碳纤维增强树脂基复合材料的综合性能与金属合金相媲美，因此，将其应用于航天航空领域，一方面满足航天航空对材料耐高温性能和力学性能的要求，另一方面可以使航天器减重，起到降低能耗的作用。但由于碳纤维与树脂基之间界面粘结强度不高导致复合材料易分层，影响了其性能的发挥。研究发现在碳纤维/聚合物基复合材料中添加一定量的纳米颗粒来制备纳米颗粒/碳纤维/聚合物基复合材料，能够对界面产生良好的影响，从而提高复合材料的力学性能。本文先采用电泳沉积法制备了纳米粒子沉积碳纤维复合增强体，通过扫描电镜、红外光谱和X射线衍射对其结构和形貌进行了表征，结果表明纳米粒子与碳纤维之间没有生成化学键，它们之间的作用力为次价键的作用力。并对纳米粒子/碳纤维复合增强体进行了润湿性能和热性能的研究，表明碳纤维以及复合增强体与热塑性树脂之间的润湿性良好，复合增强体的热稳定性比碳纤维的高。对碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的制备工艺进行了研究，制备工艺选择溶液浸渍和热压成型联用。通过对固化升温制度的研究，得出采取多梯度固化升温制度制备得到的复合材料几乎没有气孔。通过对不同模压压力下制得的碳纤维增强热塑性聚酰亚胺复合材料的力学性能的测试、断口的SEM分析和热重-差热分析，表明：在固化温度和固化时间不变情况下，模压压力为3MPa时制得的碳纤维/聚酰亚胺复合材料的综合性能最好。在此制备工艺基础上，制备了不同纳米粒子/碳纤维/聚酰亚胺复合材料，通过对其力学性能的测试，表明纳米粒子的加入使得碳纤维/聚酰亚胺复合材料的力学性能得到提高。同样热重-差热分析结果表明纳米粒子的加入提高了复合材料的热稳定性。对弯曲强度最大的纳米粒子/碳纤维/聚酰亚胺复合材料进行了热氧老化试验，结果表明在热氧处理过程中，复合材料发生了后固化和树脂氧化的现象，使得复合材料的弯曲强度和剪切强度先升高后降低，当热氧处理时间达1000h时，弯曲强度和剪切强度具有较高的保持率。并计算了复合材料的热失重率，发现不同时间段纳米粒子/碳纤维/聚酰亚胺的热失重率都比碳纤维/聚酰亚胺的热失重率低，表明纳米粒子的加入提高了复合材料的热稳定性。