超精密加工的快速发展涌现出许多传统加工理论无法解释的切削现象,因此,总结并提出新的超精密加工理论将会促进超精密切削加工的进一步发展。综述了经典切削模型、剪切塑性变形模型、切削能量耗散模型、纳米尺度切削模型等超精密切削理论模型,详细分析了影响超精密切削理论的材料学等因素,揭示了超精密切削加工在微纳观尺度下材料去除的本质过程。在此基础上,系统剖析了超精密加工切削力以及预测方法,为超精密切削加工的新工艺、新理论及新机理提供理论基础。

针对光电子器件、集成电路等应用领域对单晶蓝宝石高质量的表面需求,而单晶蓝宝石自身的硬度和良好的化学稳定性给抛光带来较大的困难。文章在分析、对比直接采用2μm金刚石磨料化学机械抛光蓝宝石基片效果的基础上,提出机械研磨与化学机械抛光相结合的工艺抛光蓝宝石。结果表明,采用10μm的碳化硼磨料机械研磨蓝宝石,材料去除率为8.03μm/h,表面粗糙度Ra由1.18μm迅速降至22.326 nm;采用粒径为2μm和0.5μm的金刚石磨料化学机械抛光蓝宝石晶片,有效的去除机械抛光带来的损伤,最后表面粗糙度Ra可达0.55 nm。此抛光工艺能满足蓝宝石晶体高效、超光滑、低损伤的抛光要求。

单晶蓝宝石具有高的机械和光学性能,已被广泛应用于光电子、通讯、国防等领域.以提高加工后单晶蓝宝石表面质量和缩短加工时间为最终目标,采用化学机械抛光的方法抛光蓝宝石,得到了一种可行有效的抛光单晶蓝宝石的加工工艺路线.试验结果表明,采用6μm金刚石磨料粗抛蓝宝石晶片1.5 h,表面粗糙度值由220.05 nm快速降到7.88 nm;然后采用3μm金刚石磨料精抛蓝宝石晶片3 h,可以获得Ra约为2.82 nm(测量区域700μm×530μm)的表面粗糙度值.此抛光工艺能满足蓝宝石衬底高效、低损伤的抛光要求.