蓝宝石（α-Al₂O₃）凭借着其优异的材料特性,成为目前90%半导体光源的衬底材料。但是莫氏9级的硬度使得其成为典型的难加工材料。作为半导体照明产业的中间环节,衬底质量会直接影响后续的芯片加工,是整个半导体产业链的关键环节。作为完成衬底厚度减薄量70%的双面研磨工序对衬底加工的整体工艺链条有至关重要的影响。目前蓝宝石衬底的双面研磨使用游离磨料,存在加工效率低,衬底面型精度不可控,且研磨废液不易回收对环境不友好等一系列问题。因此,从研磨工序入手提高材料去除率和衬底面型精度对缩短衬底衬底加工的整体工时,从而实现衬底的高效超精密加工意义重大。本文使用陶瓷结合剂金刚石砂轮对蓝宝石衬底进行双面行星磨削,通过深入分析其加工机理,用以指导其工艺优化。通过运动学分析建立了衬底表面均匀性控制模型,结果表明模型可以较好的预测加工后衬底表面质量的均匀性,较小的轨迹分布均匀性系数值对应着加工后表面质量更高的衬底表面。适当的磨盘转速、短的系统周期及衬底在磨盘上的适当位置有益于加工后获得较好的表面均匀性。以磨粒分布研究为基础,通过磨粒与衬底的接触模型建立了基于轨迹长度的材料去除率模型,可以较为准确的实现在加工前对材料去除率的仿真预测。模拟结果显示,磨盘转速、磨削压力会对材料去除率产生较大影响。通过系统的工艺试验将双面行星磨削后的衬底和传统游离磨料研磨后的衬底从表面质量和亚表层损伤角度进行对比,结果表明双面行星磨削可以利用比游离磨料大一倍的磨粒粒径获取与其相当甚至更优的表面质量,材料去除率可以达到游离磨料研磨的2³倍,同时衬底表面的凹坑深度及宽度都较小,亚表层裂纹最大深度比游离磨料研磨后的最大深度小约10μm,对减少后续抛光的材料去除量有较大帮助。利用蓝宝石衬底常用的四个晶面研究了蓝宝石衬底的材料特性对磨削特性的影响,分析了四个晶面衬底的磨削差异。结果表明衬底的力学性能主导其材料去除,而晶面表面的原子排布差异则是影响材料去除方式的主导因素。本文的研究成果明确了使用陶瓷结合剂金刚石砂轮对蓝宝石衬底进行双面研磨的加工机理,对实现蓝宝石衬底的绿色高效精密双面研磨具有实际的指导意义。