金刚石具有极高的硬度、优异的导热性、稳定的化学性质、高电子迁移率和极宽的带隙等出色的物理化学性质,是一种杰出的工业材料,在超精密加工、光学、声学、半导体等领域都有广泛的应用。为了保证使用性能和寿命,各类金刚石器件对金刚石表面质量的要求极为苛刻。金刚石是典型的难加工材料,现有的超精密加工技术难以满足上述应用领域对金刚石高表面质量加工的需求,已成为限制金刚石得到大量实际应用的技术瓶颈之一。化学机械抛光（Chemical Mechanical Polising,CMP）技术结合了机械作用和化学作用,抛光中对材料的损伤小,同时相比一些非接触式的或者需要真空环境的抛光方法成本更低,在金刚石抛光方面很有潜力。但由于金刚石的化学稳定性极高,常见氧化剂在常温下很难与金刚石发生化学反应,材料去除效率极低,因此出现了诸多需要加热条件的金刚石CMP工艺。此类工艺尽管材料去除率有所提高,但存在抛光液挥发、热变形等问题,难以保证加工质量和加工精度。此外,关于金刚石CMP中微观去除机理的研究还比较少,对金刚石CMP技术提供的理论指导有限。因此,探索常温下的金刚石CMP技术并深入研究金刚石CMP的材料去除机理是十分必要的。本文采用模拟计算和试验研究相结合的方法,研究了金刚石常温CMP工艺方法,并探索了抛光过程中原子尺度的材料去除机理。主要研究内容如下:（1）以工程实际中应用最为广泛的（100）晶面金刚石为研究对象,采用基于ReaxFF力场的分子动力学（Molecular Dynamics,MD）模拟的方法分析了在强氧化成分·OH的环境下进行金刚石常温CMP的可行性。模拟结果表明:金刚石与·OH相互作用后,金刚石表面没有形成传统CMP中产生的软质反应层,只能在金刚石基体表面生成C=O、C-H和C-OH结构,表面的一些C原子被氧化;随着磨粒的滑动,碳原子以生成CO、CO2或黏附于磨粒的形式被去除,且被去除的碳原子主要来自基体的第一层,理论上可以实现金刚石的原子级加工;·OH浓度越大,对金刚石的氧化能力越强,越有利于金刚石的材料去除,因此可以产生大量的.OH的Fenton试剂有潜力成为适用于金刚石常温CMP的氧化剂。（2）使用可以产生·OH的Fenton试剂和双氧水作为氧化剂来配制抛光液,对（100）晶面金刚石试件进行了常温CMP试验,并与高铁酸钾和高锰酸钾这两种金刚石抛光中常用的氧化剂做对比。试验结果表明,使用Fenton试剂作氧化剂时,抛光后的金刚石试件表面最光滑。此外,比较了金刚石、立方氮化硼、碳化硼和氧化铝四种磨料的抛光效果,优选出金刚石微粉作为磨料。最终研制了适合于金刚石常温CMP的新型Fenton抛光液。（3）通过金刚石常温CMP工艺试验,研究了抛光压力、抛光盘转速等因素对（100）晶面金刚石CMP效果的影响规律,优选了合理工艺参数。在此工艺参数条件下,采用自行研制的Fenton抛光液抛光金刚石试件,可以使金刚石试件的表面粗糙度在2h内就从Ra 3.5 nm左右降到了 Ra 0.7 nm左右,是一种快速高效地改善金刚石表面质量的常温抛光方法。为了进一步提高金刚石表面质量,采用硅溶胶抛光液对金刚石继续进行了精抛光,建立了粗精结合的金刚石常温CMP组合工艺方法。采用该组合工艺方法抛光金刚石,在4 h内获得了局部表面粗糙度Ra 0.166 nm的超光滑表面,与现有的采用高铁酸钾抛光液的局部加热式CMP工艺方法相比,在获得相近表面粗糙度的情况下,可节省约50%的抛光时间。（4）通过抛光试验和基于ReaxFF力场的分子动力学模拟方法,研究了机械划擦和Fenton试剂对于（100）晶面金刚石常温CMP过程的影响。结果表明:机械划擦在金刚石常温CMP中有两个主要作用,一方面通过剪切直接使被弱化的C-C键断裂,实现对金刚石表面材料的去除,另一方面可以改变金刚石表面的化学状态,促使表面产生C-O-C结构,为碳原子被氧化生成CO2提供条件;机械作用的增强可以促进金刚石表层碳原子的去除;Fenton试剂可以氧化金刚石表面的C原子,同时使与该碳原子相连的C-C键键级变小,从而使C原子更容易被去除;加入Fenton试剂后,金刚石常温CMP的材料去除率从 3.34 nm/min 提升到了 7.12 nm/min。（5）对（100）、（110）和（111）晶面的金刚石试样进行常温CMP对比试验,探索了本文提出的Fenton抛光液在（110）和（111）晶面金刚石CMP中的适用性。试验结果表明:Fenton抛光液对三个晶面金刚石的CMP都有效果,其中对（100）晶面金刚石的抛光效果最佳;（100）、（110）和（111）晶面金刚石在CMP中的材料去除率呈现各向异性,且大小关系为:（100）>（110）>（111）。通过基于ReaxFF力场的分子动力学模拟揭示了CMP中不同晶面的金刚石的材料去除率呈各向异性的原因,即:金刚石表面的化学吸附各向异性导致被弱化的C-C键数目不同进而引起金刚石CMP中材料去除率的各向异性。