微腔体结构在化学反应、生物分析、医学检测等领域发挥着越来越重要的作用。蓝宝石由于独特的物理、化学以及光学特性使其加工的微腔体结构具有巨大的应用价值。然而,受限于当前的技术,加工后的蓝宝石微腔体结构内表面质量无法满足实际应用要求,只能寄希望于其他超精密加工方法。本文主要是实现蓝宝石微腔体结构内表面质量光洁化,考虑到蓝宝石材料硬度高、微结构尺寸小等特点,本文提出水合超声辅助磨料流抛光蓝宝石微腔体方法,该方法的加工原理:基于蓝宝石水合特性能够降低材料表面硬度,利用高频超声驱动下的磨粒撞击改性层,实现蓝宝石微腔体结构内表面抛光。具体内容如下:基于蓝宝石水合改性反应原理,分析水合改性层,结构成分、硬度为莫氏硬度、厚度,确定最优的水合改性参数。结合断裂力学理论分析蓝宝石的材料去除方式为塑性去除,不存在脆性去除;同时,根据建立微元体受力模型,进行超声振动流场理论分析,利用Herz理论首先建立单颗磨粒的材料去除数学模型,推导出磨粒流的材料去除函数,以及超声振动条件下的磨粒流材料去除函数。利用Pro/e软件建立微腔体结构的三维模型,使用Gambit软件对三维模型进行网格划分,设置边界条件,随后利用FLUENT软件分析水蒸气在光学微腔体内的温度分布规律:当入口速度为0.1m/s,外界加热温度为200度时,微腔体通道内的水蒸气温度达到150度以上,符合水合反应温度要求;其次,利用Fluent分析磨料流在蓝宝石微腔体内的速度以及压强的分布规律:当微腔体通道内的磨料流速为v=0.1/时,微腔体通道内的磨料流场稳定,拐角处的压强差减小,达到恒压区域,能够使磨料均匀地分布于腔体内各区域。根据水合辅助超声磨粒流抛光原理图,设计试验装置,其中针对于蓝宝石微腔体结构设计专用的复合型变幅杆,并进行模态分析确定设计合理。设计三因素四水平L16正交试验平台进行抛光试验,用于探究超声功率、液体磨粒大小、加工时间三个因素对蓝宝石微腔体内表面粗糙度的影响规律。试验中计算加工前后粗糙度差值作为望大型期望目标,利用MINITAB中的DOE模块对实验数据进行信噪比响应分析与均值响应分析,两种方法得出一致的结果:各工艺参数对抛光效果改进的贡献度依次为:超声发生器功率、加工时间、磨料粒径大小;当超声功率为600w,磨料粒径为1um,抛光时间为4小时,蓝宝石微腔体内表面粗糙度能够实现由抛光前0.476um改变为抛光后0.282um,降低了34%,并且得出各工艺参数对抛光效果的影响规律,利用响应曲面分析可知,通过提高超声发生器的功率,延长加工时间能够实现最佳的表面粗糙度效果。