蓝宝石是一种应用广泛的单晶材料,具有化学稳定性强、硬度高、耐磨损、抗摔性能好、强度大、电气绝缘性良好和介电特性高等特点,被广泛应用于高速飞行器的红外窗口、光学传感器和整流罩材料等军用领域,同时也被广泛应用于高温超导薄膜和大规模集成电路SOI和SOS的衬底、氮化镓基LED衬底、手机屏幕、移动终端触控面板、LED照明等民用领域。随着LED技术和5G通信技术的快速发展,急需发展新型的高效率、高精度、低成本、无亚表面损伤的蓝宝石基片超精密加工技术。但是蓝宝石硬度高、脆性大、化学性能稳定,是一种典型的难加工材料,并且产业应用要求无亚表面损伤、表面粗糙度达到亚纳米级,使得蓝宝石的超精密加工存在巨大的挑战。本文以表面质量为优化目标,采用动态磁场集群磁流变平面抛光技术对蓝宝石基片进行高精度、高效率抛光加工,优化磁流变液组分及加工工艺参数,建立动态磁场集群磁流变抛光的表面粗糙度模型,并对前序研磨工艺进行系统的优化试验。具体的研究内容及研究结果如下:首先,为了快速获得满足后续磁流变抛光要求的基片,在KD15BX精密研磨机上对2英寸c向蓝宝石切割片进行系统的单面研磨实验。采用单因素试验方法,分析了磨料种类、磨料粒径、研磨盘转速、磨料质量分数、研磨压力等对材料去除率和表面粗糙度的影响规律,并对表面质量影响较大的因素（研磨盘转速、研磨压力和磨料质量分数）进行了L₉（3⁴）的正交实验,获得了粗研、半精研和精研的优化工艺流程:采用磨料质量分数3 wt%的金刚石磨料,在研磨盘转速为60 rpm、研磨压力分别为5.238 psi和4.408 psi的工艺条件下,依次选用W40、W14金刚石磨料在铸铁盘上进行粗研、半精研,能快速实现基片的减薄和平坦化;在研磨盘转速为60 rpm、研磨压力为4.408 psi、以及磨料质量分数为1 wt%的工艺条件下,选用W3金刚石磨料在合成铜盘上进行精研,能获得表面粗糙度为Ra 7⁹ nm的均匀无划痕表面,满足后续磁流变抛光要求。其次,采用多磁极同步旋转的动态磁场集群磁流变抛光方法,对获得的蓝宝石研磨片进行系统的抛光实验,优化磁流变抛光液组分及工艺参数。结果表明:混有硅溶胶溶液的磁流变液能获得最大的材料去除率和最低的表面粗糙度,当磨料选用粒径为120 nm、质量分数为16 wt%的硅溶胶,磁性颗粒选用质量分数为16 wt%、粒径为W3的羰基铁粉,磁流变液pH值为10时,能获得Ra 0.78 nm的光滑表面。在优选的磁流变抛光液的基础上对工艺参数进行了正交试验,得出蓝宝石基片的最优工艺参数。采用优化的磁流变抛光液和最佳的工艺参数（加工间隙为1 mm,抛光盘转速40 r/min,磁极转速45 r/min）对蓝宝石进行动态磁场集群磁流变抛光,8h能使蓝宝石基片表面粗糙度从Ra 7⁹ nm下降到0.58 nm。最后,对多磁极同步旋转的动态磁场集群磁流变抛光蓝宝石的材料去除行为进行了深入分析,理论推导了集群磁流变加工过程中与工件接触的活性磨粒数目和作用在单颗磨粒上的抛光力,结合单颗磨粒在工件上运动的轨迹长度,建立了集群磁流变抛光的表面粗糙度Ra模型。通过理论计算和实验分析了动态磁场集群磁流变抛光中磨料质量分数和羰基铁粉质量分数对基片表面粗糙度Ra的影响规律,验证了表面粗糙度Ra模型的有效性。