中文摘要：

本项目以制备高温超导薄膜的大尺寸单晶MgO基片为对象，根据超导技术对MgO基片表面质量的要求以及目前MgO基片加工所面临的问题，针对单晶MgO的特性，提出采用金刚石砂轮超精密磨削与摩擦化学抛光（TCP）相结合的高效超精密加工新工艺。针对这一新工艺，研究超精密磨削MgO基片表面层损伤的产生机理和控制方法以及MgO基片的低损伤高效率磨削工艺；研究TCP加工MgO基片过程中的微观力学行为和物理化学作用以及MgO基片表面的形成机理，分析获得MgO基片超光滑无损伤表面时化学反应与摩擦作用的平衡关系；研究MgO基片高质量表面的保护方法。通过对大尺寸单晶MgO基片高效超精密加工理论问题和关键技术深入系统的研究，为我国生产高质量的MgO基片提供拥有自主知识产权的超精密加工理论和技术。对提高我国硬脆材料的超精密加工水平，促进微电子、磁电子和光电子等高新技术的发展，具有重要的理论意义和科学价值。

结论摘要：

单晶MgO基片广泛用于高温超导等各种薄膜领域，要求基片具有高精度超光滑无损伤的表面。本项目针对现有工艺所存在的问题，系统研究了高效超精密加工MgO基片的理论问题和关键技术。通过纳米压痕、微压痕和微划痕试验，观察了压痕和划痕周围位错滑移及微裂纹的分布，分析了单晶MgO的纳米力学特性及其在集中载荷作用下的变形和破坏规律，建立了研磨和磨削MgO基片时在磨粒作用下材料从塑性变形到产生微裂纹和脆性断裂的过程模型及基片表面/亚表面损伤模型，研究了研磨和磨削MgO基片时的材料去除机理和表面/亚表面损伤机理。进行了MgO基片化学机械抛光（CMP）试验，分析了CMP过程中的材料去除原理和化学与机械作用的平衡关系，揭示了表面损伤层和划痕的去除机理及超光滑表面的形成机理，完成了专用抛光液的研制及抛光垫和工艺参数的选定；系统分析了研磨、磨削和CMP工艺参数对材料去除率和表面粗糙度的影响以及基片翘曲变形的原因，提出了高效超精密加工MgO基片的改进工艺，实现了MgO基片的稳定小批量加工；最后，通过对不同环境下MgO基片抛光表面化学成分和微观形貌变化的检测，分析了基片表面的潮解现象，提出了高质量基片表面的保护方法。