单晶硅材料由于具有光学性能好、机械强度高及化学性质稳定等优点,使其成为重要的集成器件衬底材料和红外光学材料,而被广泛地应用于高性能电子集成器件及微光学传感器等MEMS领域。然而,单晶硅是一种难加工的硬脆材料,目前主要的加工方式为光刻等电化学腐蚀加工,但此类方法存在着效率低、污染重等诸多不易解决的缺点。而随着机床和刀具技术的发展,使该类硬脆材料的机械精密加工成为了研究热点。其中金刚石飞切加工技术在加工线性槽类等复杂微结构方面有巨大优势,能在普通材料上直接加工出具有微米级形面精度和纳米级表面粗糙度的微结构表面质量。金刚石飞切加工技术作为一种轨迹灵活的高速加工方法,引起了众多国内外研究者的关注和研究。本文根据金刚石飞切加工技术加工原理及特点,将其应用到了单晶硅的线性微槽加工中。以研究在金刚石飞切下单晶硅微槽表面形成机理为目的,从侧重于脆塑转变规律的材料去除机理、切削力、表面粗糙度及微槽形状精度等多个方面展开探索研究。主要研究内容如下:1.分析了在金刚石飞切加工中,飞刀的运动轨迹特点,搭建了可用于单晶硅微型槽加工的金刚石飞切实验平台,并对其关键部件——飞刀盘进行优化设计,仿真得到其在高转速下的应力应变响应。2.对单晶硅的材料去除机理进行了理论分析,建立了金刚石飞切下的未变形切屑厚度模型。并在搭建的实验平台上进行了金刚石飞切单晶硅片脆塑转变的因素影响实验,之后通过由电镜观测的加工效果,分析了切削速度、切削深度、进给量以及加工方式对单晶硅材料脆塑转变的影响。3.推导出了适合金刚石飞切加工特点和单晶硅材料特性的切削力预测模型,并进行了金刚石飞切下单晶硅的切削力实验,通过实验结果分析总结了加工参数对切削力的影响,并验证了所建切削力模型的正确性。4.基于对表面粗糙度和形状误差的理论分析,对单晶硅进行了金刚石飞切表面质量正交实验。最后根据实验结果,分析讨论了各加工参数对微槽表面粗糙度和形状精度的影响规律。并利用高斯拟合原理,得到最大未变形切屑厚度与测得的粗糙度的非线性关系曲线以及回归方程,并最终得到表面粗糙度的预测模型。