本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响，试验结果表明：KHCO3固结磨料球对磨后磨痕对称性好，磨痕处的粗糙度值低；磨痕截面积随磨粒和反应物浓度的增加而增大，随基体硬度的增大而降低；磨痕处粗糙度随磨粒和反应物浓度的增加先降低后上升，随基体硬度的增大先上升后降低；摩擦系数受磨粒和反应物浓度影响不明显，随基体硬度的增大而降低。选择KHCO3作为反应物，Ⅰ基体，磨粒浓度为基体质量的100%，反应物浓度为15%制备固结磨料球与KDP晶体对磨后的磨痕轮廓对称度好且磨痕处粗糙度值低，以该组分制备固结磨料垫干式抛光KDP晶体，可实现晶体表面粗糙度Sa值为18.50 nm，材料去除率为130 nm/min的高效精密加工。

固结磨料研磨过程中磨料的微破碎是实现固结磨料垫自修正特性的主要途径, 研磨压力是影响磨粒微破碎的关键参数。选用单晶金刚石和聚集体金刚石作为磨粒制备固结磨料垫, 在15 kPa压力下以石英玻璃为加工对象进行研磨实验, 比较两者的材料去除率及加工稳定性; 制备了4种陶瓷结合剂含量的聚集体金刚石, 并制备成固结聚集体金刚石磨料垫, 探索了不同压力下的固结聚集体金刚石磨料垫的自修正性能; 分析了研磨后的工件表面粗糙度和表面微观形貌。结果表明: 采用固结聚集体金刚石磨料垫, 研磨后工件表面粗糙度低, 去除效率稳定; 在15～21 kPa的压力下, 结合剂含量次高的聚集体金刚石研磨效率高, 材料去除率达到8.94~12.43 μm/min, 加工性能较稳定, 研磨后的工件表面粗糙度Ra在60 nm左右; 在3.5~7 kPa压力下, 结合剂含量次低的聚集体金刚石研磨性能较稳定, 材料去除率在2.67~3.12 μm/min, 研磨后的表面粗糙度Ra在40 nm左右。高结合剂含量的聚集体金刚石磨粒更适合高研磨压力条件, 而低结合剂的聚集体金刚石磨粒更适合于低研磨压力。

自修整能力是评价亲水性固结磨料研磨垫加工性能的重要指标。本文选择不同浓度的乙醇水溶液作为研磨介质, 表征了亲水性固结磨料垫基体在研磨介质中的溶胀率与砂浆磨损速率, 探索了亲水性固结磨料垫在不同研磨介质条件下研磨石英玻璃的加工性能, 采用亲水性固结磨料垫在不同阶段的材料去除速率变化(Material Removal Rate Variation, MRRV)衡量固结磨料垫的自修整能力。结果表明: 随着研磨介质中乙醇浓度的增加, 溶胀率与砂浆磨损速率均增大, 分别达到了1.05%与5.5 mg/h, 不仅研磨垫的材料去除率与表面质量得到了提高, 同时, 不同阶段的MRRV大幅减小, 体现了更优的自修整能力。当乙醇浓度为25%时, 平均材料去除率达到11.82 μm/min, 表面粗糙度Ra为75 nm, 磨料垫具备了良好的加工性能。研磨介质中引入乙醇能有效提高固结磨料垫的加工性能。

针对传统磨料的固定磨料抛光布容易在加工表面产生划伤，以及材料去除效率低等问题，提出了采用微米级球形聚集氧化硅粒子的固定磨料抛光布。将纳米聚集氧化硅粒子添加到抛光布中,用pH为10.5的碱性水溶液替代传统的抛光液，进行了Si基板的的抛光加工试验。与传统采用不规则形状天然氧化硅及球形熔融氧化硅固定磨料抛光布进行了比较，得到了纳米聚集氧化硅的固定磨料抛光布的加工特性，并讨论了它的基本参数对加工特性的影响。实验得到了与现行纳米抛光液(重量百分比为3%,pH=10.5)相同的材料去除率，加工表面粗糙度降低了约30%。与传统不规则形状天然氧化硅磨料抛光布相比，纳米聚集氧化硅抛光布的磨料为球形，弹性系数仅为其1.4%~60%，因此不易划伤抛光表面。与熔融氧化硅抛光布相比，纳米聚集氧化硅抛光布在pH为10.5的碱性水溶液中磨料表面可吸附的［-OH］离子提高了25倍，使得液相化学去除作用增大至去除率的70%以上。另外，随着纳米聚集氧化硅的微米粒径的增大，固定磨料抛光布的纳米级加工表面粗糙度几乎不变，但对前加工面表面粗糙度的去除能力明显增大，表现出微米粒径效应。

通过粘结剂将单晶金刚石制成粒径更大的多晶金刚石。采用SEM观察了多晶金刚石的微观形貌, 分别制备了单晶和多晶金刚石固结磨料研磨垫, 比较了单晶与多晶金刚石固结磨料研磨垫的研磨性能。结果表明: 单晶金刚石固结磨料垫与多晶金刚石固结磨料垫精研石英玻璃的表面粗糙度相似; 但多晶金刚石固结磨料垫的材料去除率更高且稳定; 多晶金刚石在研磨过程中的微破碎, 确保了其自修整过程的实现。另外, 多晶金刚石研结磨料垫研磨的石英玻璃亚表面损伤层深度小, 约为原始单晶金刚石粒径的1/2。

采用不同浓度的三乙醇胺研磨液研磨石英晶体, 基于研磨垫磨损率和工件与研磨垫的磨损比, 分析了三乙醇胺浓度对石英晶体的去除率及其去除稳定性、研磨垫磨损率、磨损比、研磨摩擦系数、声发射信号和研磨后表面质量的影响。结果表明: 随着三乙醇胺浓度的增加, 工件与研磨垫磨损比先增大后减小, 石英晶体的材料去除率和去除稳定性也对应地先增大后减小, 摩擦系数先减小后增大, 声发射信号先增加后减小, 研磨后工件表面质量先变好后变差。当三乙醇胺浓度为5%时, 石英晶体的材料去除率最大, 去除率随时间变化最稳定, 研磨垫使用寿命最长, 表面质量最好。结果表明: 研磨液中添加适量的三乙醇胺, 会稳定石英晶体加工过程, 延长研磨垫使用寿命, 提高工件表面质量, 降低生产成本。

为了解决铜在研磨过程中铜屑黏附减小了容屑空间,易导致研磨垫钝化问题, 本文尝试在亲水性固结磨料研磨垫(FAP)内部添加硫酸镁晶体, 利用硫酸镁晶体遇水溶解的特性, 在研磨垫表面制造不同特征的孔隙。实验在FAP中添加粒径为8目、170目、500目的硫酸镁晶体制造了3种不同孔隙分布的研磨垫, 研究了不同加工参数下FAP研磨铜片时的材料去除速率、摩擦系数、表面形貌及磨屑特征。结果表明, 仅含170目硫酸镁的FAP与含8目和500目硫酸镁、质量分数分别为5%和10%的FAP在研磨过程中出现了不同程度的钝化, 而FAP表现出良好的自修整性能, 研磨过程摩擦系数较大且保持平稳; 在研磨液流量为60 ml/min时, 其材料去除速率为4.46 μm/min, 表面粗糙度Ra为159 nm。

采取不同基体性能的固结磨料抛光垫(FAP)，在相同的化学机械抛光(CMP)参数下，研究了溶胀率和铅笔硬度等基体性能对K9光学玻璃加工时的材料去除率(MRR)和三维轮廓表面粗糙度(Sa)等加工性能的影响规律。结果表明,溶胀率和铅笔硬度两个基体性能指标共同影响着工件的MRR和表面粗糙度。随着基体溶胀率的增大，工件的MRR降低，而工件的表面粗糙度变大；随着湿态铅笔硬度的增加，工件的MRR也相应增大，而工件的表面粗糙度依据溶胀率的某一值呈现先增大后减小的趋势；同时亲水性FAP能对工件进行长时间持续稳定加工，可说明具有自修整功能。

采用一种亲水性固结磨料抛光垫(FAP),通过单因素实验法,系统地研究了抛光K9光学玻璃过程中抛光时间、偏心距、压力、转速、抛光液流量及pH值等工艺参数对材料去除速率(MRR)和表面粗糙度的影响规律,并对实验结果进行了解释。结果表明：随着抛光时间的延长,K9光学玻璃的MRR逐渐呈下降趋势;在抛光20 min时,MRR达最大值310 nm/min,且表面粗糙度降至最低值为2.73 nm;选择较大的偏心距和碱性抛光液环境均有利于提高MRR;随着抛光盘转速的升高,MRR将显著增大。而在一定范围内,抛光压力和抛光液流量对MRR的影响不大。