负载快速回弹，从而避免陶瓷受到拉力。动态操作使用时需控制动态力小于预紧力，动态力可由以下公式算得。

注意：机械预紧不应该只考虑常规操作时候的力平衡，而且还需要考虑外部的震动。

加载多大预紧力？

压电陶瓷的抗拉强度非常的低，大约在5Mpa左右，所以在安装使用的过程中建议加一定的预载力，从经验来看，8-10Mpa即可以补偿高动态产生的拉力。如果是恒力的情况下，不要超过20Mpa。预紧力一般为促动器负载的十分之一。

预紧力应该足够高但又不宜过大，当压电陶瓷承受大于几十兆帕的压力的时候，开始出现退极化现象，可以通过大的电压信号重新极化，但损失了有效能，对于元件的使用寿命会产生不利的影响。

对于高度较小的压电陶瓷来说，侧向力产生剪切力，相对较高的压电陶瓷会产生弯曲力，在使用过程中需要尽量的避免这两种力给压电陶瓷造成的损害。

预载也会产生张力，所以当很高的负载作用于压电陶瓷的时候，超过了张力强度，会降低使用寿命或者损坏压电陶瓷。

举例：

叠堆压电陶瓷PSt150/5×5/20 的横截面积为5×5mm，若施加8MPa即预紧力200N即可满足动态需求，如果是恒力不超过500N，有效的预紧力可以延长压电陶瓷的使用寿命。

常见预紧方式：

芯明天产品具有适合的预紧力

芯明天拥有近二十年压电纳米定位产品研发、设计、生产的经验，完善的质量、服务管理体系，每一款产品均经过优化设计、专业的生产、调试，多种环境及条件下的老化测试，确保产品输出优异的性能。

芯明天全系列封装型压电陶瓷以及纳米定位台产品均具有适当的预紧力，可以实现功率范围内动态操作满足用户的需求。

对于特殊需求，比如阶跃时间远小于1msec的应用，需要增加预紧力，芯明天可以根据实际需求定制相关的压电产品。