蓝宝石因其优良的光学、物理和化学性能,成为LED氮化镓(GaN)外延层生长的常用衬底材料之一,要求蓝宝石基片具有高加工精度和超光滑无损伤的表面质量。蓝宝石作为一种典型的硬脆性难加工材料,目前主要采用游离磨料加工方式对蓝宝石基片进行研磨和抛光,其中研磨工艺是获得蓝宝石基片超光滑无损伤表面的重要前提。本文基于现行蓝宝石衬底基片加工工艺,对双面研磨机床上研磨盘机构以及蓝宝石基片加工参数等进行优化,以期得到能够有效提升大尺寸蓝宝石基片加工良率和质量的工艺参数。首先,基于在研究生联合培养基地合作企业对蓝宝石双面研磨机制造和加工过程的实习调研,对企业现行生产制造的双面研磨机结构合理性、功能稳定性、基片加工质量等进行跟踪分析,提出对其机床控制功能以及机械结构进行改进优化方案。通过对大型双面研磨机上磨盘传动机构的优化设计,采用球铰链使上磨盘组件处于浮动状态并为其传输动力,简化传动结构,节约制造成本的同时避免了复杂的传动结构产生误差导致研磨精度下降。其次,建立双/单面研磨加工运动的轨迹模型。通过计算机软件对磨粒运动轨迹进行仿真分析,从工件表面平坦化的角度研究不同工艺参数下磨粒运动轨迹的分布规律、加工表面创成过程,为实际加工中工艺参数优选提供理论依据。通过仿真发现研磨盘与中心齿轮转速比取值为4.1时,轨迹曲线分布较均匀;当中心齿轮与齿圈的半径比取值为0.46时,可以获得较好的磨粒运动轨迹;研磨浆料从研磨盘中心区域供液覆盖范围最大。最后,优化双/单面研磨加工工艺参数。在改进的双面研磨机床的基础上进行研磨加工实验,通过优化加工工艺参数,使蓝宝石基片在粗磨阶段获得较好的表面质量和平整度。选用F240#碳化硼磨料,球墨铸铁研磨盘,采用两步分压加工工艺,基片总材料去除厚度为65μm,厚度变化量TTV为3μm,表面粗糙度Ra为0.87μm。通过对蓝宝石基片单面精磨加工工艺实验,对加工压力、研磨盘转速等加工参数进行优化,进一步降低蓝宝石基片的表面粗糙度,达到Ra8nm。