在日常生活和工业应用领域,对于脆硬材料高质量微型精密加工件的需求近年来一直在升高。但是由于脆硬材料本身的加工特性,普通的加工方法如车和铣等,都很难加工出高质量、高精度的脆硬材料微型件,其主要问题是在加工过程中容易产生脆性裂纹。加工中的脆性裂纹与很多因素相关,比如说进给速度、切深、主轴转速、加工中的振动,刀具的摆动等都会对加工结果产生影响。本文对不同晶向的单晶蓝宝石,A向{1120},C向{0001},R向{1102},建立了微槽加工过程中的磨削力预测模型。模型考虑了晶格结构的影响,如晶格结构中Al3+的密度DAl3+,O2-空位的密度Do2-以及不同晶向的原子层数目ζ。对三种晶向的单晶蓝宝石进行了三组共144次的微槽加工实验,并测量了实验加工过程中的力。实验结果表明,单晶蓝宝石A向在微槽加工过程中的力比其他两个晶向C和R都要高,晶格中晶向原子层的数目被证明与此有重要关系。磨削力的比值rF（Fx/Fy）都是在0.5-1.0之间,R向的磨削力比值大于A向和C向。通过把模型的计算结果与Merchant经典力学模型结果以及实验结果进行对比,发现本文的模型能够更好的对磨削力进行预测,尤其是在低进给速度的情况下。除了加工过程的力学模型,本文还基于能量守恒定律建立了表面裂纹的预测模型,并对上述加工实验的表面裂纹形貌和尺寸进行了观测。通过对实验结果的观察,发现对于三种不同晶向的单晶蓝宝石,表面裂纹尺寸都随着进给速度以及切深的增加而增加。在具体的尺寸上,A向蓝宝石具有最大的裂纹尺寸,其次是C向,这两者的表面裂纹尺寸都比R向要大不少,这使得R向在某种程度上成为最佳的加工晶向。在结果观测过程中也发现了不同晶向蓝宝石具有不同的裂纹形貌。A向的裂纹是连续的波浪状结构,C向是层状撕裂结构,R向是单个连续的小型裂纹。为了观测不同晶向单晶蓝宝石的亚表面裂纹,设计并进行了高温腐蚀实验,揭示了亚表面裂纹与加工参数之间的关系,也观测到了三种晶向的不同的亚表面裂纹形貌。具体来说,A向腐蚀后的形貌是矩形,C向和R向分别是三角形和菱形。上述形貌特征也通过扫描电镜照片得到了进一步的证实。文章最后进行了裂纹模型的验证,验证结果表明此模型能够很好的预测表面裂纹尺寸,这对于蓝宝石微磨削加工意义重大。