碳纤维/环氧树脂复合材料越来越受到人们的重视。由于碳纤维自身存在浸润性差等原因，在制备复合材料前应该进行表面处理。本文研究了表面除胶、空气氧化和液相氧化法及硅烷偶联剂涂层等表面处理方法对碳纤维性能的影响。实验结果表明碳纤维表面经过清洗后表面变得明显光滑。FTIR图谱分析气相氧化和液相氧化均增加了碳纤维表面的极性基团。SEM图表明碳纤维经氧化处理后表面出现明显的沟槽，沟槽的存在有利于碳纤维与环氧树脂基体的界面粘结。在表面改性碳纤维的基础上实验制备了碳纤维/环氧树脂复合材料。分别探讨了不同碳纤维长度、掺量、不同氧化条件对复合材料机械力学性能和界面微观结构的影响。结果表明：碳纤维的长度不宜超过5mm，掺量不宜超过环氧树脂质量的1.0%，否则会严重影响碳纤维在环氧树脂基体中的分散性，从而影响复合材料的力学性能。液相氧化方法处理优于气相氧化处理碳纤维，液相氧化与硅烷偶联剂复合改性有最好的增强效果。当复合改性后的碳纤维掺量为1.0%时，环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了59.7%，冲击强度提高了53.3%，断裂伸长率提高了50.0%。界面微观结构表明：液相氧化与硅烷偶联剂复合改性可以提高碳纤维与环氧树脂基体界面结合力。本文研究了硅藻土无机刚性粒子增强环氧树脂的效果。实验结果表明硅藻土经硅烷偶联剂的预处理可以明显提高其在环氧树脂基体中的分散性，当改性硅藻土的掺量为6%时，复合材料的拉伸强度提高了16.8%，冲击强度提高了18.2%，断裂伸长率提高了17.8%。对硅藻土增强环氧树脂复合材料机理研究认为少部分环氧树脂基体可以进入硅藻土的微孔中。在复合材料受到外力作用下产生微裂纹，微裂纹扩展时需要将环氧树脂基体从硅藻土微孔中拔出来，此过程中不可避免地消耗部分外力，从而增强环氧树脂复合材料的机械力学性能。