2006年，天津大学微纳制造实验室提出将离子注入与超精密切削技术相结合，旨在解决脆性材料超精密加工中工件表面破碎及刀具磨损严重的加工难题。采用该方法已经成功提高了单晶硅、磷化镓等脆性单晶材料的超精密加工性能。

脆性单晶在机械加工过程中容易发生表面破碎，通过离子束辐照对工件进行表面改性，从而提高材料的可加工性能。超精密切削之前先采用离子束轰击单晶表面（图a）。带电粒子通过加速装置（离子注入机或静电级联加速器）获得高能量后，进入工件并与晶格原子发生相互作用。当入射粒子传递给靶原子核的能量超过临界值后，靶原子以一定动能脱离原始平衡位置，并可能触发级联碰撞。随着注入离子数目的增加，工件原始的单晶结构逐渐被破坏，材料内部形成大量微缺陷。当注入剂量足够时，工件表层材料可发生非晶化转变，周期性晶格点阵排列被彻底改变，形成表面改性层（图b）。微观晶体结构的改变影响工件表面力学性能，在合适的注入参数下，改性层相比原始单晶其硬度、杨氏模量以及脆性均可降低，从而有效减弱超精密切削过程中的工件表面碎裂，并减轻刀具磨损（图c、图d）。

离子注入辅助超精密切削示意图

离子注入辅助超精密切削结合了材料工程与超精密制造领域的关键技术，具有广阔的发展前景。研究表明，多数共价单晶转变为非晶态后其纳米机械加工性能都有所提升，表明该方法具有普适性；同时，成熟的离子注入工艺能够保证改性层的可控制备。此方法已经用于非线性晶体表面微结构的超精密加工，有效降低了太赫兹波发射与传播中的能量损失。