蓝宝石具有高硬度（莫氏硬度9）、优异的耐腐蚀性以及良好的光学和机械性能,因此广泛应用于固态激光器,精密抗摩擦轴承,红外窗口,半导体芯片基板等高科技领域。随着科技迅猛的发展,对蓝宝石表面平整度要求越来越高,而化学机械抛光（CMP）是目前普遍的表面加工技术,是公认的可以实现全局平坦化抛光方法,所以用化学机械抛光对蓝宝石表面的超精密抛光成为研究的热点。在CMP中,抛光浆料和抛光磨料扮演着重要角色,对蓝宝石的抛光质量有直接的影响。本文研究了将氧化铝磨料分散于硅溶胶中获得了稳定性及抛光性能均较好的抛光浆料。采用均相沉淀法制备出粒径分别为320nm、500nm、1.0μm左右的球形氧化铝磨料,采用直接沉淀法制备出粒径320nm的不规则形貌的氧化铝磨料,并将不同粒径、形貌的氧化铝对蓝宝石进行抛光,得出粒径为1.0μm的球形氧化铝具有较佳的抛光效果。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等手段对样品的形貌、物象等进行表征。通过Zeta电位对抛光浆料的分散稳定性进行检测,通过原子力显微镜（AFM）对蓝宝石抛光前后的表面粗糙度进行检测。主要结果如下:将氧化铝磨料分散在硅溶胶中,体系的稳定

聚焦超声换能器的使用特点,提出了一种新型磨料流抛光加工方法,即采用凹球壳聚焦超声振动的方式在抛光液中产生聚焦磨料流抛光光学材料。先对聚焦超声振动换能器的声压场进行了测量,证明了声压场具有显著的聚焦特性,其中声压的值出现在焦距90 mm处;然后设计实验,利用该装备对碳化硅试件进行了抛光。结果表明:这一方法可以对光学材料进行抛光处理,不仅可以降低表面粗糙度和提高表面质量,而且系统结构比传统的磨料水射流抛光系统更加简单,没有管路、喷嘴损耗等。

采用雾化施液化学机械抛光（CMP）的方法,以材料去除速率和表面粗糙度为评价指标,选取适合硒化锌抛光的磨料,通过单因素实验对比CeO2、SiO2和Al2O3三种磨料的抛光效果。结果显示:采用Al2O3抛光液可以获得的材料去除率,为615.19nm/min,而CeO2和SiO2磨料的材料去除率分别只有184.92和78.56nm/min。进一步分析磨料粒径对实验结果的影响规律,表明100nm Al2O3抛光后的表面质量,粗糙度Ra仅为2.51nm,300nm Al2O3的去除速率,达到1 256.5nm/min,但表面存在严重缺陷,出现明显划痕和蚀坑。在相同工况条件下,与传统化学机械抛光相比,精细雾化抛光的去除速率和表面粗糙度与传统抛光相近,但所用抛光液量约为传统抛光的1/8,大大提高了抛光液的利用率。

随着光学、光电子学及数码产品的蓬勃发展，K9玻璃已在诸多领域得到了广泛的应用。由于K9玻璃属于硬脆材料，在加工过程中极易发生脆性破坏，传统加工技术难以获得超光滑高质量的表面。近年来，固结磨料化学机械抛光技术以其工艺可控性强、加工效率高、加工成本低以及绿色环保等一系列优点受到越来越多的关注。本文采用显微硬度方法分析了化学机械研抛中研抛液对K9玻璃表层硬度的影响，采用失重法对固结磨料研抛K9玻璃的材料去除过程中的机械与化学作用进行了分离，利用正交实验的方法研究分析了各加工参数对K9玻璃研磨和抛光的材料去除率及三维轮廓表面粗糙度影响，优化K9玻璃的研磨抛光工艺。本文所完成的主要工作和研究成果如下：（1）研究了研抛液对K9玻璃的化学作用采用去离子水和研抛液分别浸泡K9玻璃，测量并比较浸泡后K9的维氏硬度和压痕对角线长度，根据所测数值进一步计算出K9玻璃表面生成的变质层厚度，验证了研抛液对K9玻璃的化学作用和变质层厚度随浸泡时间的变化规律。研究表明：研抛液对K9玻璃有比较剧烈的化学作用，可以在K9玻璃表面形成变质层，随着浸泡时间的延长变质层的厚度逐渐增加但增加趋势逐渐减缓