任莹晖 周家恒 李 伟 周志雄 李陈方

湖南大学机械与运载工程学院，长沙，410082

1 适用于硬脆材料的超精密加工方法

单晶硅、多晶硅、碳化硅、石英玻璃、蓝宝石等半导体和光学硬脆材料因具有高硬度、高强度、高耐磨性、较高的热稳定性和化学稳定性等优良的物理化学特性而被广泛应用于航空航天、国防军工、汽车工业、集成电路以及民用光电等领域[1-4]。随着科学技术的不断创新发展和应用领域对器件性能要求的提高，对上述材料器件的加工质量和精度提出了纳米级加工要求。但由于硬脆材料的硬度高、脆性大，故采用传统机械去除加工时，容易出现脆性断裂、崩边、亚表面裂纹等影响器件使役性能的加工缺陷。化学机械磨削(chemo-mechanical grinding, CMG)[5]由于能通过化学机械作用实现纳米级面形精度及表面质量的高质低损加工，逐渐成为单晶硅、石英玻璃等硬脆材料平坦化超精密加工领域的关键技术。

目前，围绕硬脆材料的材料特性和超精密加工质量要求，国内外学者展开了诸多研究，如在线电解修整磨削[6-7](electrolytic in-process dressing, ELID)、超声振动辅助磨削[8-10](ultrasonic vibration assisted grinding, UVAG)、电火花机械复合磨削[11-13](electro discharge diamond grinding, EDDG)、化学机械抛光[14-17](chemical mechanical polishing, CMP)、磁流变抛光[18-20](magnetorheological polishing, MR polishing)、激光抛光[21](laser polishing)、等离子体辅助抛光[22-23](plasma assisted polishing, PAP)等。表1总结了现阶段部分相关超精密加工技术加工硬脆材料的材料去除和表面/亚表面质量的特点以及不足。表1中提及的超精密加工技术在硬脆材料的曲面成形、平面光整和微结构成形方面已能实现纳米级表面质量和介观尺度材料去除的加工，但还存在诸多影响工业化生产效率和成本控制等问题有待解决。……