单晶硅、蓝宝石、碳化钨、氮化硅等硬脆材料以其高硬度、高强度、抗氧化性等优势广泛应用于国防工业、光电子产业、航空航天等领域,而随着产品微小轻薄化方向的发展,硬脆材料的加工质量则极大地影响着产品的使用性能及寿命,因此加工工艺的优化具有极为重要的研究意义及应用价值。本文着眼于具有半导体性能的硬脆材料单晶硅,针对其磨削加工过程中造成的亚表面损伤展开激光修复的相关研究,以实现亚表面损伤的降低和表面质量的提升。为避免损伤修复过程中新损伤的引入,本文选用了激光修复这种非接触修复方式,因此论文主要围绕以下几方面内容展开:亚纳秒激光与单晶硅的作用机制及修复机理研究、单晶硅的激光损伤阈值研究、激光参数对单晶硅亚表面损伤修复效果的影响及参数优化研究、激光修复表面的力学性能及晶体结构变化研究等。在开展单晶硅亚表面损伤的激光修复实验之前,本文研究了单晶硅对亚纳秒脉冲激光的吸收机制及修复机理,通过分析比较确定了激光修复方式—光栅刻线式扫描方式,搭建了包含水辅助系统的亚纳秒激光修复实验装置,通过激光打孔实验确定了单晶硅的激光损伤阈值范围,并剖析了其脉冲累积效应,进而据此定性获得了修复过程中激光输出功率和扫描速度之间的关系。本文采用工件旋转的磨削方式,选取不同的磨削参数获得了单晶硅不同尺度的亚表面损伤,随后对磨削表面进行了激光修复实验研究,通过表面粗糙度及SEM的三维形貌表征分别探究了激光输出功率及扫描速度对表面质量的影响规律,进而确定了较为理想的激光工艺参数,并据此完成了亚表面损伤修复实验,为直接表征亚表面损伤的修复效果,对修复后的单晶硅片进行了切片、研磨、抛光、腐蚀等一系列后处理工作,最终通过SEM对激光修复前后的亚表面损伤进行对比,验证了激光对亚表面损伤的修复作用。表面力学性能及晶体结构的变化是对激光修复效果的另一评价指标,因此本文最后利用纳米压痕实验对激光修复前后表面的力学参数进行表征,剖析了加/卸载曲线反映出的表面断裂行为,对不同最大载荷下的硬度、弹性模量等参数变化进行分析,归纳得到激光修复对表面力学性能的影响规律。通过拉曼光谱测试得到抛光表面、磨削表面及激光修复表面的光谱,分析了其表面晶体结构变化,指出了合适工艺参数下的激光辐照所带来的相变作用。