单晶硅由于其独特的光学性能被越来越多的应用于光学系统中,已经成为一种重要的红外光学材料。然而,单晶硅具有硬度高、脆性大、断裂强度和屈服强度比较接近的特点,利用传统的切削加工方法很难得到单晶硅高质量的加工表面,一般采用研抛方式加工。近年来,由于单点金刚石超精密车削技术得到了极大发展且相对于超精密研抛加工具有几何精度高、效率高、成本低、易于控制、可对复杂表面进行加工的特点,这就使得具有优良特性的金刚石车削技术加工脆性材料的研究倍受瞩目。目前,单晶硅超精密切削过程中材料的脆塑转变机理和微纳去除机理以及金刚石刀具塑性域切削单晶硅刀具磨损机理方面的研究已成为国际研究热点。本文针对上述研究内容作出探索性工作。首先,本文利用科学实验、仿真模拟和理论分析的方法将单晶硅金刚石车削过程中切削力的波动引起刀具振动的频谱分布在数值上加以研究,通过分析刀具振动频谱分布与切削参数的关系,探究单晶硅脆塑转变现象及微纳变形去除方式对频谱变化的影响,认为单晶硅以相变-滑移混合方式进行塑性变形;利用刀具振动频谱随切削长度的数值分布,通过观测特征频段数值变化可以在线监测金刚石刀具的磨损状态。其次,由于单晶硅车削加工后表面质量是影响其应用性能的重要指标,本文借助于纳米压痕实验,研究单晶硅超精密切削加工表面粗糙度、机械力学性能随切削速度及刀具切削长度的变化关系,并分析产生这种现象的原因,为制订单晶硅加工工艺路线做一定准备。最后,本文借助于SEM分析单晶硅金刚石超精密车削刀具随切削长度和切削速度的磨损形态,发现微沟槽磨损是造成金刚石刀具剧烈磨损的主要因素,随后建立刀具磨损量随切削长度和切削速度的关系模型,发现金刚石刀具磨损过程可分为初始磨损、缓慢磨损和剧烈磨损三个阶段,且较高切削速度下刀具磨损量较小;利用XPS分析方法研究加工后单晶硅表层物质成分用以深入研究金刚石刀具磨损机理,发现碳化硅和类金刚石碳硬质颗粒的生成是造成刀具微沟槽磨损的主要原因,并发现碳化硅所占比重较大。