单晶硅具有硬度大、脆性高、折射率高、质量密度低和热膨胀系数低等特性,在固态电子、微机电系统、集成电路或者光伏晶圆等领域应用广泛。因其特有的硬脆材料特性,在机械加工过程中极易产生表面损伤,包括微裂纹、崩边、缺角等,从而影响零件的使用寿命和加工效率。本文提出将紫外光催化作用以及红外激光高效能量输入作用引入到材料表面改性中,在多能场复合化学改性策略下实现硬脆材料低损伤的微细磨削加工,侧重研究多能场复合化学改性策略对单晶硅材料改性效率的影响规律,优化多能场复合改性条件及化学改性液成份;对比多能场复合化学改性策略和单一化学改性的改性效果;提出多能场复合的路径性改性策略并试验验证其策略的可行性。本文具体研究内容包括:(1)单晶硅多能场复合化学改性策略研究。以(100)晶面双面抛光单晶硅为研究对象,分析引入紫外光、红外激光等多能量场复合促进单晶硅材料表面发生变化的改性策略,设计单晶硅路径性改性实验,分析材料表面改性层成份变化并根据改性层力学性能变化评价多能场复合改性策略可行性。(2)多能场复合化学改性策略原理研究。设计基于能场条件变化以及调节化学改性液成份投加量的反应动力学实验,对比拟合改性后溶液中Si元素释出量变化,计算分析各因素对改性速率的影响,并优化多能场复合化学改性策略。(3)改性策略对材料力学性能影响评价。设计纳米压痕实验,分析对比不同改性策略下材料改性层硬度分布、弹性模量分布分析改性层分布均匀情况;基于压痕载荷-深度曲线对比改性策略对材料力学性能的影响。设计纳米划痕实验,结合超景深三维显微镜和原子力显微镜,通过计算材料临界磨削深度分析改性策略对材料表面成形机制的影响,并根据划痕固定载荷下轮廓图分析得出最佳改性策略。(4)多能场复合路径性改性研究。基于多能场复合化学改性策略,设计单晶硅材料路径性改性实验,采用扫描电镜、XPS以及共聚焦拉曼显微镜观察分析改性区域表面物质成份验证路径性复合改性策略可行性。基于纳米压痕实验分析对比同一材料实施路径性复合改性策略后改性区域与未改性区域硬度值和弹性模量值变化,并根据纳米压痕载荷-深度曲线分析评价路径性对力学性能的影响。最后基于微磨棒双边磨槽崩边对比分析为,评价路径性复合改性策略在微细加工中的作用。研究结果表明,可以通过加入光能场的方式增强反应程度、加快反应速率、控制改性区域、改善材料性能,实现单晶硅多能场复合路径性化学改性。在本文研究的多能场复合化学改性策略下,复合改性策略可使单晶硅在更短的时间内生成厚度更大的改性层、相同最大载荷下获得更小的硬度值和弹性模量值,并且可以控制红外激光路径实现单晶硅材料表面路径性改性,进而在保证材料满足硬度需求前提下,通过多能场复合化学改性策略增大脆-塑性去除转变临界深度实现高质量低损伤加工。改善目前单一化学改性存在的改性速度慢、改性效果不明显、改性区域不可控等情况,为将来实现单晶硅等硬脆材料低损伤甚至无损伤微细加工提供理论基础。