单晶氮化镓作为第三代半导体材料,与其他半导体材料(单晶硅、单晶锗、砷化镓)相比,具有禁带宽度大,临界击穿电场高,化学性质稳定等特点,因此其在航天航空、尖端科技以及超精密仪器制造等重要领域得到更广泛的应用。目前针对单晶氮化镓的研究主要集中在于材料的制备上,对其在超精密加工过程中加工特性和微观变形机制研究较少,严重影响和制约其加工质量的提高和氮化镓器件使用性能的进一步提升。因此,本论文采用分子动力学仿真与实验相结合的方法,研究其纳米加工过程,本论文具体的研究内容如下:1、建立了单晶氮化镓(100)、(110)、(111)晶面仿真模型,通过加工过程载荷-位移曲线、变形区域变化、卸载弹性恢复、原子变形过程以及硬度值和弹性模量等进行三种晶面的对比分析,得到(111)晶面具有最低硬度值,受力最易产生变形,优选其为加工面。进行单晶氮化镓(100)晶面的纳米压痕实验,运用原子力显微镜观察加工表面的形貌特征,分析了单晶氮化镓的载荷-位移曲线、硬度和弹性模量曲线、弹性变形回复等过程,实验得到(100)晶面硬度值为6.55GP,与仿真结果吻合。2、模拟切削参数(切削速度、切削厚度)以及刀具几何形状(刀具前角、刀具几何形状)对单晶氮化镓纳米过程切削力、损伤层厚度、温度和势能以及材料变形的影响。仿真得出不同切削速度和不同切削厚度都对其切削加工产生一定影响,但从切削力角度分析,单晶氮化镓纳米切削对加工厚度更为敏感。同时进行变深度切削仿真研究其弹塑变形过程,模拟得到临界变形载荷为225nN,临界变形深度为4.8nm。3、进行单晶氮化镓(100)晶面纳米刻划实验,研究变载划痕过程的脆塑转变过程,观察到脆性去除过程出现裂纹并沿45°角对称分布,并得到弹塑/脆塑转变的临界载荷分别为389mN、1227mN。最后研究了划痕参数(划痕载荷、划痕速度)对单晶氮化镓材料表面切削过程的影响,对切削力和摩擦系数分析得出划痕载荷对单晶氮化镓纳米划痕过程影响更大,验证了仿真的准确性。