化學機械磨削技術研究現(xiàn)狀與展望

任瑩暉 周家恒 李 偉 周志雄 李陳方

湖南大學機械與運載工程學院，長沙，410082

1 適用于硬脆材料的超精密加工方法

單晶硅、多晶硅、碳化硅、石英玻璃、藍寶石等半導體和光學硬脆材料因具有高硬度、高強度、高耐磨性、較高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)良的物理化學特性而被廣泛應用于航空航天、國防軍工、汽車工業(yè)、集成電路以及民用光電等領域[1-4]。隨著科學技術的不斷創(chuàng)新發(fā)展和應用領域對器件性能要求的提高，對上述材料器件的加工質量和精度提出了納米級加工要求。但由于硬脆材料的硬度高、脆性大，故采用傳統(tǒng)機械去除加工時，容易出現(xiàn)脆性斷裂、崩邊、亞表面裂紋等影響器件使役性能的加工缺陷?；瘜W機械磨削(chemo-mechanical grinding, CMG)[5]由于能通過化學機械作用實現(xiàn)納米級面形精度及表面質量的高質低損加工，逐漸成為單晶硅、石英玻璃等硬脆材料平坦化超精密加工領域的關鍵技術。

目前，圍繞硬脆材料的材料特性和超精密加工質量要求，國內(nèi)外學者展開了諸多研究，如在線電解修整磨削[6-7](electrolytic in-process dressing, ELID)、超聲振動輔助磨削[8-10](ultrasonic vibration assisted grinding, UVAG)、電火花機械復合磨削[11-13](electro discharge diamond grinding, EDDG)、化學機械拋光[14-17](chemical mechanical polishing, CMP)、磁流變拋光[18-20](magnetorheological polishing, MR polishing)、激光拋光[21](laser polishing)、等離子體輔助拋光[22-23](plasma assisted polishing, PAP)等。表1總結了現(xiàn)階段部分相關超精密加工技術加工硬脆材料的材料去除和表面/亞表面質量的特點以及不足。表1中提及的超精密加工技術在硬脆材料的曲面成形、平面光整和微結構成形方面已能實現(xiàn)納米級表面質量和介觀尺度材料去除的加工，但還存在諸多影響工業(yè)化生產(chǎn)效率和成本控制等問題有待解決。例如，ELID技術的砂輪存在無效損耗，UVAG的亞表面損傷和刀具磨損明顯，PAP產(chǎn)生SiF4有害氣體，CMP效率極低并且拋光液帶來環(huán)境污染等，這些問題制約了上述技術在工業(yè)領域的普及應用。

表1 適用于硬脆材料的超精密加工方法及特點

化學機械磨削最早由日本茨城大學周立波教授團隊提出[5]，是一種借助軟磨料固結磨具與工件間的固-固相化學反應弱化材料去除難度，再通過軟磨料磨具的機械磨削復合作用實現(xiàn)硬脆材料高質低損超精密加工的技術。從現(xiàn)有報道可見，CMG技術已能夠實現(xiàn)單晶硅[25]、石英玻璃[26]、藍寶石[27]等硬脆材料納米級面形精度和表面粗糙度的平坦化超精密減薄加工。圍繞硬脆材料展開的CMG材料去除機理研究、軟磨料砂輪研制以及新型復合工藝開發(fā)逐漸成為了國內(nèi)外CMG的研究熱點。雖然CMG技術已表現(xiàn)出優(yōu)異面形精度和表面質量加工能力，但還未能探明軟磨料與工件間固-固相反應閾值條件，從而還未將CMG的化學-機械協(xié)同高質低損的加工優(yōu)勢推廣至其他材料的超精密加工領域。此外，由于CMG磨具的軟磨料硬度低于被加工的硬脆工件硬度，所以磨具損耗速度較快，加工效率難以滿足日益增長的器件加工需求。揭示軟磨料與工件間的固-固相化學反應機理，突破被加工材料的局限，開發(fā)新型工藝提高CMG加工效率，解決化學機械軟磨料砂輪磨損與加工效率和質量的矛盾等問題，成為了CMG技術發(fā)展的研究難點。

本文圍繞現(xiàn)已報道的CMG技術研究成果，介紹其材料去除機理、磨削工藝和復合加工工藝方面的研究現(xiàn)狀，綜述CMG材料去除機理研究的分析方法，以及CMG工藝參數(shù)、軟磨料磨具特性以及復合工藝對化學機械磨削質量以及效率的影響規(guī)律，分析現(xiàn)階段CMG研究方面存在的問題，并對CMG技術的發(fā)展提出展望。

2 CMG材料去除機理研究

采用金剛石等傳統(tǒng)超硬磨料磨削硬脆材料時，被加工材料主要是脆性去除[28]。有研究表明，當應變被限制在0.02%～0.03%范圍內(nèi)時，大多數(shù)脆性材料表現(xiàn)出塑性特征[29]。為獲得高質量加工表面，常采用更細磨粒、更小切深以控制磨粒的最大未變形切削厚度的方式實現(xiàn)硬脆材料延性域磨削[30]。但是在延性去除過程中，塑性應變會在磨削加工表面產(chǎn)生并積累，導致工件表面形成殘余應力和結構轉變，無法獲得無缺陷的表面[31]。有研究者認為，可通過克服工件表面原子晶格使化學鍵斷裂，同時克服表面勢壘能，從而達到原子級材料去除的目的[32]。CMG技術就是在傳統(tǒng)磨削中引入化學作用以降低工件材料表面勢壘能的超精密加工方法。相較而言，傳統(tǒng)磨削加工通常采用高于工件材料硬度的磨料對硬脆材料進行脆性或塑性去除；而CMG通過磨料及添加劑與工件材料表面發(fā)生的固-固相化學反應，以及機械應力的協(xié)同作用實現(xiàn)材料去除，因此，可采用硬度低于或接近工件材料的軟磨料磨具進行磨削加工。由此可見，CMG與傳統(tǒng)磨削方法在材料去除機理方面存在很大區(qū)別。研究者認為，CMG的材料去除過程可分為圖1所示的機械接觸、鈍化層預生成、鈍化層生成以及鈍化層去除四個階段[33]。

圖1 化學機械磨削材料去除原理圖[33]

由圖1可知，CMG實現(xiàn)材料去除的關鍵是在磨削過程中通過化學反應生成軟質鈍化層，因此加工效率的提高可通過加強磨削過程中的化學作用來實現(xiàn)，而這需要建立在對其固-固相化學反應機理充分理解的基礎上。雖然已有研究人員通過CMG技術實現(xiàn)了單晶硅等硬脆材料的高質加工[5,26-27,34]，但是對于如何確定磨料、添加劑與工件表面材料之間的固-固相化學反應條件閾值，如何通過化學反應降低被加工材料表面勢壘能從而實現(xiàn)原子級材料去除等問題還沒有統(tǒng)一的理論解釋。

目前多通過檢測磨削過程中的中間生成物來研究固-固相化學反應的過程，以初步揭示CMG的材料去除機理。油艷紅[35]利用XRD檢測技術在CeO2砂輪磨削K9光學玻璃的磨屑中檢測到了Ce2SiO5、Ce2O3、Na2Si2O5等新的化合物，認為在CMG過程中發(fā)生了化學反應。高尚[36]利用XPS技術檢測CeO2砂輪磨削后清洗和未清洗的硅片表面，XPS圖譜分析表明磨削后表面反應膜中含有新生成物Ce2O3，認為軟磨料砂輪與單晶硅片在接觸面發(fā)生了化學反應。WU等[37]采用SiO2和Cr2O3軟磨料砂輪對藍寶石進行CMG加工，并利用XPS技術檢測磨削前和磨削產(chǎn)物中Si和Cr原子2p軌道上電子的結合能，通過檢測的結合能變化來證明生成了新物質，并提出了如下反應式：

3Al2O3+2SiO2=3Al2O3·2SiO2

xAl2O3+yCr2O3=xAl2O3·yCr2O3

上述研究均證明了SiO2、Cr2O3、CeO2等軟磨料與藍寶石、K9光學玻璃和單晶硅等硬脆材料在化學機械磨削過程中發(fā)生了固-固相化學反應。

為了進一步揭示軟磨料與工件材料之間的固-固相化學反應機制，KAMIYA等[38]利用XRD分析技術，分別對加熱的CeO2與Si混合粉末及CeO2砂輪磨削硅片后的表面產(chǎn)物進行了晶相分析檢測，在加熱到900 ℃以上的混合粉末及工件磨削表面產(chǎn)物中都檢測到了SiO非晶相，認為加熱條件下產(chǎn)生非晶相的原因是Si被氧化，而在化學機械磨削中產(chǎn)生非晶相的原因是Si與CeO2發(fā)生了固相化學反應。雖然混合粉末的加熱顯示出了與化學機械磨削過程相似的化學反應，但是混合粉末的靜態(tài)加熱過程不足以反映磨粒與工件材料間摩擦時的化學和機械作用。此外，RAJENDRAN等[39]通過緊束縛量子化學分子動力學模擬了CeO2磨粒對SiO2進行CMP加工時的表面力學特征和化學反應過程(圖2)，認為在加工過程中，CeO2中的Ce-O鍵和SiO2中的Si-O鍵斷裂，隨后CeO2中的O原子和SiO2中的Si原子生成新鍵，SiO2表面原子由于部分鍵的斷裂導致結合力降低，繼而被機械劃擦作用帶離表面，以此實現(xiàn)材料的去除，并認為產(chǎn)生這種結果的原因是Ce存在+3和+4兩種價態(tài)，容易形成CeO2和Ce2O3兩種氧化物。

圖2 CeO2磨粒對SiO2表面CMP過程的分子動力學仿真[39]

由上述研究報道可見，研究人員為了揭示CMG的材料去除機理并提高其加工效率，對化學機械磨削過程中的化學反應機制，以及磨削時的溫度場、磨削壓力等反應條件進行了系統(tǒng)的實驗研究，同時輔助以分子動力學仿真為代表的數(shù)值模擬分析手段，模擬了磨削時被加工材料與砂輪磨料、添加劑等發(fā)生的原子交換方式，能從微觀層面探明發(fā)生固-固相化學反應的具體條件閾值及其反應機理。比較可見，實驗研究有助于在明確反應機理的基礎上，通過調(diào)整合適的工藝參數(shù)以及選用特定的磨料、添加劑等來提高化學反應速率從而提高CMG加工效率。但目前分子動力學仿真還多用單顆磨粒來模擬磨削過程，而且現(xiàn)有單顆磨粒刻劃試驗方法還不能準確表征滑擦、耕犁、成屑三個階段，同時仿真模型還難以結合砂輪特性、加工參數(shù)以及設備狀態(tài)等因素，因此，數(shù)值仿真分析現(xiàn)階段僅為實驗研究的輔助參考，還需進一步完善其模擬仿真手段及固-固相反應檢測方法。

3 CMG加工工藝研究

化學機械磨削過程是化學和機械協(xié)同作用的復雜過程，伴隨著磨粒對工件材料的擠壓、摩擦、剪切以及固-固相化學反應作用，影響加工質量以及加工效率的因素很多。研究人員多從磨削工藝參數(shù)以及磨具本身特性對化學機械磨削質量以及加工效率的影響展開研究。

3.1 磨削工藝參數(shù)

化學機械磨削時的碰撞和磨損會在磨具以及工件間形成微小區(qū)域，該區(qū)域中的溫度和壓力會突然升高，這有助于固-固相化學反應的進行，因此CMG的加工效率會受到砂輪轉速、工件轉速以及加工環(huán)境等磨削工藝參數(shù)的影響。WU等[40]研究了加工環(huán)境pH值對Cr2O3砂輪CMG加工藍寶石的影響，結果表明隨著pH值的增加，材料去除率(material removal rate, MRR)有所提高，同時表面粗糙度值相比于中性環(huán)境下減小了約30 nm。同時WU等[41]還采用直徑300 mm的Cr2O3砂輪對藍寶石晶片進行了CMG實驗，針對不同砂輪轉速及工件轉速設計了正交試驗，研究其對磨削藍寶石基片表面粗糙度的影響，結果表明適當提高工件轉速能減小表面粗糙度值，但砂輪轉速的影響不明顯。除此以外，仇中軍等[26]和油艷紅[35]分別通過實驗驗證了在有磨削液的條件下，CMG加工石英玻璃和K9光學玻璃的加工效率相比于在干式磨削條件下有所提高。

通過控制合適的加工工藝參數(shù)，CMG技術可獲得表面粗糙度Ra<1 nm的超光滑表面[25-26,42-43]，其磨削表面質量可以與CMP技術相媲美。有研究人員對超細粒度金剛石砂輪磨削、CMP以及CMG三種超精密加工技術的加工質量進行了對比研究[25,44]。如圖3所示，三種方式都能將單晶硅基片加工成鏡面表面[25]。用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)及透射電子顯微鏡(transmission electron microscope, TEM)進一步觀察單晶硅的表面形貌及亞表面損傷情況(圖4、圖5)[44]，由圖4可見，超細粒度金剛石砂輪磨削表面留下深淺不一、分布均勻的劃痕；而CMG 加工表面質量接近CMP加工表面質量，均無明顯劃痕。對比圖5可見，CMG加工后的單晶硅樣品的亞表面損傷層厚度約為30 nm，遠小于金剛石砂輪加工的約90 nm的亞表面損傷層厚度，略大于CMP加工的10 nm亞表面損傷層厚度。ZHOU等[32,45]用TEM觀察經(jīng)CMG加工后的硅片，未發(fā)現(xiàn)亞表面損傷，證明了在合適的參數(shù)下CMG可以實現(xiàn)無亞表面損傷加工。WU等[40]認為CMG是化學和機械雙重作用的過程，只有當兩種作用達到一定的平衡時才能獲得無亞表面損傷的表面，當機械作用強于化學作用時，就會產(chǎn)生一定厚度的亞表面損傷層。

(a)金剛石 (b)CMP (c)CMG

(a)金剛石 (b)CMP (c)CMG

(a)金剛石 (b)CMP (c)CMG

上述研究表明，通過合理選擇砂輪轉速、工件轉速、加工環(huán)境pH值等工藝參數(shù)以及使用磨削液能有效提高CMG技術的加工效率以及加工表面質量。另外有研究表明[46]，CMG技術可以消除前道工序中金剛石砂輪在工件表面留下的劃痕等表面缺陷，因此可先用金剛石砂輪進行較大余量的高效加工，再用CMG進行高質量加工以獲得高精度表面。但是雙道工序會引入新的重復定位誤差以及其他不確定誤差，因此提高CMG技術的加工效率仍是實現(xiàn)高效超精密平坦化加工的關鍵。目前，如何量化衡量CMG加工過程中的化學能和機械能，不同的磨削工藝參數(shù)會產(chǎn)生怎樣的磨削力和磨削熱，以及如何針對不同材料建立化學能與機械能的平衡狀態(tài)的能量方程仍沒有相關報道，因此，還需進一步從能量分配和傳遞角度完善工藝參數(shù)對加工效率、加工質量的影響研究。

3.2 軟磨料磨具

單獨的軟磨料通常難以在普通磨削方式下達到固-固相化學反應的條件，為了降低磨料與工件材料間的反應閾值以促進固-固相化學反應的進行，還需在CMG專用軟磨料磨具配方中增加適當?shù)拇龠M固-固相化學反應的添加劑。對于CMG，其專用軟磨料磨具的磨料、添加劑種類以及磨具結構等對最終加工效率及質量有重要影響。

軟磨料砂輪作為CMG專用磨具，通常需要滿足四個條件[47]：①磨料硬度低于工件硬度；②磨料能與工件發(fā)生化學反應；③砂輪添加劑能與工件發(fā)生化學反應或能夠促進磨料與工件的化學反應；④砂輪添加劑能夠改善砂輪特性(如氣孔率、硬度)等。CMG專用磨具常用的軟磨料有CeO2、MgO、SiO2、Cr2O3、Fe2O3等，其莫氏硬度低于被加工的單晶硅、石英玻璃以及藍寶石等硬脆材料的莫氏硬度[34,48-50]。目前針對樹脂基軟磨料砂輪，常用的添加劑有NaHCO3、CaCO3、ZnSO4、KMnO4、Cu粉、CaO等[51-53]。DAI等[42]針對K9光學玻璃設計了CeO2、MgO、Fe2O3三種不同磨料的CMG砂輪，實驗結果表明CeO2砂輪對K9玻璃的磨削效果最好。高尚等[47-48]比較了CeO2和MgO砂輪對硅片的磨削效果，發(fā)現(xiàn)MgO砂輪在磨削比和得到的表面粗糙度等方面均優(yōu)于CeO2砂輪。WU等[41]在用Cr2O3和SiO2砂輪磨削藍寶石時發(fā)現(xiàn)Cr2O3砂輪材料去除率較高，認為這是因為Cr2O3與Al2O3有相似的六方晶體結構，它與藍寶石之間的化學活性高于SiO2，從而更容易實現(xiàn)原子之間的交換，使得Cr2O3砂輪對藍寶石的加工效果優(yōu)于SiO2砂輪。TAKAHASHI等[54]通過設計不同碳酸鈉添加劑和CeO2磨料含量的砂輪來研究碳酸鈉對砂輪性能的影響，發(fā)現(xiàn)碳酸鈉可以有效減弱CeO2鍵間的結合力，使砂輪在磨削過程中有良好的自我修整能力。仇中軍等[26]比較了磨料含量(質量分數(shù))為25%和65%的CeO2砂輪磨削石英玻璃的性能，結果表明采用較高含量磨料的砂輪會導致較低的材料去除率以及較差的表面質量。這主要是由于過高的磨料含量減小了磨具中的氣孔比例，從而砂輪自銳性及容屑能力降低。高尚等[44,48]制作的氯氧化鎂結合劑CMG砂輪相對于樹脂砂輪能得到更好的表面質量及更低的亞表面損傷，分析認為這是由于氯氧化鎂結合劑在常溫常壓下固化，其砂輪具有更高的氣孔率(圖6)及自銳性，從而具有更好的磨削效果。SASAKI等[55]設計了圖7所示的節(jié)段形狀和環(huán)形兩種結構形式的CMG砂輪，并進行了硅片的磨削加工實驗，結果表明節(jié)段形狀砂輪有更高的材料去除率。除了上述傳統(tǒng)樹脂結合劑CMG砂輪以外，WANG等[56]還設計制作了無結合劑磨料磨具(磨料質量分數(shù)為100%和99.5%)，如圖8所示，旨在提高藍寶石基片化學機械磨削過程的材料去除率，并通過實驗驗證了無結合劑CMG磨具相對于傳統(tǒng)樹脂結合劑CMG磨具有更高的材料去除率，但磨具自身磨損更快，由此得出磨具的磨損對材料去除率有較大影響，同時提出磨具制作過程中的燒結溫度可能是實現(xiàn)材料去除率和磨具磨損之間平衡的重要因素。

(a)氯氧化鎂結合劑

(a)節(jié)段形狀 (b)環(huán)形砂輪

(a)100% (b)99.5%

由此可見，針對不同工件選擇合適的磨料以及添加劑可有效提高CMG的加工效率，同時磨具本身的制作工藝也會對加工效率產(chǎn)生影響。因此，不但需要研究分析工件材料與不同磨料間的化學反應機制，更需要考慮化學與機械作用的耦合效應來優(yōu)化磨削工藝參數(shù)和磨具特性，包括組織配方、幾何結構以及制造工藝等方面對磨具性能的影響，從而提高CMG的加工質量以及加工效率。

4 CMG復合加工工藝研究

受CMG磨具軟磨料特性的影響，CMG技術的加工效率雖然高于采用游離磨料加工的CMP技術，但仍然難以滿足高效加工的要求。于是，研究人員提出在保證磨削加工質量的前提下采用復合工藝方法來提高CMG技術的加工效率。如王振忠等[57]提出二維超聲振動輔助CMG技術，對單晶硅進行了工藝試驗研究，結果表明，二維超聲振動輔助CMG技術的材料去除率是無超聲輔助CMG技術的2倍，且達到了Ra=5 nm的表面粗糙度。LI等[58]研究了超聲振動輔助磨削對熔融石英加工質量的影響，結果表明超聲振動輔助可以將材料去除率提高50%以上并且表面粗糙度值可達到2 nm以下。YANG等[59]通過實驗研究了超聲振動輔助CMG加工硅片的影響，實驗證明超聲振動輔助可以提高材料去除率，并且引起很小亞表面損傷甚至無亞表面損傷，同時對比了不同超聲振動方式對表面加工質量的影響，如圖9所示。以上研究表明，超聲振動輔助CMG在不犧牲磨削質量的前提下能提高加工效率。由此可見復合加工工藝是解決CMG技術加工效率較低的有效途徑。復合工藝技術有助于通過其他能場的輔助作用降低軟磨料與硬脆材料固-固相化學反應的閾值，或者可以提高反應速率，從而間接提高機械應力的去除效率，但目前除了超聲振動輔助以外，還未見其他能場復合CMG技術的相關報道，因此，CMG技術與磁場、電場、激光等能場的復合加工技術將成為CMG技術領域未來研究探索的新方向。

(a)傳統(tǒng)CMG (b)縱向超聲振動

5 結論與展望

化學機械磨削技術作為超精密加工領域的新興技術，因可獲得與化學機械拋光(CMP)接近的表面/亞表面質量，同時還能保持優(yōu)異的面形精度，并且其加工效率高于化學機械拋光而受到國內(nèi)外研究人員的關注，且取得了一定的研究成果。目前對化學機械磨削技術的研究還處于原理探索和工藝優(yōu)化階段，在化學機械磨削的材料去除機理、化學機械磨削工藝參數(shù)、專用軟磨料磨具研制、復合加工工藝等方面還有許多問題需要解決，主要表現(xiàn)在以下三個方面。

(1)磨削機理方面。充分理解化學機械磨削的材料去除機理是保證加工質量的同時提高加工效率的關鍵?；瘜W機械磨削的材料去除是化學和機械協(xié)同作用的過程，因此需從化學和機械兩部分對其材料去除機理展開研究。從現(xiàn)有的研究成果可見，化學作用部分起弱化被加工材料表面原子勢壘能以及生成軟質反應層的作用，但對化學作用部分的研究多停留在檢測中間生成物以及分子動力學模擬的層面上，目前對非晶相及部分產(chǎn)物的反應條件及生成機理的解釋依舊不明晰。機械作用部分，一方面提供一定機械應力及磨削熱作為化學反應的輸入能量，另一方面以劃擦方式機械去除工件表面的軟質反應層，因此，傳統(tǒng)機械磨削理論中的劃擦、耕犁、切削過程模型不能完整描述化學機械磨削材料去除過程。此外，目前有關化學機械磨削的磨削力理論模型以及磨削熱的模擬模型的研究尚未成熟，這主要是因為軟磨料砂輪與工件間的應力作用機理、能量消耗與傳遞方式與傳統(tǒng)磨削加工不同，涉及到材料表層物理機械性能及成分官能團變化等因素的影響。因此，有待基于化學和機械協(xié)同效應，從能量分配和傳遞角度建立起適合化學機械磨削過程的有效理論模型。

(2)專用軟磨料磨具方面。目前研究的化學機械磨削專用磨具都存在磨損較快的問題，其較短的使用壽命是影響化學機械磨削技術廣泛應用的關鍵因素之一，且由于化學機械磨削磨具磨損較快，現(xiàn)常用于硬脆非金屬材料的平坦化加工，以使磨具能夠均勻磨損從而保持形狀精度。目前，針對化學機械磨削專用磨具磨損機理、復雜結構化學機械磨削用砂輪的研究鮮見報道。為將化學機械磨削技術的優(yōu)勢從平坦化加工向較復雜結構加工的方向拓展，并提高加工效率從而降低生產(chǎn)成本，需進一步分析磨具制作過程的工藝參數(shù)對磨具性能的影響、磨具磨損機理以及磨具磨損對加工表面質量和面形精度的影響規(guī)律。

(3)加工工藝方面。雖然化學機械磨削技術已能實現(xiàn)高質量表面加工，但由于化學機械磨削是機械和化學雙重作用的過程，要實現(xiàn)低損傷甚至無損傷的加工，就必須實現(xiàn)兩種作用的相對平衡，因此，如何實現(xiàn)兩種作用的平衡，以及加工工藝參數(shù)和磨具的形狀等因素會對兩種作用產(chǎn)生何種影響，還有待進一步研究。另外，關于復合能場對化學機械磨削質量和效率的影響的研究還較為單一，需拓展研究多種能場對化學機械磨削復合加工技術的可行性及有效性。

在化學機械磨削領域，除了亟待解決上述影響磨削質量和效率的關鍵科學和技術問題以外，有必要拓展以下幾個方面的研究，以期促進化學機械磨削技術更加廣泛的應用。

(1)加工對象多樣化。目前關于化學機械磨削的研究都存在于單晶硅、石英玻璃等硬脆非金屬材料上，因此，在對化學作用機理充分研究的基礎上，還可將應用范圍擴充至工程陶瓷、硬質合金以及復合材料等硬脆難加工材料之上。

(2)較復雜結構加工應用領域擴展?，F(xiàn)階段化學機械磨削技術主要應用于光學和半導體器件的平坦化加工，因此，在對化學反應閾值、軟磨料磨具制備充分研究的基礎上，還可以將加工領域擴展至曲面結構、三維結構以及微結構等復雜結構零部件的超精密加工，有助于發(fā)揮化學機械磨削技術高質量低損傷的加工特點。

(3)多能場新型復合加工工藝研究。研究表明，對于化學機械磨削中材料去除率較低的問題，可通過采用超聲振動復合加工的方式進行提高，因此，拓展多能場與化學機械磨削技術的結合，如與超聲振動、激光、電場、磁場等能場的結合，探索新型復合加工技術，有助于發(fā)揮現(xiàn)有技術潛能拓展化學機械磨削技術研究領域新分支。

(4)化學機械磨削智能加工數(shù)據(jù)庫開發(fā)。在揭示化學機械磨削機理的基礎上，對化學反應條件、物理機械屬性變化、材料去除及磨具磨損進行預測和監(jiān)控，形成控形控性的閉環(huán)反饋的智能數(shù)據(jù)推理和決策，是結合智能技術和數(shù)據(jù)庫技術推動化學機械磨削加工技術未來發(fā)展的方向。