随着发光二极管（LED）的广泛应用,单晶衬底也受到了越来越多的关注。单晶蓝宝石（α-Al2O3）因具有良好的光学、物理和化学性能,如高硬度、高耐磨性和耐高温,已被广泛用作Ga N基LED的衬底材料。LED器件的性能及可靠性严重依赖于衬底表面的加工质量,对其表面质量和面形精度都提出了较高的要求。精研加工是生产蓝宝石衬底的一道关键工序,但传统精研工艺存在着表面和亚表面损伤严重、面形精度差、以及环境污染严重等问题。本课题通过获得蓝宝石衬底延性域去除,制备软硬复合结构研磨工具对单晶蓝宝石衬底进行精研加工,以同时获得较高的表面质量和面形精度,并对该研磨工具的制备方法、界面作用及材料去除机理等进行了深入研究。本课题的主要研究内容及结论如下:根据硬度和弹性模量等性能参数,确定了制备不同力学特性精研工具的结合剂种类及其固化方案;利用三维软件Pro E对传动单元、刮刀单元、平衡架等结构进行了优化设计,完成了自动刮膜装置的搭建,实现了精研工具制备所需的往复运动、速度可调、高度可调、高精度等要求;通过称量、搅拌分散、对刀、涂敷刮平、固化干燥等工艺流程完成了不同力学特性研磨盘的制备。利用理论分析和数值模拟对不同力学特性结合剂下的磨粒行为进行了研究,并开展了不同力学特性研磨盘工艺条件下的蓝宝石衬底精研加工。结果表明,相较于刚性研磨盘,柔性研磨盘由于加工过程中产生的磨粒弹性退让效应,使得衬底表面的粗糙度和残余应力分别降低了18.7%和57.3%,PV值小于3 nm,且表面仅存有少量的浅显划痕。通过对磨屑进行检测分析,其呈非晶态,磨粒处于延性域去除状态。同时,采用W40氧化铝的去除效率较W3氧化铝高178.5%,且表面粗糙度降低了47.3%,柔性研磨盘使粗磨料获得了细磨料的加工效果。但由于柔性研磨盘的弹性模量较小,衬底面形精度较刚性研磨盘降低了490.6%。基于“整体硬,局部软”的思想,采用硬质和软质结合剂复合浇注制备了软硬复合结构研磨盘,并开展了复合盘和柔性研磨盘的蓝宝石衬底精研加工。利用Abaqus仿真、接触力学等理论对复合盘加工衬底过程中磨粒-衬底表面的接触行为进行了分析,得出在硬质结构支撑作用下,接触应力主要集中在衬底表面局部凸起部位材料,凹陷部位将无法与磨粒产生接触,从而保证了面形精度。加工结果表明,在获得与柔性研磨盘加工一致的表面粗糙度的同时,其面形精度提高了54.1%,实现了蓝宝石衬底同时获得低损伤、高面形精度的精研工艺。