单晶蓝宝石（α-Al₂O₃）以其优良的物理和化学性质已成为发光二极管（LED）的主要衬底材料。蓝宝石衬底的表面质量对外延生长的氮化物薄膜品质有着重要的影响,需要其表面在加工完成后能够达到超光滑、超平坦和无缺陷的质量要求。由于蓝宝石材料硬度大、脆性高和耐腐蚀,传统的铜抛和化学机械抛光（CMP）方法存在着加工效率低、成本高和污染环境等缺点。因此,高效低损伤的蓝宝石衬底抛光方法已成为研究的重点。本文基于固相反应原理,提出了软硬混合磨料抛光蓝宝石衬底的新构想,并开展了针对蓝宝石衬底的混合磨料抛光技术研究。通过理论和试验的方法研究了不同种类软磨料与蓝宝石的反应活性。研究表明在摩擦力诱导的条件下,二氧化硅磨料较氧化镁和氧化铁磨料对蓝宝石具有更高的反应活性,最易与蓝宝石发生固相化学反应,生成硅酸铝盐。通过制备混合磨料半固结柔性抛光盘进行了软硬混合磨料对蓝宝石衬底的抛光试验,完成了对混合磨料柔性抛光工具的加工性能评价工作。结果表明当软质磨料的化学腐蚀作用和硬质磨料的机械去除作用达到动态平衡时,软硬混合磨料较单一硬质磨料的材料去除率提高了52.63%,同时表面粗糙度Sa降低了19.55%,对蓝宝石衬底实现了高效率、高质量和无污染的加工效能。分析了软硬混合磨料的去除机理,建立了软硬混合磨料的材料去除模型。在混合磨料加工过程中,活性磨料与蓝宝石衬底表面摩擦,反应活性提高。当能量超过两者反应所需的活化能时发生固相反应生成硬度低于蓝宝石的钝化层,接着在硬质磨料的机械切削作用下被去除。同时,新的表面显露出来为下一轮的固相反应做准备,如此不断循环实现了对蓝宝石衬底的抛光加工。为进一步提高混合磨料的加工效率,探索了高活性磨料和环境友好型的酸碱性加工环境对蓝宝石衬底混合磨料加工效率的促进作用。通过制备表面富含羟基的高活性磨料和添加无污染的有机酸碱化合物来协调加工过程中化学能与机械能之间相互作用以促进加工效率和质量。结果表明采用高活性软磨料和合适的有机酸碱化合物有效提高了加工表面质量和加工效率。通过制备核壳结构的复合磨料改变软磨料的受力方式以促进混合磨料的加工性能。结果表明具有硬核软壳结构的金刚石/羟基氧化铁复合磨料能够有效减小晶片表面划痕深度,且羟基氧化铁壳层能够增强抛光盘基体对金刚石磨粒的把持力,减少了加工过程中磨料的脱落,有效地延长了抛光工具的使用寿命。提出了以混合磨料柔性抛光工具和气液辅助化学机械抛光的新工艺取代传统的铜抛和化学机械抛光工艺来获得超光滑无损伤表面的新工艺,使得蓝宝石晶片在粗抛光阶段的加工时间缩短至50min,加工效率提高了将近65%。该新工艺可有效提高对蓝宝石衬底的加工效率,减少环境污染。本文的研究内容通过软硬混合磨料的方式丰富了蓝宝石衬底抛光技术的思路和方法,对实现蓝宝石衬底的高效率、高质量和无污染的抛光加工具有现实指导意义。