集成电路(Integrated Circuit,IC)是现代信息技术发展的基础。单晶硅是集成电路制造的主要衬底材料。单晶硅作为典型的硬脆材料,硬度高、脆性大。为了解决传统加工技术效率低、成本高等问题,工件旋转法超精密磨削被认为是实现单晶硅片高精度和高效加工的主流加工技术。硬脆材料磨削的材料去除模式有脆性去除模式、塑性去除模式和脆塑转变三种。当材料完全以塑性模式去除时,才能得到较高的表面质量。同时,精密磨削后的表面形貌特征与零件的性能密切相关。为了控制磨削加工工艺、满足零件性能评价的需求,需要对磨削加工后的表面形貌进行测量和表征。现有的测量标准主要用于接触(触针)式方法,对于其他测量方法还没有相关的规定。受研究者主观因素的影响,针对同一个被测表面往往会出现不同的测量结果。此外,硬脆材料磨削表面脆塑转变状态的准确识别还缺乏合理高效的表征方法。基于以上分析,本课题的研究内容如下:(1)对现有的表面形貌测量方法和表征方法进行研究,着重分析三维表面轮廓仪和原子力显微镜这两种仪器的相关性能参数、测量原理和误差影响因素。并从滤波器截止波长和测量取样长度两个方面对表面粗糙度值进行计算和分析。研究表明,当选取的截止波长和取样长度不同时,表面粗糙度测量值存在很大差异。(2)基于MATLAB平台,建立功率谱密度计算模型,在频域上分析表面高频段信息和低频段信息对粗糙度的影响。通过对不同采样条件下功率谱密度曲线有效频段数据的提取,得到准确测量和评价单晶硅片磨削表面质量的方法,并对该方法的合理性进行分析和验证。(3)提出了基于表面纹理纵横比参数Str的单晶硅磨削表面脆塑转变特征的有效识别方法。为了表征硬脆材料磨削表面的脆塑转变特性,对传统的基于参数表面破碎面积百分比Sbf的表征方法、现有文献中基于参数表面破碎率S_c和参数分形维数D_L的表征方法和本文提出的基于参数Str的表征方法进行了对比和分析,验证了本文所提方法的准确性和有效性。