近年来,随着集成电路、LED照明以及光电子产品的蓬勃发展,以单晶硅、蓝宝石基片、光学玻璃等为代表的超光滑平面元件的需求日益剧增。这些元件对平面度、表面粗糙度和加工效率的要求越来越高,并且无表面或亚表面损伤层。传统的纳米加工技术由于存在成本高、效率低,且易造成表面损伤的问题,很难对超光滑元件进行大批量的抛光。磁流变抛光被认为是一种可以获得无表面或亚表面损伤的先进纳米抛光技术。基于此,本文提出电磁铁励磁装置用于磁流变平面抛光,通过电磁铁磁极的磁场仿真优化,获得大面积的抛光模,提高材料抛光的效率,获得亚纳米级的高质量抛光表面。本文对电磁铁磁场优化和磁流变平面抛光实验进行了研究,主要工作内容包括以下几个方面:(1)为增大磁场强度和抛光模面积,设计了电磁铁励磁装置。并采用Maxwell仿真软件对电磁铁磁极进行磁场优化,通过仿真分析不同尺寸参数对直线形磁极和尖齿形阵列磁极的磁场强度和有效磁场面积的影响,得到了磁场优化后的磁极结构尺寸参数。分析了优化后的尖齿形阵列磁极的磁感应强度的分布特性及最大磁感应强度随励磁电流的变化规律。(2)搭建了电磁铁励磁的大抛光模磁流变抛光实验装置,进行了磁流变平面抛光验证实验。实验结果表明,利用尖齿形阵列磁极的电磁铁作为励磁装置,可以在玻璃工件上获得大面积的抛光痕,且抛光痕的轮廓形状与仿真得到的磁场分布区域相似,证明了仿真结果的有效性。通过抛光实验分析了不同抛光间隙和励磁电流对抛光痕面积的影响,抛光后玻璃的最佳表面粗糙度值可以降低至R_a 1nm左右。实验表明:与永磁体励磁装置相比,该励磁装置可以增大抛光模的面积,实现高效高精度抛光。(3)研究了不同抛光间隙、抛光槽转速、工件转速和励磁电流对K9玻璃磁流变平面抛光工艺效果的影响,发现增大励磁电流可以有效提高抛光效率,获得更佳的表面粗糙度。最后在抛光间隙为1.5 mm、抛光槽转速为15 r/min、工件转速为160 r/min、励磁电流为12A的实验条件下,对2英寸单晶硅片抛光180 min,材料去除率约为0.67 mg/min,硅片的表面粗糙度值由抛光前的R_a 373.03nm收敛至R_a 0.38 nm。