单晶氧化镓（β-Ga2O3）是具有超宽禁带的新型半导体材料,非常适合开发研制应用于高频、高功率器件和光电子领域。从氧化镓晶体生长出来到制备成器件的过程中,需要进行一系列复杂的精密加工,导致了表面及亚表面损伤的产生,严重影响了器件的性能和使用寿命。本文以纳米划痕测试技术为基础,研究了单晶氧化镓摩擦磨损性能以及纳米刻划中的表面变形和材料去除机理,对游离磨料研磨加工后单晶氧化镓的表面及亚表面损伤进行分析,提出了优化后的游离磨料研磨单晶氧化镓工艺路线。主要的研究内容与结论如下:基于纳米划痕技术对单晶氧化镓的（010）和（100）两个晶面进行摩擦磨损试验研究。为分析载荷、速度和摩擦次数对于不同晶面影响,对各个试验条件下的划痕宽度和深度进行了测量并拟合,得出了可进行比较的量化结果:载荷和重复摩擦次数对划痕磨损量的影响比速度更大。使用Berkovich金刚石压头在纳米划痕仪上进行纳米刻划试验。通过表征得到了单晶氧化镓在刻划过程中的变形特征,对刻划过程中的刻划力和划入深度之间关系进行了数据拟合,分析了线性加载刻划过程中的摩擦系数,得出单晶氧化镓（010）晶面的材料去除规律。同时基于赫兹接触理论计算得到单晶氧化镓（010）晶面的弹塑转变临界深度,表明划入深度在1.108 nm时,单晶氧化镓去除方式发生弹塑转变。结合数据与表面变形特征得到单晶氧化镓脆塑转变临界深度为482.24 nm。采用不同粒度金刚石磨粒在不同压力下游离磨料研磨加工单晶氧化镓（010）和（100）两个晶面,通过分析加工后的表面粗糙度和表面缺陷,结合压痕断裂力学并以表面粗糙度RZ作为预测亚表面损伤裂纹深度的条件,建立了亚表面损伤裂纹预测模型。采用截面显微法直接检测亚表面损伤裂纹深度,验证上述预测模型的可靠性,研究结果能够为优化单晶氧化镓精密加工工艺提供参考依据。通过游离磨料研磨的加工方式,选择满足粗研磨和精研磨阶段加工要求的磨粒粒径、转速和载荷,以提高单晶氧化镓表面加工质量为主要目标进行工艺参数优化。使用粗研磨与精研磨相结合两步走的加工工艺对单晶氧化镓（100）和（010）晶面进行加工,粗磨阶段采用W7金刚石磨料在树脂合成铁盘上以3k Pa的研磨压力进行研磨,精磨阶段采用W3金刚石磨料在树脂合成锡盘上同样以3k Pa的研磨压力进行研磨。