蓝宝石单晶由于其优异的材料特性,被广泛的应用于国防、航天、半导体、LED衬底以及光学晶片等领域。在LED衬底制备工艺中,电极制备后一般采用磨粒加工技术对蓝宝石衬底进行背减薄,以提升其散热性能。LED市场的快速增长,对蓝宝石晶片的品质、产能提出了更高的要求,其厚度甚至要求达到100μm以下。双面抛光技术具有平面度和平行度高,抛光效率高等优点,是超薄蓝宝石晶片制备首选抛光方法。市售双面抛光设备多采用行星轮式,用于超薄片抛光存在行星轮保持架强度及刚度不足的问题,导致超薄蓝宝石晶片发生跑片、碎片,严重制约加工成品率。本文针对上述问题,提出基于层叠式夹持的超薄蓝宝石双平面抛光方法,采用层叠式夹具吸附超薄蓝宝石晶片使形成“晶片-基盘-晶片”的当量增厚方式,进而实现超薄蓝宝石晶片双平面加工。层叠式夹具利用限位片夹持晶片限制其切向位移,设计专用基盘吸附晶片限制法向位移。针对层叠式吸附的可靠性,对层叠式超薄蓝宝石晶片吸附机理进行研究。基于分形理论建立了工件与基盘表面间的粗糙表面接触模型,结合范德华力及毛细力相关理论构建了粗糙表面的法向力吸附模型,通过实验验证了模型的可靠性。研究结果表明,产生法向吸附的主要作用力为毛细力。2英寸蓝宝石晶片能产生大于1.4 N的法向作用力,可保证超薄蓝宝石晶片在法向上被基盘吸附。针对双平面抛光的材料均匀性去除问题,对层叠式夹持状态下工件的运动状态及轨迹均匀性进行研究。首先通过摩擦力及摩擦力矩分析,得到了工件的两种运动状态及其判断依据。根据两种运动状态构建了工件自转角速度的运动学模型,并分析了转速比及工件位置参数对自转角速度的影响。在上述分析基础上结合几何运动学,建立了工件表面及研磨盘表面轨迹均匀性评价模型。结果表明,两种驱动方式下,工件位置参数对加工轨迹均匀性影响最大,内齿圈与外齿圈之间的转速比次之,内齿圈与研磨盘之间的转速比影响相对较小。通过工件表面运动轨迹均匀性理论分析获得了工件表面轨迹均匀性较好的转速组合及位置参数,确定了工件的运动状态。针对层叠式夹具可靠性及工件表面轨迹均匀性对超薄蓝宝石晶片双平面加工表面质量的影响,进行了实验研究。限位片对工件的限位效果不仅受自身材料限制,同时受基盘的摩擦系数影响。本文通过摩擦力实验结合限位片剪切强度,确定了基盘及限位片的材料分别为不锈钢以及玻璃纤维板。超薄蓝宝石晶片的加工厚度则受限位片对工件的夹持厚度影响,通过实验研究了限位片夹持厚度与压力之间的关系,并确定了限位片限位失效的形式。针对轨迹均匀性的理论分析,通过实验验证了不同转速比对加工均匀性影响,结果表明理论分析模型能准确的反映工件表面材料去除均匀性。开展双平面加工实验,对层叠式夹持方法及石蜡粘接方法加工的超薄蓝宝石工件表面质量进行对比实验。结果表明层叠式夹持夹持方式下,工件的表面粗糙度、平面度及材料去除率均优于石蜡粘接方式,最终可获得表面粗糙度(R_a)1.4nm,平面度(PV)0.968μm的光滑表面,具有较好的工程应用前景。