蓝宝石（?-Al₂ O₃）由于其优异的物理化学性能,被广泛应用于国防、工业和民生领域。针对平面蓝宝石元件的超精密加工要求以及蓝宝石硬脆难加工的特性,研究基于固相摩擦化学反应的固结磨具研磨蓝宝石的摩擦化学机理,对蓝宝石的固相反应展开热力学和动力学分析,建立摩擦化学转化率数学模型,研制摩擦化学研磨蓝宝石用固结磨具并测试性能,改进研磨平台,并在其上展开固结磨具研磨蓝宝石的系列实验,为固结磨料摩擦化学研磨蓝宝石加工方法的原料选择、磨具制作参数和加工工艺参数的确定提供理论基础,并为该方法的实用化开展积极探索。论文的主要研究工作和结论如下:摩擦化学研磨蓝宝石的首要问题是可与蓝宝石发生反应的材料的确定。通过计算初选材料与氧化铝可能发生的化学反应的吉布斯自由能变是否小于零,判断材料是否有自发地与氧化铝发生反应的趋势,初步排除没有反应趋势的材料;对与氧化铝有反应趋势的材料和氧化铝的混合物,进行差示扫描量热（Differential Scanning Calorimetry,DSC）分析测试,以是否有明显吸热低谷或放热尖峰来筛选出与氧化铝有明显反应的材料,继续缩小范围;进一步分析与氧化铝有明显反应的DSC实验数据,计算反应活化能,活化能较小者较易与氧化铝发生反应。基于以上分析,在本研究初选材料的范围内选择Si O₂作为研磨蓝宝石的原料,添加B₂O₃可进一步降低活化能。摩擦化学研磨时,机械和化学作用均强且取得平衡,是研磨时高去除率以及表面质量快速改善的关键。根据GREENWOOD将两粗糙表面接触简化为一个等效粗糙表面与光滑平面接触问题的研究,结合纯化学的固相反应转化率一般方程,建立固结磨具摩擦化学研磨蓝宝石时经机械强化的固相反应转化率模型,分析模型可知影响转化率的因素主要包括活化能、反应温度、指前因子、表面凸峰密度、凸峰曲率半径、转速和载荷。固结磨具是固结磨料摩擦化学研磨蓝宝石得以实现的载体。基于化学分析选择原料成分、结合转化率模型选择磨料粒径和百分含量以设计配方,研制磨具、观察微观组织并测试性能,将硬度和抗压强度作为磨具性能的主要评价指标。在钻铣床基础上改进适用于小直径磨具的研磨平台。虽于实际应用中与理想状态仍有差距,但可满足定性分析和定量比较研磨效果的要求。在此平台上做五种氧化物磨具研磨蓝宝石单位时间平均去除量以及表面质量改善对比实验,氯氧镁作为结合剂的磨具硬度可以满足蓝宝石研磨的要求,经Si O₂磨具研磨后蓝宝石表面质量最优;做转化率影响因素单因素实验,实验结果的定性趋势与转化率模型分析相符;做去除率影响因素正交试验,确定最优加工工艺参数和磨具制作参数组合为φ60mm磨具转速150r/min,载荷0.6MPa,Si O₂粒径45?m,Si O₂的质量分数30%;在最优组合条件下,添加B₂O₃的磨具1h蓝宝石研磨去除高度均值高于不添加的情况,去除率得到有效提高,并获得纳米级表面质量,实现了蓝宝石的高效精研,为后续抛光工序减少加工余量并缩短加工时间。