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蓝宝石（α-alumina,Al2O3）是典型的硬脆先进陶瓷材料,作为优良的衬底材料,具有良好的物理和化学性质,普遍用于高速IC芯片、薄膜衬底和各种电子和机械元件。随着电子技术、固体照明技术的发展,对超精密加工技术提出了更高的要求。追求高效和少、无损伤超精密加工,促成了延性域加工技术的出现,也就是说加工脆性材料时,切屑通过剪切的形式被磨粒切除下来,加工后的表面和亚表面没有裂纹产生,也没有脆性剥落时的凹凸不平现象出现,因此延性域加工是一种损伤极小的加工方式,在陶瓷、玻璃、光学元件和半导体领域有广阔的应用前景。为了更好的控制磨粒的延性域加工,本课题组提出了一种“半固着磨具”加工技术,其“半固着磨具”以有机结合剂、磨料为主,在一定的压力和较低温度下成型的新型磨具,该磨具表面磨粒的排列方式具有等高性和均匀性,磨粒之间的结合强度比固结砂轮弱,不会在工件表面造成强制性划伤,磨粒的均匀分布不会产生游离磨粒的加工随机性。具有加工表面损伤层小,加工表面质量的可控性好、批一致性高以及加工效率高等特点。本文基于“半固着磨具加工技术”,对蓝宝石衬底系统地开展了延性域加工的试验研究。利用微纳米力学系统的纳米压入、划痕试验方法,分析了蓝宝石衬底延性到脆性的转变过程和特征,并通过分形理论和试验研究半固着磨具与工件的接触特性,对研磨过程的延性域研磨参数进行了分析;综合纳米压痕、划痕等试验方法和SEM、EDS、AFM、XRD等测试手段,对研磨加工的表面损伤和完整性进行了分析;并对延性域研磨加工进行了评价。论文的主要工作如下:（1）采用纳米压入和纳米划痕等微纳米力学测试手段分析了蓝宝石延性-脆性转化的过程和特征,获得了不发生脆性破坏的临界切削深度约为300nm左右。（2）运用分形理论分析了半固着磨具与工件的微接触行为,对半固着磨具的表面形貌进行了模拟,使用超景深三维显微镜获得半固着磨具表面的粗糙度特征值,由这些特征,生成半固着磨具的三维表面形貌。通过计算和试验获得工件与半固着磨具的接触面积与载荷的关系,为试验参数的设计提供支持。（3）根据临界条件和接触参数情况,根据延性域加工的数学模型,得出了延性域加工的控制参数,并经过游离磨粒与半固着磨具的加工试验对比研究得出:使用粒度为W14的碳化硼磨粒的半固着磨具加工,工件的表面质量优于粒度为W3.5的B4C磨粒的游离磨粒加工水平。因此半固着磨具加工可以减少游离磨粒加工的工序,提高加工效率。并对半固着磨具加工的工件表面进行了高分辨率的AFM和SEM分析测试,未发现微小裂纹存在,但有类似金属切削的塑性流动产生。采用EDS分析表面塑性流动部分的组成成份为41.1wt%的O,58.9wt%的Al,证明是蓝宝石自身材料,并不是半固着磨具脱落物。因为半固着磨具的磨粒有结合剂粘着,其加工类似于大量的微刃切削,所以能够达到延性加工的目的。（4）延性域加工评价为工件加工后表面和亚表面不存在裂纹,而且其变质层为数百个纳米以下。本文提出了使用X射线小角度掠入技术和纳米压入的方法来测试表面变质层的厚度。几种方法所测得的变质层厚度都在数百纳米左右。