单晶MgO在耐温性、透光率、热导率、电绝缘性、化学稳定性和机械强度等方面性能优异,被广泛用作高温超导等薄膜生长的基片材料,同时也是一种重要的光学材料。基片是薄膜材料生长的载体,其超精密加工表面质量直接影响薄膜性能。目前,由于对单晶MgO的微观力学特性和加工损伤机制以及MgO基片的精密加工技术缺乏系统研究,影响了单晶MgO的应用。本文深入研究了单晶MgO的纳米力学性能、微观变形和加工损伤特征以及MgO基片的磨粒加工工艺,对于推动单晶MgO在光电领域的应用具有重要的理论意义和实用价值。主要研究内容和结论如下：通过纳米压痕、微压痕和微划痕试验,研究了单晶MgO不同晶面的的纳米力学性能以及微观变形和损伤特征。根据加载条件的不同,单晶MgO会发生如下变形：(1)弹性变形, (2)弹塑性变形, (3)蠕变变形, (4)微裂纹和微破碎。弹性变形时的纳米压痕力-位移曲线符合赫兹弹性接触理论,其变形在卸载后可完全恢复；塑性变形时MgO在{110}易滑移晶面系内位错形核和滑移的结果。材料由弹性变形转变为弹塑性变形时,纳米压痕力-位移曲线上出现pop-in现象,并对应有特征明显的声发射(Acoustic emission, AE)信号,pop-in弹性释放能和AE信号能量成线形比例关系。计算得到单晶MgO(001)和(110)晶面纳米压痕导致位错形核的平均临界剪应力分别为14.85 GPa和12.61 Gpa,这与理论剪切应力13.82 GPa接近。增加纳米压痕保载时间导致蠕变变形,该蠕变变形存在瞬态蠕变和稳态蠕变两个阶段。稳态蠕变时单晶MgO (001)、(110)和(111)晶面的蠕变应力指数分别为36.5,53.7和22.4。当单晶MgO (001)晶面微压痕和微划痕试验的载荷足够大时,表面和亚表面会形成微裂纹,包括放射状裂纹、亚表面水平裂纹和中位裂纹。通过对压痕和划痕的截面进行观察和分析发现,根据裂纹成因不同,亚表面微裂纹主要有两种：一种是两相邻互成120°角的{110}45°滑移面内的位错滑移相交积塞,导致沿MgO (110)晶面开裂,形成与表面垂直的{110}90°裂纹,以及与表面成45°的倾斜裂纹；另一种是应力集中导致沿MgO(100)解理面解理,形成垂直于表面的中位裂纹(又称{100}90°裂纹)和平行于表面的水平裂纹。通过对锯切、研磨和磨削三种磨粒加工方法加工的单晶MgO基片表面和截面的显微观察,结合MgO微观力学行为的分析结果,研究了单晶MgO基片的表面和亚表面损伤。不同方法加工的单晶MgO基片截面均存在两个位错滑移系统,即位错在{110}90°滑移面内滑移形成的垂直滑移系统和位错在{110}45°晶面内滑移形成的倾斜滑移系统,滑移系统与压痕划痕截面观察到的位错滑移线一致。在粗加工单晶MgO基片的亚表面存在横向、垂直和倾斜三种基本形状的微裂纹,分别对应于微压痕和微划痕中的的水平裂纹,放射状裂纹和倾斜裂纹。钩形、“人”字形、“之”字形、伞形等形状的微裂纹是由这三种基本形状的微裂纹构成的。通过观察和分析单晶MgO基片磨粒加工后的表面和亚表面损伤,建立了单晶MgO亚表面损伤模型,揭示了磨粒加工单晶MgO的材料去除机理。粗加工单晶Mg0基片时,表面和亚表面产生微裂纹并扩展相交,材料以微破碎形式去除,表面形成微台阶结构并残留微裂纹,亚表面产生由表面破碎层、位错滑移层和弹性畸变层组成的损伤层。精加工单晶MgO基片时,表面产生塑性变形并形成高应变区,材料以疲劳破坏形式去除,表面没有微裂纹和微破碎出现,亚表面层损伤仅包括位错滑移和弹性畸变。进行了单晶MgO基片研磨工艺试验,研究了不同加工条件下的材料去除率、表面粗糙度和亚表面损伤,确定了包括粗研磨、半精研磨和精研磨工序的研磨工艺路线和合理的工艺参数。进一步探讨了金刚石砂轮超精密磨削单晶MgO基片的加工工艺,和研磨加工相比,在表面质量和亚表面损伤相当的情况下,超精密磨削可达到很高的加工效率,在单晶MgO基片加工中具有很好的应用前景。