锗衬底化合物太阳能电池因其抗辐射、耐高温、转换效率高且可靠性高的特点,在航天领域电池系统中被广泛应用。化合物电池需要在单晶锗衬底上进行异质结外延GaAs等材料,所以对单晶锗抛光薄片的表面质量以及几何精度提出了苛刻的要求。本文针对这些存在的困难,提出了冰粒固结磨料垫抛光单晶锗片的创新工艺,也为硬脆材料的超精密加工提供了一种新工具。本文在分析加工环境温度对单晶锗研磨片表面以及亚表面损伤影响的基础上,探究冰粒固结磨料低温抛光单晶锗片的机理,并对冰粒固结磨料抛光工艺开展深入研究,主要的工作和成果如下:1.研究了环境温度对单晶锗片加工效果的影响。采用角度抛光法测量不同加工环境温度下研磨后的单晶锗片亚表面损伤深度;用球磨法对单晶锗片进行摩擦磨损实验,分析了环境温度对摩擦系数、磨痕形貌、磨损量以及磨损机制的影响。2.研究了冰粒固结磨料抛光垫低温抛光单晶锗片的机理。从摩擦磨损角度,通过冰粒偶件与单晶锗片的面-面对摩,探究低温下冰粒偶件对锗片表面摩擦磨损行为的影响,从而进一步分析单晶锗片低温抛光的材料去除机理。分析认为冰粒固结磨料抛光属于化学机械抛光。3.开展了冰粒固结磨料抛光垫低温抛光单晶锗片的工艺研究。采用Taguchi法和综合平衡法进行实验设计,采用自制的微米级冰粒固结磨料抛光垫对单晶锗片进行半精抛光,分析各抛光参数对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合评定出半精抛优化工艺参数;采用纳米级冰粒固结磨料抛光垫对单晶锗片进行精抛光,分析各工艺参数对表面粗糙度的影响,最终获得精抛优化工艺参数。