化学机械抛光广泛应用于半导体材料、光学玻璃等材料的精密抛光。在低温冰冻磨具化学机械抛光中,冰冻磨具的冰体温度、融化速度对加工试样的表面性能及材料去除率方面有直接的影响。开展抛光过程中温度场的研究具有十分重要的意义。分析了低温冰冻磨具抛光硅片的传热模型,借助有限元软件ANSYS对热传导过程进行了仿真,分析研究了低温冰冻磨具在抛光过程中的三维瞬态温度场。建立的有限元模型考虑了强制对流换热和辐射换热,将摩擦生热简化成在工件及磨具上加载热流密度,采用接触传热的方法实现了试件及磨具吸收热量的二次分配。采用多边形运动的方式模拟工件的偏心转动,转换单元属性的方式解决冰冻磨具的相变问题。在有限元分析中,获得了冰冻磨具在不同抛光时刻的温度场等温图、温度时间变化情况及工作区域的融化厚度随时间变化情况。采用实验方法研究了低温冰冻磨具温度、融化厚度随时间变化的特点,分析了冰体初始温度、抛光时间对磨具温度及融化速度的影响。对比了相同条件下实验与有限元分析结果,验证了有限元分析模型的有效性。采用此参数化有限元模型,固定了抛光的环境温度T2=10℃及低温磨具初始温度T1=-10℃,分析了抛光时间对温度场的影响,并且分析了抛光参数(偏心距、抛光压力和主轴转速)对冰冻磨具三维瞬态温度场的影响。结果表明:抛光压力、偏心距对磨具的融化速度影响显著。随着抛光时间的延长,磨具的温升速度变缓,同时磨具的融化速度加快。分析确定了合理的抛光工艺参数(偏心距e=20 mm、抛光压力P=0.075 MPa、主轴转速ω=300 r/min),本文的工作为低温固结磨料抛光硅片的温度场研究提供理论指导。