蓝宝石材料具有独特的晶格结构、良好的光学性能、较高的化学稳定性,而且强度高、硬度大、耐磨损。因此,蓝宝石材料在国防,半导体,生物医学和光学等领域得到了广泛应用。这些应用对蓝宝石元件的制造提出了极高的表面及亚表面质量要求,如蓝宝石整流罩要求纳米级表面粗糙度、无表面/亚表面损伤。蓝宝石是一种典型的硬脆材料,尤其是蓝宝石硬度很大,仅次于金刚石,这使得蓝宝石元件的超精密制造极具挑战性。本文聚焦于蓝宝石的超精密制造技术,开展了超精密磨削损伤机理及实验研究,揭示了蓝宝石材料无损伤超精密磨削临界条件,从而为蓝宝石元件的高效超精密磨削奠定技术基础。论文主要研究内容包括:蓝宝石材料在加工过程中损伤行为及损伤机理的研究、基于声发射技术的蓝宝石损伤演变表征及磨削表面粗糙度在线表征模型的研究、蓝宝石超精密磨削临界条件的研究及砂轮磨粒形状以及磨粒磨损对超精密磨削临界条件影响的研究等。本文首先从蓝宝石的加工损伤机理入手,基于单磨粒刻划实验研究了蓝宝石材料在切削过程中的去除模式和损伤行为。使用高分辨透射电镜分析了蓝宝石材料裂纹萌生机理以及裂纹在材料内部的萌生位置。基于弹性应力场模型研究了蓝宝石的损伤机理以及加工过程中材料的脆性损伤演变模式。这部分的研究为蓝宝石超精密磨削中损伤抑制提供了理论基础。然后,基于声发射技术研究了蓝宝石材料在单磨粒切削过程中的脆性损伤演变规律,分析了不同损伤阶段的声发射信号特征。具体包括:建立了材料裂纹扩展产生的声发射信号理论模型,探讨了不同裂纹扩展长度的声发射信号的波形特征,分析了蓝宝石在磨削加工过程中声发射信号的分形特征和频率特征,并依据信号的分形和频率特征分析了蓝宝石在加工过程中损伤行为的演变。基于以上研究,进一步探讨了声发射信号分形维数对材料损伤演变的表征,基于材料在磨削中裂纹扩展与表面粗糙度的关系,建立了表面粗糙度的表征模型。材料加工过程中裂纹萌生和扩展是影响加工质量的重要因素,本文基于材料磨削过程中裂纹扩展研究了蓝宝石材料在磨削中的损伤机理。本文建立了磨削中单磨粒的磨削力模型,分析了磨削过程中裂纹萌生的临界切削深度,建立了裂纹扩展长度模型,在此基础上分析了不同的磨削模式及相应磨削模式发生转变的临界条件。给出了磨削过程中裂纹扩展临界长度计算方法,并结合裂纹扩展尺寸模型确定了蓝宝石超精密磨削模式的临界条件,并通过实验对其进行了验证,并分析了磨削参数和砂轮参数对超精密磨削模式临界条件的影响。磨削过程中砂轮的磨粒形状和磨损状态是动态变化的,这会严重影响材料在加工过程中的损伤行为。本文基于SPH-FEM有限元仿真和单磨粒刻划实验研究了磨削过程中磨粒形状和磨粒磨损对蓝宝石材料损伤行为和去除模式的影响。分析了磨粒磨损对超精密磨削临界条件的影响,并给出了考虑砂轮磨损的超精密磨削临界切削深度的确定方法。最终通过磨削实验研究了砂轮粒度和结合剂类型对磨削表面质量的影响规律,给出了适用于蓝宝石磨削的砂轮参数（粒度和结合剂）。并在此基础上设计了蓝宝石超精密磨削实验,实现了蓝宝石的无损伤（脆性）超精密磨削。