碳纤维增强复合材料(CFRP)是目前最先进的复合材料之一,它在航天器结构上已得到广泛的应用,但界面中存在较多的缺陷,直接影响了复合材料的力学性能,尤其层间剪切强度较弱,限制了碳纤维高性能的发挥。功率超声的机械效应和空化效应能显著提高复合材料的相关性能。本文通过功率超声作用来改善碳纤维复合材料的界面性能,提高其层间剪切强度。通过对复合材料界面形成原理和超声作用影响因素的分析,本文总结了复合材料界面超声表面处理的主要作用:超声除气除渣、超声气蚀、超声分散、提高结合界面表面能,为振动系统及实验参数的确定提供了参考依据。本文研制了一套超声振动系统,振速比为25。在阶梯变幅杆粗端与细端连接处进行最佳圆弧过渡处理,防止变幅杆振裂;在工作端添加挡板防止脱丝现象。通过分析与计算得出振动系统谐振频率变化对节面位置影响的一般规律,确定固定节面的厚度和位置。振动系统的设计频率为21KHz,实际测量频率为20.76 KHz,误差为1.1%,达到设计要求。通过超声振幅、纤维缠绕速度、环境温度对复合材料层间剪切强度及变异系数的研究,结果表明:在30-40μm振幅情况下,层间剪切强度提高10%,变异系数降低50%,复合材料稳定性大大增强;超声作用将碳纤维缠绕速度从5m/min提高到10m/min,提高了工作效率;20℃超声作用的效果与50℃原工作条件下的效果相当,大大降低工作能耗。